1.2.2.1 Vài nột về tấn cụng nộn ảnh
Nộn ảnh cú tổn hao về bản chất làm suy giảm chất lƣợng đối với thủy võn trờn ảnh số và cú thể xem nhƣ là một trong những phộp tấn cụng phổ biến nhất bởi ứng dụng rộng rói của nú trong đời sống xó hội [18], [21], [30], [33], [59], [56]. Trong phần này, hai kỹ thuật nộn ảnh phổ biến nhất là JPEG và JPEG2000 đƣợc phõn tớch để làm rừ cỏc nguyờn nhõn làm biến đổi thủy võn trờn ảnh số khi ảnh cú chứa thủy võn đƣợc nộn [11], [38], [52].
Một tớnh chất chung nhất của tất cả cỏc ảnh số là giỏ trị tƣơng quan giữa cỏc điểm ảnh cạnh nhau lớn, dẫn đến dƣ thừa thụng tin sử dụng khi biểu diễn ảnh, dẫn đến việc mó hoỏ khụng tối ƣu [11], [38]. Do đú cụng việc cần làm để nộn ảnh là phải tỡm đƣợc cỏc biểu diễn ảnh với giỏ trị tƣơng quan của cỏc điểm ảnh cạnh nhau là nhỏ nhất để giảm thiểu độ dƣ thừa thụng tin của ảnh. Thực tế, cú hai kiểu dƣ thừa thụng tin theo khụng gian biểu diễn đƣợc phõn loại nhƣ sau:
- Dƣ thừa trong miền khụng gian xuất hiện do tƣơng quan trờn quan điểm quang học giữa cỏc giỏ trị điểm ảnh của ảnh, cỏc điểm ảnh lõn cận của ảnh cú giỏ trị gần giống nhau.
- Dƣ thừa trong miền tần số xuất hiện do tƣơng quan quang học giữa cỏc mặt phẳng màu hoặc dải phổ khỏc nhau.
Trọng tõm của việc nộn ảnh là tỡm giải phỏp giảm kớch thƣớc bộ nhớ (số bit) cần dựng để biểu diễn ảnh trờn cơ sở loại bớt dƣ thừa trong miền khụng gian và miền tần số càng nhiều càng tốt. Cỏc kỹ thuật nộn ảnh đƣợc phõn loại nhƣ hỡnh 1.1.
Hỡnh 1.1 Sơ đồ phõn loại kỹ thuật nộn ảnh
1.2.2.2 Ảnh hưởng của cỏc kỹ thuật nộn ảnh đến thủy võn
Theo sơ đồ (Hỡnh 1.1) nộn ảnh cú hai hƣớng chớnh, bao gồm:
- Kỹ thuật nộn khụng mất thụng tin (lossless compression): ảnh khụi phục giống hoàn toàn so với ảnh gốc. Tuy nhiờn, nộn khụng tổn hao chỉ đạt đƣợc hiệu quả nộn nhỏ. Kỹ thuật nộn ảnh Nộn ảnh khụng mất thụng tin Nộn ảnh cú mất thụng tin Mó húa Huffman Mó húa thuật toỏn Mó húa biến đổi Mó húa băng con Lƣợng tử húa vector Lƣợng tử húa vụ hƣớng FFT DCT DWT
- Kỹ thuật nộn cú mất thụng tin (lossy compression): ảnh khụi phục cú sự sai khỏc so với ảnh gốc nhƣng sự mất mỏt thụng tin khụng cảm nhận đƣợc ở điều kiện cảm nhận hỡnh ảnh thụng thƣờng. Kỹ thuật này cú thể đạt đƣợc hiệu quả nộn cao hơn nhiều so với kỹ thuật nộn khụng tổn hao. Tuy nhiờn đõy chớnh là tỏc nhõn cơ bản làm giảm chất lượng thậm chớ làm biến dạng đến mức khụng cũn khụi phục được thủy võn nhỳng trong ảnh
[13], [17], [18], [23],[23], [56].
Mó húa biến đổi đƣợc dựng rất phổ biến trong kỹ thuật nộn ảnh cú mất thụng tin. Mó hoỏ dựa trờn phộp biến đổi trƣớc tiờn đối với ảnh để chuyển miền biểu diễn ảnh từ miền khụng gian sang một miền khỏc. Tiếp đú, thực hiện mó hoỏ đối với cỏc hệ số biến đổi. Cỏc phộp biến đổi phổ biến là: biến đổi cosine rời rạc DCT (sử dụng trong chuẩn nộn ảnh JPEG) [11] và biến đổi súng con rời rạc DWT (sử dụng trong chuẩn nộn ảnh JPEG2000) [35].
Đối với JPEG, sau khi đƣợc biến đổi cosine rời rạc, sự tƣơng quan giữa cỏc điểm ảnh của một ảnh trong miền khụng gian đƣợc giải tƣơng quan thành cỏc tần số rời rạc khỏc nhau trong miền tần số. Quỏ trỡnh lƣợng tử hoỏ là dựa trờn đặc điểm sinh lý của hệ thống thị giỏc của con ngƣời, đú là, nhạy cảm cao hơn với những tần số thấp và kộm hơn đối với tần số cao [64]. Cỏc phƣơng phỏp lƣợng tử húa vụ hƣớng đƣợc thiết kế sao cho cú thể giảm sự dƣ thừa dữ liệu mà vẫn giữ đƣợc tớnh trung thực của ảnh. Cỏc hệ số tần số đƣợc lƣợng tử hoỏ thụ (bƣớc lƣợng tử lớn) đối với cỏc hệ số tần số cao và lƣợng tử hoỏ tinh (bƣớc lƣợng tử nhỏ) đối với cỏc hệ số cú tần số thấp. Bảng lƣợng tử hoỏ đƣợc lấy tỉ lệ để tạo ra cỏc mức nộn thay đổi tuỳ theo tốc độ bớt và chất lƣợng ảnh. Việc lƣợng tử hoỏ sẽ tạo ra rất nhiều giỏ trị 0, đặc biệt là ở tần số cao. Quỏ trỡnh làm trũn trong khi lƣợng tử hoỏ chớnh là nguyờn nhõn
chớnh gõy ra sự tổn hao nhƣng lại là nhõn tố chớnh đem lại hiệu suất nộn [27], [41], [42], [43], [59].
Tƣơng tự đối với JPEG2000 cỏc hệ số của phộp biến đổi súng con đƣợc lƣợng tử hoỏ. Quỏ trỡnh lƣợng tử hoỏ cho phộp đạt tỷ lệ nộn cao hơn bằng cỏch thể hiện cỏc giỏ trị biến đổi với độ chớnh xỏc tƣơng ứng cần thiết với mức chi tiết của ảnh cần nộn. Cỏc hệ số biến đổi đƣợc lƣợng tử hoỏ theo phộp lƣợng tử hoỏ vụ hƣớng. Cỏc hàm lƣợng tử hoỏ khỏc nhau đƣợc ỏp dụng cho cỏc băng con khỏc nhau. Trong dạng biến đổi nguyờn, đặt bƣớc lƣợng tử bằng 1. Với dạng biến đổi thực thỡ bƣớc lƣợng tử đƣợc chọn tƣơng ứng cho từng băng con riờng rẽ. Bƣớc lƣợng tử của mỗi băng do đú phải cú ở trong dũng bit truyền đi để phớa thu cú thể giải lƣợng tử cho ảnh [36], [16], [13], [45], [28], [53], [54], [12][12]. Lƣợng tử húa trong JPEG2000 cú tỏc dụng ớt hơn đối với hiệu suất nộn và cũng ớt ảnh hƣởng đến chất lƣợng thủy võn hơn so với nộn JPEG [17], [24].