Áp dụng một số kỹ thuật nén Ảnh cho truyền dữ liệu Ảnh Động qua mạng (tt)

“ MG DAT Trong thời đại pha triển ứng, dụng công nghệ thông tin liện nay, việc Iruyển các hình ảnh động qua mạng ngày cảng có nhiễu ứng, dụng, Khi chúng {a tro truyện với mội người bạn

BO GIAO DUC VA DAO TAO ‘TAP DOAN BUU CHINH VIEN THONG VIET NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIÊN THÔNG

P

TRAN VƯƠNG NGUYÊN

AP DUNG MOT SO KY THUAT NEN ANH CHO

TRUYEN DU LIEU ANH DONG QUA MẠNG

MA SO: 60.48.15 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Ngô Quốc Tạo

TOM TAT LUAN VAN THAC SĨ KỸ THUAT

HANOI-2011

“

MG DAT

Trong thời đại pha triển ứng, dụng công nghệ thông tin liện nay, việc Iruyển các hình ảnh động qua mạng ngày cảng có nhiễu ứng, dụng, Khi chúng {a tro truyện với mội người bạn qua ruang, chúng ta

có thể nhìn thấy người bạn đỏ, khi chúng ta tham gia một cuộc họp

trực tuyến, chủng ra có thể nhin thấy những rhành viên khác của cuộc

hop, ede bie si có thể tham gia theo đối và chỉ đạo một ca md quan trọng mà không có điểu kiên có mặt trực tiếp — bắt chấp khoăng rách

về mặt địa lý Với sự phái triển của Iniemet, ngành: công nghiệp truyền hình có thêm một phương tiện nữa để có thể truyễn tâi nôi

đụng tới người xem Tắi cả những điều này đều dựa trên cơ sở truyễn

đủ liệu ảnh động,

Một trong những yên tổ quan trọng trong truyền các bình ánh

chuyển động động là vấn để đường truyền Nguyên đo là khi truyền

các hình ảnh động chúng ta phải truyền liên tục hết Kmmg hình này

độn khung hình khác với tốc độ rắt cao để đảm bão hin ảnh liên tục

Để giải quyết vấn để này, giải pháp don giân và ñ tấn kém nhất là thực kiện nén hình ảnh trước khử truyền

Chương 1

TONG QUAN VE CAC BINH DANG ANH PHO BIEN

1.1ĐỊNH DẠNG ÄNH BMP

1.11 - Giới thiệu vàlịch sử phát triển

Dinh dạng lập tin BMP, củn được biết đến với lên gọi tp lim ảnh Bitmap hoặc định đạng tập tin Bitmap dc lap voi thiết bị (DIB), là

một định đạng tập tin ánh đồ họa Raster duoc dang để Imi trữ các

hinh duh số, độc lập với thiết bị hiển thị

1111 Cẩn trúc chủng

Tập tin anh bitmap bao gém phần tiêu đề là một cấu trúc có kích thước cổ định miêu là các đặc điểm của lập tin ảnh Các phiên bản

MP khác nhau có thế có phân tiều để này khác nhan

Một tập ti ảnh Bitmap khi nạp vào bộ nhớ sẽ trô thành một cấu trúc đít liệu IDTR - mét thanh phan quan trong cia, Windows GT

APIL Các cầu trúc đứ ligu DIB trong bộ nhớ gân như giống với định

dang tp tin BMP, nhung no khong, cluta 14 byte Tiéu dé tap tin

bitrnap và bắt đầu với các Tiêu đề DI

DEL Tiéu dé tap tin bitmap

Cac byte nay la phan hắt đân của tập tin và được sử đụng để xác

định các tập thì Một ứng đụng sẽ đọc phân bắt

Tầng tập tin thực sự lä một tập tín BMP và không bị lỗi Hai byte dau

tiên của định dạng tập từa BMP là ký tự “B', sau đó là ký tụ “M" trong bang mA 1-byte ASCTT

này để đâm tảo

1114 Tiêu đề DỊP (Tiêu đà Thẳng từt biimapj

Các byte này báo cha các ứng đụng thông tin chỉ tiết về hình ảnh

sẽ được cử dựng đễ hiển thị trên mãn hình

Bảng mẫu (còn gọi là Palette) lu it trong tap tin nh BMP ngay san Tiêu dé lap lin BMP va DIB (va co thé sau ba mil na meu R, G,

ITMAPINFOITFADRR) Vì vậy, vị trí của nó là kích thước của BITMAPFILEHEADER công với kích thước của tiêu để DIB (cộng, thêm 12 byte cho ba mặt na bi!)

Số lượng các xuục trong bảng xuàu là 2” hoặc là một số nhỏ hơn được quy định trong phần Tiêu để Thông thường, mỗi mục trong bảng, màn cần 4 byle theo thứ tự l, G, R, 0x00,

HH Pixel

Các bit được đừng để thế hiện các Pixel được đóng gói thành các

hàng, Kích thước của mỗi hàng là một bội số của 4 byte Khi hink

ảnh có chiển cao lớn hơn 1 (Pixel) sẽ củ nhiễu hàng được limu trữ Tiên tục tao think ming Pixel

Téng s6 byte cAn thiết để lưu trữ một màng Pixel trong, mét hink ảnh có Số Bút mỗi Pixel (bụp) là n, với 2° màu, có thể được tính dựa trên sư làm trên lên kích thước của mỗi hàng là một bội số của 4

te

11.17 Mông Pixel (dit ligu bitmap}

Ming Pixel la mét khdi chc DWORD 32 bit ma té cac điểm ánh trong hình wnlL Thông thường các pixel được lưu trữ theo thử Lự quét

từ póc dưới bên trải, đã từ trấi sang, phải vá từ đưới lên trên Ban đân,

độ sâu uủa màu là 1, 4, 8, và 24 bụp, tuy nhiên hiệu nay cho phép đính đang với 1, 2 4 8, 16, 24, và 32 bpp.

‘Néu mot bitmap 24 bit man có độ rộng là [, sẽ cân 3 hựre dít liệu

cho mỗi hàng, (R, Œ, B) và L byfe đệm Nêu độ rộng là 2 sẽ củ 2 byte

đệm, nên là 3 sẽ cô 3 byta đêm, và nên là 4 thì không cần byte dim

Khi tập tin hình ảnh bixmap được hữu trên đĩa hoặc bộ nh, các điểm ảnh có thể được định ngiữa bằng một số bí! (1bi, 2Ùä, 4bÄ, 16bit, 24bit, 32bit)

Sự đơn giân của định đạng BMP, cùng với sự phổ biến của hệ

điền hành Windows, cộng thêm với việc miễn phi bản quyên, cũng,

như thực tế cho thấy nó

làm cho nó trở nên phổ biễn và hần hết các chương trình xử lý ảnh

đều có thể làm việc với BMP

12DỊNH DANG ANH PNG

1.2.1 Giới thign va lich af phát triển

Portable Nervork Graphics @NG) là một phương thức mã hóa đỉnh đạng hình ảnh sử dụng thuật toán nén không mắt dữ liệu PNG được tạo ra để cải liếm và thay thế định dạng GIF (Graphics Interchange Format) va 14 mét định dang tập tin hình ảnh không yêu

hiệu quả trung việc vao chụp các tài liêu

can ban quyền

ĐNG hỗ trợ hình ảnh đựa trên bảng màu (24 bít RGB hoặc 32 bít

RGBA), ảnh xảm {có hoặc không có kênh alpha), va Anh RGR (có hoc khong cé kénh alpha)

1.2.2 Cấu trúc tập tin

1321 Tiểu đề tập tin

Mỗi tập tin PNG được khởi đần bằng 8 hyre ký hiện, mang các

giá trị theo hệ Liexa là 89 50 4t 47 0D 0A 1A 0A (hệ Decinal là

137 80 78 71 13 10 26 10)

1322 Cứ khỗi trong tap tin

Ngay san phân tiên đề tập tin là đến một loạt các khối, mỗi khối nay chữa một số thông tín về hình ảnh Mỗi khỏi sẽ xác định đó là quam trọng bay phụ Irự, và khủ chương trình xú lý gấp mmột khỏi phụ trợ thì có thể bỏ qua nó Các khôi được lưu trữ đựa trên cơ sở lớp cấu trúc, được thiết kế cho phép định dạng lập tin PNG có thể mở rộng, trong khi vẫn đny trì khô năng tương thích với các phiên bản cũ

Một khối bao gồm: mô tả chiều đải (4 byte), loại hoặc tên khối (4 byte), dữ liệu chỉnh (một chuỗi byte), và mã kiểm tra CRC (4 byte),

Phân loại hoặc tên khỏi chứa 4 byte tương đương 4 kỷ tự chữ cải trong bảng mã ASCI Các chữ cái này sẽ cung cấp thống tỉn về bản chất của khôi

Hình anh PNG co thé sit dung bang miu lap chỉ mục hoặc được

tạo thành từ một hoặc nhiêu kênh (số các giá trị trực tiếp đại điện cho

số lượng các điểm ânh) Khi có nhiền hơn một kênh trong mét hink

ảnh tắt cả các kênh sẽ có củng một số bit được phân hố cho mỗi điểm

ảnh (được gọi tà độ sâu bịt của kênh)

PNG cung cị

màu xám, giả trỉ mỗi điểm ảnh có thể được xác định là trong suốt hoặc một kênh aipha có thể được thêm vào (cho phén bắt ký tý lệ phan trăm của độ trong suốt được sử đụng)

12.3 Ứng dụng

PNG được sử dụng rộng rãi én muung inlcrnrL đủ nó hỗ trợ thi

trong suốt, và nở sứ dụng một thuật toán nén khong mat dit ign,

các lựa chọn Irong suối Với hình ảnh màu thực và

“

1.3Đ[NH DẠNG ÄNTI JPG

thép hựa chọn một sự cắn bằng giữa kích thước bưu trữ và chất lượng,

ảnh có thể mang lại cảm nhận gân như không khác so với ảnh gốc

143.2 Cấutrúc lập tu

1321 Phần mở rộng lên (p tìnJPBEG

Phân mở rộng tên tập tin phổ biển nhất cho các tập tin sử đụng

d

thương pháp xiên JPEG là jpg, jpeg, mặc dù jpe, jñf và jif cũng được

sử đụng,

4.472 416 so mau

"Nhiều tập tin JPEG nining mét hé so min ECC (héng, pian mam)

Các hỗ sor man thnrémg duoc sir dung bao gém sRGR va Adobe RGR

1323 Củ pháp và cầu trúc

Một hình ảnh TPEG bao gồm một chuỗi các đoạn bắt đâu với một

+ỷ hiệu đảnh dẫu, mỗi ký liệu đánh đấu đó bắt đâu với một byte OxFF theo sau bôi một byte chỉ ra loại của ký hiệu

13.3 Ứng dụng

Các thuật toán nén JPEG là tốt nhất trên các bức ảnh và các bức

tranh cña những cánh thực tế với các biến thể hình ảnh vả màn sắc

mịn Đỗi với việc sữ đụng web, nơi đữ liện đạng hình ảnh là quan

trọng, JPEG là rât nhỗ biên TPEG / Ezif cũng là định đạng phd biến

nhảt được xử đụng bởi may ảnh kỹ (huật số

1.4KÉT LUẬN CHƯƠNG

Chương 1 trình bày về cầu trúc các định đạng ảnh phổ hiển việc nắm vững cân trúc các định đạng ãnh cho pháp lựa chọn cách thức tật nhất để lu trữ và xử lý các ânh tùy (heo từng trường hợp,

Chương 2

CAC THUAT TOAN NEN ANH

2.1THUAT TOAN NEN DU LIEU HUFFMAN

2.11 Téng quan

Mã hóa Hulinan là ruồi thuật toán anã húa đữ liệu ngẫu nhiền được sử đụng để nén không mắt đí liệu Thuật ngữ này đẻ cập đến việc sử dụng mội bảng mã có chiều dải biển đổi để mã hóa mội dữ liêu nguên (chẳng hạn sửnr các ký từ trong, một tập tin) ma bang mi

chiều đải thay đổi đã được bắt nguôn một cách cụ thẻ dựa trên tức

tỉnh xác suất xây ra cho mỗi có thể giá trị của đữ liện nguồn Nó được phái triển bởi David A Huffiman trong khi ông là một nghiên cứu sink tại MIT, và công bổ năm 1952 với tên “Một ương pháp

xây đưng mã hóa số đư tối thiểu “

2121 Dink nghĩa một số vẫn dễ

“Cha biết: Một tập hợn đữ liệu và trọng số của chứng (thường là tý

lệ xắc snẤt)

Cẩn tim: Ma tiên tô nhị phãn (một tập hợp các tử mã) với chiểu

lừ mã tôi thiểu

Doin vao: Tap hop ky tir alphabet vai chién dim: A= ay, a3 , a.)

Đâu ra: Mã € (A, W) = {ey ca , c„} là một tập hợp các tử mã (ni phân), trong, đó c là từ mã của a, EES

Ký thuật này hoại động bằng cách tao ra xuôi cây rấu phâu của

các nút Ở đây có thể được lưu trữ trang một mảng thông thường,

là một nút lá hoặc mút nội bộ Ban đần, tắt cả các nút là nút lá, có

ehửa các đữi liệu riêng của minh lã trọng số (tần số xuấi hiện) cũa đt

liêu, một liên kết đền một nứt cha mẹ làm cho nó để đàng để đọc mã

(ngược lại) hắt đâu tử một nút lá Các mút nội bộ có chứa trọng sé dit

trong đó phụ thuộc vào sỐ lượng đữ liệu ø, Một nút

một nút chủ, Như quy ước chung, bịt “0° đại điện cho nút con trải và bửt “1” đại điện cho nút con phải Một cây hoàn thiện đã lên đến mút lá ø và núi nội bộ „1

‘Noi chung, quá trình giải mã đơn giản chỉ là một vấn đề của địch

liệu, các liền kết đến hmi nủi con và Hếi

n

aid tri byte của đởng mã tiễn tổ, thường là bằng cách vượt qna các nút của tây Hufftuan như là mỗi tửt được đọc tà dòng đầu vào (dat dén một mất lá nhất thiết phải chấm đứt việc tìm kiểm giá tri byte cu thổ)

3.2THUẬT TOÁN

2.21 Tổng quan

Các phương pháp nén IPEG thường tốn hao, có nghĩa là một số

thăng tin hinh ảnh ban đâu 1â bị mắt và không thế phục hỗi, có thế

ảnh hướng đến chải lượng trình ảnh,

NEN ANH JPEG

10

Mặc đủ một tập tin TPEG có thể được mã hóa trong nhiên cách

+hác nhan, phố biên nhất được thực hiện với mã hóa TFIF Quả trình

mã hóa bao gain cac bude:

1 Các đại điện của các màu sắc trang hình ảnh được chuyển đổi

từ RGH sang, YCbCr, bao gồm một thành phần luma (Y}, đại diện

cho độ sảng, và hai thành phần sắc độ (CD và Cr), đại điện cho Trân

2 Giâm độ phân giải cân đữ liệu, thường là một hệ số 2 Điền này

phan ánh thực tế là mắt ít nhạy cám với các chỉ Hiểt màu sắc tốt

ơn các chủ tiết độ sáng tối

3 Hình ânh được chia thành các khối điểm ảnh 8 > 8, và với mỗi

khối, mỗi dữ liệu Y, Cb, và Ct trải qua một biễn đổi cusirt rời rạc

(@CT)

- Biên độ của các thành phân tần số được lượng tứ hảa

5 Các đữ liệu kết qu cho tt ca cdc khối 8 + 8 nén với một thuật

u, một biến thế của mã hỏa HufRnan

toan khéng mat dit

Quá trình giải xnú đâo ngược các bước này, ngoại trừ lượng Lữ bởi vì

nó là không thể đảo ngược

'hiễu tùy chọn trang tiêu chuẩn JPEG không được sử đụng phố

triễn, trong khi những thứ khác quy định cụ thể các phrơmg pháp mã

hóa Đây là một mô tâ ngắn gọn của một trong các phương, pháp mã

hứa phổ biên khi áp dung cho mét dan vào co 24 hit cho méi pixel

2322 Không gian biển đôi màu

Thứ nhất, hình ảnh được chuyển đổi từ RGR thành một không,

gian mau khác nhau gợi là YCbCr Nó có ba Ihãnh phần Y, Cb va Cr:

`: thành phân đại điện cho độ sáng của điểm ảnh, và các thành phẩn

lL

Ch va Cr dai dign cho man (chia thành các thành phần màu xanh và đổ)

Do đặt điểm về nhạy câm trong mất người đối với một độ của màu sắc và độ sing, con người cĩ thể căm nhận tốt hơn đảng kế đồi

"bão hịn màn sắc của một hình ảnh (các thành phần CbCz),

3224 Phân tách khát

Sau khí lây mẫu, mỗi kênh được chia thành các khỏi 8 s‹

khối 8 * 8 cửa mỗi thành phẫn (Y, Cb, Cz) chuyển đổi sang, một miễn tằn số dại điện, thẳng thường là biên đổi casin xi rac

(DCT) hai chiều

Mắt người cĩ thể nhìn thấy sự Khác biệt về độ sáng Irên một trên một tân số thấp, nhưng, khơng phân biệt chính xác mức độ của sự thay đổi

độ sáng ở tan gỗ cao Diễu nảy cho phép giảm đăng kế số lượng,

lỗi Comin rửi rac

Tiép theo, 1

thơng tin trong các thành phẩm tồn số cao Điều này được thực hiện don giản là bằng cách chia mỗi thành phân trong các mức tần số với một hằng số, và sau đĩ làm trịn đến số nguyên gần nhái

Mã ha entropy lá một hình thúc đặc biệt của nén khơng mắt dy liêu, Nĩ liên quan đến việc sắp xếp các thành phẩn hình ảnh trong,

Tmột trật tự "ngoÄn ngo¿o" sử đựng thuật toản mã hĩa duyệt chiên đái

(RLE) tính tốn tần số các nhĩm tương tự nhau, chèn mã đánh số chiêu đài, vá zau đĩ xử đựng mã hĩa Huffiran vào những gị cơn lại