Nén ảnh số là một đề tài nghiên cứu rất phổ biến trong lĩnh vực xử lý dữ liệu đa phƣơng tiện. Mục đích là làm thế nào để lƣu trữ bức ảnh dƣới dạng có kích thƣớc nhỏ hơn hay dƣới dạng biểu diễn mà chỉ yêu cầu số bít mã hoá ít hơn so với bức ảnh gốc. Nén ảnh thực hiện đƣợc là do một thực tế: thông tin trong bức ảnh không phải là ngẫu nhiên mà có trật tự, có tổ chức. Do đó, nếu bóc tách đƣợc tính trật tự, cấu trúc đó thì sẽ biết đƣợc phần thông tin nào quan trọng nhất trong bức ảnh để biểu diễn và truyền đi với số lƣợng bít ít hơn so với ảnh gốc mà vẫn đảm bảo tính đầy đủ thông tin. Ở phía thu, quá trình giải mã sẽ tổ chức, sắp xếp lại đƣợc bức ảnh xấp xỉ gần chính xác so với ảnh gốc nhƣng vẫn thoả mãn chất lƣợng yêu cầu, đảm bảo đủ thông tin cần thiết.
Tóm lại, tín hiệu ảnh, video hay audio đều có thể nén lại bởi chúng có những tính chất nhƣ sau:
• Có sự tƣơng quan dẫn đến dƣ thừa thông tin theo không gian: Trong phạm vi một bức ảnh hay một khung video tồn tại sự dƣ thừa đáng kể do mối tƣơng quan giữa các điểm ảnh lân cận.
• Có sự tƣơng quan dẫn đến dƣ thừa thông tin theo phổ: Các dữ liệu thu đƣợc từ các bộ cảm biến của thiết bị thu nhận ảnh tồn tại sự tƣơng quan đáng kể giữa các mẫu thu, đây chính là nguyên nhân dẫn đến dƣ thừa theo phổ.
• Có sự tƣơng quan dẫn đến dƣ thừa thông tin theo thời gian: Trong một chuỗi ảnh video, tồn tại sự tƣơng quan giữa các điểm ảnh của các khung video, điều này cho thấy có sự dƣ thừa thông tin theo thời gian.
Trong hình 3.1, bộ mã hoá dữ liệu thực hiện quá trình nén bằng cách giảm kích thƣớc dữ liệu ảnh gốc đến một mức phù hợp với việc lƣu trữ và
28
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
truyền dẫn trên kênh. Tỉ lệ bít đầu ra của bộ mã hoá đƣợc tính là số bít cho một mẫu (điểm ảnh). Bộ mã hoá kênh thực hiện việc chuyển đổi luồng bít đã đƣợc nén thành dạng tín hiệu phù hợp cả cho việc lƣu trữ và truyền dẫn, thƣờng bộ mã hoá kênh sử dụng các kỹ thuật: mã hoá có độ dài thay đổi – RLC (Run Length Coding), mã hoá Huffman, mã hoá số học. Bộ giải mã thực hiện quá trình ngƣợc lại so với bộ mã hoá.
Trong các hệ thống nén, tỉ lệ nén chính là tham số quan trọng đánh giá khả năng nén của hệ thống, công thức đƣợc tính nhƣ sau:
Tỉ lệ nén = Kích thước dữ liệu gốc / Kích thước dữ liệu nén
Đối với ảnh tĩnh, kích thước chính là số bít để biểu diễn toàn bộ bức ảnh. Đối với ảnh video, kích thước chính là số bít để biểu diễn một đoạn khung hình video.