X LÝ NH Đ NGỬ Ả Ộ
MOVEABLE PICTORIAL PROCESSING
MAI HỘ
Tr ng Đ i h c K thu t, Đ i h c Đà N ngườ ạ ọ ỹ ậ ạ ọ ẵ
TÓM T TẮ
nh đ ng là m t xâu các nh tĩnh, m i nh tĩnh t n t i trong m t khung nh.Ả ộ ộ ả ỗ ả ồ ạ ộ ả
B n ch t c a đ i t ng chuy n đ ng trong lo t các khung nh này là s bi n đ iả ấ ủ ố ượ ể ộ ở ạ ả ự ế ổ
t ng đ i c a to đ v trí c a m i đ i t ng. Điêù đó cho th y, vi c xác đinh v trí c aươ ố ủ ạ ộ ị ủ ỗ ố ượ ấ ệ ị ủ
đ i t ng chuy n đ ng d n t i nhân t quan tr ng th nh t đ i v i công ngh x lý nhố ượ ể ộ ẫ ớ ố ọ ứ ấ ố ớ ệ ử ả
đ ng.ộ
Thêm vào đó, c ng đ chói sáng màu c a đ i t ng nh đ c thay đ i tườ ộ ủ ố ượ ả ượ ổ ừ
khung nh này t i khung nh khác. Dĩ nhiên, đi u đó cũng t o nên nh chuy n đ ng. Kả ớ ả ề ạ ả ể ộ ỷ
thu t làm bù và làm x p x đ i v i hai nh chuy n đ ng k c nh nhau là n i dung thậ ấ ỉ ố ớ ả ể ộ ế ạ ộ ứ
hai đ c th o lu n trong bài báo này.ượ ả ậ
ABSTRACT
Moving pictures comprise a sequence of statical images; each of them exists on
a frame. The nature of the moving object in these serial frames is the relative variation of
positional coordinate. That is the reason why the locational determining of this moving
object leads to the first important factor for the technology of moveable pictorial
processing.
In addition, the colorlightness intensity of image object is also changed from
frame to frame. Obviously, this creates the moving images. The technique of
complementing and approximating for two adjacent moveable images is the second
discussed question in this paper.
1. H thông tin hình nh (pictorial information system)ệ ả
H thông tin hình nh là m t h th ng đi u khi n và qu n lý các thi tệ ả ộ ệ ố ề ể ả ế
b nh p, xu t, x lý, l u tr và cung c p các d li u hình nh tĩnh và đ ng choị ậ ấ ử ư ữ ấ ữ ệ ả ộ
ng i dùng. Ngày nay, ng i ta xây d ng nh ng mô hình h thông tin x lýườ ườ ự ữ ệ ử
nh đ c l p (hình 1) và chúng đ c k t n i v i nhau trong m ng c c b hayả ộ ậ ượ ế ố ớ ạ ụ ộ
qua m ng Internet và h th ng d ch v các kênh truy n hình cáp. V i h thôngạ ệ ố ị ụ ề ớ ệ
tin x lý nh theo mô hình này, công vi c x lý nh có th t p h p đ c s cử ả ệ ử ả ể ậ ợ ượ ứ
l c c a nhi u chuyên gia đ gi i quy t nh ng v n đ ph c t p và cung c pự ủ ề ể ả ế ữ ấ ề ứ ạ ấ
cho ng i dùng nh ng hình nh sinh đ ng, ch t l ng cao.ườ ữ ả ộ ấ ượ
2. X lý nh đ n nhử ả ơ ả
nh đ ng là m t xâu g m nhi u nh tĩnh, m i nh tĩnh t n t i trongẢ ộ ộ ồ ề ả ỗ ả ồ ạ
m t khung nh (frame); b n ch t c a s chuy n đ ng c a m t đ i t ng trongộ ả ả ấ ủ ự ể ộ ủ ộ ố ượ
xâu các frame nh liên ti p, đó là s thay đ i v trí t ng đ i (to đ ngang vàả ế ự ổ ị ươ ố ạ ộ
d c) c a nó trong t ng frame. Đ x lý nh đ ng, đ u tiên, ng i ta đ c p t iọ ủ ừ ể ử ả ộ ầ ườ ề ậ ớ
bài toán x lý nh đ n.ử ả ơ
2.1. Phân đo n hình nhạ ả
Phân đo n nh là quá trình phân tích m t hình nh thành các l p đ iạ ả ộ ả ớ ố
t ng riêng r , m i đ i t ng đ c g i là m t nh con. Đ phân bi t đ iượ ẽ ỗ ố ượ ượ ọ ộ ả ể ệ ố
t ng này v i đ i t ng khác và ti n l i cho b c phân tích ti p theo, m i đ iượ ớ ố ượ ệ ợ ướ ế ỗ ố
t ng đ c gán m t nhãn. Th c ch t c a phân đo n nh là phép đ i sánh m u.ượ ượ ộ ự ấ ủ ạ ả ố ẫ
Phép đ i sánh m u còn g i phép nh n d ng đ i t ng, nó là phép đ m đúngố ẫ ọ ậ ạ ố ượ ế
(TRUE) c a toán t AND trên hai hàm nh, g m hàm Hi(x,y) c a nh m u vàủ ử ả ồ ủ ả ẫ
hàm Fi(x.y) c a nh đ c phân đo n tr c x lý cho ra hàm Gi(x,y) c a nhủ ả ượ ạ ướ ử ủ ả
k t qu sau x lý (hình 2), đ c xác đ nh b i bi u th c:ế ả ử ượ ị ở ể ứ
Gi(x,y) = Fi(x,y) AND Hi(x,y). (1)
Internet Scanner, Digitizitor Khoa h c và đ i s ngọ ờ ố
Giao ti p hình B x lý Thi t b l u trế ộ ử ế ị ư ữ
nh truy n thông hình nh d li u hình nhả ề ả ữ ệ ả
Kênh Truy n hình Sensor, Camera ề H c t p và gi i tríọ ậ ả
Hình 1. Mô hình h th ng thông tin x lý nhệ ố ử ả
F0 Scanner Picture Processor
Monitor
F(x.y) Fi(x.y)&Hi(x.y) Gi(Fi ,Hi)
Hình 2. S đ nh n d ng phân đo n nhơ ồ ậ ạ ạ ả
M t cách ộđ y đ , bài toán phân đo n m u nh là bài toán hai l p, t ngầ ủ ạ ẫ ả ớ ươ
ng: ph n c ng x lý nh c a máy tính có hai b x lý nh chuyên d ng (xemứ ầ ứ ử ả ủ ộ ử ả ụ
hình 3), có tên là b x lý extractor và b x lý classifier.ộ ử ộ ử
Picture Processor
Scaner Extractor Classifier Monitor
Hình 3. S đ x lý phân đo n m u nhơ ồ ử ạ ẫ ả
đây: B x lý Extractor là b x lý tách m u có ch c năng tách ra cácỞ ộ ử ộ ử ẫ ứ
vect khía c nh xơ ạ 1,.., xn t nh ng ng ( nh input). B x lý Classifier là b xừ ả ưỡ ả ộ ử ộ ử
lý đ i sánh (nh n d ng) m u có ch c năng đ i sánh các vect khía c nh đ g nố ậ ạ ẫ ứ ố ơ ạ ể ắ
chúng vào các l p Wi (v i i=1..n) t ng ng, g i là xác đ nh nhãn cho m u.ớ ớ ươ ứ ọ ị ẫ
Bài toán phân đo n nh ạ ả đ c ti n hành theo các b c sau:ượ ế ướ
1. L p vect m r ng y t các vect khía c nh: ậ ơ ở ộ ừ ơ ạ
y=(x1, x2,...,xn) (2)
2. L p vect nhãn (l p) t ng ng: ậ ơ ớ ươ ứ
w=(w1, w2,.., wn) (3)
3. L p t p T là t p g m các vect m r ng y, đ c xác đ nh:ậ ậ ậ ồ ơ ở ộ ượ ị
T=(T1 OR T2) (4)
Trong đó: T1 và T2 đ c xác đ nh theo y: n u y*w>0 thì yượ ị ế ∈T1, còn n uế
y*w< 0 thi y∈T2.
Gi i thu t cho bài toán phân đo n nh ả ậ ạ ả g m các b c:ồ ướ
1. Nh p t ng y cho b x lý Classifier;ậ ừ ộ ử
2. N u Tế1=y và y*w< 0 thì w= w +a*y; (a là h ng s s a sai c n thi t,ằ ố ử ầ ế
l y a=[1,2,3,.])ấ
3. N u Tế2=y và y* w>0 thì w= w-a*y;
4. N u đã c i thi n theo b c 2 và b c 3 mà v n không đáp ng cácế ả ệ ướ ướ ẫ ứ
yêu c u v x lý nh, thì tr l i x lý nh t b c 1.ầ ề ử ả ở ạ ử ả ừ ướ
2.2. Đ i sánh t ng quan hình nhố ươ ả
G i w(x, y) là ma tr n các ọ ậ đi m nh c a c a s nh và T(x, y) là maể ả ủ ử ổ ả
tr n các đi m nh c a nh m u; n i dung c a phép đ i sánh hai ma tr n w(x,y)ậ ể ả ủ ả ẫ ộ ủ ố ậ
và T(x, y) là tìm m t phép bi n đ i Г đ bi n đ i w thành T và ng c l i (hìnhộ ế ổ ể ế ổ ượ ạ
4.a). Trong th c t , mu n bi n đ i t w thành T và ng c l i, th ng ph iự ế ố ế ổ ừ ượ ạ ườ ả
bi n đ i qua ma tr n trung gian R(k, l), t c là ph i dùng hai phép bi n đ iế ổ ậ ứ ả ế ổ
t ng quan Гươ 1 và Г2 (hình 4.b).
Г Г1 Г2
w T w R T
a. b.
Hình 4. S đ phép bi n đ i t ng quanơ ồ ế ổ ươ
Ma tr n nh trung gian R g i là ma tr n t ng quan c a w và T, đ cậ ả ọ ậ ươ ủ ượ
xác đ nh b i các bi u th c:ị ở ể ứ
R(k, l)= ∑∑w(x, y) *T(x-k, y-l) (5)
R(k, l)= ∑∑w(x+k, y+l) *T(x, y) (6)
Trong đó: k và l là to đ m c xám c a ma tr n nh t ng quan R,ạ ộ ứ ủ ậ ả ươ
chúng th ng đ c l y trong gi i gíá tr (0, ±1, ±2, ±3...).ườ ượ ấ ả ị
Đ gia tăng ch t l ng nh x lý, khi c n, ng i ta còn ph i xác đ nhể ấ ượ ả ử ầ ườ ả ị
ma tr n t t ng quan c a chính nh w hay c a nh T, g i là các ma tr nậ ự ươ ủ ả ủ ả ọ ậ
t ng quan m r ng, c th :ươ ở ộ ụ ể
1. Ma tr n t t ng quan c a ma tr n w(x, y) là ma tr n Rw(k, l) đ cậ ự ươ ủ ậ ậ ượ
xác đ nh b i bi u th c:ị ở ể ứ
Rw(k,l)= ∑∑w(x, y) * w (x-k, y-l) (7)
Khi k=0 và l=0, thì ma tr n t t ng quan Rw tr thành:ậ ự ươ ở
Rw(0,0)= ∑∑w2(x, y) (8)
2. Ma tr n t t ng quan c a ma tr n T(x,y) là ma tr n RT(k,l) đ cậ ự ươ ủ ậ ậ ượ
xác đ nh:ị
RT(k,l)= ∑∑T(x, y) * T(x-k, y-l) (9)
Khi k=0 và l=0 thì RT tr thành:ở
RT(0,0)= ∑∑T2(x, y) (10)
3. H s t ng quan c a hai ma tr n w(x, y) và T(x, y) là Q(k,l), đ cệ ố ươ ủ ậ ượ
xác đ nh:ị
Q(k,l)= |R(k,l)| / √ Rw(0,0)* RT(0,0) (11)
Khi tính R(k,l), ta xây d ng ựgi i thu t cho 2 tr ng h p:ả ậ ườ ợ
Tr ng h p 1, khi (k,l)>=0 thì h s t ng quan đ c tính:ườ ợ ệ ố ươ ượ
if (k>=0 and l>=0) then
Q:=Q+ w(x, y) * T(x-k, y-l);
Tr ng h p 2, khi (k,l)<=0 thì h s t ng quan d c xác đ nh:ườ ợ ệ ố ươ ượ ị
if (k<0 and l<0) then
Q:=Q+ w(x-k, y-l) * T(x, y);
Sau đó quay l i tính ma tr n t ng quan R(k,l) nh đã nêu nêu trên.ạ ậ ươ ư ở
3. X lý nh đ ngử ả ộ
nh đ ng là m t xâu g m nhi u nh tĩnh, m i nh tĩnh t n t i trongẢ ộ ộ ồ ề ả ỗ ả ồ ạ
m t khung nh (frame); baní ch t c a s chuy n đ ng c a m t đ i t ng trongộ ả ấ ủ ự ể ộ ủ ộ ố ượ
xâu: đó là s thay đ i v trí t ng đ i (to đ ngang và d c) c a nó trong t ngự ổ ị ươ ố ạ ộ ọ ủ ừ
frame.
3.1. T ch c b nh đ m hi n th hình nh đ ngổ ứ ộ ớ ệ ể ị ả ộ
B nh đ m hình nh còn g i là b nh hi n th khung nh (frameộ ớ ệ ả ọ ộ ớ ể ị ả
buffer) đ c phân thành hai nhóm: m t nhóm đ l u tr các t ch c gói đi mượ ộ ể ư ữ ổ ứ ể
nh (pixelpackage memory) và nhóm kia l u tr d li u c a t ng lo i đi mả ư ữ ữ ệ ủ ừ ạ ể
nh (bitperpixel memory). V i màn hình mode VGA 256 màu có đ phân gi iả ớ ộ ả
640x480, s đ k t n i b nh đ m v i RAM ch a màu (palette ram) và RAMơ ồ ế ố ộ ớ ệ ớ ứ
tr n màu (lookup ram) nh trong hình 5.ộ ư
anlog guns
LUT RAM R
Frame Palete LUT RAM G Monitor
Buffer RAM LUT RAM B
Hình 5. S đ b trí b nh đ m và các thanh ghi màu màn hình VGAơ ồ ố ộ ớ ệ
Có hai lo i b nh đ m hi n th hình nh là DRAM và VRAM. Ch cạ ộ ớ ệ ể ị ả ứ
năng chính c a DRAM và VRAM là ho t đ ng ki m tra hi n th hình nh lênủ ạ ộ ể ể ị ả
màn hình. Trong các máy tính đ i m i, VRAM đ c dùng ph bi n trong c uờ ớ ượ ổ ế ấ
hình hi n th hình nh đ ng c a máy; b i vì ngoài ch c năng nói trên, VRAMể ị ả ộ ủ ở ứ
còn có ch c năng ghi d ch: cho phép d ch các c t t b nh đ c l p v i c ngứ ị ị ộ ừ ộ ớ ộ ậ ớ ổ
truy nh p (accessport) ng u nhiên.ậ ẫ
Kích th c nhướ ả Kích th c pixel ướ T c đ frameố ộ T c đ d li u ố ộ ữ ệ
160x120 8 bit/pixel 15 frame/second 21MB/s
160x120 16 bit/pixel 30 frame/s 43MB/s
320x240 8 bit/pixel 15 frame/s 38MB/s
320x240 16 bit/pixel 30 frame/s 67 MB/s
640x480 8 bit./pixel 15 frame/s 55 MB/s
640x480 16 bit/pixel 30frame/s 115 MB/s
800x600 16 bit/pixel 30frame/s 165 MB/s
Hình 6. B ng t c đ hi n th d li u nh đ ngả ố ộ ể ị ữ ệ ả ộ
V i b nh đ m c a các lo i máy tính trên th tr ng, t c đ nh đ ngớ ộ ớ ệ ủ ạ ị ườ ố ộ ả ộ
ph i đ m b o các s li u tiêu chu n theo b ng trong hình 6.ả ả ả ố ệ ẩ ả
Đ i v i các nh có đ phân gi i 320x200, b nh hi n th hình nh b tố ớ ả ộ ả ộ ớ ể ị ả ắ
đ u t i đ a ch A0000 (hex) trong không gian đ a ch PC c a b nh v i 64 kB.ầ ạ ị ỉ ị ỉ ủ ộ ớ ớ
Byte th nh t c a vùng này tuân theo pixel trái trên c a c a s hi n th và 320ứ ấ ủ ở ủ ử ổ ể ị
byte đ u tiên tuân theo hàng pixel th nh t trên c a s hi n th . Cách b trí nàyầ ứ ấ ử ổ ể ị ố
cho phép tính đ a ch đ hi n th pixel m t cách đ n gi n. Gi th đi m gócị ỉ ể ể ị ộ ơ ả ả ử ể
trên bên trái c a c a s màn hình có to đ (0,0), thì đ a ch t i m t đi m ng uủ ử ổ ạ ộ ị ỉ ạ ộ ể ẫ
nhiên có to đ (x, y) có th đ c tính theo bi u th c: ạ ộ ể ượ ể ứ
Đ ach (x, y)=A0000+y*320+x*200. ị ỉ (12)
3.2. L y m u màuấ ẫ
L y m u màu cho nh video các h NTSC, PAL và SECAM là m t v nấ ẫ ả ệ ộ ấ
đ quan tr ng c a x lý hình nh. T ch c CCIR (Committe Consultationề ọ ủ ử ả ổ ứ
Internnational Radiodiffusion) quy đ nh: m i m u màu đ c ký hi u b ng m tị ỗ ẫ ượ ệ ằ ộ
xâu g m ba ch s (nguyên) ngăn cách nhau b i d u hai ch m, các s này bi uồ ữ ố ở ấ ấ ố ể
th t s t ng đ i c a m i thành ph n c u thành m u nh. đây, s đ u tiênị ỷ ố ươ ố ủ ỗ ầ ấ ẫ ả Ở ố ầ
bi u di n đ chói Y, s th hai bi u di n thành ph n màu R ký hi u CR và sể ễ ộ ố ứ ể ễ ầ ệ ố
th ba bi u di n thành ph n màu B ký hi u CB. Trong x lý nh, t s này chứ ể ễ ầ ệ ử ả ỷ ố ỉ
l y m t trong hai giá tr : Y:CR:CB=4:2:2 và 4:1:1.ấ ộ ị
N u m i thành ph n c a m t m u nhì có kích th c là 8 bit thì s bit/ế ỗ ầ ủ ộ ẫ ả ướ ố
pixel đ i v i t ng m u nh đ c tính:ố ớ ừ ẫ ả ượ
V i m u Y:CR:CB=4:2:2 là 8*4/2=18 bit/pixel;ớ ẫ
V i m u Y:CR:CB=4:1:1 là 8*6/4=12 bit/pixel.ớ ẫ
Đ th y rõ hi u qu l y m u màu, các giao di n c a ch ng trình khaiể ấ ệ ả ấ ẫ ệ ủ ươ
thác và ch bi n d li u hình nh cung c p các ch c năng l y m u màu đu cế ế ữ ệ ả ấ ứ ấ ẫ ợ
gi i thi u trong tài li u [9]. đây, ch ng trình thi t k đã gi i quy t v n đớ ệ ệ Ở ươ ế ế ả ế ấ ề
l y m u nh video v i các tác d ng: cho phép hi n th t i đa 256 màu khácấ ẫ ả ớ ụ ể ị ố
nhau, th c hi n phép l y m u x lý d li u màu m t cách thu n l i, d dàng,ự ệ ấ ẫ ử ữ ệ ộ ậ ợ ễ
nhanh chóng và chính xác.
3.3. Bù chuy n đ ngể ộ
nh đ ng là m t xâu g m nhi u khung nh (frames) tĩnh, trong đó, sẢ ộ ộ ồ ề ả ự
d ch chuy n t a đ t ng đ i c a các đ i t ng trong các frames liên t c làị ể ọ ộ ươ ố ủ ố ượ ụ
hi u qu t o ra s chuy n đ ng. Do đó, vi c tính toán s chuy n v c a các đ iệ ả ạ ự ể ộ ệ ự ể ị ủ ố
t ng trong nh là y u t quan tr ng c a k thu t ch bi n nh đ ng (ví dượ ả ế ố ọ ủ ỹ ậ ế ế ả ộ ụ
thi t k t p tin nh ho t hình). Đ c đi m c a nén liên nh là làm x p x , bùế ế ệ ả ạ ặ ể ủ ả ấ ỉ
chuy n đ ng và nén trong nh; ý t ng đó, đ c xây d ng nên mô hình nén liênể ộ ả ưở ượ ự
nh nh trong hình 7 sau đây. Ngoài s thay đ i v trí to đ , s thay đ i vả ư ự ổ ị ạ ộ ự ổ ề
c ng đ sáng c a đ i t ng nh t frane này t i frame khác cũng t o nên nhườ ộ ủ ố ượ ả ừ ớ ạ ả
chuy n đ ng. Trong k thu t bù chuy n đ ng, nh c a frame hi n hành đ cể ộ ỷ ậ ể ộ ả ủ ệ ượ