Luận văn thạc sĩ: Wavelet và nén hiệu ảnh

Chia sẻ: Sdfas Vfdtg | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

61
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay, việc truyền tín hiệu đa phương tiện trên mạng toàn cầu đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu được. Các tín hiệu đa phương tiện bao gồm âm thanh, hình ảnh.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ: Wavelet và nén hiệu ảnh

-1- B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG LÊ T QU C WAVELET VÀ NÉN TÍN HI U NH Chuyên ngành: KHOA H C MÁY TÍNH Mã s : 60.48.01 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng - Năm 2011
-2- Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS. TS. Lê Văn Sơn Ph n bi n 1: TS. Nguy n T n Khôi Ph n bi n 2: PGS.TS. Lê M nh Th nh Lu n văn ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 11 tháng 9 năm 2011. * Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng. - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.
-3- M Đ U 1. Lý do ch n ñ tài Hi n nay, vi c truy n tín hi u ña phương ti n trên m ng toàn c u ñã tr thành m t nhu c u không th thi u ñư c. Các tín hi u ña phương ti n bao g m âm thanh, hình nh và các ño n phim video ñ u mang ñ c ñi m chung là kích thư c l n trong vi c lưu tr và truy n tin. Nhu c u nén tín hi u trư c khi truy n qua m ng và gi i nén máy tr m (nơi nh n) tr nên c p thi t vì nó ti t ki m ñáng k chi phí vi c truy n t i. Các gi i thu t nén cho các tín hi u ña phương ti n ñã và ñang ñư c phát tri n v i nhi u k t q a kh quan. Các gi i thu t này ñ u là các gi i thu t nén m t thông tin ñ có th nén v i t s nén cao. Tuy nhiên các gi i thu t nén m t thông tin ñ u r t nh y c m v i sai sót trên ñư ng truy n. Ch c n sai m t vài bít thì k t qu gi i nén c a m t nh có th b sai bi t hoàn toàn. Xu t phát t nh ng nhu c u như v y tôi ñã ch n ñ tài “Wavelet và nén tín hi u nh”. Trong ñ tài này tôi ch t p trung nghiên c u v vi c nén hình nh b ng cách mã hóa tín hi u hình nh b ng gi i thu t nén m t thông tin, nhưng s ch p nh n gi m b t t l nén ñ tín hi u nh tr nên rõ ràng và m nh m hơn, nghĩa là cho phép tín hi u b m t mát m t ph n thông tin trong quá trình truy n trên ñư ng truy n, nhưng v n khôi ph c l i ñư c h u h t thông tin c a m t b c nh. 2. M c ñích nghiên c u Xây d ng gi i pháp ñ th c hi n vi c nén hình nh sao cho tín hi u hình nh có th ñư c khôi ph c g n ñúng khi b m t mát m t s gói tin trong quá trình truy n trên ñư ng truy n và hình nh sau khi nh n ñư c s ñ t ch t lư ng t t nh t có th .
-4- 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u Trong khuôn kh c a lu n văn thu c lo i nghiên c u và ng d ng, tôi ch gi i h n nghiên c u: - Lý thuy t v nén hình nh. - Gi i thu t nén hình nh. 4. Phương pháp nghiên c u - Nghiên c u lý thuy t và m t s thu t toán nén nh. - Nghiên c u, tri n khai và xây d ng các gi i pháp ñ nén hình nh sao cho hình nh ít m t mát thông tin nh t trong quá trình truy n trên ñư ng truy n và hình nh sau khi nh n ñư c ñ t ch t lư ng t t nh t gi ng như nh g c ban ñ u. 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài Sau khi th c hi n và nghiên c u phép bi n ñ i Wavelet dùng trong vi c nén tín hi u hình nh giúp cho chúng ta ti t ki m ñư c th i gian truy n nh qua m ng và m c ñích là làm th nào ñ lưu tr b c nh dư i d ng có kích thư c nh hơn hay dư i d ng bi u di n mà ch yêu c u s bít mã hoá ít hơn so v i b c nh g c. Nén nh th c hi n ñư c là do m t th c t : thông tin trong b c nh không ph i là ng u nhiên mà có tr t t , có t ch c. Vì th n u bóc tách ñư c tính tr t t , c u trúc ñó thì s bi t ñư c ph n thông tin nào quan tr ng nh t trong b c nh ñ bi u di n và truy n ñi v i s lư ng bít ít hơn so v i nh g c mà v n ñ m b o tính ñ y ñ thông tin. phía thu (nơi ti p nh n), quá trình gi i mã s ñư c t ch c, s p x p l i ñư c b c nh x p x g n chính xác so v i nh g c ban ñ u nhưng v n tho mãn ñư c ch t lư ng yêu c u, ñ m b o ñ thông tin c n thi t c a 1 b c nh.
-5- 6. C u trúc c a lu n văn B c c c a lu n văn ñư c t ch c thành 3 chương, có n i dung như sau: Chương 1: Trình bày các khái ni m v các ki u nén nh, các chu n liên quan ñ n vi c nén nh sao cho ñ t ch t lư ng nh t i ưu nh t và các hàm toán h c liên quan ñ n vi c nén nh ñ làm cơ s ti n ñ ñ s d ng phép bi n ñ i Wavelet trong vi c nén tín hi u nh. Chương 2: Đi sâu vào vi c trình bày các h hàm liên quan ñ n phép bi n bi n ñ i Wavelet và v n d ng phép bi n ñ i Wavelet ñ tri n khai vi c nén tín hi u nh. Chương 3: Đưa ra gi i pháp ñ c i ti n gi i thu t mã hóa cây tri t tiêu ñ các cây có th mã hóa n m l t hoàn toàn vào các gói tin. Các gói tin này có th ñư c gi i mã ñ c l p. Vì v y, m i gói tin b m t s ch nh hư ng ñ n m t vùng nh c a nh. T ñó làm cho ch t lư ng hình nh ñư c rõ nét và ñ t ñư c k t qu t t hơn.
-6- Chương 1. T NG QUAN V NÉN TÍN HI U NH 1.1. T NG QUAN V NÉN TÍN HI U NH Trong chương này, tôi s trình bày các nguyên lý c a nén tín hi u nh, bao g m nén nh không m t thông tin và nén nh m t thông tin. Ph n nén nh m t thông tin s gi i thi u phương pháp nén s h c s ñư c dùng trong ph n cài ñ t bư c mã hóa Entropy c a quy trình nén nh m t thông tin. 1.2. CÁC KI U NÉN M t tính ch t chung nh t c a t t c các nh ñó là tương quan gi a các pixel c nh nhau l n, ñi u này d n ñ n dư th a thông tin ñ bi u di n nh. Dư th a thông tin s làm cho vi c mã hoá không t i ưu. Do ñó công vi c c n làm ñ nén nh là ph i tìm ñư c các cách bi u di n nh v i tương quan nh nh t ñ gi m thi u ñ dư th a thông tin c a nh. Th c t , có hai ki u dư th a thông tin ñư c phân lo i như sau: - Dư th a trong mi n không gian: tương quan gi a các giá tr pixel c a nh, ñi u này có nghĩa r ng các pixel lân c n c a nh có giá tr g n gi ng nhau (tr nh ng pixel giáp ñư ng biên nh). - Dư th a trong mi n t n s : Tương quan gi a các m t ph ng màu ho c d i ph khác nhau. Tr ng tâm c a các nghiên c u v nén nh là tìm cách gi m s bít c n thi t ñ bi u di n nh b ng vi c lo i b dư th a trong mi n không gian và mi n t n s càng nhi u càng t t. Nén tín hi u nh là làm gi m s lư ng các bít c n thi t ñ bi u di n m t nh cho trư c. M c ñích c a vi c nén tín hi u nh là ñ d dàng lưu tr và truy n t i d li u. Đ nén tín hi u nh ngư i ta s d ng m t dãy các phép bi n ñ i d li u mà khi bi n ñ i ngư c l i
-7- có th khôi ph c l i hoàn toàn chính xác nh g c ho c x p x g n gi ng như nh g c ban ñ u. Đi u ñó có nghĩa là nén tín hi u nh ñư c chia làm hai lo i: - Lo i nén nh không m t thông tin (có th không ph c l i hoàn toàn nh g c). - Lo i nén nh m t thông tin (có th khôi ph c l i x p x v i nh g c ban ñ u). C hai lo i trên ñ u ñư c s d ng r ng rãi và tùy vào m i ng d ng c th mà s d ng lo i nào cho t i ưu hơn và thích h p hơn. Mã hóa không m t thông tin không ñòi h i ch t lư ng c a d li u và ng d ng c a nó b gi i h n k t qu ñ t ñư c khá khiêm t n. Nén nh không m t thông tin thư ng ñư c dùng cho nh trong y h c và trong khoa h c không gian, do v n ñ pháp lý và tính duy nh t c a d li u. M t lĩnh v c ñáng chú ý trong lĩnh v c này liên quan ñ n nh ng v n ñ c t t , ch ng h n tòa án Hoa Kỳ lưu tr nh ng nh vân tay ñư c s hóa không m t thông tin, tuy nhiên cũng ñã chuy n sang nén m t thông tin do c n thi t. Nén nh m t thông tin có th cung c p t l nén cao hơn r t nhi u l n so v i nén nh không m t thông tin, tùy thu c vào ki u d li u và m c ñ m t thông tin mà chúng ta có th ch p nh n ñư c. Nén nh m t thông tin ñu c s d ng trong vi c truy n và duy t Internet, nh ng ng d ng thương m i, nh ng h i ngh tr c tuy n qua video. Các máy quay video thông thư ng trong gia ñình thư ng áp d ng nén nh m t thông tin ñ d dàng lưu tr d li u video ph c t p, nhưng l i tái hi n hình nh v i m c ñ trung th c ch p nh n ñư c cho vi c s d ng trong gia ñình.
-8- Nhi u ý tư ng và cách ti p c n ñã ñư c ñưa ra ñ ñ t ñư c vi c nén nh m t thông tin và không m t thông tin theo nh ng tri t lý riêng bi t và theo t ng bài toán. K t qu ñ t ñư c b i nhóm nh ng gi i thu t d n ñ u trong m i lo i không sai bi t nhau nhi u, ñi u ñó ch ra r ng có nh ng nguyên lý cơ b n n m dư i t t c các gi i thu t ñó. Th c t thì t t c các k thu t nén nh là d a trên s hi n h u c a hai ñ c tính trong d li u ñ ñ t ñư c vi c gi m thi u có l i: s dư th a và s không thích h p. M t ví d t m thư ng c a s dư th a d li u là m t chu i nh phân g m toàn các s zero (s 0) hay là toàn s 1, nó không ch a ñ ng thông tin và có th ñư c mã hóa b i ch m t bít và chi u dài c a chu i ñ gi i mã m t cách chính xác. M t ví d quan tr ng c a d li u không thích h p xu t hi n trong nh ñ xám v i quá nhi u m c xám, ví d như là 12 bít hay nhi u hơn 12 bít. Kinh nghi m th c t cho th y nh ñơn s c 6 ñ n 8 bít là gi i h n c a ñ nh y th giác. B t c bít thêm vào nào cũng ñ u không làm tăng thêm kh năng quan sát (không làm th y rõ hơn) và có th lo i b . S lư ng l n các gi i thu t nén ch y u khác nhau trong cách ti p c n ñ rút ra và t n d ng hai ñ c tính dư th a và không thích h p này. Quan ñi m trên cho th y m t s khác bi t gi a mã hóa m t thông tin và mã hóa không m t thông tin. - Mã hóa không m t thông tin ch d a vào ñ c tính dư th a c a d li u, t n d ng nh ng kh năng có th x y ra ký hi u không gi ng nhau và kh năng ñoán trư c ký hi u. Nói m t cách khác chu i các ký hi u càng nhi u thông tin, càng xu t hi n ng u nhiên nhi u thì càng khó ñ mã hóa mà không m t thông tin. Thông tin trù
-9- m t, có ít s dư th a và kh năng mã hóa không m t thông tin là nh ng khái ni m g n như ñ ng nh t. - Mã hóa m t thông tin d a trên m t ñ c tính khác c a d li u: s không thích h p. Trong b t kỳ h th ng x lý nh nào, n u các yêu c u th c hi n không c n m c ñ chính xác (ñ phân gi i không gian-th i gian hay kho ng bi u di n) c a d li u, s chính xác quá ñáng có th ñư c lo i b mà không làm m t ñi s th hi n. Ví d nh m c xám, kho ng bi u di n dùng 8 bít là ñ . Như s th y sau này, sau khi áp d ng nh ng phép bi n ñ i ch n l c m t cách khéo léo, ngay c nh ng nh 8 bít cũng có th cho phép lo i b m t ít d li u cũng không làm gi m ñ n ch t lư ng c a nh. Phương pháp mã hóa m t thông tin s d ng phép bi n ñ i Wavelet ñ tách ph n thích h p v i ph n không thích h p là ch ñ chính c a ñ tài. 1.3. NÉN NH KHÔNG M T THÔNG TIN Nén nh không m t thông tin là m t nhánh c a lý thuy t thông tin do Claude Shannon ñ xu t trong m t lý thuy t toán h c v truy n tin. V cơ b n, m t kênh truy n tin ñư c mô hình hóa như là s truy n c a m t chu i vô t n các ký hi u, m i m t ký hi u ñư c rút ra t m t b ch cái (alphabet) xác ñ nh. Nh ng ký hi u có th xu t hi n theo m t quy lu t xác su t nào ñó và kênh truy n tin có th b “nhi u”. Vi c s d ng hi u q a kênh truy n tin như v y ñ truy n tin ñ t ra: 0 ≤ H ≤ Log 2 N = L Trong ñó: - H = 0 khi và ch khi t t c ký hi u (ngo i tr 1) có xác su t = 0 và ký hi u còn l i có xác su t ñơn v .
-10- - H = Log2N = L khi và ch khi t t c các ký hi u có cùng xác 1 su t, trong trư ng h p này là . N Trong th c t ta luôn mã hóa nh ng chu i ký hi u h u h n. Tuy nhiên, ñ ño Entropy nói trên ñư c dùng như là t l chu n c n ñ t ñ n trong lĩnh v c này và hoàn toàn có giá tr . K thu t mã hóa không m t thông tin c g ng làm gi m m t dòng d li u ñ n m c Entropy c a nó. M t cách t nhiên, dòng d li u càng dài và con s th ng kê c a d li u càng n ñ nh thì nh ng k thu t này càng thành công trong vi c ti p c n ñ n m c Entropy. Sau ñây là m t s k thu t mã hóa. 1.3.1. Đi u xung mã vi sai (DPCM-Differential Pulse Coded Modulation) 1.3.2. Mã hóa Huffman 1.3.3. Mã hóa s h c 1.4. LƯ NG T HÓA 1.5. NÉN NH M T THÔNG TIN Gi i thu t nén nh m t thông tin r t ña d ng, chúng ta ch gi i h n s quan tâm ñ n các cách mã hóa dùng phép bi n ñ i. Mã hóa m t thông tin bao g m ba kh i là: - Bi n ñ i. - Lư ng t hóa. - Mã hóa Entropy. Phép bi n ñ i làm gi m tương quan và thu g n vùng d li u, lư ng t hóa c p phát s bít c n thi t trên m i ký hi u v i ñ chính xác t i ña như mong mu n. B mã hóa bi n ñ i d li u ñã ñư c
-11- lư ng t hóa thành nh ng ký hi u g m hai ch s là 0 và 1 theo m t cách l i d ng ñư c nh ng s khác nhau trong xác su t xu t hi n c a nh ng giá tr ñã lư ng t hóa. ñây ta ch quan tâm ñ c bi t ñ n nh ng ng d ng có ñ nén cao trong ñó s 0 là giá tr s ñư c lư ng t hóa ph bi n nh t, mã hóa lo t dài (RLC-Run-length Coding) ñư c áp d ng trư c tiên vào vi c mã hóa ñ làm co nh ng d li u ñã lư ng t hóa ngay l p t c. 1.5.1. Chu n JPEG 1.5.2. So sánh chu n nén nh JPEG2000 v i chu n nén nh JPEG và các chu n nén nh khác 1.6. WAVELET 1.6.1. Khái quát v Wavelet Wavelet,hay t ng quát hơn là ti p c n băng con, là s c g ng ñ ñ t ñư c s bi n ñ i h p nh t c a d li u, b o toàn m u. Ho t ñ ng trong không gian hai chi u d n ñ n phép chia b c nh các ph n t t i m i bư c. Ngoài vi c b o toàn các m u quan tr ng, thì toàn b cách ti p c n này ñưa ñ n s ñơn gi n hóa n tư ng khi th ng kê m u trong các băng thông cao, t t c ngoài tr băng thông ñ u có con s th ng kê tương ñương như giá tr trung bình b ng không, bi u ñ tương t như nhau. Cơ s c a lý thuy t Wavelet như m t phương ti n t o cơ s tr c chu n ñ khai tri n tín hi u thay cho cơ s tr c chu n c ñi n dùng các hàm tu n hoàn. Cơ s tr c chu n này ñư c sinh t m t hàm nhân t l duy nh t ho c m t hàm Wavelet duy nh t cho phép bi u di n tín hi u, tín hi u có kh năng ñ a phương hóa t t cho c hai y u t là: th i gian và t n s , như v y kh c ph c ñư c như c ñi m l n
-12- nh t c a bi n ñ i Fourier. Ph n ñ u trình bày m t s khái ni m trong x lý tín hi u làm cơ s cho lý thuy t Wavelet các ph n ti p theo. 1.6.2. M t s ng d ng n i b t c a Wavelet 1.6.2.1. Nén tín hi u 1.6.2.2. Kh nhi u 1.6.2.3. Mã hóa ngu n và mã hóa kênh 1.6.3. Cơ s toán h c 1.6.3.1. Khai tri n tr c chu n 1.6.3.2. Tích ch p 1.6.3.3. Tính l c 1.6.3.4. Bi n ñ i Fourier 1.6.3.5. Chu i Fourier 1.6.3.6. Bi n ñ i Fourier r i r c 1.6.3.7. Chu i Fourier r i r c 1.6.3.8. L y m u lên và l y m u xu ng 1.7. T NG K T CHƯƠNG 1
-13- Chương 2. CƠ S LÝ THUY T BI N Đ I WAVELET 2.1. GI I THI U T NG QUAN Gi i thu t mã hóa b ng cây tri t tiêu (Zerotree Coding) do Shapiro ñ xu t là m t gi i thu t ñơn gi n cho phép nén nh hi u qu , có ñ c tính các bít ñư c phát sinh và mã hóa theo th t c a t m quan tr ng, nh v y ho t ñ ng theo nguyên t c mã hóa liên ti n (progressive coding) hay còn g i là mã hóa nhúng (embeded coding). Các bít ñư c mã hóa liên ti n ñ t nh r ng ban ñ u có ñư c nén phác h a r i ñ n các chi ti t ñư c thêm vào. Dùng gi i thu t mã hóa liên ti n, b mã hóa liên ti n, b mã hóa có th ngưng t i b t kỳ th i ñi m nào khi ñã ñư c s bít trên m i pixel (BPP-Bit Per Pixel) mong mu n ho c ñ t ñư c ñ méo d ng trong ph m vi ch p nh n cho trư c. Đ o l i, khi có trư c các bít ñã ñư c mã hóa, b gi i mã có th ngưng t i b t kỳ th i ñi m nào ñ cho nh có th ñư c ph c h i t thô ñ n m n d n khi th c hi n cho ñ n khi cùng dòng bít ñã ñư c mã hóa, nh s ñư c khôi ph c s có ñ y ñ chi ti t mà b mã hóa ñã ñư c th c hi n. N u b mã hóa th c hi n vi c mã hóa không m t thông tin thì s khôi ph c ñư c nh không m t thông tin. Do ñ c tính liên k t k trên, mã hóa b ng cây tri t tiêu có th ñư c áp d ng cho vi c truy n nh trên m ng khi ñư ng truy n không t t, ngư i s d ng có th ngưng t i m t th i ñi m b t kỳ trong quá trình gi i mã nhưng v n có ñư c phác h a ñư c nh như mong mu n, tuy không ñ y ñ chi ti t so v i trư ng h p toàn b nh ñư c gi i mã (nhưng th i gian ch có th r t lâu). Gi i thu t cây tri t tiêu ñư c th c hi n d a trên bi n ñ i Wavelet và d a trên s tương quan gi a các ñi m nh trong ma tr n
-14- bi n ñ i các băng thông con khác nhau nhưng tương ng v i cùng m t v trí v m t không gian trên nh g c. Gi i thu t cây tri t tiêu tìm cách khai thác s tương t này. V i các ñ c tính như trên, phương pháp mã hóa cây tri t tiêu gi i quy t ñư c hai v n ñ : 1. Cho trư c m t t l nén mong mu n v i bitrate mong mu n ( t l bít trên m i pixel), s ñư c nh có ch t lư ng t t nh t. 2. nh ñư c mã hóa theo nghĩa liên ti n hay nhúng (embedded coding), nghĩa là k t qu mã hóa c a cùng m t nh t l bít/pixel th p trùng v i ph n ñ u c a k t qu mã hóa t l bít/pixel cao hơn. Ví d nén m t nh t l 0.5 bpp (s bít trên 1 pixel) là 16384 bytes thì nh này s trùng v i 16384 bytes ñ u tiên c a nh 26216 bytes. Ngư c l i n u gi i mã 16384 bytes ñ u tiên c a nh 26216 bytes ñư c nh có ch t lư ng như gi i mã ñ y ñ nh 16384 bytes. Các ñ c tính trên có nhi u ng d ng như try n nh theo nghĩa liên ti n, duy t nh nhanh (xem trư c, ch c n ñ c và gi i mã ph n ñ u c a nh ñ có ñư c nét phác h a c a nh), nó cũng có ng d ng trong vi c truy n tin qua các kênh hay b nhi u vì th t các bít thư ng tương ng v i th t quan tr ng nên t nhiên ñư c b o v v i ñ ưu tiên cao. 2.2. GI I THI U M T S H C A WAVELET 2.2.1. Hàm Wavelet sinh 2.2.2. Hàm nhân t l 2.2.3. Phân tích ña phân gi i 2.2.4. Hàm Wavelet 2.2.5. Bi n ñ i Wavelet r i r c
-15- 2.2.6. Phân tích t m n ñ n thô 2.2.7. T ng h p t thô ñ n m n 2.2.8. Khai tri n Wavelet cho tín hi u r i r c 2.2.9. Bi n ñ i Wavelet cho nh 2.2.10. Mã hóa nhúng (Embedded coding) 2.2.11. Cây tri t tiêu các h s Wavelet Mã hóa cây tri t tiêu là mã hóa v trí c a các h s . Đ có th mã hóa hi u qu các h s có ý nghĩa, Shipiro ñưa ra khái ni m cây tri t tiêu (zerotree). 2.2.11.1. Đ nh nghĩa 1 2.2.11.2. Đ nh nghĩa 2 2.2.11.3. Đ nh nghĩa 3 2.2.11.4. Gi i thu t 2.2.11.5. Ví d th c hi n vi c mã hóa 2.2.11.6. Gi i thu t mã hóa cây tri t tiêu có th tóm t t theo d ng mã gi i như sau 2.2.11.7. Sơ ñ mã hóa m t h s trong ma tr n Wavelet như sau 2.3. T NG K T CHƯƠNG 2
-16- Chương 3. TH C NGHI M ĐÁNH GIÁ VI C NÉN TÍN HI U NH 3.1. GI I THI U T NG QUAN Các phương pháp nén tín hi u nh thông d ng là s d ng phương pháp nén b ng cây tri t tiêu các phương pháp này ñ u có chung m t như c ñi m là ph thu c nghiêm ng t vào h th ng trong quá trình gi i mã, do ñó r t nh y c m v i nh ng sai sót d li u. Dù ch m t bít không chính xác trong dòng bít c a nh p li u cũng có th làm ñ o l n m i ho t ñ ng c a b gi i mã. N u nh ñã mã hóa b ng các gi i thu t trên ñư c chia tr c ti p thành nhi u gói tin và m t ho c nhi u gói tin b m t trên ñư ng truy n (do nhi u, ch t lư ng ñư ng truy n… nhưng có th phát hi n b ng m t gi i thu t phát hi n sai nào ñó) thì có th d n ñ n vi c gi i mã b ñ o l n không ki m soát ñư c và nh hư ng nghiêm tr ng ñ n ch t lư ng hình nh. Có nhi u phương pháp ñư c ñưa ra ñ kh c ph c các l i trên. Nghi th c truy n l i có th cho phép b gi i mã yêu c u b mã hóa truy n l i gói tin b m t. K thu t s a l i trư c (FEC-Forward Error Correction) cho phép s a ch a m t s l i sai trong quá trình truy n b ng cách truy n dư m t s bít (ví d dùng mã s a sai Hamming). C hai phương pháp trên ñ u có như c ñi m, phương pháp truy n l i làm ch m ho t ñ ng c a h th ng. Gói tin c n truy n l i có th ñ n quá ch m có th nh hư ng ñ n các h th ng th i gian th c. Phương pháp s a ch a l i ñòi h i ñưa thêm thông tin s a ch a làm gi m hi u qu nén. Hơn n a, n u sai sót vư t quá kh năng s a ch a thì ch t lư ng nh s b gi m nghiêm tr ng.
-17- V nguyên t c, b n thân gi i thu t nén nh ñã là m t mát thông tin, nên n u có m t mát thêm m t ít ta v n có th t ch c ñ khôi ph c ñư c nh v i ch t lư ng b gi m b t. Trong chương này ta s c i ti n gi i thu t mã hóa cây tri t tiêu ñ các cây có th mã hóa n m l t hoàn toàn vào các gói tin. Các gói tin này có th ñư c gi i mã ñ c l p. Vì v y, m i gói tin b m t s ch nh hư ng ñ n m t vùng nh c a nh. 3.2. MÃ HÓA CÂY TRI T TIÊU VÀO CÁC GÓI TIN 3.3. CÁC C I TI N 3.4. MÃ HÓA NH MÀU 3.4.1. T ng quan v màu Nén tin hi u nh b ng cây tri t tiêu d a trên phép bi n ñ i Wavelet ñ t ñư c k t qu t t là nh l i d ng ñ c tính c a nh thông thư ng có năng lư ng t p trung băng con th p nh t, ñi u ñó có ñư c là do s tương quan gi a các pixel g n nhau. Vì v y, phương pháp nén trên ch t t cho các lo i nh ñen tr ng v i nhi u m c xám khác nhau. Đ i v i nh màu, 2 pixel có giá tr g n nhau có th ng v i 2 màu khác h n nhau do ñó ta bi n ñ i Wavelet nh m lo i b tương quan gi a các pixel k nhau tr nên vô nghĩa. Đ có th s d ng phép bi n ñ i cho nh màu, ta tách nh màu thành các ph n màu có ý nghĩa ñ xám b ng cách bi n ñ i sang các không gian màu khác. Sau ñó áp d ng gi i thu t nén cho t ng thành ph n màu. Màu ñen và màu tr ng thư ng không ñư c xem là màu nhưng th c ch t chúng là màu. Màu tr ng tương ưng v i ñ r i thu n túy không bao hàm s c màu. Ta dùng thu t ng s c màu ñ phân bi t s khác nhau gi a màu ñ , màu lam, màu tím,… màu ñen tương ng v i ñ r i b ng 0. S thay ñ i cư ng ñ ánh sáng ch bao g m
-18- ñ r i mà không có s c màu ñư c g i là màu v i ñ xám. Màu v i ñ xám có th ñư c di n t b ng 1 giá tr duy nh t bi u di n cư ng ñ ánh sáng. Đ bi u di n ñư c màu s c c a ánh sáng, ta c lưu tr nhi u hơn trư ng màu v i ñ xám. V m t v t lý, ánh sáng ñư c hình thành t m t dãy ph liên t c các t n s , nhưng ta không c n ph i lưu tr cách bi u di n liên t c như v y. Ngư i ta ch ng minh ñư c r ng v i b n màu b t kỳ, thì 1 trong s các màu ñó có th bi u di n b ng t h p tuy n tính c a 3 thành ph n màu còn l i. Đi u ñó có nghĩa là không gian các màu là không gian vector ba chi u. Ta có th bi u di n không gian màu b ng cơ s c a nó. T t c m i mô hình màu dùng m t s t i thi u 3 giá tr ñ n bi u di n môt màu riêng bi t. Ý nghĩa c a 3 giá tr này tùy thu c vào mô hình màu ñư c dùng. M t ngư i ch có th c m nh n ñư c màu s c khi ánh sáng th y ñư c 1 bư c sóng nào ñó tác ñ ng vào võng m c. Ngư i quan sát có th c m nh n cùng 1 màu s c t t h p khác nhau c a nh ng ánh sáng có nh ng bư c sóng khác nhau. T h p các ánh sáng v i ñ dài sóng khác nhau là vô h n, nhưng ch có m t s h u h n màu s c nào ñó mà m t bình thư ng c a con ngư i m i có th c m nh n ñư c. Ngư i ta dùng “mô hình màu s c “ ñ nh n di n m t màu s c mà con ngư i có th c m nh n ñư c b ng m t mã duy nh t. Nói cách khác, m t mô hình màu ánh x m t màu th y ñư c b ng m t mã (thư ng là s nguyên hay s th c) và ánh x là kh ñ o. Các mô hình màu sau ñây ñư c dùng thông d ng ñ t o ra các hình nh. C th bao g m các mô hình sau:
-19- - Mô hình RGB (Red-Green-Blue). Mô hình này thư ng ñư c dùng trong các h th ng phát sáng như: tivi và màn hình máy tính. - Mô hình CMY (Cyan-Magenta-Yellow). Mô hình này thư ng ñư c dùng trong các h th ng h p th màu s c như: máy in. - Mô hình RYB (Red-Yellow-Blue). Mô hình này thư ng ñư c dùng ñ tr n màu trong các tác ph m ngh thu t. - Mô hình YCBCr (Black/White, Yellow/Purple và Red/Green). Mô hình này thư ng ñư c dùng ñ nén tín hi u nh vì nó lo i b ñư c s tương quan gi a các thành ph n màu so v i mô hình RGB. 3.4.2. Bi u di n màu cho nh 3.4.3. Bi n ñ i Wavelet cho nh màu 3.4.4. Mã hóa nh màu vào các gói tin Quá trình mã hóa nh màu các gói tin cũng tương t như mã hóa nh m c xám. Trư c h t ta chuy n nh màu qua không gian màu YCbCr ñ ñư c ba thành ph n m c xám. Sau ñó bi n ñ i 3 thành ph n m c xám này thành các ma tr n Wavelet. Cu i cùng, t ng ma tr n m t ñư c mã hóa thành các gói tin. Tuy nhiên, giai ño n gi i mã, vì các gói tin có th b m t trên ñư ng truy n nên ta không th xác ñ nh ñư c gói tin ñang gi i mã là gói tin thu c thành ph n màu nào. Ví d , n u gói tin cu i cùng c a thành màu Y b m t thì không xác ñ nh ñư c gói tin k ti p là thu c thành màu Cb. Vì v y, khi mã hóa ta c n thêm vào m i gói tin thông tin cho bi t ñang mã hóa thành ph n màu nào (c n thêm 2 bít). Vi c gi i mã như v y có th ñư c
-20- th c hi n ñ c l p, gói tin nh n ñư c có thông tin v thành ph n màu nên ta có th gi i mã vào ñúng thành ph n màu ñó. Ví d n u giá tr thành ph n màu là 0, ta gi i mã vào thành ph n Y, n u là 1, ta gi i mã thành ph n Cb, 2 gi i mã vào thành ph n Cr. V i cách t ch c như v y, ta có th mã hóa xen k các thành ph n màu b ng m t trong 2 cách sau: - Mã hóa m t s cây thành ph n Y vào m t gói, sau ñó mã hóa m t s cây thành ph n Cb vào gói k ti p, r i ñ n các cây thành ph n Cr vào gói th ba. Tr l i mã hóa các cây k ti p thành ph n Y vào gói th tư vào ti p t c quá trình. - Mã hóa xen k các cây thu c thành ph n Y,Cb,Cr vào cùng m t gói tin. Vi c mã hóa xen k như trên s làm cho nh hư ng c a vi c m t m t s gói tin không t p trung vào m t thành ph n màu riêng bi t nào. Và cũng không nh hư ng nhi u ñ n các thành ph n màu như (Cb,Cr) khi ta quy t ñ nh ngưng vi c gi i mã gi a ch ng.