Tìm hiểu mã hóa-nén dùng phép biến đổi TC (Transform Coding) Phần II: Tìm hiểu thuật tốn sơ đồ cơng nghệ nén JPEG cơ bản (baseline JPEG) Mục lục • Sơ đồ nén ảnh gồm 3 bước: • Tiền xử lí: • Mã hóa xử lí-nén: • Hậu xử lí: • Tính độ đo hiệu năng của sơ đồ nén: • Tỉ số nén. • Độ tổn hao. Phần III: Tìm hiểu số cơng cụ, phần mềm nén ảnh có ứng dụng công nghệ nén ảnh JPEG 2 Phần I: Tìm hiểu mã hóa-nén dùng phép biến đổi TC Sơ đồ TC (Transform Coding) 3 Phần II: Tìm hiểu thuật tốn sơ đồ cơng nghệ nén JPEG cơ bản (baseline JPEG) Sơ đồ mã hóa Baseline JPEG 4 Phần II: Tìm hiểu thuật tốn sơ đồ cơng nghệ nén JPEG cơ bản (baseline JPEG) I Tiền xử lí Xử lý màu Chuyển từ không gian màu RGB sang YCBCR Mục đích: tăng thành phần độ chói, giảm thành phần màu sắc Công thức biến đổi từ RGB sang YCbCr
Bài tập lớn Truyền thơng đa phương tiện Mã hóa - nén ảnh JPEG và ứng dụng GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Lan Sinh viên MSSV Phạm Thanh Bình 20183693 Phạm Đức Đạt 20183704 Phạm Văn Hưởng 20183763 Phần I: Tìm hiểu mã hóa-nén dùng phép biến đổi TC (Transform Coding) Phần II: Tìm hiểu thuật tốn sơ đồ cơng nghệ nén JPEG cơ bản (baseline JPEG) Mục lục • Sơ đồ nén ảnh gồm 3 bước: • Tiền xử lí: • Mã hóa xử lí-nén: • Hậu xử lí: • Tính độ đo hiệu năng của sơ đồ nén: • Tỉ số nén. • Độ tổn hao. Phần III: Tìm hiểu số cơng cụ, phần mềm nén ảnh có ứng dụng công nghệ nén ảnh JPEG 2 Phần I: Tìm hiểu mã hóa-nén dùng phép biến đổi TC Sơ đồ TC (Transform Coding) 3 Phần II: Tìm hiểu thuật tốn sơ đồ cơng nghệ nén JPEG cơ bản (baseline JPEG) Sơ đồ mã hóa Baseline JPEG 4 Phần II: Tìm hiểu thuật tốn sơ đồ cơng nghệ nén JPEG cơ bản (baseline JPEG) I Tiền xử lí Xử lý màu Chuyển từ không gian màu RGB sang YCBCR Mục đích: tăng thành phần độ chói, giảm thành phần màu sắc Công thức biến đổi từ RGB sang YCbCr: 5 Hình ảnh minh họa: 6 Phần II: Tìm hiểu thuật tốn sơ đồ cơng nghệ nén JPEG cơ bản (baseline JPEG) I Tiền xử lí Thực bù mức (level offset) giá trị điểm ảnh Lúc mã hóa -128 với điểm ảnh Lúc giải mã +128 với điểm ảnh Mục đích điều để đảm bảo tất hệ số DCT đại lượng có dấu với dải rộng động tương tự 7 Phần II: Tìm hiểu thuật tốn sơ đồ cơng nghệ nén JPEG cơ bản (baseline JPEG) I Tiền xử lí Chia khối ảnh đầu vào thành khối 8x8 pixels để xử lý khối Mục đích: Tính tốn DCT cho vùng dư thừa liệu khác Tất block có kích thước block ma trận điểm ảnh 8×8 pixel lấy từ ảnh hình theo chiều từ trái sang phải, từ xuống Kích thước block 8×8 chọn hai lý sau: - Kích thước block lớn làm tăng độ phức tạp thuật toán - Khoảng cách pixel vượt làm cho hàm tương quan suy giảm nhanh 8 Phần II: Tìm hiểu thuật tốn sơ đồ cơng nghệ nén JPEG cơ bản (baseline JPEG) II Mã hóa xử lí nén 1.Biến đổi Cosin (DCT) khối Công đoạn trình nén theo JPEG biến đổi cosin rời rạc DCT (Discrete Cosine Transform) DCT biến đổi liệu từ miền không gian sang miền tần số Biến đổi DCT thực phạm vi khối 8*8 mẫu tín hiệu chói Y khối tương ứng tín hiệu màu (Cb, Cr) Biến đổi DCT hai chiều (2-D) dùng cho khối ảnh có kích thước 8x8 Q trình biến đổi thuận DCT (Forward DCT) dùng tiêu chuẩn JPEG định nghĩa sau: 9 Phần II: Tìm hiểu thuật tốn sơ đồ cơng nghệ nén JPEG cơ bản (baseline JPEG) II Mã hóa xử lí nén Chú ý: F(0, 0) giá trị trung bình tất điểm ảnh block 10 10 Bảng mã Huffman cho thành phần DC 20 20 Phần II: Tìm hiểu thuật tốn sơ đồ cơng nghệ nén JPEG cơ bản (baseline JPEG) II Mã hóa xử lí nén Mã hóa thành phần AC Sơ đồ khối mã hóa thành phần AC: Chuỗi hệ số AC đưa vào mã hóa RLC Ở đầu ta nhận từ mã bao gồm hai thành phần: - Giá trị chạy – số lượng bit "0" đứng trước hệ số khác "0" mã hóa. - Biên độ hệ số khác "0" nói Từ mã Huffman ứng với cặp giá trị tìm bảng phân loại bảng mã Huffman cho thành phần AC Từ mã AC bao gồm từ mã Huffman giá trị biên độ (nhị phân) hệ số AC 21 21 Bảng mã huffman cho thành phần AC: 22 22 Ví dụ: Sau trình quét zig-zag, ta nhận chuỗi hệ số AC sau: 0, -2, -1, -1, -1, , 0, -1, , 0…… Chuỗi bít nhận sau mã RLC là: (1,-2) (0, -1) (0, -1) (0, -1) (2,-1) (EOB) Sau hệ số khác "0" cuối cùng, đặt từ mã đặc biệt để báo hiệu kết thúc khối, từ mã có tên EOB – End Of Block Sử dụng bảng phân loại tìm loại biên độ hệ số Tín hiệu đưa vào mã hóa Huffman có cấu trúc sau: (1,2)(-2), (0,1)(-1), (0,1)(-1), (0,1)(-1) (2,1)(-1), (0,0) Trong đó: 23 23 Phần II: Tìm hiểu thuật tốn sơ đồ cơng nghệ nén JPEG cơ bản (baseline JPEG) III Hậu xử lí Từ mã Hufman cho cặp giá trị chạy loại Kết mã hóa thành phần AC DC tập hợp lại thành chuỗi bít có dạng sau: Như ta cần 35 bits để truyền block 64 điểm ảnh, hiệu nén phương pháp JPEG trường hợp 0.5 bit/điểm ảnh Sắp xếp, ghép khối tạo thành dòng bit liệu từ mã lưu file theo định dạng file jpg chuẩn JPEG quy định 24 24 Độ đo hiệu nén sơ đồ Tỷ số nén CR = (Dung lượng - Kích thước liệu ban đầu) / Kích thước liệu sau nén (ví dụ 35:1) - Tỷ số bit/ pixel ảnh Nb = Số bit sau nén/ Tổng số điểm ảnh (bpp) - Tỷ số nén tốc độ dịng bit video (bit/s) , ví dụ 30:1 Độ tổn hao - Nén không mát thông tin (lossless): khơng tổn hao. - Nén có mát thơng tin (lossy) : Các độ đo sai số MSE, SNR (db). Độ phức tạp - Độ phức tạp thời gian : Nén thời gian thực/ nén không yêu cầu thời gian thực. - Độ phức tạp không gian, nhớ 25 25 Phần III: Tìm hiểu số cơng cụ, phần mềm nén ảnh có ứng dụng công nghệ nén ảnh JPEG I Các phần mềm hỗ trợ nén ảnh JPEG JPEG Optimizer Dựa kỹ thuật MagiCompress ™, JPEG Optimizer nén tới 100 hình ảnh lần mà không làm giảm chất lượng Điều không tiết kiệm thời gian mà hạn chế sử dụng băng phông Đặc trưng: - Cho phép nén thay đổi kích thước ảnh - Hỗ trợ nén thay đổi kích thước nhiều hình ảnh lúc - Có thể điều chỉnh chất lượng ảnh nén - Thuật tốn tối ưu hóa nhiễu ISO độc đáo 26 26 Phần III: Tìm hiểu số cơng cụ, phần mềm nén ảnh có ứng dụng công nghệ nén ảnh JPEG I Các phần mềm hỗ trợ nén ảnh JPEG FileOptimizer Đặc trưng: - Ứng dụng miễn phí để nén tối ưu hóa hình ảnh - Giao diện thân thiện với người dùng - Nhiều mức độ nén khác 27 27 Phần III: Tìm hiểu số cơng cụ, phần mềm nén ảnh có ứng dụng công nghệ nén ảnh JPEG I Các phần mềm hỗ trợ nén ảnh JPEG Radical Image Optimaize Tool RIOT giúp xử lý, tối ưu hóa làm giảm dung lượng hình ảnh nhanh chóng Bên cạnh hỗ trợ thay đổi kích thước hình ảnh tối ưu gần tương đương file ban đầu Đây phần mềm hồn tồn miễn phí 28 28 Phần III: Tìm hiểu số công cụ, phần mềm nén ảnh có ứng dụng cơng nghệ nén ảnh JPEG I Các phần mềm hỗ trợ nén ảnh JPEG OptimiZilla Các hình ảnh thu nhỏ tới kích thước tối ưu giữ ngun mức chất lượng yêu cầu Cũng tùy chọn xem trước để so sánh mức chất lượng hình ảnh cho trước sau nén 29 29 Phần III: Tìm hiểu số cơng cụ, phần mềm nén ảnh có ứng dụng công nghệ nén ảnh JPEG I Các phần mềm hỗ trợ nén ảnh JPEG CompressJPEG CompressJPEG sử dụng thuật tốn gần giống Optimizilla Nó hỗ trợ số lượng ảnh lớn lên tới 20 ảnh JPEG 30 30 Phần III: Tìm hiểu số cơng cụ, phần mềm nén ảnh có ứng dụng công nghệ nén ảnh JPEG II Các ứng dụng thực tế ảnh JPEG Thị trường phát truyền hình JPEG sử dụng ngành truyền hình dạng nén lớp cho quy trình làm việc thời gian thực Nó cung cấp lợi độc đáo cho sản xuất video nén thay video khơng nén Hiện tại, sử dụng ứng dụng video IP chất lượng cao, độ trễ thấp Ví dụ: liên kết (sự kiện trực tiếp đến trường quay) sở hạ tầng phòng thu phát sóng IP 31 31 Phần III: Tìm hiểu số công cụ, phần mềm nén ảnh có ứng dụng cơng nghệ nén ảnh JPEG II Các ứng dụng thực tế ảnh JPEG Kho lưu trữ hình ảnh sở liệu Với ưu điểm nén dung lượng, điều giúp lưu trữ nhiều hình ảnh tạo tiền đề cho việc tìm kiếm phân loại 32 32 Phần III: Tìm hiểu số cơng cụ, phần mềm nén ảnh có ứng dụng công nghệ nén ảnh JPEG II Các ứng dụng thực tế ảnh JPEG Hình ảnh dùng y tế Trong nhiều trường hợp, chuyên gia chăm sóc sức khỏe cần đảm bảo hình ảnh phân phối mà không bị trình nén khơng gây biến dạng, điều dẫn đến chẩn đoán sai 33 33 THANK YOU ! 34 34 ... mềm nén ảnh có ứng dụng công nghệ nén ảnh JPEG I Các phần mềm hỗ trợ nén ảnh JPEG CompressJPEG CompressJPEG sử dụng thuật tốn gần giống Optimizilla Nó hỗ trợ số lượng ảnh lớn lên tới 20 ảnh JPEG. .. hiểu số cơng cụ, phần mềm nén ảnh có ứng dụng công nghệ nén ảnh JPEG II Các ứng dụng thực tế ảnh JPEG Thị trường phát truyền hình JPEG sử dụng ngành truyền hình dạng nén lớp cho quy trình làm... công nghệ nén ảnh JPEG I Các phần mềm hỗ trợ nén ảnh JPEG FileOptimizer Đặc trưng: - Ứng dụng miễn phí để nén tối ưu hóa hình ảnh - Giao diện thân thiện với người dùng - Nhiều mức độ nén khác