Phương pháp nén ảnh trên miền tần số sử dụng phép biển đổi dct và dwt

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÕ THỊ KHUYÊN BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tên đồ án: PHƢƠNG PHÁP NÉN ẢNH TRÊN MIỀN TẦN SỐ SỬ DỤNG PHÉP BIỂN ĐỔI DCT VÀ DWT Nghệ An, tháng năm 2017 TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tên đồ án: PHƢƠNG PHÁP NÉN ẢNH TRÊN MIỀN TẦN SỐ SỬ DỤNG PHÉP BIỂN ĐỔI DCT VÀ DWT Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: Võ Thị Khuyên - MSV: 1251071595 Lớp: 53K1 - CNTT ThS Nguyễn Bùi Hậu Nghệ An, tháng 01 năm 2017 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU Sự cần thiết đồ án 2 Mục tiêu đồ án 2.1 Mục tiêu tổng quát 2.2 Mục tiêu cụ thể 3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đồ án 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu 4 Nội dung nghiên cứu Kết cấu đồ án Chƣơng KỸ THUẬT NÉN DỮ LIỆU ẢNH SỐ 1.1 Giới thiệu chƣơng .5 1.2 Tổng quan v ảnh số kỹ thuật n n ảnh số 1.2.1 Ảnh số ph n loại ảnh số 1.2.2 iểu di n ảnh số máy t nh 1.2.3 Giới thiệu chung v n n ảnh số 1.2.4 Các khái niệm v n n ảnh số 10 1.3 Các ph p iến đổi mi n tần số 12 1.3.1 iến đổi Cosin rời rạc (DCT-Discrete Cosine Transform) 12 1.3.2 iến đổi Wavelet rời rạc (DWT – Discrete Wavelet Transform) 19 Chƣơng MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP NÉN ẢNH SỐ 20 2.1 Giới thiệu chƣơng .20 2.2 Cách ph n loại phƣơng pháp n n ảnh .20 2.2.1 Cách ph n loại dựa vào nguyên lý n n 20 2.2.2 Cách ph n loại dựa vào cách thức thực n n 20 2.2.3 Cách ph n loại dựa vào lý thuyết mã hoá 21 2.2.4 Quá trình n n giải n n .21 2.3 Một số phƣơng pháp n n ảnh số .21 2.3.1 Các phƣơng pháp n n kh ng mát th ng tin 21 2.3.2 Các phƣơng pháp n n mi n tần số 25 Chƣơng THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .35 3.1 Giới thiệu chƣơng .35 3.2 Matla ản 35 SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu 3.2.1 Giới thiệu .35 3.2.2 Làm quen với Matla .35 3.2.3 Nhập xuất liệu từ dòng lệnh 36 3.2.4 Nhập xuất liệu từ bàn phím .36 3.2.5 Các hàm toán học 37 3.2.6 Các phép toán ma trận vector .38 3.2.7 Các hàm xử lý ảnh ản Matla 40 3.3 Phƣơng pháp n n ảnh JPEG dựa vào ph p iến đổi DCT 42 3.3.1 Các đoạn mã lệnh 42 3.3.2 Kết chạy chƣơng trình .43 3.4.2 Kết sau chạy chƣơng trình 45 KẾT LUẬN 48 Kết đạt đuợc 48 Hạn chế 48 Một số hƣớng nghiên cứu tƣơng lai: 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO .50 SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu LỜI CẢM ƠN Trong thời đại C ng nghệ Th ng tin ngày nay, việc ứng dụng C ng nghệ Th ng tin vào sống nhƣ ngành khoa học ngày trở nên quan trọng Quá trình làm đ tài Đồ án tốt nghiệp ƣớc vào thực ti n ch nh ƣớc đầu thực hành đúc rút chứng minh cho m n học ghế nhà trƣờng nói chung m n học chuyên ngành nói riêng Đ y ch nh trình nhận x t đánh giá rút ƣu, nhƣợc điểm, để từ tìm phƣơng án tối ƣu cho việc học thực tế sau ản th n Em xin ch n thành cảm ơn hƣớng dẫn thầy giáo, c giáo Khoa C ng nghệ Th ng tin – Trƣờng Đại học Vinh Đặc iệt, em ày tỏ lòng iết thầy giáo ThS Nguyễn Bùi Hậu tạo u kiện lu n giúp đỡ, hƣớng dẫn em tận tình để em hồn thành đ tài Đồ án tốt nghiệp Em ch n thành cảm ơn thầy c lu n sẵn sàng giúp đỡ tạo u kiện tốt cho em Cảm ơn gia đình, ạn è lu n quan t m động viên giúp đỡ để em có đƣợc nhƣ ngày h m Mặc dù có nhi u cố gắng ằng toàn ộ kiến thức để hoàn thành c ng việc, song thời gian kinh nghiệm ản th n chƣa đƣợc trau dồi nhi u nên việc trình ày, ph n t ch, x y dựng chƣơng trình cịn nhi u thiếu sót cần đƣợc ổ sung Vì vậy, em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy c để sản phẩm hoàn thiện, đƣợc ứng dụng vào thực ti n Em xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, ngày 09 tháng năm 2017 Sinh viên thực Võ Thị Khuyên SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu MỞ ĐẦU Sự cần thiết đồ án Ngày nay, với phát triển kh ng ngừng khoa học c ng nghệ, máy t nh đóng vai trị ngày quan trọng kh ng thể thiếu sống xã hội loài ngƣời Việc trao đổi th ng tin ngƣời tất ngành, lĩnh vực đời sống ngày trở nên cần thiết với đời phát triển mạng Internet Xử lý ảnh ngành khoa học tƣơng đối mẻ so với nhi u ngành khoa học khác nhƣng đƣợc tập trung nghiên cứu phát triển ứng dụng thực ti n nhi u ngành, lĩnh vực khác Trong “N n ảnh” phần xử lý ảnh có ứng dụng to lớn truy n th ng lƣu trữ, có nhi u phƣơng pháp n n ảnh đƣợc đời kh ng ngừng đƣợc cải tiến để ngày hoàn thiện đem lại hiệu n n cao cho chất lƣợng ảnh tốt N n ảnh kỹ thuật mã hoá ảnh số hoá nhằm giảm số lƣợng it liệu cần thiết để iểu di n ảnh Mục đ ch giảm chi ph việc lƣu trữ ảnh chi ph thời gian để truy n ảnh xa truy n th ng nhƣng đảm ảo đƣợc chất lƣợng ảnh N n ảnh thực đƣợc thực tế: th ng tin ức ảnh kh ng phải ngẫu nhiên mà có trật tự, tổ chức Vì óc tách đƣợc t nh trật tự, cấu trúc iết phần th ng tin quan trọng ức ảnh để iểu di n truy n với số lƣợng t it so với ảnh gốc mà đảm ảo t nh đầy đủ th ng tin Ở ên nhận trình giải mã tổ chức, xếp lại đƣợc ức ảnh xấp xỉ gần ch nh xác so với ảnh gốc nhƣng thỏa mãn chất lƣợng yêu cầu Thực tế cho thấy có nhi u vấn đ việc lƣu trữ truy n tải ảnh số hoá N n ảnh thực có nhi u ứng dụng thực tế nhƣ: truy n văn ản đồ hoạ qua đƣờng điện thoại, n n ảnh y tế truy n hình cáp, Do t nh chất hấp dẫn ý nghĩa quan trọng nó, n n ảnh thu hút đƣợc nhi u mối quan t m kỹ sƣ, chuyên gia làm việc lĩnh vực c ng nghệ th ng tin nƣớc giới Khi làm việc với phƣơng pháp n n ảnh, ngƣời ta nhận thấy có phƣơng n n kh ng thể áp dụng n n nhi u loại tập tin, lại có phƣơng pháp có hệ số n n tƣơng đối cao, nhƣng tốn nhi u ộ nhớ, khó thực ảnh có k ch thƣớc , có phƣơng pháp có hệ số n n tƣơng đối cao, phƣơng pháp thực lại tƣơng đối đơn giản, đòi hỏi t ộ SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu nhớ, x y dựng dựa ảnh có k ch thƣớc Ngoài số phƣơng pháp n n ảnh xử lý mi n tần số ảnh lại cho kết n n tốt xử lý n n mi n kh ng gian ảnh Do vậy, việc nghiên cứu phƣơng pháp n n ảnh để chọn phƣơng pháp n n trƣờng hợp cụ thể có ý nghĩa v quan trọng lƣu trữ truy n tải liệu ảnh số Có nhi u cách ph n loại phƣơng pháp n n: cách thứ dựa vào nguyên lý n n Cách ph n phƣơng pháp n n thành hai họ lớn: N n ch nh xác hay n n kh ng th ng tin: họ ao gồm phƣơng pháp n n mà sau giải n n ta thu đƣợc ch nh xác liệu gốc; N n có th ng tin: họ ao gồm phƣơng pháp mà sau giải n n ta kh ng thu đƣợc liệu nhƣ ản gốc Cách ph n loại thứ hai dựa vào cách thức thực nén Theo cách này, ngƣời ta ph n thành hai họ: Phƣơng pháp kh ng gian (Spatial Data Compression): Các phƣơng pháp thuộc họ thực n n ằng tác động trực tiếp lên việc lấy mẫu ảnh mi n kh ng gian; Phƣơng pháp sử dụng iến đổi (Transform Coding): gồm phƣơng pháp tác động lên iến đổi ảnh gốc mà kh ng tác động trực tiếp nhƣ họ Xuất phát từ yêu cầu thực tế, nhằm mục đ ch hƣớng tới phần nhiệm vụ xử lý liệu ảnh số, Đồ án tốt nghiệp “PHƢƠNG PHÁP NÉN ẢNH TRÊN MIỀN TẦN SỐ SỬ DỤNG PHÉP BIỂN ĐỔI DCT VÀ DWT” s u nghiên cứu số phƣơng pháp n n ảnh, đồng thời tiến hành ph n t ch phƣơng pháp n n ảnh JPEG dựa vào ph p iển đổi phƣơng pháp n n ảnh JPEG 2000 dựa iến đổi Wavelet với đặc t nh vƣợt trội so với chuẩn n n trƣớc đem lại hiệu n n cao cho ảnh n n chất lƣợng tốt nhi u ƣu điểm khác mà chuẩn n n trƣớc kh ng thể có Mục tiêu đồ án 2.1 Mục tiêu tổng quát Đồ án nghiên cứu hệ thống lý thuyết liên quan đến n n liệu tập trung vào nhánh n n liệu ảnh số Từ đó, x y dựng chƣơng trình thử nghiệm cài đặt số thuật toán n n ảnh số nhằm ứng dụng lƣu trữ truy n tải thông tin 2.2 Mục tiêu cụ thể Đ tài tập trung vào mục tiêu ch nh sau: (i) Nghiên cứu tổng quan v n n ảnh, ph p iến đổi sử dụng n n ảnh SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu (ii) Nghiên cứu thuật tốn n n ảnh có: Ý tƣởng thuật toán (iii) Tiến hành cài đặt thuật toán n n ảnh, tiến hành ph n t ch, đánh giá so sánh chất lƣợng thuật toán, đ xuất đƣợc lựa chọn phù hợp trƣờng hợp khác Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đồ án 3.1 Đối tượng nghiên cứu (a) Nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu tài liệu v n n ảnh c ng ố ngồi nƣớc; kết khảo sát có t nh chất đánh giá nghiên cứu trƣớc; tài liệu lập trình để cài đặt thuật tốn (b) Nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu ng n lập trình Matla cài đặt số thuật toán n n ảnh; so sánh, đánh giá hiệu n n ảnh cho thuật toán 3.2 Phạm vi nghiên cứu Đồ án tập trung nghiên cứu kỹ thuật n n ảnh số Ứng dụng mà luận văn x y dựng chƣơng trình n n ảnh số Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan v n n ảnh, ph p iến đổi sử dụng n n ảnh - Khảo sát đánh giá v thuật toán n n ảnh nhằm xác định ƣu điểm hạn chế thuật toán - Nghiên cứu ng n ngữ lập trình Matla để cài đặt m thuật tốn máy tính - Tiến hành ph n t ch, đánh giá, so sánh chất lƣợng thuật toán Kết cấu đồ án Đồ án đƣợc chia làm chƣơng Chƣơng KỸ THUẬT NÉN DỮ LIỆU ẢNH SỐ Trong chƣơng trình ày khái niệm ản liên quan đến n n ảnh, trình ày ph p iến đổi sử dụng xử lý ảnh nói chung n n ảnh nói riêng Chƣơng MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP NÉN ẢNH SỐ Chƣơng trình ày cách ph n loại phƣơng pháp n n ảnh, số phƣơng pháp n n ảnh số: Phƣơng pháp mã hoá độ dài loạt RLE; Phƣơng pháp mã hoá Huffman; Phƣơng pháp LZW; Phƣơng pháp n n ảnh JPEG dựa vào ph p iến đổi DCT; Phƣơng pháp n n ảnh JPEG 2000 dựa vào ph p iến đổi SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu DWT Nội dung chƣơng sở quan trọng để tiến hành thử nghiệm chƣơng Chƣơng THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Chƣơng tiến hành cài đặt thuật toán n n ảnh n n ảnh JPEG dựa vào ph p iến đổi DCT; Phƣơng pháp n n ảnh JPEG 2000 dựa vào ph p iến đổi DWT Đƣa đánh giá, so sánh chất lƣợng thuật tốn Từ đ xuất lựa chọn n n ảnh trƣờng hợp cụ thể Chƣơng KỸ THUẬT NÉN DỮ LIỆU ẢNH SỐ 1.1 Giới thiệu chƣơng Trong chƣơng trình ày khái niệm ản liên quan đến n n ảnh, trình ày ph p iến đổi sử dụng xử lý ảnh nói chung n n ảnh nói riêng 1.2 Tổng quan ảnh số thuật n n ảnh số 1.2.1 nh số v ph n oại nh số 1.2.1.1 Ảnh số Ảnh số tập hợp điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để m tả ảnh gần với ảnh thật Một ảnh số giả sử đƣợc iểu di n ằng hàm f(x, y) Tập điểm ảnh S; cặp điểm ảnh có quan hệ với ký hiệu p, q Phân loại ảnh Ảnh đen trắng Ảnh đen trắng ao gồm màu: màu đen màu trắng (kh ng chứa màu khác) với mức xám điểm ảnh khác Ngƣời ta ph n mức đen trắng thành L mức Nếu sử dụng số it =8 it để mã hóa mức đen trắng (hay mức xám) L đƣợc xác định : L=2B (trong v dụ ta L=28= 256 mức) Nếu L ằng 2, =1, nghĩa có mức: mức mức 1, gọi ảnh nhị ph n Mức ứng với màu sáng, mức ứng với màu tối Nếu L lớn ta có ảnh đa cấp xám Nói cách khác, với ảnh nhị ph n điểm ảnh đƣợc mã SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu hóa bit, với ảnh 256 mức, điểm ảnh đƣợc mã hóa it Nhƣ vậy, với ảnh đen trắng: dùng it (1 yte) để iểu di n mức xám, số mức xám iểu di n đƣợc 256 Mỗi mức xám đƣợc iểu di n dƣới dạng số nguyên nằm khoảng từ đến 255, với mức iểu di n cho mức cƣờng độ đen 255 iểu di n cho mức cƣờng độ sáng Ảnh nhị ph n đơn giản, phần tử ảnh coi nhƣ phần tử logic Ứng dụng ch nh đƣợc dùng theo t nh logic để ph n iệt đối tƣợng ảnh với n n hay để ph n iệt điểm iên với điểm khác V dụ v ảnh đen trắng: - Ảnh xám (gray image): giá trị điểm ảnh nằm giải giá trị từ đến 255, nghĩa cần its hay yte để biểu di n điểm ảnh Ví dụ v ảnh xám: - Ảnh màu: Trong khuôn khổ lý thuyết ba màu (Red, Blue, Green) tạo nên giới màu) R, G, giá trị xám đƣợc biểu biểu di n yte, giá trị màu: 28*3=224≈ 16,7 triệu màu SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu Trƣớc tiên để khởi động MATLAB bạn click vào biểu tƣợng MATLAB.exe, hình xuất cửa sổ sau (Xem hình vẽ 1.1) Cửa sổ chứa cơng cụ (Giao diện ngƣời máy) cần thiết cho việc quản lý files, biến, cửa sổ lệnh, coi desktop panel gồm ô, vùng, quản lý tác dụng cửa sổ nhỏ đƣợc quản lý desktop 3.2.3 Nhập xu t iệu từ dòng ệnh MATLA kh ng đòi hỏi phải khai báo biến trƣớc dùng MATLAB phân biệt chữ hoa chữ thƣờng Các số liệu đƣa vào m i trƣờng làm việc MATLAB đƣợc lƣu lại suốt phiên làm việc gặp lệnh clear all MATLAB cho phép ta nhập số liệu từ dòng lệnh Khi nhập ma trận từ bàn phím ta phải tuân theo quy định sau : Ngăn cách phần tử ma trận dấu “,” hay dấu trống Dùng dấu “;” để kết thúc hàng Bao phần tử ma trận cặp dấu ngoặc vuông [ ] Để nhập ma trận sau: A=[ ] B=[1 -2 1] C=[ ] Ta dùng ệnh: A = [ 3; -2 4; 3] B=[1 C = [ 1; 4; 7] 1] 3.2.4 Nhập xuất liệu từ bàn phím Lệnh input cho ph p ta nhập số liệu từ àn ph m Ví dụ: x = input(‟Nhap x: ‟) Lệnh format cho ph p xác định dạng thức liệu V dụ: format rat % so huu ti format long % so có 14 chu so sau dau phay format long e % so dang mu format hex % so dang hex format short e %so dang mu ngan format short %tro ve so dang ngan (default) SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 36 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu Một cách khác để hiển thị giá trị iến chuỗi đánh tên iến vào cửa số lệnh MATLA Ta dùng disp fprintf để hiển thị iến V dụ: disp(ʹTri so cua x = ʹ), disp(x) Trong trƣờng hợp ta muốn nhập chuỗi từ àn ph m, ta cần phải thêm k tự s vào đối số V dụ: ans = input(ʹ an tra loi hoac : ʹ,ʹsʹ) 3.2.5 Các h m toán học 3.2.5.1 Các hàm toán học bản: exp(x) hàm ex sqrt(x) ậc hai x log(x) logarit tự nhiên log10(x) logarit số 10 a s(x) modun số phức x angle(x) argument số phức a conj(x) số phức liên hợp x imag(x) phần ảo x real(x) phần thực x sign(x) dấu x cos(x) sin(x) tan(x) 3.2.5.2 Các hàm toán học tự tạo MATLA cho ph p ta tạo hàm toán học lƣu vào file để dùng nhƣ hàm có sẵn MATLA V dụ ta cần tạo hàm: Và hàm: Muốn ta tạo file f1.m nhƣ sau: function y = f1(x) y = 1./(1+8*x.^2); file f2.m: function y = f2(x) SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 37 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu y(1) = x(1)*x(1)+4*x(2)*x(2) -5; y(2) = 2*x(1)*x(1)-2*x(1)-3*x(2) -2.5; Khi nhập lệnh f1(2) ta có giá trị hàm f1 x = Khi nhập lệnh f2 ([24]) ta có giá trị hàm f2 x1 = x2 = Lệnh feval(„f1‟, 2) feval(„f2‟, [2 4]) cho kết tƣơng tự Cách thứ để iểu di n hàm tốn học iến dịng lệnh tạo đối tƣợng inline từ iểu thức chuỗi V dụ ta nhập từ dịng lệnh hàm nhƣ sau: f1 = inline(‟1./(1 + 8*x.^2)‟,‟x‟); f1([0 1]), feval(f1, [0 1]) Ta viết: f1 = ʹ1./(1 + 8*x.^2)ʹ; x = [0 1]; eval(f1) Nếu hàm đa thức ta cần nhập ma trận hệ số từ số mũ cao V dụ với đa thức P4(x) = x4 + 4x3 + 2x + ta viế P = [1 1] Để nh n hai đa thức ta dung lệnh conv Để chia hai đa thức ta dùng lênh deconv Muốn t nh trị số đa thức ta dùng lệnh polyval lệnh polyvalm dùng đa thức ma trận 3.2.5.3 Các lệnh xử l hàm Lệnh fplot vẽ đồ thị hàm toán học giá trị cho V dụ: fplot(„f1‟, [-5 ]) grid on 3.2.6 Các phép toán ma trận vector 3.2.6.1 Khái niệm chung: Giả sử ta tạo ma trận a a = [1 3; 6]; b = [3 -2 1]; Ta sửa đổi chúng: A = [a; 9] B = [b; [1 -1]]ʹ ằng lệnh: SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 38 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu Toán tử „ dùng để chuyển vị ma trận thực chuyển vị liên hợp ma trận phức Nếu muốn chuyển vị ma trận phức, ta dùng thêm toán tử “.” nghĩa phải viết “.‟” V dụ: C = [1 + 2*i - 4*i; + i - 2*j]; X = Cʹ Y = C.‟ Chỉ số: Phần tử hàng i cột j ma trận m×n có k hiệu A(i, j) Tuy nhiên ta tham chiếu tới phần tử mảng nhờ số, v dụ A(k) với k = i + (j - 1)m Cách thƣờng dùng để tham chiếu vec tơ hàng hay cột Trong trƣờng hợp ma trận đầy đủ đƣợc xem ma trận cột dài tạo từ cột ma trận an đầu Nhƣ viết A(5) có nghĩa tham chiếu phần tử A(2, 2) Để xác định k ch thƣớc ma trận dùng lệnh length(trả v k ch thƣớc lớn nhất) hay size(số hàng cột) V dụ: c = [1 4; 8]; length(c) [m, n] = size(c) Toán tử “:” : Toán tử “:” toán tử quan trọng MATLA Nó xuất nhi u dạng khác V dụ: 1:10 tạo vec tơ hàng chứa 10 số nguyên từ đến 10 Lệnh: 100: -7: 50 tạo dãy số từ 100 đến 51, giảm lần Lệnh: 0: pi/4: pi tạo dãy số từ đến pi, cách đ u pi/4 Các iểu thức số tham chiếu tới phần ma trận Viết A(1:k, j) tham chiếu đến k phần tử cột j Ngồi tốn tử “:” tham chiếu tới tất phần tử hàng hay cột V dụ: = A(:, [1 ]) tạo ma trận từ ma trận A ằng cách đổi thứ tự cột từ [1 3] thành [1 2] 3.2.6.2 Tạo ma trận hàm có sẵn MATLA cung cấp số hàm để tạo ma trận ản: Zeros tạo ma trận mà phần tử đ u zeros V dụ: z = zeros(2, 4) ones tạo ma trận mà phần tử đ u V dụ: x = ones(2, 3) y = 5*ones(2, 2) SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 39 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu rand tạo ma trận mà phần tử ngẫu nhiên ph n ố đ u V dụ: d = rand(4, 4) randn tạo ma trận mà phần tử ngẫu nhiên ph n ố trực giao V dụ: e = randn(3, 3) magic(n) tạo ma trận cấp n gồm số nguyên từ đến n2 với tổng hàng ằng tổng cột n phải lớn hay ằng pascal (n) tạo ma trận xác định dƣơng mà phần tử lấy từ tam giác Pascal V dụ: pascal(4) eye(n) tạo ma trận đơn vị V dụ: eye(3) eye(m, n) tạo ma trận đơn vị mở rộng V dụ: eye(3, 4) 3.2.6.3 Lắp gh p Ta lắp gh p(concatenation) ma trận có sẵn thành ma trận Ví dụ: a = ones(3, 3) b = 5*ones(3, 3) c = [a + 2; b] 3.2.6.4 Xoá hàng cột : Ta xố hàng cột từ ma trận ằng dùng dấu [] Để xoá cột thứ ma trận ta viết: b(:, 2) = [] Viết x(1: 2: 5) = [] nghĩa ta xoá phần tử đầu từ đến phần tử thứ cách xếp lại ma trận 3.2.7 Các h m xử ý nh b n Mat ab 3.2.7.1 Đọc ghi liệu ảnh - Đọc liệu ảnh: Hàm imread đọc file ảnh với ất kỳ định dạng ảnh iết đến lƣu lại dƣới dạng ma trận iểu di n trng Matla Cú pháp: A = imread(filename,fmt) SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 40 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu Filename: chuỗi xác định tên file cần đọc đƣờng dẫn (nếu file kh ng nằm thƣ mục hành) Fmt: chuỗi cho iết định dạng ảnh, v dụ: „ mp‟, „gif‟, „jpg‟, - Ghi liệu ảnh Hàm imwrite ghi ảnh tới file đồ hoạ dƣới định dạng đƣợc trợ giúp Cấu trúc ản imwrite yêu cầu iến ảnh tên file Nếu ta gộp phần mở rộng tên file, Matla nhận định dạng mong muốn từ Cú pháp: Imwrite (A,filename,fmt) Filename: chuỗi xác định tên file cần đọc đƣờng dẫn (nếu file kh ng nằm thƣ mục hành) Fmt: chuỗi cho iết định dạng ảnh, v dụ: „ mp‟, „gif‟, „jpg‟, 3.2.7 Xem thông số file ảnh Hàm imfinfo cho ph p ta nhận đƣợc th ng tin v file ảnh đƣợc trợ giúp ởi tool ox Cú pháp: Imfinfo(filename,fmt) Các th ng tin đƣợc cung cấp ởi hàm imfinfo là: filename, filemodedate, filesize, format, formatversion, width, height, itdepth, colortype … Th ng tin mà ta nhận đƣợc phụ thuộc vào kiểu file nhƣng lu n ao gồm thơng tin sau: - Tên file ảnh - Định dạng file ảnh - Số version định dạng file - Ngày sửa đổi file gần - K ch thƣớc file t nh theo byte - Chi u rộng ảnh t nh theo pixel - Chi u cao ảnh t nh theo pixel - Số lƣợng t pixel - Kiểu ảnh: RG , số … 3.2.7 Hiển thị ảnh SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 41 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu Để hiển thị hình ảnh matla ta dùng imshow() Lệnh imshow () cho hình ảnh định dạng tiêu chuẩn 8- it, giống nhƣ trình duyệt we Cú pháp: A = imread(filename,fmt) Imshow (A) 3.3 Phƣơng pháp n n ảnh JPEG dựa vào ph p iến đổi DCT 3.3.1 Các đoạn mã ệnh S = imread('1.jpg'); imshow(S); figure(); title('Original image'); if size(S,3) == S = rgb2gray(S); end I = im2double(S); T = dctmtx(8); B = blkproc(I,[8 8], 'P1*x*P2', T, T'); mask = [1 1 0 0 11100000 11000000 10000000 00000000 00000000 00000000 0 0 0 0]; B2 = blkproc(B,[8 8], 'P1.*x', mask); I2 = blkproc(B2,[8 8], 'P1*x*P2', T', T); imshow(I2); SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 42 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu 3.3.2 Kết qu chạ chương trình Sau thực chƣơng trình với đầu vào 10 ảnh ta thu đƣợc dung lƣợng ảnh n n t nh tỉ lệ n n, hiệu suất n n ảng sau đ y: Ảnh gốc Dung lƣợng Tỉ lệ nén Hiệu suất (KB) (KB) (%) (%) 539 52,6 9,76 90,23 131 25,5 19,47 80,53 69 26,7 38,69 61,31 58,8 10,37 89,63 41,7 26,06 73,94 Dung lƣợng 567 160 Ảnh n n SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 43 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu 51,1 22,9 44,81 55,19 88,6 35,7 40,29 59,71 112 42,4 37,86 62,14 116 33,1 28,53 71,47 85,8 31,5 36,71 63,29 Nhƣ vậyta có: Tỉ lệ n n trung ình là: = 29,26 % Hiệu suất n n trung ình: = 70,74 3.4 Phƣơng pháp n n ảnh JPEG 2000 dựa vào ph p iến đổi DWT SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 44 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu 3.4.1 Các đoạn ệnh input_image1=imread('1.jpg'); imshow(input_image1); figure(); title('Anh goc'); n = 3; [Lo_D,Hi_D,Lo_R,Hi_R] = wfilters('haar'); [c,s]=wavedec2(input_image1,n,Lo_D,Hi_D); [thr,nkeep] = wdcbm2(c,s,1.5,3*prod(s(1,:))); re_ima1 = waverec2(c,s,'haar'); out_put=uint8(re_ima1); imshow(out_put); title('Anh nen'); 3.4.2 Kết qu sau chạ chương trình Sau thực chƣơng trình với đầu vào 10 ảnh ta thu đƣợc dung lƣợng ảnh n n t nh tỉ lệ n n , hiệu suất n n ảng sau đ y: Ảnh gốc Dung lƣợn g (KB) Dung lƣợng (KB) Tỉ lệ (%) Hiệu suất (%) 539 61,9 11.48 88.5 131 29,8 22.75 77.2 Ảnh n n SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 45 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu 31,2 45,22 54,7 567 65,7 11.71 88.2 160 61,9 38,69 61,3 51,1 25,9 50,64 49,3 42,5 47,97 52,0 44,9 40,09 59,9 69 88,6 112 SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 46 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu 116 37,6 32,41 67,5 85,8 38,2 44,52 55,4 Nhƣ ta có: Tỉ lệ nén trung bình là: = 34,55% Hiệu suất trung ình là: = 65,45% 3.4.3 So sánh tỉ ệ nén v hiệu su t nén Từ kết mục 3.3.2 mục 3.4.2 ta thấy tỷ lệ n n trung bình sử dụng ph p iến đổi DCT 29,26%, hiệu suất n n 70.74%, tỉ lệ n n sử dụng ph p iến đổi DWT 34,55%, hiệu suất n n 65,45% Nhƣ phƣơng pháp n n DCT tốt phƣơng pháp DWT SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu KẾT LUẬN Kết đạt đuợc - Đồ án trình ày khái niệm quan trọng cần thiết kỹ thuật n n ảnh nói chung nguyên tắc, sở lý thuyết, thuật toán số phƣơng pháp n n ảnh phổ iến nhƣ: mã loạt dài RLE, HUFFMAN, LZW, JPEG, JPEG 2000 - Các phƣơng pháp n n trình ày đồ án phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi nhi u lĩnh vực đặc iệt truy n th ng cho ảnh mạng đảm ảo tốc độ, thời gian chất lƣợng liệu truy n - Kiểm tra đƣợc kiến thức v phần m m Matla - Tiến hành cài đặt phƣơng pháp n n ảnh mi n tần số sử dụng ph p iến đổi DCT DWT so sánh hiệu phƣơng pháp Hạn chế - Trong thời gian làm đ tài với hạn chế v thời gian, tài liệu, sở vật chất nhƣ hạn chế v kiến thức đòi hỏi ản th n chúng em phải cố gắng tìm tịi nhiệt tình c ng việc nghiên cứu đ tài cuối đ tài hoàn thành trọn vẹn Đó kết thời gian dài nổ lực nghiên cứu chúng em dƣới hƣớng dẫn tận tình giáo viên hƣớng dẫn nên đ tài hoàn thành thời hạn - Chƣa cài đặt các phƣơng pháp n n ảnh nhƣ RLE, Huffman - Tuy nhiên trình làm việc chúng em kh ng thể tránh khỏi sai sót Mong ảo thầy c đóng góp ý kiến ạn è để đ tài ngày hoàn thiện Một số hƣớng nghiên cứu tƣơng lai: - Đồ án đ cập đến phƣơng pháp n n ảnh tĩnh mà chƣa ứng dụng chúng cho m thanh, video, đặc iệt iến đổi Wavelet chuẩn JPEG2000 việc s u nghiên cứu tìm hiểu họ Wavelet cần thiết - Nghiên cứu thêm v giải thuật SPIHT, EZW ứng dụng chúng - Các phƣơng pháp n n đƣợc trình ày đồ án đời từ nhi u năm trƣớc cần nghiên cứu cải tiến phuơng pháp để n ng cao hiệu n n SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 48 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 49 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Bùi Hậu TÀI LIỆU THAM KHẢO Lƣơng Mạnh á, Nguy n Thanh Thuỷ, Nhập môn xử lý ảnh số, NXB Khoa học Kỹ thuật; Hà Nội 1999 Nguy n Xu n Huy, ùi Thị Thúy Hằng (2001), “Một số cải tiến kỹ thuật giấu liệu ảnh”, Kỷ yếu Hội nghị kỷ niệm 25 năm thành lập Viện C ng nghệ th ng tin, Hà Nội 24-25/12/2001, tr 553 – 559 Lê Tiến Thƣờng, Nguy n Thanh Tuấn (2004), “Giải pháp hiệu dùng kỹ thuật Watermarking cho ứng dụng bảo vệ quyền ảnh số”, Tạp ch khoa học ĐH ách Khoa TPHCM, tr 5-8 Nguy n Năng Tồn, Phạm Việt ình, Xử lý ảnh, Đại học Thái Nguyên, 11/2007 SVTH: VÕ THỊ KHUYÊN - MSSV: 1251071595 - LỚP 53K1 Trang 50 ... liệu ảnh số, Đồ án tốt nghiệp “PHƢƠNG PHÁP NÉN ẢNH TRÊN MIỀN TẦN SỐ SỬ DỤNG PHÉP BIỂN ĐỔI DCT VÀ DWT? ?? s u nghiên cứu số phƣơng pháp n n ảnh, đồng thời tiến hành ph n t ch phƣơng pháp n n ảnh JPEG... n ảnh nói riêng 1.2 Tổng quan ảnh số thuật n n ảnh số 1.2.1 nh số v ph n oại nh số 1.2.1.1 Ảnh số Ảnh số tập hợp điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để m tả ảnh gần với ảnh thật Một ảnh số giả sử. .. phƣơng pháp n n ảnh, số phƣơng pháp n n ảnh số: Phƣơng pháp mã hoá độ dài loạt RLE; Phƣơng pháp mã hoá Huffman; Phƣơng pháp LZW; Phƣơng pháp n n ảnh JPEG dựa vào ph p iến đổi DCT; Phƣơng pháp n n ảnh