Tìm Hiểu Các Sơ đồ Nén Các Loại ảnh JPEG - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.docx) (38 trang)

Trang chủ

Công nghệ thông tin

Hệ thống thông tin

Tìm hiểu các sơ đồ nén các loại ảnh JPEG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (880.64 KB, 38 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG  Báo cáoTruyền thông đa phương tiện Đề tài 3: Tìm hiểu các sơ đồ nén các loại ảnh JPEG, khảo sát và đánh giá thực nghiệm chất lượng ảnh JPEG trong các trường hợp ứng dụng GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Hoàng LanSinh viên thực hiện: Nguyễn Nam Tiến 20092705 Bùi Thái Bình 20114628 Nguyễn Thành Lợi 20114633 Nguyễn Hải Anh 20111106Hà Nội, 12/20141MỤC LỤCMỞ ĐẦUHiện nay, mạng Internet nói riêng và những thành tựu trong lĩnh vực công nghệ thôngtin – truyền thông nói chung đã và đang tiếp tục mở rộng phát triển nhanh chóng, đạt đượcnhững dấu mốc quan trọng. Song hành cùng với sự phát triển đó, những khái niệm, nhữngquy chuẩn, những đối tượng tài nguyên mới cũng được ra đời nhằm phục vụ tốt nhất chonhu cầu của con người. Hơn nữa, đó cũng chính là những thành công mới của loài ngườitrong công cuộc khai phá tri thức.Khi nhắc tới ngành công nghệ thông tin – truyền thông và đặc biệt là thế giới ảo trênmạng toàn cầu rộng lớn, chúng ta sẽ phải nhắc ngay đến khái niệm Dữ liệu đa phương tiện– một bước đột phá trong lịch sử loài người về tổ chức lưu trữ dữ liệu thông minh. Đó làtất cả những dạng tổ chức và lưu trữ dữ liệu số hoạt động trên các thiết bị số, các máy tínhhiện đại, được các thiết bị số đó tạo ra, xử lí và được truyền thông giữa các thành phầntrong mạng thông qua những phương thức đặc thù riêng. Khái niệm về Dữ liệu đa phươngtiện rất phong phú, nhưng có thể nêu ra một số đối tượng cơ bản, phổ biến nhất như: tệpdữ liệu âm thanh (audio file), tệp dữ liệu hình ảnh/đồ họa số (image/graphic file) hay cáctệp phim/hình chuyển động (video file) Việc tìm hiểu, khảo sát về các đối tượng dữ liệu đa phương tiện đòi hỏi công sức và chiphí rất lớn. Trong phạm vi của một bài tiểu luận học phần, nhóm xin đưa ra những cáinhìn cụ thể, rõ ràng về một đối tượng trong số đó: chuẩn nén ảnh JPEG và các vấn đề cơbản có liên quan. Đây là một chuẩn dữ liệu được sử dụng phổ biến hiện nay, cả trong đờisống lẫn công tác nghiên cứu khoa học. Hơn nữa, ứng dụng của chuẩn JPEG đã thực sựmang lại những tiện ích lớn cho người dùng trong việc lưu trữ, xử lí và truyền tải thôngtin dạng hình ảnh trên mạng máy tính hay các thiết bị số khác.Trong suốt quá trình thực hiện đề tài này, nhóm đã rất nỗ lực tìm hiểu, khảo sát, đánhgiá về những nội dung cần thực hiện. Tuy nhiên, những thiếu sót, sơ suất sẽ không thểtránh khỏi và nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, cải thiện trong tương lai. Nhóm xin2chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của GS. Nguyễn Thị Hoàng Lan trongsuốt quá trình thực hiện đề tài này. CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHUẨN JPEGI. Tổng quan về JPEG1. JPEG là gì JPEG viết tắt của Joint Photographic Experts Group là tên của một nhóm nghiên cứuđã phát minh ra chuẩn này, từ năm 1986 nhóm nghiên cứu đã đưa ra chuẩn nén ảnh JPEGvà đến năm 1994 JPEG được khẳng định với tiêu chuẩn ISO 10918-1. JPEG là định dạngnén ảnh có tổn thất, mặc dù có sự thay đổi của các biếnthể nhưng nó vẫn giữ được nguyênlý của chuẩn nén cơ bản JPEG (các định dạng mở rộng khác như .jpg, .jpeg, .jpe và .jif). JPEG được sử dụng để lưu trữ ảnh và truyền qua mạng Internet (World Wide Web).Định dạng nén JPEG được sử dụng trong tất cả máy ảnh kỹ thuật số có kích thước rất nhỏnên thường chụp được nhiều ảnh trên một thẻ nhớ, JPEG dễ hiển thị trên màn hình, ảnh cóthể chuyển nhanh qua thư điện tử (dung lượng từ 300KB đến700KB), ảnh JPEG chất lượngcao có dung lượng khoảng vài MB hay lớn hơn, khuyết điểm chính của ảnh JPEG là ảnh cóchất lượng thấp, ảnh thường bị suy giảm nếu so với ảnh gốc. Công nghệ nén ảnh JPEG là một trong những công nghệ nén ảnh hiệu quả, cho phéplàm việc với các ảnh có nhiều màu và kích cỡ lớn. Tỷ lệ nén ảnh đạt mức so sánh tới vàichục lần. Tuy nhiên được cái này phải mất cái khác, đó là quy luật bù trừ tự nhiên. Thông thường các ảnh màu hiện nay dùng 8 bit (1 byte) hay 256 màu thay cho từngmức cường độ của các màu đỏ, xanh lá cây và xanh da trời. Như thế mỗiđiểm của ảnh cần3 byte để lưu mã màu, và lượng byte một ảnh màu này chiếm gấp 24 lần ảnh trắng đencùng cỡ. Với những ảnh này các phương pháp nén ảnh như IFF(Image File Format) theophương pháp RLE (Run Length Encoding) không mang lại hiệu quả vì hệ số nén chỉ đạt tới2:1 hay 3:1 (tất nhiên là kết quả nén theo phương pháp RLE phụ thuộc vào cụ thể từng loạiảnh, ví dụ như kết quả rất tốt với các loại ảnh ít đổi màu). Ưu điểm cao của phương phápnày là ảnh đã nén sau khi giải nén sẽ trùng khớp với ảnh ban đầu. Một số phương pháp nén3khác không để mất thông tin như của Lempel- Ziv -Welch (LZW) có thể cho hệ số nén tới6:1. Nhưng như thế vẫn chưa thật đáp ứng yêu cầu đòi hỏi thực tế. Phương pháp nén ảnh theo thuẩn JPEG có thể đạt hệ số nén tới 80:1 hay lớn hơn,nhưng phải chịu mất thông tin (ảnh sau khi giải nén khác với ảnh ban đầu), lượng thông tinmất mát tăng dần theo hệ số nén. Tuy nhiên sự mất mát thông tin này không bị làm mộtcách cẩu thả. JPEG tiến hành sửa đổi thông tin ảnh khi nén sao cho ảnh mới gần giống nhưảnh cũ, khiến phần đông mọi người không nhận thấy sự khác biệt. Và bạn hoàn toàn có thểquản lý sự mất mát này bằng cách hạn chế hệ số nén. Như thế người dùng có thể cân nhắcgiữa cái lợi của việc tiết kiệm bộ nhớ và mức độ mất thông tin của ảnh, để chọn phương ánthích hợpII. Ưu và nhược điểm của các phương pháp nén ảnh JPEG Ưu điểm JPEG cho phép nén ảnh với tỉ số nén lên đến 80:1 hoặc cao hơn, hiển thị cáchình ảnh đầy đủ màu hơn (full-colour) cho định dạng di động mà kích thước filelạinhỏ hơn.JPEG cũng được sử dụng rất nhiều trên Web. Lợi ích chính của chúng làchúng có thể hiển thị các hình ảnh với màu chính xác true-colour (chúng có thể lênđến 16 triệu màu), điều đó cho phép chúng được sử dụng tốt nhất cho các hình ảnhchụp và hình ảnh minh họa có số lượng màu lớn.  Nhược điểm Nhược điểm chính của JPEG là chúng được nén bằng thuật toán lossy (mất dữliệu). Điều này có nghĩa rằng hình ảnh của bạn sẽ bị mất một số chitiết khi chuyểnsang định dạng JPEG. Đường bao giữa các khối màu có thể xuất hiện nhiều điểmmờ, và các vùng sẽ mất sự rõ nét, tỉ số nén càng cao thì sự mất mát thông tin trên ảnhJPEG càng lớn. Nói một cách khác định dạng JPEG thực hiện bảo quản tất cả thôngtin màu trong hình ảnh đó, tuy nhiên với các hình ảnh chất lượng màu cao high-colour như hình ảnh chụp thì điều này sẽ không hề hấn gì. Các ảnh JPEG không thểlàm trong suốt hoặc chuyển động-trong trường hợp này bạnsẽ sử dụng định dạng GIF(hoặc định dạng PNG để tạo trong suốt).III. Các tiêu chuẩn JPEG1. JPEG 1992 Đây là loại JPEG tiêu chuẩn. Phương pháp nén ảnh dựa trên nguyên lý sau: Ảnh màutrong không gian của 3 màu RGB (Red Green Blue) được biến đổi về hệ YUV (hay4YCBCr) (điều này không phải là nhất thiết, nhưng nếu thực hiện thì cho kết quả nén caohơn). Hệ YUV là kết quả nghiên cứu của các nhà sản xuất vô tuyến truyền hình hệ Pal,Secam và NTSC, nhận thấy tín hiệu video có thể phân ra 3 thành phần Y, U, V (cũngnhư phân theo màu chuẩn đỏ, xanh lá cây và xanh da trời).Và một điều thú vị là thị giáccủa con người rất nhạy cảm với thành phần Y và kém nhạy cảm với hai loại U và V.Phương pháp JPEG đã nắm bắt phát hiện này để tách những thông tin thừa của ảnh. Hệthống nén thành phần Y của ảnh với mức độ íthơn so với U, V, bởi người ta ít nhận thấysự thay đổi của U và V so với Y. Giai đoạn tiếp theo là biến đổi những vùng thể hiện dùng biến đổi cosin rời rạc(thông thường là những vùng 8x8 pixel). Khi đó thông tin về 64 pixel ban đầu sẽ biếnđổi thành ma trận có 64 hệ số thể hiện "thực trạng" các pixel. Điều quan trọng là ở đây hệsố đầu tiên có khả năng thể hiện "thực trạng" cao nhất, khả năng đó giảm rất nhanh vớicác hệ số khác. Nói cách khác thì lượng thông tin của 64 pixel tập trung chủ yếu ở một sốhệ số ma trận theo biến đổi trên. Trong giai đoạn này có sự mất mát thông tin, bởi khôngcó biến đổi ngược chính xác. Nhưng lượng thông tin bị mất này chưa đáng kể so với giaiđoạn tiếp theo. Ma trận nhận được sau biến đổi cosin rời rạc được lược bớt sự khác nhaugiữa các hệ số. Đây chính là lúc mất nhiều thông tin vì người ta sẽ vứt bỏ những thay đổinhỏ của các hệ số. Như thế khi giải nén ảnh đã nén bạn sẽ có được những tham số kháccủa các pixel. Các biến đổi trên áp dụng cho thành phần U và V của ảnh với mực độ caohơn so với Y (mất nhiều thông tin của U và V hơn). Sau đó thì áp dụng phương pháp mãhóa của Huffman: Phân tích dãy số, các phần tử lặp lại nhiều được mã hóa bằng ký hiệungắn (marker). Khi giải nén ảnh người ta chỉ việc làm lại các bước trên theo quá trìnhngược lại cùng với các biến đổi ngược Vì phương pháp này thực hiện với các vùng ảnh (thông thường là 8 x 8 pixel)nên hayxuất hiện sự mất mát thông tin trên vùng biên của các vùng (block) này. Hiện nay người tađã giải quyết vấn đề này bằng cách làm trơn ảnh sau khi bung nén để che lấp sự khác biệtcủa biên giới giữa các block. Một hệ nén ảnh theo chuẩn JPEG cùng algorithm làm trơnảnh đã được công ty ASDG đưa ra trong hệ Art Department Professional.2. LS-JPEG (Lossness JPEG) LS-JPEG được phát triển như sự bổ sung muộn màng cho JPEG vào năm1993, bằngcách sử dụng một kỹ thuật khác nhau từ tiêu chuẩn JPEG cũ. Nó sử dụng 1 hệ thống dựbáo được sắp xếp dựa trên ba điểm lân cận (upper, left andupper-left) và entropy mã hóadựa trên các lỗi dự báo.3. JPEG Search5Ngày nay, nhiều định dạng siêu dữ liệu khác nhau tồn tại để mô tả hình ảnh nhưng vẫn còn nhiều vấn đề trong khả năng tương tác.Trong bối cảnh đó,trọng tâm chính của JPEG Search là cung cấp một khả năng tương tác tốt hơn trong tìm kiếm hình ảnh. Phiênbản hiện tại của dự án JPSearch được chia thành 5 phần chính.• Phần 1 đã được đã được hoàn thành: Nó mô tả cấu trúc tổng thể của JP Search, mộttập hợp lớn các trường hợp và phác thảo một kho phục hồi hình ảnh và các thànhphần của nó.• Phần 2: Đăng ký, nhận dạng, và quản lý các siêu dữ liệu lược đồ(Registration,Identification, and Management of Metadata Schema): cố gắng vượt qua những rắcrối trong mô hình siêu dữ liệu.• Phần 3:Định dạng Truy vấn JPSearch(JPSearch Query Format): cung cấp mộtgiaothức thông báo chuẩn để khôi phục hình ảnh.• Phần 4: Tập tin định dạng cho các siêu dữ liệu nhúng vào dữ liệu hình ảnh (JPEG vàJPEG 2000).• Phần 5: Định dạng trao đổi dữ liệu giữa Kho Hình ảnh(Data Interchange Formatbetween Image Repositories)4. JPEG XR Là 1 định dạng hình ảnh cung cấp 1 số cải tiến so với JPEG• Khả năng nén tốt hơn: JPEG XR định dạng tập tin hỗ trợ tỷ lệ nén cao hơn so vớiJPEG để mã hóa một hình ảnh với chất lượng tương đương.• Nén không mất mát• Hỗ trợ cấu trúc lát (Tile structure support) .• Chất lượng màu tốt hơn. Hỗ trợ High Dynamic Range (HDR) imaging• Hỗ trợ bản đồ trong suốt (Transparency map support)• Giảm bớt vùng nén ảnh (Compressed-domain image modification)• Hỗ trợ siêu dữ liệu (Metadata support)6CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT NÉN ẢNH JPEGI. Tổng quan về các kỹ thuật nén ảnh JPEGCác kỹ thuật nén ảnh hướng tới việc giải quyết bài toán giảm khối lượng thông tin cầnthiết để mô tả ảnh số. Nền tảng của quá trình nén là loại bỏ dư thừa có trong tín hiệu.Phương pháp nén hiệu quả nhất thường sử dụng các biến đổi toánhọc để biến ma trậncác điểm ảnh trong không gian hai chiều sang một không gian hai chiều khác, nơi mứcđộ tương quan giữa các hệ số biến đổi mới nhỏ hơn. Như chúng ta biết, độ dư thừa trongtín hiệu ảnh số phụ thuộc vào mức độ tương quan giữa các điểm ảnh, độ tương quan lớnthì độ dư thừa cũng lớn1. Phân loại các phương pháp nén ảnh Phân loại theo nguyên lý nén.• Nén không tổn hao (Lossless data reducation)• Nén có tổn hao (Loss data reducation) Phân loại theo cách thực hiện nén.• Phương pháp không gian ( spatial Data Compresstion): các phương phápnén trực tiếp tác động lên điểm ảnh .• Phương pháp sử dụng biến đổi (Transform coding) :phương pháp nén sửdụng phép biến đổi không gian, quá trình nén thực hiện bằng cách tác độnglên ảnh biến đổi.2. Độ dư thừa dữ liệuĐộ dư thừa số liệu là vấn đề trung tâm trong nén ảnh số. Độ dư thừa được xác địnhnhư sau: nếu N1 và N2 là số lương trong hai tập hợp số liệu cùng được dùng để biểudiễn lượng thông tin cho trước thì độ dư thừa số liệu tương đối của tập số liệu thứnhất so với tập số liệu thứ hai có thể được định nghĩa như sau:=1-1/ với =N1/N2.Trong trường hợp N1=N2 thì R=0, điều này có nghĩa là so với tập số liệu thứ hai thìtập số liệu thứ nhất không chứa số liệu dư thừa. khi N2<<N1 thì tiến tối vô cùng và7tiến tới một, có nghĩa là độ dư thừa số liệu tương đối của tập số liệu thứ nhất là khálớn so với tập số liệu thứ hai.Chất lượng ảnh nén có thể thay đổi tùy theo đặc điểm của hình ảnh nguồn và nộidung ảnh. Có thể đánh giá chất lượng ảnh nén theo số bit cho một điểm trong ảnhnén (). được xác định bằng tổng số bit dùng để mô tả ảnh nén chia cho tổng số điểm ảnh:=số bít nén/số điểm.Trong lý thuyết nén ảnh số có thể phân biệt ba loại dư thừa số liệu khác nhau:- Dư thừa mã (Coding redundancy)- Dư thừa trong pixel ( Interpixel Redundancy)- Dư thừa tâm sinh lý3. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng hình ảnhQuá trình nén ảnh thường đi đôi với việc ảnh nén bị biến dạng so với ảnh gốc.Vìvậy, cần xác định tiêu chí và phương pháp đánh giá một cách khách quan lượngthông tin về ảnh đã bị mất đi sau khi nén. Có thể đánh giá mức độ sai số giữa haiảnh thông qua mức sai lệch trung bình bình phương – RMS (Root Mean Square).Cho f(x,y) là ảnh gốc, f(x,y) là ảnh khôi phục sau khi nén. Khác biệt tuyệt đối giữahai ảnh là: e(x,y)=f(x,y)-f(x,y).Sai số trung bình được tính theo công thức:Thông thường, khi giá trị RMS thấp, chất lượng ảnh nén sẽ tốt. Tuy nhiên,trong mộtsố trường hợp chất lượng hình ảnh nén không nhất thiết phải tỷ lệ thuậnvới giá trịRMS. Một phương pháp đánh giá chất lượng ảnh nén khác dựa trên tỷ lệ tínhiệu/nhiễu được tính theo công thức sau:(SNR (Signal to Noise Ratio) -tỷ lệ tín hiệu/ nhiễu)4. Mô hình hệ thống nén tín hiệu8Hệ thống truyền dẫn nén tín hiệuHệ thống truyền dẫn sử dụng các phương pháp nén tín hiệu khác nhau có thể đượcmô tả bằng sơ đồ khối như hình trên. Các thành phần quan trọng nhất trong hệ thốnglà bộ mã hóa và giải mã.• Bộ mã hóa nguồn và bộ giải mã nguồn:Bộ mã hóa nguồn thực hiện quá trình loại bỏ các thành phần dư thừa trongảnh gốc. bộ mã hóa nguồn có cấu trúc như hình trên.Bộ chuyển đổi, lượng tử hóa và mã hóa• Bộ chuyển đổi:Thường dùng các phép biến đổi không gian để chuyển ảnh trong không gianthực sang một không gian khác, nơi các hệ số chuyển đổi có mức độ tươngquan thấp hơn. Kết quả nhận được là ma trận các hệ số biến đổi.• Bộ lượng tử hóa:Sử dụng phương pháp lượng tử không đều nhằm triệt tiêu các hệ số biến đổicó năng lượng thấp hoặc đóng vai trò không quan trọng khi khôi phục ảnh.Quá trình lượng tử không có tính thuận nghịch : ảnh khôi phục sẽ bị biếndạng so với ảnh gốc.• Bộ mã hóa:Gán một từ mã (một dòng bit nhị phân) cho một mức lượng tử :Cấu trúc bộ giải mã nguồn:Sơ đồ bộ giải mã nguồn• Bộ giải mã:9Thực hiện giải mã tín hiệu nhận được để cho ra ma trận các hệ số của ảnhbiến đổi.• Bộ chuyển đổi:Thực hiện biến đổi nghịch (so với quá trình biến đổi ở bộ mã hóa ) để khôiphục lại ảnh số ban đầu.• Bộ mã hóa và giải mã kênh:Khi truyền tín hiệu qua kênh truyền có nhiễu, để làm giảm tín hiệu của nhiễutới tín hiệu người ta thường sử dụng các phương pháp mã bằng cách thêmmột số thông tin dư thừa vào chuỗi tín hiệu cần truyền đi. Tùy vào phươngpháp mã hóa, tại phía thu, sau khi giải mã kênh, chúng ta có thể phát hiện,được lỗi trong chuỗi tín hiệu vừa nhận được ( do nhiễu kênh gây ra) hoặc cóthể đồng thời thực hiện sửa các lỗi đó.II. Các kỹ thuật nén ảnh JPEG1. Nén ảnh JPEG tuần tự (JPEG Baseline)1.1. Khái niệm JPEG tuần tự là phương pháp nén ảnh JPEG cơ bản và đơn giản nhất, được ứng dụngrộng rãi. Đối với phương pháp này, ảnh JPEG được mã hóa theo thứ tự từ trái sang phải, từ trên xuống dưới (vì thế mới có tên là JPEG tuần tự).1.2. Quá trình nén ảnh JPEG tuần tự10Hình 1. Sơ đồ nén ảnh JPEG tuần tự Xử lý màu: chuyển từ không gian màu RGB về YCbCrBiến đổi ảnh từ không gian màu RGB sang YCbCr: tăng thành phần độ chói, giảm cácthành phần màu sắc (mắt người nhạy cảm với độ sáng hơn so với màu sắc), sử dụng cáccông thức biến đổi:Y‘ = 0.299*R' + 0.587*G' + 0.114*B‘U‘ = -0.147*R' - 0.289*G' + 0.436*B' = 0.492*(B'- Y') V‘ = 0.615*R' - 0.515*G' - 0.100*B' = 0.877*(R'- Y') R' = Y' + 1.140*V' G' = Y' - 0.394*U' - 0.581*V' B' = Y' + 2.032*U' Phân ảnh đầu vào thành các khối 8x8 để dễ xử lý Biến đổi DCT Vai trò• Giảm độ dư thừa dữ liệu trong pixel ở miền tần số cao.11• Tập trung năng lượng vào một số các giá trị để việc giải tương quan đạt chất lượng tốt nhất nhằm nâng cao tỉ số nén.• Ảnh hưởng trực tiếp đến việc cho lại chất lượng ảnh được khôi phục tốt hay xấu của quá trình lượng tử hóa.• Hiệu suất nén đạt được tỉ số nén cao do hàm giải tương quan giảm đáng kể. Biến đổi DCT một chiềuCông thức biến đổi:Trong đó: • X(k): chuỗi kết quả• k: chỉ số của hệ số khai triển• m: chỉ số của mẫu• N: số mẫu có trong tín hiệu• C(k) Biến đổi DCT hai chiềuCông thức biến đổi:7 70 0( ) ( ) (2 1) (2 1)( , ) ( , )cos cos4 16 16j kC u C v j u k vF u v f j kπ π= =+ +=∑ ∑Trong đó: • X(k): chuỗi kết quả• k: chỉ số của hệ số khai triển• m: chỉ số của mẫu• N: số mẫu có trong tín hiệu• C(k)12 Lượng tử hóa Nhiệm vụ: mã hóa ma trận đầu vào sau biến đổi DCT thành các giá trị mức xámđặc trưng cho cường độ sang. Quá trình lượng tử hóa được coi như việc chia các hệ số DCT cho bước nhảylượng tử tương ứng, kết quả được làm tròn xuống số nguyên gần nhất. Công thức: Bảng lượng tử Q(u,v) thông dụng: Ví dụ:Kết quả DCT (đầu vào):  Kết quả thu được sau quá trình lượng tử hóa: Mã hóa13 Quét zig-zag: tạo ra đầu vào gồm nhiều số giống nhau. Thông thường các hệ sốtương ứng tần số cao phần lớn giá trị bằng 0 dẫn đến tạo nhiều dãy hệ số 0 liêntiếp. Ví dụ:Sử dụng bảng phân loại và bảng Huffman để mã hóa: Ghép các khối để tạo thành dữ liệu. Chuyển các dữ liệu đã mã hóa ra tệp để lưu trữ.2. Nén ảnh JPEG không tổn hao (JPEG losless)2.1. Khái niệm Nén không tổn hao (Lossless) là các phương pháp nén mà sau khi giải nén sẻ thuđược chính xác dữ liệu gốc. tuy nhiên nén không tổn hao chỉ đạt hiệu quả nhỏ so với néncó tổn hao.2.2. Các phương pháp mã hóa ảnh JPEG không tổn hao14 Phương pháp mã hóa loạt dài RLE (Run Length Encoding) Mã hoá theo độ dài loạt RLE (Run Length Encoding) là một phương pháp nén ảnhdựa trên sự cắt bớt các dư thừa về không gian (môt vài hình ảnh có vùng màu lớn khôngđổi đặc biệt đối với ảnh nhị phân). Loạt được định nghĩa là dãy các phần tử điểm ảnh(pixel) liên tiếp có cùng chung một giá trị. Nguyên tắc: Nguyên tắc của phương pháp này là phát hiện một loạt các điểm ảnh lặp lại liên tiếp,ví dụ: 110000000000000011. Ta thấy điểm ảnh có giá trị 0 xuất hiện nhiều lần liên tiếpthay vì phải lưu trữ toàn bộ các điểm ảnh có giá trị 0 ta chỉ cần lưu trữ chúng bằng cáchsử dụng các cặp (độ dài loạt, giá trị).Ví dụ: Cho một chuỗi nguồn d : d =5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 19 19 19 19 19 0 0 0 0 0 0 0 23 23 23 23 23 23 23 23 Ta sẽ có chuỗi mới : (10 5) (5 19) (7 0) (8 23) Tỷ số nén = 30/8 = 2.5Đối với ảnh đen trắng chỉ sử dụng 1 bit để biểu diễn 1 điểm ảnh thì phương pháp này tỏra rất hiệu quả, ta thấy điều đó qua ví dụ sau :Ví dụ: Cho một chuỗi nguồn d: 000000000000000111111111100000000001111111111000000000000000Ta có chuỗi mới: (15, 10, 10, 10, 15)Tỷ số nén = 60 bit / (5*4 bit) = 3 (chỉ sử dụng 4 bit để thể hiện độ dài loạt và không thểhiện giá trị loạt vì ảnh đen trắng chỉ có 2 giá trị bit là 0 hoặc là 1)Chú ý:• Đối với ảnh chiều dài của một dãy lặp có thể lớn hơn 255, nếu ta dùng 1 byte đểlưu trữ chiều dài thì sẽ không đủ. Giải pháp được dùng là tách chuỗi đó thành 2chuỗi: một chuỗi có chiều dài là 255, chuỗi kia có chiều dài còn lại.• Phương pháp nén RLE chỉ đạt hiệu quả khi chuỗi lặp lớn hơn 1 ngưỡng nhấtđịnh nào đó hay nói các khác trong ảnh cần nén phải có nhiều điểm ảnh kề nhaucó cùng giá trị màu. Do đó phương pháp này không đem lại cho ta kết quả mộtcách ổn định vì nó phụ thuộc hoàn toàn vào ảnh nén chỉ thích hợp cho nhữngảnh đen trắng hay ảnh đa cấp xám.Ví dụ: Ta có một chuỗi nguồn: d=5 7 9 11 13 18 28 38 48 58 30 35 40 45 Chuỗi kết quả sau khi mã hoá : 1 5 1 7 1 9 1 11 1 13 1 18 1 28 1 38 1 48 1 58 1 30 1 35 1 40 1 45Tỷ số nén = 14 / 28 = 0.2Như vậy chuỗi sau khi mã hoá đã lớn hơn nhiều chuỗi nguồn ban đầu. Do đó cầnphương pháp cải tiến để xử lý những trường hợp như trên tránh làm mở rộng chuỗi dữliệu nguồn nghĩa là chỉ mã hoá độ dài loạt dữ liệu lặp lại. Người ta đã đưa ra cách đó là15thêm kí tự tiền tố vào trước độ dài loạt, việc giải mã được thực hiện nếu gặp kí tự tiền tốvới độ dài loạt và giá trị điểm ảnh theo sau.Ví dụ: Ta có chuỗi nguồn: d = 5 8 4 8 8 8 8 8 8 8 8 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Giả sử kí tự tiền tố là dấu “+” ta có : 5 8 4 +8 8 + 9 10Tỷ số nén = 19 / 9 = 2.1Tuy nhiên trong một số trường hợp các điểm ảnh có độ tương quan với nhau vể giá trịmức xám như trong ví dụ dưới đây ta có thể tiến hành xử lý như sau.Ví dụ: Ta có một chuỗi nguồn: d = 5 7 9 11 13 18 28 38 48 58 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100Ta có dựa vào độ tương quan này để có được hiệu quả nén cao, bằng việc áp dụng e(i) =d(i) - d(i-1) sẽ thu được : 5 2 2 2 2 5 10 10 10 10 -3 5 5 5 5 5 5 5 5 5 áp dụng phương pháp nén loạt dài ta dễ dàng thu được : (5 1)( 2 4)(5 1)(10 5)(-3 1)(5 9) Thuật toán:- Tiến hành duyệt trên từng hàng cho đến khi kết thúc vùng dữ liệu ảnh, trong quátrình duyệt tiến hành kiểm tra để tìm ra những loạt có cùng giá trị đồng thời chúý những kí hiệu xuống dòng (hay kết thúc dòng), kết thúc ảnh Bitmap, … - Khi gặp loạt có độ dài > 3 thì nhảy đến chế độ nén ngược lại nhảy đến chế độkhông nén tuy nhiên nếu loạt > 255 thì sẽ tách ra chỉ mã < 255 sau đó mã tiếpphần còn lại. Ngoài ra còn các chế độ khác như: bắt đầu, kết thúc 1 dòng.- Kết thúc khi gặp kí hiệu kết thúc bitmap (end – of bitmap) Phương pháp mã hóa Huffman Phương pháp mã hóa Huffman là phương pháp dựa vào mô hình thống kê. Người tatính tần suất xuất hiện của các ký tự bằng cách duyệt tuần tự từ đầu tệp gốc đến cuối tệp.Việc xử lý ở đây tính theo bit. Trong phương pháp này các ký tự có tần suất cao một từ mãngắn, các ký tự có tần suất thấp một từ mã dài. Như vậy với cách thức này ta đã làm giảmchiều dài trung bình của từ mã hoá bằng cách dùng chiều dài biến đổi tuy nhiên cũng cótrường hợp bị thiệt 1 ít bit khi tần suất là rất thấp.Thuật toánThuật toán bao gồm 2 bước chính: Giai đoạn thứ nhất: tính tần suất của các ký tự trong dữ liệu gốc: duyệt tệp gốc mộtcách tuần tự từ đầu đến cuối để xây dựng bảng mã. Tiếp sau đó là sắp xếp lại bảngmã theo thứ tự tần suất giảm dần. Giai đoạn thứ hai: mã hóa: duyệt bảng tần suất từ cuối lên đầu để thực hiện ghép 2phần tử có tần suất xuất hiện thấp nhất thành một phần tử duy nhất. Phần tử này cótần suất bằng tổng 2 tần suất thành phần. Tiến hành cập nhật lại bảng và đương16nhiên loại bỏ 2 phần tử đã xét. Quá trình được lặp lại cho đến khi bảng chỉ có mộtphần tử. Quá trình này gọi là quá trình tạo cây mã Huffman vì việc tập hợp đượctiến hành nhờ một cây nhị phân 2 nhánh. Phần tử có tần suất thấp ở bên phải, phầntử kia ở bên trái. Với cách tạo cây này, tất cả các bit dữ liệu/ký tự là nút lá; các núttrong là các nút tổng hợp. Sau khi cây đã tạo xong, người ta tiến hành gán mã chocác nút lá. Việc mã hóa rất đơn giản: mỗi lần xuống bên phải ta thêm 1 bit “1” vàotừ mã; mỗi lần xuống bên trái ta thêm một bit “0”. Tất nhiên có thể làm ngược lại,chỉ có giá trên mã thay đổi còn tổng chiều dài là không đổi. Cũng chính do lý do nàymà cây có tên gọi là cây mã Huffman như trên đã gọi. Quá trình giải nén tiến hành theo chiều ngược lại khá đơn giản. Người ta cũng phải dựavào bảng mã tạo ra trong giai đoạn nén (bảng này được giữ lại trong cấu trúc của tệp néncùng với dữ liệu nén). Thí dụ, với một tệp dữ liệu mà tần suất các ký tự cho bởi.==Ví dụ : Chuỗi nguồn : 00000000006666693333 è kích thước = 20*8=160 bit Sử dụng mã Huffman theo bảng trên, kích thước =10*1+5*3+1*6+4*3= 43 bit (Vì gía trị 0xuất hiện 10 lần nhưng chỉ dùng 1 bit để thể hiện, giá trị 6 xuất hiện 5 lần dùng 3 bit để thểhiện ,giá trị 9 dùng 6 bit và giá trị 3 xuất hiện 4 lần dùng 3 bit để thể hiện)Vậy tỷ số nén = 160 / 43 = 3.7Trong phương pháp mã Huffman mã của ký tự là duy nhất và không mã nào là phần bắt đầucủa mã trước.Vì vậy khi đọc theo từng bit từ đầu đến cuối tệp nén ta có thể duyệt cây mãcho đến một lá, tức là ký tự đã được giải mã. Việc giải mã chắc chắn phải sử dụng cây nhịphân giống như trong mã hoá. Để đọc, giải mã được yêu cầu phải sử dụng theo đúng tiêuchuẩn nhất định. Phương pháp mã hóa Lemple-Ziv Giải thuật LZW hay hơn các giải thuật trước nó ở kĩ thuật tổ chức cho đến cho phépnâng cao dựa trên tỉ lệ nén. Phương pháp này dựa trên việc xây dựng các từ điển lưu cácchuỗi kí tự có tần suất lặp lại cao và thay bằng từ mã tương ứng mỗi khi gặp lại chúng.Giải thuật nén LZW được sử dụng cho tất cả các loại file nhị phân. Nó thường được dùngđể nén các loại văn bản, ảnh đen trắng, ảnh màu, ảnh đa mức xám… và là chuẩn nén chocác dạng ảnh GIF và TIFF. Mức độ hiệu quả của LZW không phụ thuộc vào số bít màu củaảnh.Nguyên tắc: Giải thuật nén LZW xây dựng một từ điển lưu các mẫu có tần suất xuất hiện caotrong ảnh. Từ điển là tập hợp những cặp (từ vựng và nghĩa của từ vựng). Trong đó từ vựngsẽ là các từ mã được sắp xếp theo thứ tự nhất định. Nghĩa là một chuỗi con trong dữ liệuảnh. Từ điển được xây dựng song song với quá trình đọc dữ liệu. Sự xuất hiện của chuỗi17con trong từ điển khẳng định rằng chuỗi đó đã từng xuất hiện trong phần dữ liệu đã đượcđọc qua. Thuật toán liên tục tra cứu và sau mỗi lần đọc một ký tự ở dữ liệu đầu vào thì tiếnhành cập nhật lại từ điển.Do giới hạn của bộ nhớ và để đảm bảo tốc độ tìm kiếm nhanh, từ điển chỉ giới hạn 4096phần tử dùng để lưu trữ giá trị của các từ mã. Như vậy độ dài lớn nhất của từ mã là 12 bit(4096=212). Cấu trúc từ điển như sau:• 256 từ mã đầu tiên theo thứ tự từ 0 … 255 chứa các số nguyên từ 0 … 255. Đây làmã của 256 kí tự cơ bản trong bảng mã ASCII.• Từ mã thứ 256 chứa một mã đặc biệt là mã xoá (CC - Clear Code). Khi số mẫu lặplớn hơn 4096 thì người ta sẽ coi ảnh gồm nhiều mảnh ảnh và từ điển sẽ gồm nhiềutừ điển con. Khi hết một mảnh ảnh sẽ gửi 1 mã xoá (CC ) để báo hiệu kết thúc mảnhảnh cũ và bắt đầu mảnh ảnh mới đồng thời sẽ khởi tạo lại từ điển.• Từ mã thứ 257 chứa mã kết thúc thông tin (EOI - End Of Information). Thôngthường một file ảnh GIF có thể chứa nhiều mảnh ảnh, mỗi mảnh ảnh này sẽ đượcmã hoá riêng. Chương trình giải mã sẽ lặp đi lặp lại thao tác giải mã từng ảnh chođến khi gặp mã kết thúc thông tin thì dừng lại.• Các từ mã còn lại (từ 258 đến 4095) chứa các mẫu thường lặp lại trong ảnh. 512phần tử đầu tiên của từ điển biểu diễn bằng 9 bit. Các từ mã từ 512 đến 1023 biểudiễn bởi 10 bit, từ 1024 đến 2047 biểu diễn bởi 11 bit, và từ 2048 đến 4095 biểudiễn bởi 12 bit. Chọn phương pháp nén Qua ba phương pháp nén được dùng phổ biến trên, ta thấy rằng, thuật toán nénđộ dài loạt (Runlength) không thể áp dụng cho mhiều loại tập tin được, ví dụ như tậptin chương trình, tập tin cơ sở dữ liệu vì ở đó các loạt chạy là rất ngắn, do đó nếuáp dụng thuật toán này không những không làm bé tập tin mà còn làm phình tochúng. Hai thuật toán còn lại (Huffman và LZW) đều có thể áp dụng được để nén nhiềuloại tập tin trên các may vi tính. Thuật toán Huffman có ưu điểm là hệ số nén tương đối cao, phương pháp thựchiện tương đối đơn giản, đòi hỏi ít bộ nhớ, có thể xây dựng dựa trên các mảng bé hơn64KB. Nhược điểm của nó là phải chứa cả bảng mã vào tập tin nén thì phía nhận mớicó thể giải mã được do đó hiệu suất nén chỉ cao khi ta thực hiện nén các tập tin lớn. Thuật toán nén LZW có các ưu điểm là hệ số nén tương đối cao, trong tập tin nénkhông cần phải chứa bảng mã. Nhược điểm của thuật toán này là tốn nhiều bộ nhớ,khó thực hiện dựa trên các mảng đơn giản (bé hơn 64kb). Từ các ưu và nhược điểm trên ta chọn phương pháp nén Huffman vì tính đơngiản của nó hệ số nén lại cao.nhược điểm của phương pháp nén này là có thể khắc18phục bằng cách thực hiện nén một lần nhiều tập tin chuẩn bị truyền, làm như vậy coinhư chúng ta đang thực hiện nén một tập tin lớn. Sơ đồ không mất mát thông tin trong JPEG – LS Không giống như chế độ mất dự liệu dựa trên DCT, các quá trình mã hóa không mấtmát thông tin dựa trên mô hình tiên đoán mã đơn giản gọi là chuyển mã xung vi sai(Differential Pulse Code Modulation-DPCM) . Đây là một mô hình dự đoán các giá trịmẫu từ các mẫu lân cận đã được mã hóa trong hình ảnh .Hầu hết các dự đoán lấy trungbình của các mẫu ngay lập tức ở bên trên và bên trái của mẫu mục tiêu.DPCM mã hóa sựkhác biệt giữa các mẫu dự đoán thay vì mỗi mẫu mã hóa độclập.Sự khác biệt từ mộttrong những mẫu tiếp theo thường là gần bằng không.Hình 2. Vi sai mã hóa mô hìnhCác bước chính của chế độ hoạt động không giảm chất lượng được mô tả trong hình sau:Hình 3. Sơ đồ khối đơn giản với chế độ nén thông minhTrong quá trình này dự báo các kết hợp tối đa ba mẫu lân cận A, B, C được thể hiệntrong hình sau để dự báo giá trị của mẫu tại vị trí dán nhãn của X.19Ba mẫu láng giềng phải được đã được dự đoán mẫu . Bất kỳ một trong những dự đoáncho thấy trong bảng dưới đây có thể được sử dụng để ước tính mẫu đặt tại .Bất kỳ mộttrong tám dự đoán được liệt kê trong bảng có thể được sử dụng. Lưu ý rằng các lựa chọn1, 2, và 3 được dự đoán một chiều và lựa chọn 4, 5, 6, và 7 đượcdự đoán hai chiều. Giátrị lựa chọn đầu tiên trong bảng, bằng không, chỉ được sử dụng để mã hóa khác biệt ởchế độ phân cấp hoạt động. Một khi tất cả các mẫu được dự đoán, sự khác biệt giữa cácmẫu có thể được lấy và entropy-mã hóa trong một thời trang không giảm chất lượngbằng cách sử dụng mã hóa Huffman hoặc mã số học .Thuật toán LoCo-ICốt lõi của LS-JPEG dựa trên các thuật toán LoCo-I. Trong thuật toán LoCo-I, cạnhđược phát hiện ban đầu của các cạnh theo chiều ngang hoặc chiều dọc bằngcách kiểm tracác điểm ảnh lân cận của điểm ảnh X hiện thời như trong hình 3.Cácđiểm ảnh có nhãn Bđược sử dụng trong trường hợp của cạnh thẳng đứng trong khiđiểm có nhãn A sử dụngtrong trưởng hợp cạnh của cạnh nằm ngang.Điều dự đoánđơn giản này được gọi là pháthiện cạnh trung vị(Median Edge Dectection-MED)hay dự đoán LoCo-I(LoCo-Ipredictor) Điểm ảnh X được dự đoán bằng LoCo-I predictor theo tiêu chí sau đây:Ba dự đoán đơn giản được chọn theo các điều kiện:(1) nó có khuynh hướngnhận B trongtrường hợp tồn tại cạnh dọc trái của X,(2) A trong trường hợp cạnhnằm ngang ở phíatrên, hoặc (3) A+B-C nếu không có cạnh nào được phát hiện.3. Nén ảnh JPEG lũy tiến (JPEG progressive)3.1. Giới thiệu về JPEG lũy tiến.20- Khai triển DCT là kĩ thuật then chốt trong JPEG vì nó cho phép nén ảnh vớichất lượng tốt nhất tại tốc độ bít thấp, giải thuật chuyển đổi nhanh và dễ dàngthực hiện bằng phần cứng. Hiệu quả trong việc truyền ảnh kích thước lớn.- JPEG lũy tiến dùng cho những ứng dụng yêu cầu truyền nhanh các ảnh cóđộ phân giải cao qua mạng có băng thông giới hạn, hệ thống này hướng đếnnhững ứng dụng yêu cầu cần truyền nhanh, ví dụ: truyền ảnh y học, ảnh chụptừ vệ tinh cũng như truyền hình ảnh qua Internet, phóng viên chiến trường…- Với phương pháp nén và giải nén theo JPEG lũy tiến , người quan sát khôngthấy khó chịu khi ngồi chờ trước màn hình trống trong một thời gian dài. Hơnnữa khi quan sát được nội dung chính của ảnh, người nhận có thể nhanh chóng,quyết định tải tiếp hay ngừng quá trình tải ảnh. Với cơ chế như vậy , bộ mã hóavà bộ giải mã JPEG lũy tiến cần có bộ nhớ đệm, kích thước bộ nhớ đệm phảiđủ lớn để chứa tất cả các hệ số DCT của ảnh- Với phương pháp nén và giải nén theo JPEG lũy tiến , người quan sát khôngthấy khó chịu khi ngồi chờ trước màn hình trống trong một thời gian dài. Hơnnữa khi quan sát được nội dung chính của ảnh, người nhận có thể nhanh chóng,quyết định tải tiếp hay ngừng quá trình tải ảnh. Với cơ chế như vậy , bộ mã hóavà bộ giải mã JPEG lũy tiến cần có bộ nhớ đệm, kích thước bộ nhớ đệm phảiđủ lớn để chứa tất cả các hệ số DCT của ảnh3.2. Sơ đồ khốiHình 4. Sơ đồ khối bộ mã hóa ảnh theo JPEGTrước khi đưa đến bộ chuyển đổi DCT, ảnh màu gốc phải đươc phân tích thành cácảnh đơn sắc và được số hóa theo một trong những tiêu chuẩn hiện hạnh.Ảnh chói Y và hai ảnh đơn màu UV (chuẩn PL) hoặc IQ(chuẩn NTSC) được chia thànhcác block 8*8 và đưa tới bộ chuyển đổi DCT .kích thước các block 8*8 được chọn bởi212 lý do : (1) các công trình nghiên cứu cho thấy hàm tương quan giữa các điểm ảnh suygiảm rất nhanh khi khoảng cách giữa các pixel vượt qua 8, (2)kích thước 8*8 tiện lợicho việc tính toán và thiết kế phần cứng.Bộ chuyển đổi DCT biến đổi ma trận f(I,j) 8*8 thành ma trận hệ số F(u,v) cùng kíchthước. Ma trận F(u,v) được đưa tới các bộ lượng tử hóa , các hệ số DCT sẽ được lượngtử hóa dựa trên bảng lượng tử. Tín hiệu chói và tín hiệu màu sẽ được lượng tử theo cácbảng lượng tử khác nhau. Ma trận hệ số DCT nhận được sau bộ lượng tử (u,v) . Hệ số(0,0) là thành phần trung bình (thành phần DC) của mỗi block đưa tới bộ mã hóa vi sai(DPCM ). Các hệ số khác (thành phần AC) trong từng block được đọc ra theo trinh tựzigzag và đưa tới bộ mã hóa loạt dài (RLC).cuối cùng chuỗi dữ liệu từ hai bộ mã hóaDPCM và RLC được mã hóa một lần nữa bằng mã entropy. Dữ liệu nén cùng các bảngmã và bảng lượng tử được kết hợp lại thành file ảnh nén theo chuẩn JPEG.Sau đây chúng ta phân tích tưng khâu trong quá trình nén ảnh JPEG lũy tiến.3.3. Phân tích sơ đồ Biến đổi DCT.Công đoạn đầu tiên của quá trình nén theo JPEG là biến đổi cosin rời rạc DCT(DiscreteCosinr Transform ).DCT biến đổi dữ liệu từ miền không gian sang miền tần số . DCTđược sử dụng tương đối rộng rãi vì nó có đặc tính “gói” năng lượng rất tốt, biến đổiDCT cho kết quả là các số thực, ngoài ra có các thuât toán nhanh để thực hiện biến đổinày . Biến đổi DCT được thực hiện trong khối 8x8 mẫu tín hiệu chói Y và các khối tươngứng của tín hiệu màu (UV và IQ).Biến đổi DCT hai chiều (2-D) được dùng cho các khối ảnh có kích thước 8×8.Quá trìnhbiến đổi thuận DCT (Forward DCT) dùng trong tiêu chuẩn JPEG đượcđịnh nghĩa nhưsau:Trong đó: f(j,k)- các mẫu ảnh gốc trong 8x8 pixelF(u,v) – các hệ số khối DCT 8*822Phương trình trên là kết quả của hai phương trình DCT một chiều, một cho tần số ngangvà một cho tần số dọc . Trong ma trận hệ số DCT hai chiều , hệ số thứ nhất DCT F(0,0)bằng giá trị trung bình các điểm ảnh block 8*8.Các hệ số nằm ở các dòng dưới thành phần một chiều, đặc trưng cho các tầnsố cao hơncủa tín hiệu theo chiều dọc. Các hệ số nằm ở các cột bên phải của thành phần một chiềuđặc trưng cho các tần số cao hơn theo chiều ngang. Hệ số F(0,7) làthành phần có tần sốcao nhất theo chiều ngang của block ảnh 8×8, và hệ số F(7,0)đặc trưng cho thành phầncó tần số cao nhất theo chiều dọc. Còn các hệ số khác ứngvới những phối hợp khácnhau của các tần số theo chiều dọc và chiều ngang. Phép biến đổi DCT hai chiều là biến đổi đối xứng và biến đổi nghịch cho phép táitạo lại các giá trị mẫu f(j,k) trên cơ sở các hệ số F(u,v) theo công thức sau: Bản thân phép biến đổi DCT không nén được dữ liệu, từ 64 mẫu ta nhậnđược 64 hệsố. Trong các hệ số DCT, thành phần DC thường có giá trị lớn nhất, cáchệ số nằm kềnó ứng với tần số thấp có giá trị nhỏ hơn, các hệ số còn lại ứng với tầnsố cao thường cógiá trị rất nhỏ. Trên hình vẽ 9 là một ví dụ minh họa quá trình biến đổi DCT hai chiều chomộtblock 8×8 điểm ảnh (chói) được trích ra từ một ảnh thực. Thành phần chói Ysau khi sốhóa sẽ có biên độ các mẫu nằm trong khoảng 0-255, các mẫu của thành phần CR, CBcó biên độ cực đại là 128. Để có thể sử dụng bộ mã hóa DCT cho các tín hiệu chói vàmàu, tín hiệu Y được dịch mức xuống dưới bằng cách trừ 128 từ mỗi giá trị pixel trongblock 8x8. ở bộ giải mã DCT, giá trị này sẽ được cộng thêm vào các giá trị chói sau khinén.Giá trị hệ số DC của khối DCT dao động trong khoảng đến -1 23Hình 5. Kết quả các bước nén ảnh theo JPEG và bảng lượng tử Q(u,v) Lượng tử hóaBước tiếp theo của quá trình nén ảnh là bước lượng tử hóa các hệ số DCTF(u,v) vớimục đích làm giảm số lượng bit cần thiết dùng để mô tả những hệ số đó.Các hệ sốtương ứng với tần số thấp thường có giá trị lớn, những hệ số này chứa phần lớn nănglượng của tín hiệu, do đó chúng phải được lượng tử hóa với độ chínhxác cao. Riêng hệsố DC cần mã hóa với độ chính xác cao nhất, bởi lẽ hệ số này là giá trị độ chói trungbình của từng block ảnh. Sự thay đổi độ chói trung bình của các block sẽ ảnh hưởng rấtnhiều tới chất lượng của ảnh nén. Để thực hiện quá trình nén dữ liệu, ma trận của các hệ số khai triển DCT phải chiacho bảng trọng số Q(u,v) để loại bỏ một phần các hệ số DCT có biên độ nhỏ ( thường làcác thành phần cao tần). JPEG sử dụng phương pháp lượng tử không đồng đều, các hệ số có tần số thấp đượcchia cho các giá trị nhỏ, các hệ số ứng với tần số cao được chia cho các giá trị lớn hơn,kết quả sẽ được làm tròn (bỏ đi các phần thập phân) Trên hình 2 mô tả quá trình DCT :ảnh gốc (a), ma trận hệ số DCT trước (b) và sau khilượng tử hóa(d) bằng cách chia bảng lượng tử Q(u,v)( c). Quét Zig-Zag. 24Để mã hóa entropy các hệ số (u,v), trước hết cần biến đổi ma trận hệ số (u,v) thànhchuỗi số một chiều. Trong kĩ thuật JPEG sử dụng phương pháp đọc theo zig-zag.Việcđọc hệ số của khối 8*8 pixel theo đường zig zag làm tăng tối đa độ dài của chuỗi 0 liêntiếp, như vậy hiệu quả nén khi dùng mã RLC sẽ tăng. Hình 6. Quét zig-zag các hệ số lượng tử hóa DCT Mã hóa thành phần DCCác hệ số DC là giá trị trung bình của các khối ảnh 8x8. Độ chói trung bình của cácblock ảnh gần nhau thường ít biến đổi, do đó trong chuẩn nén JPEG, các hệsố DCđược mã hóa theo phương pháp DPCM. Để tăng hiệu suất nén, kết quả nhậnđược sauđó được mã hóa tiếp bằng mã Huffman. Trên lý thuyết, dải động của cácgiá trị nhậnđược sau khi mã hóa DPCM lớn gấp đôi dải động của các hệ số DCT, có nghĩa làthành phần này có giá trị nằm trong khoảng đến , số lượng bit cần thiết đễ mã hóathành phần DC có thể lên tới 11. Hình 7. Sơ đồ bộ mã hóa DCHệ số DC của các block DCT được lần lượt đưa tới bộ DPCM. Thành phần saisố giữahai hệ số DC lien tiếp sẽ được mã hóa trong bộ mã Huffman. Quá trình mãhóa25

Tài liệu liên quan

TÌM HIỂU CÁC LOẠI MÀNG & PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN LƯƠNG THỰC RAU QUẢ
- 65
- 1
- 7
Đồ án kỹ năng tìm kiếm tài liệu : Tìm hiểu các loại vật liệu từ
- 30
- 1
- 4
Đồ án tìm hiểu các loại máy cắt điện
- 21
- 8
- 37
Tìm hiểu các loại ống kính và chức năng của từng loại
- 14
- 606
- 2
TÌM HIỂU CÁC LOẠI TÀI SẢN CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN XÂY DỰNG SONADEZI AN BÌNH. TRÌNH BÀY CÁCH TÍNH KHẤU HAO CÁC LOẠI TÀI SẢN CỐ ĐỊNH TRONG DOANH NGHIỆP, LẬP KẾ HOẠCH TRÍCH KHẤU HAO TRONG KÌ TỚI. CÁC BIỆN PHÁP NHẰM BẢO TOÀN VÀ PHÁT TRIỂN VỐN.
- 49
- 1
- 0
TÌM HIỂU CÁC LOẠI KẾ TOÁN TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN THƯƠNG MẠI XÂY DỰNG VÀ DỊCH VỤ ĐẠT TIẾN
- 6
- 473
- 1
Tiểu luận tìm hiểu các loại máy bơm chất lỏng
- 23
- 2
- 31
Tìm hiểu các loại trí nhớ của trẻ mẫu giáo bé
- 67
- 949
- 1
Tìm hiểu các loại trí nhớ của trẻ mẫu giáo lớn
- 76
- 821
- 1
NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU CÁC LOẠI DỊCH VỤ VIỄN THÔNG CUNG CẤP TRUYỀN HÌNH CHO KHÁC HÀNG
- 55
- 371
- 0