- Số húa cỏc camera và mỏy thu hỡnh ảnh Truyền dẫn và phỏt xạ hỡnh ảnh số.
b. Nguyờn tắc làm việc:
BỘ DỰ ĐOÁN
Biến đổi
T Lượhoỏ Q ng tử Mó húa C
Biến đổi ngược T-1 Giải lượng tử R Giải mó D
Bảng IV.1.1: Đỏnh giỏ bự chuyển động fi 25 35 30 41 72 72 72 83 Dựđoỏn fi = fi-1 0 25 35 30 41 72 72 72 83 Sai số dự đoỏn en 25 10 -5 11 31 0 0 11 .... * Đỏnh giỏ bự chuyển động:
Đõy là dạng dự đoỏn Inter cú xột đến chuyển động của cỏc vật thể trờn ảnh khi nộn Video. Ta lấy ảnh cũ gần giống ảnh mới dự đoỏn thay vỡ truyền ảnh chỉ
truyền sai số dựđoỏn và vộc tơ chuyển động.
b. Biến đổi Unita (Unitary Transform).
Biến đổi Unita là biến đổi tớn hiệu số trong miền thời gian (tớn hiệu Audio số) hoặc trong miền khụng gian 2D (ảnh tĩnh) thành cỏc hệ số trong miền tần số. Biến đổi DCT là một trường hợp của biến đổi Unita.
Biến đổi DCT (Disscrete Cosine Transform) là dựa vào phộp biến đổi Fourier để chuyển mảng ảnh từ khụng gian 2 chiều sang miền tần số, để thấy
được tần số cao ởđõu và tần số thấp ởđõu, để sau đú loại bỏ tần số cao.
c. Biến đổi đa phõn giải. Biến đổi đa phõn giải là chia tớn hiệu thành tập cỏc tớn hiện con cú độ phõn giải khỏc nhau. - Một số biến đổi tiờu biểu: + Mó húa giải con + Biến đổi Wavelet.
IV.3.2. Lượng tử húa Q và bộ giải lượng tử húa R.
- Lượng tử húa là quỏ trỡnh biểu diễn một tập giỏ trị liờn tục ở ngừ vào bằng một lượng giới hạn cỏc ký hiệu cỏc ký hiệu ở ngừ ra. Đõy chớnh là khõu gõy ra tổn hao khi loại bỏ thụng tin khụng phự hợp (độ dư thừa tõm lý) hay thụng tin ớt quan trọng và dĩ nhiờn phải chấp nhận một độ mộo (độ suy giảm chất lượng)
nhất định. Về phớa giải nộn ta cú bộ giải lượng tử với chức năng ngược lại. - Cú thể phõn biệt hai lượng tử chủ yếu:
+ Lượng tử vụ hướng là lượng tử từng giỏ trị một cỏch độc lập.
+ Lượng tử vectơ: là quỏ trỡnh biểu diễn một tập vectơ (mỗi vectơ gồm nhiều giỏ trị) bằng một số hữu hạn cỏc ký hiệu ngừ ra.
- Lượng tử húa cú thể được ỏp dụng cho cỏc giỏ trị trong miền thời gian, khụng gian cũng như cỏc hệ số trong miền tần số.
IV.3.3. Mó húa (Coder) và giải mó D (Dicoder).
Bộ mó húa cú hai nhiệm vụ:
- Loại bỏ dư thừa trong cỏc ký tựở ngừ ra bộ lượng tử húa.
- Ánh xạ cỏc ký tự này thành cỏc từ mó hợp thành dũng bit ra. Bộ mó húa này chớnh là bộ mó húa ký hiệu - mó húa entropy và sử dụng mụ hỡnh thống kờ để mó húa. Cỏc loại mó húa thụng dụng thường được sử dụng là VLC, RLC ở phớa giải nộn ta cú bộ giải mó D với chức năng ngược lại.
IV.3.3.1. Mó húa dự đoỏn.
Nguồn ảnh chứa một thụng tin rất lớn, nếu mó húa trực tiếp nguồn tin này theo PCM, tốc độ dũng bit thu được sẽ rất cao. Mặt khỏc, nguồn ảnh lại chứa
đựng sự dư thừa và tớnh “cú nhớ”, giữa cỏc điểm ảnh lõn cận cú mối quan hệ
tương hỗ với nhau. Do đú mó húa dựđoỏn được xõy dựng trờn nguyờn tắc cơ bản sau:
* Lợi dụng mối quan hệ tương hỗ này, từ cỏc giỏ trị điểm ảnh lõn cận, theo một nguyờn tắc nào đú cú thể tạo nờn một giỏ trị gần giống điểm ảnh hiện hành. Giỏ trị này gọi là giỏ “dự bỏo”
* Loại bỏ đi tớnh “cú nhớ” của nguồn tớn hiệu bằng một bộ lọc đặc biệt cú
đỏp ứng đầu ra là hiệu giữa tớn hiệu vào s (n) và giỏ trị dự bỏo cho nú.
* Thay vỡ lượng tử húa trực tiếp cỏc mẫu điểm ảnh, mó húa dự đoỏn lượng tử và mó húa cỏc “sai số dự bỏo” tại đầu ra bộ lọc.
“Sai số dự bỏo” là sự chờnh lệch giữa trị dự bỏo và giỏ trị thực sự của mẫu hiện hành. Do nguồn “sai số dự bỏo” là nguồn khụng cú nhớ và chứa đựng lượng thụng tin thấp, nờn số bớt cần mó húa sẽ giảm đi rất nhiều.
Phương phỏp tạo điểm ảnh dựa trờn tổng giỏ trị của cỏc điểm dự đoỏn và sai số dự bỏo gọi là “Điều xung mó vi sai - DPCM”.
e(k) i(k) i’(k) i(k) Hỡnh IV.1.5: Bộ mó húa DPCM Hỡnh IV.1.6: Bộ giải mó DPCM i (k): Mẫu điểm tuần tự.
e (k): Chờnh lệch dựđoỏn (sai số dự đoỏn)
e (k): Giỏ trị dự đoỏn của e (k) với lỗi lượng tử quy định (k).
IV.3.3.2. Mó húa chuyển đổi (Transform Coding).
Trong phương phỏp mó húa chuyển đổi, tớnh cú nhớ của nguồn tớn hiệu được loại bỏđi bằng một phộp biến đổi. Một khối cỏc điểm ảnh được chuyển sang miền tần số theo một ma trận biến đổi phự hợp. Từ khối N giỏ trị mẫu điểm lõn cận s = {s(n), s(n+1)... s (n-N+1)}, thu được khối N hệ số c = (c1,c2..cN ). Phộp biến đổi Bộ dựđoỏn + e(k) + i’(k) e(k) i’(k) Lượng tử húa Bộ dựđoỏn
này cú tớnh thuận nghịch, cỏc hệ số này hoàn toàn cú thể hồi phục thành giỏ trị
tớn hiệu ban đầu bằng phộp chuyển đổi ngược.
So với giỏ trị thực của điểm ảnh, nguồn cỏc hệ số là khụng cú nhớ. Mặt khỏc thụng tin của nguồn ảnh tập trung phần lớn ở cỏc thành phần tần số thấp nờn trong khối cỏc hệ số, thụng tin cũng tập trung tại một số ớt cỏc hệ số chuyển đổi ci. Do vậy sẽ giảm được lượng bớt nếu mó húa số này thay cho việc mó húa trực tiếp cỏc mẫu. Số lượng bớt mó húa cũn cú thể giảm hơn nữa nếu lợi dụng đặc
điểm của mắt người khụng nhạy cảm với sai số ở tần số cao. Bởi vậy, cú thể sử
dụng bước lượng tử thụ cho cỏc hệ sốứng với tần số cao mà khụng làm giảm sỳt chất lượng ảnh khụi phục. BpXq
Hỡnh IV.1.7: Quỏ trỡnh giải mó chuyển đổi hai chiều
Ảnh số được chia thành cỏc khối cỡ pxq. Cỏc khối này sẽ được chuyển đổi sang miền tần số. Cỏc hệ số biến đổi sẽ được lượng tử húa và mó húa. Quỏ trỡnh giải mó sẽ được ỏp dụng phộp biến đổi ngược đối với cỏc hệ số để khụi phục ảnh ban đầu.
Trong mó húa chuyển đổi, một điều vụ cựng quan trọng là phải chọn được phộp biến đổi phự hợp cú khả năng giảm tối đa mối quan hệ tương hỗ giữa cỏc điểm
Biến đổi
hai chiều Lhoỏ entropy ượng tử, mó q p Bpxq Biến đổi ngược hai chiều Giải mó entropy p q
ảnh trong cựng một khối. Bản thõn phộp biến đổi trong mó húa chuyển đổi khụng nộn dữ liệu. Song nếu lượng tử húa cỏc hệ số, rất nhiều hệ số tần số cao sẽ quy trũn về giỏ trị 0. Việc lựa chọn bảng lượng tử và số bớt mó húa cho cỏc hệ số
cũng rất quan trọng do phần lớn hiệu suất nộn dữ liệu tập trung trong quỏ trỡnh này. Cuối cựng mó húa entropy được chọn để giảm tối đa tốc độ dỡng bit.
Phộp biến đổi tốt nhất cho bỡnh phương sai số của ảnh khụi phục nhỏ nhất là phộp biến đổi Karhumen - Loeve (KL) nhưng phộp biến đổi này khụng phự hợp cho nhiều ứng dụng của ảnh số. Do vậy, trong nộn ảnh số sử dụng phổ biến cho một phộp biến đổi khỏc gọi là “phộp biến đổi cosin rời rạc”. Biến đổi cosin một chiều (1D - DCT) dành cho một dóy cỏc điểm ảnh. Việc chuyển đổi một khối n x m điểm ảnh sang miền tần số được thực hiện bằng chuyển đổi DCT 2 chiều (2D - DCT).
CHƯƠNG V: MỘT SỐ CễNG NGHỆ NẫN
Cụng nghệ nộn được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là: Điều xung mó (Differrential Pulse Code Modulation) và mó húa chuyển đổi (Transform conding - TC).
V.1. NẫN VIDEO - ĐIỀU XUNG MÃ VI SAI DPCM (DIFFERRENTIAL
PULSE CODE MODULATION).
Đõy là phương phỏp nộn ảnh hiệu quả, nguyờn lý cơ bản của phương phỏp này là: Chỉ chuyển tải tớn hiệu vi sai giữa mẫu và cho trị dự bỏo (được tạo ra từ
cỏc mẫu trước đú).