a. Khái niệm và công thức
3.3.1.2.Mô hình nén
Trong lĩnh vực truyền thông video, kỹ thuật xử lý tín hiệu chủ yếu tập trung vào mục đích nén. Người ta thường sử dụng 3 phương pháp nén đối với hình ảnh dựa vào các loại độ dư: dư thừa không gian, dư thừa phổ và dư thừa tâm sinh lý nhìn.
Nén về cơ bản là một quá trình trong đó số lượng số liệu (data) biểu diễn lượng thông tin của một ảnh hoặc nhiều ảnh được giảm bớt bằng cách loại bỏ những số liệu dư
thừa trong tín hiệu video. Các chuỗi ảnh truyền hình có nhiều phần ảnh giống nhau. Vậy tín hiệu truyền hình có chứa nhiều dữ liệu dư thừa, ta có thể bỏ qua mà không làm mất thông tin hình ảnh. Đó là các phần xóa dòng, xóa mành, vùng ảnh tỉnh hoặc chuyển động rất chậm,vùng ảnh nền giống nhau, mà ở đó các phần tử liên tiếp hoặc khác nhau rất ít.
87
Ngoài ra, để tăng hệ số nén ảnh động, chuyển động trong ảnh truyền hình phải được dự
báo, khi đó, ta chỉ cần truyền các thông tin về hướng và mức độ (vector) chuyển động của các vùng ảnh khác nhau. Các phần tử lân cận trong ảnh thường giống nhau, do đó chỉ cần truyền các thông tin biến đổi. Các hệ thống nén sử dụng đặc tính này của tín hiệu video và các đặc trưng của mắt người (là kém nhạy với sai số trong hình ảnh có nhiều chi tiết và các phần tử chuyển động). Quá trình giải nén ảnh là quá trình xấp xỉ để khôi phục ảnh gốc (thường thực hiện ở phía thu).
Một hệ thống nén video tiêu biểu (hay bộ mã hoá nguồn) bao gồm: bộ chuyển đổi, bộ lượng tử hoá, bộ mã hoá (hình 3.38).
Hình 3.38: Sơđồ khối hệ thống nén ảnh tiêu biểu
- Bộ chuyển đổi: thường dùng phép biến đổi Cosin rời rạc để tập trung năng lượng tín hiệu vào một số lượng nhỏ các hệ số khai triển để thực hiện phép nén hiệu quả hơn là dùng tín hiệu nguyên thủy.
- Bộ lượng tử hoá: tạo ra một lượng ký hiệu giới hạn cho ảnh nén với hai kỹ thuật: lượng tử vô hướng (thực hiện lượng tử hoá cho từng phần dữ liệu) và lượng tử vectơ (thực hiện lượng tử hoá một lần một khối dữ liệu). Quá trình này không thuận nghịch.
- Bộ mã hoá: gán một từ mã, một dòng bit nhị phân cho mỗi ký hiệu.
Các hệ thống nén được phân biệt dựa trên sự kết hợp khác nhau giữa 3 bộ xử lý trên và được phân loại như sau:
- Hệ thống nén không mất thông tin (lossless data reduction): thực hiện tối thiểu tốc độ bit mà không làm méo ảnh, hệ thống còn gọi là nén toàn bit hay có tính chất thuận nghịch.
- Hệ thống nén có mất thông tin (loss data reduction): đạt được độ trung thực tốt nhất đối với tốc độ bit cho trước, hệ thống phù hợp áp dụng cho tín hiệu âm thanh và hình ảnh vì có hệ số nén cao.
Trong sơ đồ hình 3.38, tầng chuyển đổi và tầng mã hoá là nơi tín hiệu xử lý không bị tổn thất, tầng lượng tử là có tổn thất. Ngoài ra, dựa trên quan điểm về tổn thất chúng ta có thể phân biệt hai loại mã hoá như sau: mã hoá Entropy (mã hoá không tổn thất) và mã hoá nguồn (mã hoá có tổn thất).
88