F2,0F2,1 n F2,2 … … … … … … … Lượng tử hoá theo trọng số Q(u,v) Bảng lượng tử (8ì8) F(u,v) F0,0/Q0,0 Fq(u,v) Hình 4.27: Lượng tử hoá có trọng số 53
Khi dùng mã hoá entropy có hai vấn đề:
- Thứ nhất mã hoá entropy làm tăng độ phức tạp và yêu cầu bộ nhớ lớn hơn so với mã độ dài cố định.
- Thứ hai, mã hoá entropy gắn liền với tính không ổn định của tín hiệu video sẽ làm tốc độ bit thay đổi theo thời gian. Do vậy, cần có một cơ cấu điều khiển bộ đệm khi mã hoá nguồn tốc độ bit biến đổi đợc ghép với kênh tốc độ bit hằng.
Bộ mã hoá entropy đợc thực hiện cho độ d thừa thống kê cố hữu trong các phần tử đ- ợc mã hoá để truyền. Sự d thừa chính là phân bố xác suất không đồng đều trên giá trị của mỗi phần tử. Phân bố xác suất càng lệch khỏi phân đều thì hiệu suất càng tăng nhờ mã hoá entropy.
4.11.6. Điều khiển tốc độ bit.
Sau khi mã hoá entropy ta nhận đợc chuỗi bit có tốc độ thay đổi. Nếu phải truyền qua kênh có tốc độ cố định thì ta cần phải có bộ nhớ đệm. Điều khiển bộ đệm thông thờng dùng cơ cấu hồi tiếp. Bộ mã hoá kiểm tra trạng thái đầy của bộ nhớ đệm. Khi số liệu trong bộ nhớ đệm gần bằng dung lợng cực đại, thì hệ số biến đổi DCT đợc lợng tử hoá ít chính xác hơn (tăng tỷ số nén), ngợc lại, bộ nhớ đệm chứa số liệu quá ít thì độ chính xác của việc lợng tử hoá các hệ số sẽ tăng lên. Quá trình này đợc thực hiện khi biến đổi DCT một cách tự động bằng mạch phản hồi “điều khiển tốc độ bit” một cách thích hợp.
4.11.7. Quá trình giải nén.
Quá trình giải nén trong ảnh dựa trên cơ sở thực hiện thuật toán ngợc lại với quá trình nén. Bằng cách này ta nhận đợc ảnh khác rất ít so với ảnh gốc, điều này là do trong trờng hợp hình ảnh chứa thành phần tần số cao không nhiều (không có biên nén, ít các chi tiết ảnh) và chọn mức lợng tử hoá các hệ số DTC một cách thích hợp. Sự khác nhau này không ảnh h- ởng nhiều đến sự nhận biết của mắt. Tuy nhiên sự làm giảm mức lợng tử hoá sẽ làm hạn chế lợng thông tin ảnh đợc truyền. Nếu tăng mức nén sẽ gây ra méo ảnh, chính vì vậy các họ nén sử dụng DCT đợc xếp vào nhóm có mất thông tin.
4.12. Nén liên ảnh. VLR Bảng mã Huffman RLC (Zic-zắc)-1 Lượng tử hoá IDCT Tách khối và cấu trúc khối Giải mã DPCM hệ số DC IDCT Bảng lư ợng tử Hình 4.34: Giải mã DCT 54
4.12.1. Mô hình.
Một tính chất của tín hiệu video là có chứa thông tin d thừa trong miền thời gian. Điều này có nghĩa là với một chuỗi liên tục các ảnh, lợng thông tin chứa đựng trong ảnh thay đổi rất ít từ ảnh này sang ảnh khác. Tính toán sự dịch chuyển vị trí của nội dung hình ảnh là một phần rất quan trọng trong kỹ thuật nén liên ảnh, đặc điểm của nén liên ảnh chính là “Kỹ thuật xấp xỉ và bù chuyển động”. Mô hình nén lên ảnh có dạng nh hình vẽ.
Một chuỗi video là một chuỗi các ảnh tĩnh hiện ra liên tục với tốc độ nhanh sẽ cho cảm giác các ảnh chuyển động liên tục. Yêu cầu cần phải có tốc độ Frame cao để đạt đợc cảm giác chuyển động thực sự, từ đó tạo ra nhiều d thừa tạm thời giữa các Frame kề nhau. Sự bù chuyển động chính là để loại bỏ phần d thừa tạm thời này.
Sau quá trình bù chuyển động, để tăng hiệu quả nén cần sử dụng kỹ thuật nén trong ảnh để xử lý độ d thừa trong không gian trong phần thừa bù chuyển động.
4.12.2. Xấp xỉ và bù chuyển động.
Trong mã chuyển động, Frame hiện thời đợc đợc dự báo từ frame trớc bằng cách xấp xỉ chuyển động giữa hai frame và bù chuyển động đó. Sự khác nhau giữa hai frame hiện hành và dự báo đợc gọi là phần d thừa của bù chuyển động và phần d thừa này sẽ đợc mã hoá.
Đối với một chuỗi video bình thờng, đặc trng về năng lợng của phần d thừa thấp hơn rất nhiều so với năng lợng trong tín hiệu video gốc do loại bỏ những thành phần d thừa tạm thời. Mã hoá phần d thừa thay vì mã hoá video giúp đảm bảo thông tin d thừa tạm thời không bị mã hoá lặp lại.
Nh vậy, việc xác định phần ảnh động là “xấp xỉ ảnh động”. Quá trình khôi phục một ảnh bằng cách dùng các phần ảnh từ ảnh trớc cùng với thông tin về chuyển động chính là “bù chuyển động”.
Sự đánh giá chuyển động có thể là toàn Frame, để tối u ta chia mỗi Frame thành các khối (9ì9 pixels) sau đó mới đánh giá chuyển động cho từng khối.
Sử dụng xấp xỉ và bù chuyển động là để thay thế hai yêu cầu trong hệ thống mã/giải mã. Đầu tiên bộ giải mã phải lu ảnh trớc trong khi tạo lại ảnh tiếp theo. Sau đó, bộ mã hoá phải tạo lại mỗi ảnh sau khi mã hoá để nó dự báo bộ giải mã tạo lại ảnh nh thế nào. Điều này là cần thiết vì bộ giải mã không có bất kỳ ảnh gốc nào cho việc tạo lại các khối bù chuyển động. 4.13. Chuẩn JPEG. 4.13.1. Khái quát. Bù chuyển động Nén trong ảnh Nguồn ảnh ảnh nén Hình 4.37: Mô hình nén ảnh 55
JPEG là tên của tổ chức nghiên cứu về các chuẩn nén cho ảnh đa tần liên tục thành lập 1992. Tiêu chuẩn này có thể ứng dụng cho nhiều lĩnh vực: Lu trữ ảnh, Fax màu, truyền ảnh báo chí, ảnh cho y học, camera số…
4.13.1.2. Mục đích của JPEG.
Tiêu chuẩn JPEG đợc định ra cho nén ảnh tĩnh đơn sắc và màu, thực hiện bởi 4 mode mã hoá đó là:
1- Mã hoá tuần tự.
ảnh đợc mã hoá theo kiểu quét từ trái sang phải, từ trên xuống dới theo kiểu quét DCT.
2- Mã hoá luỹ tiến.
ảnh đợc 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.
3- Mã hoá không tổn thất.
ảnh đợc đảm bảo khôi phục chính xác cho mỗi giá trị mẫu của nguồn. Thông tin không cần thiết sẽ bị cắt bỏ cho nên cho hiệu quả nén thấp hơn so với phơng pháp có tổn thất.
4- Mã hoá phân cấp
ảnh đợc mã hoá ở chế độ phân giải không gian phức hợp, để cho các ảnh có độ phân giải thấp có thể thấp có thể đợc truy xuất và hiển thị mà không cần giải nén nh các ảnh có độ phân giải trong không gian cao hơn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.13.2. Mã hoá và giải mã JPEG.
Thuật toán JPEG Baseline đã đa ra từ trớc, sau đây ta sẽ xét sơ đồ khối thuật toán mã hoá và giải mã tiêu chuẩn JPEG Baseline nh sau: