Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 3 CHUẨN NÉN ẢNH TĨNH DỰA TRÊN BIẾN ĐỔI WAVELET JPEG2000

CHƯƠNG 3 CHUẨN NÉN ẢNH TĨNH DỰA TRÊN BIẾN ĐỔI WAVELET JPEG2000

Tải bản đầy đủ

19

Truy nhp v gii nộn ti mi thi im trong khi nhn d liu.
Gii nộn tng vựng trong nh m khụng cn gii nộn ton b nh.
Cú kh nng mó hoỏ nh vi t l nộn theo tng vựng khỏc nhau.
Nộn mt ln nhng cú th gii nộn vi nhiu cp cht lng tu theo
yờu cu ca ngi s dng.

3.3. Cỏc bc thc hin nộn nh theo chun JPEG2000.

ảnh gốc Xử lý trước
biến đổi

ảnh mã hoá

Giải mã hoá

Biến đổi
thuận liên
thành phần

Biến đổi
thuận riêng
thành phần

Lượng tử hóa

Giải lượng
tử hoá

Biến đổi ngư
ợc riêng thành
phần

Biến đổi ngư
ợc liên thành
phần

Mã hoá

ảnh sau
khi
mã hoá
(a)

Xử lý sau
biến đổi

ảnh khôi
phục
(b)

Hỡnh 3.1: Trỡnh t mó hoỏ (a) v gii mó JPEG2000 (b)

3.3.1. X lý trc bin i.
Do s dng bin i Wavelet, JPEG2000 cn cú d liu nh u
vo dng i xng qua 0. X lý trc bin i chớnh l giai on m
bo d liu a vo nộn nh cú dng trờn. phớa gii mó, giai on x lý
sau bin i s tr li giỏ tr gc ban u cho d liu nh.
3.3.2. Bin i liờn thnh phn.
Giai on ny s loi b tớnh tng quan gia cỏc thnh phn ca
nh. JPEG2000 s dng hai loi bin i liờn thnh phn l bin i mu
thun nghch (Reversible Color Transform - RCT) v bin i mu khụng
thun nghch (Irreversible Color Transform - ICT) trong ú bin i

20

thun nghch lm vic vi cỏc giỏ tr nguyờn, cũn bin i khụng thun
nghch lm vic vi cỏc giỏ tr thc. ICT v RCT chuyn d liu nh t
khụng gian mu RGB sang YCrCb. RCT c ỏp dng trong c hai dng
thc nộn cú tn tht v khụng tn tht, cũn ICT ch ỏp dng cho nộn cú
tn tht. Vic ỏp dng cỏc bin i ny trc khi nộn nh khụng nm ngoi
mc ớch lm tng hiu qu nộn. Cỏc thnh phn Cr, Cb cú nh hng rt
ớt ti s cm nhn hỡnh nh ca mt trong khi thnh phn chúi Y cú nh
hng rt ln ti nh.
3.3.3. Bin i riờng thnh phn (bin i Wavelet).
Bin i riờng thnh phn c ỏp dng trong JPEG2000 chớnh l
bin i Wavelet. Do phộp bin i Wavelet khụng phi l mt phộp bin
i trc giao nh bin i DCT m l mt phộp bin i bng con nờn cỏc
thnh phn s c phõn chia thnh cỏc bng tn s khỏc nhau v mi
bng s c mó húa riờng r. JPEG2000 ỏp dng bin i Wavelet
nguyờn thun nghch 5/3 (IWT) v bin i thc khụng thun nghch
Daubechies 9/7. Vic tớnh toỏn bin i trong JPEG2000 ny s c thc
hin theo phng phỏp Lifting.Vic tớnh toỏn bin i Wavelet 2D suy ra
t bin i Wavelet 1D theo cỏc phng phỏp phõn gii nh tu chn. Trong
JPEG2000 cú 3 phng phỏp phõn gii nh nhng phng phỏp c s
dng nhiu nht chớnh l phng phỏp kim t thỏp.
3.3.4. Lng t hoỏ - Gii lng t hoỏ.
Cỏc h s ca phộp bin i s c tin hnh lng t hoỏ. Quỏ
trỡnh lng t hoỏ cho phộp t t l nộn cao hn bng cỏch th hin cỏc giỏ
tr bin i vi chớnh xỏc tng ng cn thit vi mc chi tit ca nh
cn nộn. Cỏc h s bin i s c lng t hoỏ theo phộp lng t hoỏ vụ
hng. Cỏc hm lng t hoỏ khỏc nhau s c ỏp dng cho cỏc bng con

21

khỏc nhau.
Trong dng bin i nguyờn, t bc lng t bng 1.Vi dng bin
i thc thỡ bc lng t s c chn tng ng cho tng bng con riờng
r. Bc lng t ca mi bng do ú phi cú trong dũng bớt truyn i
phớa thu cú th gii lng t cho nh.
3.3.5. Mó hoỏ v kt hp dũng d liu sau mó hoỏ.
JPEG2000 theo khuyn ngh ca u ban JPEG quc t cú th s
dng nhiu phng phỏp mó hoỏ khỏc nhau cng nh nhiu cỏch bin i
Wavelet khỏc nhau cú th thu c cht lng nh tng ng vi ng
dng cn x lý. Vic ỏp dng cỏc phng phỏp mó hoỏ khỏc nhau cng
c m rng sang lnh vc nộn nh ng bng bin i Wavelet. Trong
thc t cỏc phng phỏp mó hoỏ nh c ỏp dng khi nộn nh bng bin
i Wavelet cng nh JPEG2000 thỡ cú hai phng phỏp c coi l c s
v c ỏp dng nhiu nht: phng phỏp SPIHT v phng phỏp EZW.
Hin nay JPEG2000 vn c ỏp dng mó hoỏ bng hai phng phỏp
ny v mt phng phỏp phỏt trin t hai phng phỏp ny l phng
phỏp mó hoỏ mt phng bớt.
3.3.6. Phng phỏp mó hoỏ SPIHT.
Dự ỏp dng bin i Wavelet no hay cựng vi nú l mt phộp phõn
gii nh no thỡ trong cỏc bng con cú s th t thp cng l nhng thnh
phn tn s cao (mang thụng tin chi tit ca nh) trong khi nhng bng
con cú s th t cao hn thỡ s cha nhng thnh phn tn s thp (mang
thụng tin chớnh v nh). iu ú ngha l cỏc h s chi tit s gim dn t
bng con mc thp xung bng con mc cao v cú tớnh tng t v khụng
gian gia cỏc bng con. Phng

phỏp

SPIHT

(Set

partitioning

in

hierarchical trees - phng phỏp mó hoỏ phõn cp theo phõn vựng).

22

Phng phỏp SPIHT c thit k ti u cho truyn dn lu tin. iu
ny cú ngha l ti mi thi im trong quỏ trỡnh gii nộn nh theo
phng phỏp mó hoỏ ny thỡ cht lng nh hin th ti thi im y l tt
nht cú th t c vi mt s lng bớt a vo gii mó tớnh cho ti thi
im y. Ngoi ra, phng phỏp ny s dng k thut embedded coding;
ngha l mt nh sau nộn vi kớch c (lu tr) ln (t l nộn thp) s cha
chớnh d liu sau nộn ca nh cú kớch c (lu tr) nh (t l nộn cao). B
mó hoỏ ch cn nộn mt ln nhng cú th gii nộn ra nhiu mc cht lng
khỏc nhau. Gi s gi cỏc pixel trong mt nh p cn mó hoỏ l pi, j. p dng
mt phộp bin i Wavelet T no ú cho cỏc pixel trong nh to ra cỏc
h s ca phộp bin i Wavelet l ci, j. Cỏc h s ny to ra mt nh bin
i l C. Phộp bin i ny c vit di dng toỏn t nh sau: C=T(p).
Trong phng phỏp truyn dn lu tin vi nh thỡ b mó hoỏ s bt u
quỏ trỡnh khụi phc (gii nộn) nh bng cỏch t cỏc giỏ tr ca nh khụi
phc t cỏc h s bin i l C . S dng cỏc giỏ tr gii mó ca cỏc h s
bin i to ra mt nh khụi phc (vn cha ỏp dng bin i ngc
Wavelet) l C v sau ú ỏp dng bin i ngc Wavelet to ra nh
cui cựng l p . Chỳng ta cú th vit di dng toỏn t nh sau:
p = T 1 (c) .

Nguyờn tc quan trng ca phng phỏp truyn dn nh theo kiu
ly tin chớnh l phng phỏp ny luụn truyn i cỏc giỏ tr mang thụng
tin quan trng hn ca nh i trc. S d lm nh vy l do cỏc thụng tin
ú chớnh l cỏc thụng tin s lm gim thiu nhiu nht mộo dng ca
nh (s sai khỏc gia nh gc v nh khụi phc). õy chớnh l lý do ti sao
phng phỏp SPIHT luụn truyn i cỏc h s ln trc v cng l mt
nguyờn tc quan trng ca phng phỏp ny. Mt nguyờn tc na l cỏc

23

bớt cú trng s ln bao gi cng mang thụng tin quan trng nht trong
d liu nh phõn. Phng phỏp SPIHT s dng c hai nguyờn tc ny; nú
sp xp cỏc h s bin i v truyn i cỏc bớt cú trng s ln nht. Quỏ
trỡnh gii mó cú th dng li bt k mt bc no ng vi giỏ tr nh cn
mó hoỏ yờu cu. õy chớnh l cỏch m phng phỏp mó hoỏ SPIHT lm tn
tht thụng tin.
3.3.7. Phng phỏp mó hoỏ EZW.
Phng phỏp mó hoỏ EZW (Embedded Zerotree Wavelet Encoder)
cng da trờn c s phộp mó hoỏ lu tin (progressive coding) ging nh
phng phỏp mó hoỏ SPIHT. Phng phỏp ny ch yu da trờn khỏi
nim v cõy zero (zerotree).
Cõy t phõn: Sau khi ỏp dng bin i Wavelet ng vi cỏc mc
phõn gii khỏc nhau cú th biu din cỏc h s bin i di dng mt
cõy. Vi cõy biu din c mi nỳt cha thỡ cú 4 nỳt con, do quỏ trỡnh bin
i Wavelet cỏc t l khỏc nhau. Ta gi õy l cỏc cõy t phõn (quadtree).
Cõy zero (zerotree): Cõy zero l mt cõy t phõn, trong ú tt c
cỏc nỳt ca nú u nh hn nỳt gc. Khi mó hoỏ s c mó hoỏ bng mt
i tng duy nht v khi gii mó thỡ cho tt c cỏc giỏ tr bng khụng.
Ngoi ra cú th mó hoỏ c cỏc h s Wavelet thỡ giỏ tr ca nỳt gc
phi nh hn giỏ tr ngng ang c xem xột ng vi h s Wavelet ú.
Sau khi cú cỏc khỏi nim cn thit v cõy t phõn v cõy zero,
chỳng ta cú th trỡnh by nguyờn lý hot ng ca thut toỏn. Thut toỏn s
mó hoỏ cỏc h s theo th t gim dn. Chỳng ta s dựng mt giỏ tr gi
l ngng (threshold) v s dng ngng ny tin hnh mó hoỏ cỏc h
s bin i. Cỏc h s c mó hoỏ theo th t t vựng tn s thp n vựng
tn s cao. V ch nhng h s cú giỏ tr tuyt i ln hn hoc bng

24

ngng thỡ mi c mó hoỏ. Tip theo gim ngng v tip tc lm nh
vy cho ti khi ngng t ti mt giỏ tr nh hn giỏ tr ca h s nh
nht. Cỏch gim giỏ tr ngng õy thc hin tng i c bit, giỏ tr
ca ngng gim xung mt na so vi trc ú. B gii mó phi bit cỏc
mc ngng ny thỡ mi cú th gii mó nh thnh cụng. Khi di chuyn t
h s ny n h s khỏc theo th t nh th no. Vic sp xp ny cũn
phi c quy c thng nht gia quỏ trỡnh mó hoỏ v quỏ trỡnh gii mó
vic gii mó nh c thnh cụng.

3.4. So sỏnh chun JPEG2000 vi JPEG v cỏc chun nộn nh
tnh khỏc.
Mt tớnh nng quan trng v l u im rừ nột nht ca JPEG2000 so
vi JPEG cng nh cỏc chun nộn nh khỏc nh MPEG 4 VTC hay
JPEG - LS v. v.... l JPEG2000 a ra c hai k thut nộn cú tn tht v
khụng tn tht theo cựng mt c ch mó hoỏ ngha l JPEG2000 thc
hin tt c cỏc dng thc ca JPEG ch bng mt c ch mó hoỏ duy nht.
Nu xột v s tn ti ca hai k thut ny thỡ JPEG cng cú kh nng nộn
nh cú tn tht v khụng tn tht thụng tin. Tuy nhiờn vi JPEG thỡ c
ch mó hoỏ vi hai dng ny l khỏc nhau v rt khú s dng c hai
dng ny cựng lỳc cho cựng mt ng dng. Do ú, cú th thy rng JPEG cú
tớnh mm do hn bt k chun nộn nh tnh. Hn th, chỳng ta ó thy
rng tt c cỏc phng phỏp thit k cho chun JPEG2000 u u
vit v cú nhiu tớnh nng hn so vi JPEG; ngoi ra nhng thng kờ v
thc t cho thy vi cựng mt t l nộn v mt loi nh thỡ nh c nộn
bi JPEG2000 hu nh luụn cú cht lng tt hn so vi JPEG.
Tớnh nng u vit th hai ca JPEG2000 so vi JPEG chớnh l
trong dng thc nộn cú tn tht thụng tin, JPEG2000 cú th a ra t l

25

nộn cao hn nhiu so vi JPEG. Theo cụng thc tớnh PSNR trong n v
dB, chỳng ta cú: (b l s bớt dựng biu din mt pixel trờn nh gc)
RMSE

PSNR(dB) = -20 log b

2 1
S so sỏnh v tham s PSNR cho trờn bng 3.1. cú th so sỏnh d
dng hn, ta xột nh c nộn vi cỏc t l khỏc nhau (o lng bi h s
bớt/pixel hay bpp). Tt c cỏc s liu trờn bng u cho thy JPEG2000 nộn
nh tt hn l JPEG; hn th h s PSNR m chỳng ta xột trong bng c o
trong h n v logarit.
Bit per pixel

0. 125

0. 50

2.00

nh 1 theo JPEG

24.42

31.17

35. 15

nh 1 theo JPEG2000

28. 12

32.95

37. 35

nh 2 theo JPEG

22.6

28. 92

35. 99

nh 2 theo JPEG2000

24.85

31.13

38. 80

Bng 3.1: So sỏnh JPEG v JPEG2000

Tớnh nng u vit th 3 ca JPEG2000 so vi JPEG l chun nộn
nh ny cú th hin th c cỏc nh vi phõn gii v kớch thc khỏc
nhau t cựng mt nh nộn. Tớnh nng ny l mt li th c bit quan
trng ca JPEG2000, thu c cht lng vi tng ln nộn khỏc
nhau thỡ vi JPEG2000 ta ch cn nộn mt ln cũn cht lng nh thỡ s
c quyt nh tu theo ngi s dng trong quỏ trỡnh gii nộn nh theo
JPEG2000.
JPEG2000 cũn cú mt kh nng c bit u vit hn so vi JPEG, ú
chớnh l kh nng vt tri trong khụi phc li. Khi mt nh c truyn
trờn mng vin thụng thỡ thụng tin cú th b nhiu; vi cỏc chun nộn nh

26

nh JPEG thỡ nhiu ny s c thu vo v hin th, tuy nhiờn vi
JPEG2000, do c trng ca phộp mó hoỏ cú th chng li, JPEG2000 cú
th gim thiu cỏc li ny ti mc hu nh khụng cú.

27

CHNG 4
NG DNG THY VN TRONG MY NH K THUT S
Cuc cỏch mng thụng tin k thut s ó em li nhng thay i sõu
sc trong xó hi v trong cuc sng ca chỳng ta. Nhng thun li m thụng
tin k thut s mang li cng sinh ra nhng thỏch thc v c hi mi cho i
mi. S ra i nhng phn mm cú tớnh nng rt mnh, cỏc thit b mi nh
mỏy nh k thut s, mỏy quột cht lng cao, mỏy in, mỏy ghi õm k thut
s, ... ó vi ti th gii tiờu dựng rng ln sỏng to, x lý v thng thc
cỏc d liu a phng tin. Mng Internet ó tr thnh mt xó hi thụng tin
s ni din ra quỏ trỡnh trao i thụng tin trong mi lnh vc chớnh tr, quõn
s, quc phũng, kinh t, thng mi... V chớnh trong mụi trng m v tin
nghi nh vy xut hin nhng vn nn, tiờu cc ang rt cn n cỏc gii
phỏp hu hiu cho vn an ton thụng tin nh nn n cp bn quyn, nn
xuyờn tc thụng tin, truy cp thụng tin trỏi phộp... i tỡm gii phỏp cho nhng
vn ny khụng ch giỳp hiu thờm v cụng ngh phc tp ang phỏt trin
rt nhanh m cũn a ra nhng c hi kinh t mi. Trong ni dung chng
ny i sõu vo ng dng ca thy võn vo mỏy nh k thut s.

4.1. Gii thiu v mỏy nh k thut s.
Mỏy nh s l mt mỏy in t dựng thu v lu gi hỡnh nh mt
cỏch t ng thay vỡ phi dựng phim nh ging nh mỏy chp nh thng.
Mỏy nh k thut s c thit k a trờn 2 nn tng l nhip nh v tin hc.
Cho ti ngy nay thit b in tớch kộp "Charged Couple Device gi tt l
CCD" v "Complement Metal Oxide Semiconductor gi tt l CMOS" c
gi chung l b cm bin hỡnh nh, õy cú th núi chớnh l linh hn ca mỏy
nh k thut s.

28

Cũn nh s l nh c hp thnh bi cỏc phõn t hỡnh nh (pixels),
cỏc phõn t hỡnh nh ny rt nh.
Vi mỏy nh k thut s thỡ ta cú th xem hỡnh trc tip khi va chp
xong, th hin qua mn hỡnh LCD nh nm phớa sau mỏy hoc cú th ni mỏy
vi mn hỡnh ti vi, mỏy vi tớnh, mỏy phúng .v.v....
Hỡnh nh chp t mỏy nh KTS c lu gi theo mt nh dng ngy
cng ph thụng (lu gi trờn cỏc th nh hoc b nh trong ca mỏy), khin
cho ngi dựng cú th d dng thuyờn chuyn cỏc hỡnh nh gia cỏc loi thit
b v cỏc phn mm ng dng khỏc nhau. Vớ d chốn trc tip vo cn bn
(bỏo, bi hc .v.v..), gi hỡnh nh bng th in t, a hỡnh lờn web .v.v.v....
Chớnh vỡ nhng yu t ny m nh s ngy cng c s dng rng rói,
ph bin.

4.2. K thut thu võn s dng phộp bin i DWT.
Giu thụng tin l mt k thut nhỳng (giu) mt lng thụng tin s no
ú vo trong mt i tng d liu s khỏc.
Di õy l mụ hỡnh ca k thut giu tin c bn c mụ t theo hai
hỡnh v sau:

Hỡnh 4.1: Lc chung cho quỏ trỡnh giu tin.