a. Mục đích của JPEG
Tiêu chuẩn của JPEG được định ra cho nén ảnh tĩnh đơn sắc và màu, thực hiện bởi bốn mode mã hoá đó là:
- Mã tuần tự: ảnh được mã hoá bằng kiểu quét từ trái qua phải, từ trên xuống dưới dựa trên khối DCT.
- Mã hoá luỹ tiến: ảnh được mã hoá bằng kiểu quét phức hợp theo chế độ phân giải không gian cho các ứng dụng trên các kiểu băng hẹp và do đó thời gian truyền dẫn có thể dài.
- Mã hoá không tổn thất: ảnh được đảm bảo khôi phục chính xác mỗi giá trị mẫu của nguồn. Thông tin không cần thiết sẽ bị cắt bỏ nên hiệu quả nén thấp hơn so với phương pháp có tổn thất.
- Mã hoá phân cấp: ảnh được mã hóa ở chế độ phân giải không gian phức hợp để cho những ảnh có độ phân giải thấp có thể truy xuất và hiển thị mà không cân giải nén như những ảnh có độ phân giải trong không gian lớn hơn.
b. Mã hoá và giải mã JPEG
Quá trình mã hoá và giải mã là hai quá trình ngược nhau. Quá trình mã hoá cho ra dòng số liệu khi nén và sau đó được đưa tới phần giãn (giải nén). Ở bộ giải nén, bộ mã hoá entropy biến đổi dòng bít được nén thành một bảng zic-zac mới có các hệ số DCT. Các hệ số này được nhân với các hệ số giải lượng tử hoá và đưa đến quá trình biến đổi DCT ngược (Inverse DCT). Đầu ra ta có một khối 8 x 8 pixels có thể không tạo lại một ảnh chính xác tín hiệu gốc vì thông tin bị mất trong quá trình mã hoá (nén có tổn hao).
Nếu coi ảnh động là chuỗi các ảnh tĩnh thì tiêu chuẩn JPEG được áp dụng và gọi là M-PEG.
c. Phân cấp cấu trúc số liệu video
Tiêu chuẩn JPEC bao gồm một phân cấp cấu trúc số liệu video nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc biển đôi các hình ảnh được mã hoá. Các thông số mã hoá, dạng làm việc của JPEG, kích thước và tần số ảnh, độ chi tiết điểm ảnh, độ chính xác của lượng tử, các bảng mã đều được cộng vào với dòng số được truyền đi. Cấu trúc số liệu JPEG gồm 6 cấp khác nhau phụ thuộc vào chế độ làm việc của JPEG.
Đơn vị số liệu (DU): đơn vị số liệu bao gồm một khối 8 x 8 các mẫu thành phần trong dạng nén mất thông tin.
Đơn vị mã hoá nhỏ nhất (MCU): là nhóm nhỏ nhất các DU xen kẽ. Trong sử dụng nén DCT theo tiêu chuẩn CCIR - 601, MCU bao gồm hai khối Y, một khối CR và một khối CB.
Đoạn mã entropy (ECS): gồm một số các MCU. Đoạn mã entropy cho phép giảm kích thước khôi phục từ giới hạn ngắt của số liệu entropy.
Quét: tiêu chuẩn xác định phương pháp quét cho toàn bộ ảnh.
Khung hình: có thể được tạo thành từ một hay nhiều quá trình quét.
Lớp ảnh: ảnh là cấp trên cùng của phân cấp số liệu nén, bao gồm khung và mã hoá cho toàn bộ một bức ảnh.
d. Đặc điểm của M-JPEG
Nếu mã hoá nhiều lần thì hiệu ứng trên sẽ tăng lên. Tham số theo tiêu chuẩn nén JPEG trong bảng 2.1
Chuẩn nén M-JPEG có ưu điểm khi sử dụng trong công nghệ sản xuất chương trình truyền hình. Vì các ảnh được mã hoá độc lập với nhau nên việc thực hiện dựng chính xác tới từng ảnh là hoàn toàn có thể thực hiện được. Đây chính là điểm mạnh của M-PEG sử dụng trong các thiết bị sản xuất chương trình tiện dụng cho studio và dựng hậu kỳ, làm kỹ xảo với giá thành hệ thống phù hợp, không gây tổn hao trong quá trình dựng.
Bảng 2.1. Tham số theo tiêu chuẩn nén JPEG
Tham số Đặc điểm
- Tín hiệu mã hoá - Cấu trúc lấy mẫu
- Kích thước ảnh tối đa (điểm ảnh x điểm ảnh)
- Biểu diễn mẫu
- Độ chính xác của quá trình lượng tử hoá và biến đổi DCT
- Phương pháp lượng tử hoá hệ
- Cấu trúc khối trong quá trình lượng tử hoá thích nghi - Độ chính xác cực đại của hệ số DC - Bảng lượng tử - Biến đổi RLC - Hệ số cân bằng các khối - Bù chuyển động - Quét - Kênh truyền - RGB hoặc Y và CR, CB - 4:4:4, 4:2:2 và 4:2:0 - 65 536 x 65 536 - 812 bit cho hệ thống mở rộng DCT - 9 bit - DPCM - 16 x 16 bit - 11 bit
- Sai lệch giữa các giá trị Y và CR, CB
- Mã Huffman - Có thể biến đổi - Không
- Tuần tự hay xen kẽ - Được quản lý lỗi