Bài soạn xử lý âm THANH – HÌNH ẢNH

Mô tả ảnh kết quả, vẽ lược đồ xám của ảnh kết quả ảnh LSB... Lược đồ xám ảnh kết quả Lược đồ xám chuẩn ảnh kết quả 6.. Vẽ đặc tuyến hàm biến đổi, lược đồ xám chuẩn của ảnh kết quả và ảnh

Bài soạn XỬ LÝ ÂM THANH – HÌNH ẢNH

1 Phối màu

3 màu cơ bản: Red – Green – Blue (màu RGB)

Các màu trong tự nhiên đều được phối từ 3 màu cơ bản theo phương trình:

f’F = r’R + g’G + b’B

3 màu được phối từ 3 màu cơ bản

 Red + Green = Yellow (Y)

 Red + Blue = Magenta (M)

 Blue + Green = Cyan (C)

Bài tập 1: Hai màu F1 và F2 có tọa độ trong hệ màu RGB như sau

F1 (0.3 ; 0.5 ; 0.2) F2 (0 ; 0.5 ; 0.5) Tìm tọa độ của màu F nhận được sau khi trộn 1 phần F1 và 2 phần F2

Giải

F1 + 2F2 = 0.3R + (0.5 + 2 * 0.5)G + (0.2 + 2 * 0.5)B

Fz = .

=> F Z (0.1 ; 0.5 ; 0.4)

Bài tập 2: Vẽ các tín hiệu video thành phần RGB để tạo ra ảnh màu gồm 8 sọc dọc: đen, trắng, red (R), green (G), blue (B), Cyan (C), Magenta (M), Yellow (Y) (độ bão hòa màu 100%) Được biết tín hiệu video trên tạo ra ảnh có các sọc với mức chói tăng dần từ đen sang trắng trên màn hình

TV đen trắng Vẽ 1 dòng tín hiệu chói

E Y = 0.3E R + 0.59E G + 0.11E B

Giải

E R , E G , E B ϵ [0;1]

Sọc

Ghi chú:

2 Xác định số mức xám trong ảnh số

m =

( ) + 1 k = < k =

m: số lượng mức xám mắt người nhìn thấy được cùng lúc trên màn hình

k’: độ tương phản khi chịu tác động của nguồn sáng ngoài (Lng)

Lmax: độ chói cao nhất

Lmin: độ chói thấp nhất

Bài tập 3: Tìm số lượng bit cần thiết để lượng tử hóa tín hiệu truyền hình số khi màn hình máy thu trong hệ thống truyền hình số có độ chói thay đổi từ Lmin = 1cd/m 2 đến Lmax = 100cd/m 2 , nguồn sáng bên ngoài chiếu lên bề mặt màn hình có độ chói Lng = 5cd/m 2 , giá trị ngưỡng tương phản σ = 0.03

Giải

( )+ 1 = 98

=> Số lượng bits: k = 7

Bài tập 4: Tín hiệu truyền hình màu được số hóa thành phần (Y, u, v) theo chuẩn 4 : 2 : 0 Tần

số lấy mẫu là 13.5 MHz, mã hóa nhị phân 8 bits/mẫu Tìm tốc độ luồng bits của tín hiệu video số

Giải

Y R Y = f S * k = 13.5 * 10 6 * 8 = 108 Mbps

u R u = ¼ * (f S * k) = ¼ * 13.5 * 10 6 * 8 = 27 Mbps

v R v = 27 Mbps

=> R ∑ = 162 Mbps

Các tiêu chuẩn mã hóa : 4 : 4 : 4 Tần số lấy mẫu màu bằng tần số lấy mẫu độ chói

4 : 2 : 2 Tần số lấy mẫu màu bằng ½ tần số lấy mẫu độ chói

4 : 2 : 0 Tần số lấy mẫu màu bằng ¼ tần số lấy mẫu độ chói

4 : 1 : 1 Tần số lấy mẫu màu bằng ¼ tần số lấy mẫu độ chói

So sánh luồng bits của 2 chuẩn mã hóa 4 : 4 : 4 và 4 : 1 : 1

B 4 : 4 : 4 = 3 * f S * k B 4 : 1 : 1 = f S * k + ¼ * f S * k + ¼ * f S * k = 1.5 * f S * k

3 Quan hệ giữa các điểm ảnh

Liên kết m

Vd: V ϵ [5 – 8]

Liên kết m sẽ tạo kết nối giữa 2 điểm ảnh có độ chói nằm trong tập V Liên kết m tạo kết nối chéo như ND (hình a) hoặc kết nối thẳng (hình b) Liên kết m sẽ ưu tiên cho kết nối thẳng (hình b)

4 Khoảng cách giữa 2 điểm ảnh

Với tọa độ điểm ảnh: p (x ; y) q (s ; t)

Khoảng cách D4 giữa 2 điểm ảnh: 4 ( , ) = | − | + | − |

Khoảng cách D8 gi ữa 2 điểm ảnh: 8 ( , ) = max (| − | + | − |)

Bài tập 5: Cho ảnh số 3 sọc dọc: vàng, đen, xám 50% Ảnh được xử lý trong không gian màu RGB Phương trình tạo màu xám là Y = 1/3 R + 1/3 G + 1/3 B Vẽ đặc tuyến biến đổi s = T[r] cho từng kênh màu để nhận được ảnh kết quả có 3 sọc Cyan, lam (blue), xám 70% Biểu diễn một dòng tín hiệu chói của ảnh kết quả

Giải

Sọc

Xám 50%

Sọc

Xám 70%

Đặc tuyến biến đổi s = T[r]

Biểu diễn một dòng tín hiệu chói ảnh kết quả

5 Tách mặt phẳng bit

Bài tập 6: Ảnh gốc có kích thước 16 x 10 dạng sọc dọc với mức chói tăng dần đều từ trái sang phải Các mức chói mã hóa 4 bits Vẽ đặc tuyến biến đổi để tách mặt phẳng bit LSB Mô tả ảnh kết quả, vẽ lược đồ xám của ảnh kết quả (ảnh LSB)

Giải

4 bits/mẫu => 2 4 = 16 mức chói

Đặc tuyến biến đổi để tách mặt phẳng bit LSB

* Lược đồ xám thể hiện số điểm ảnh có mức chói bằng nhau

Ảnh kết quả (ảnh LSB) có kích thước 16 x 10, hai mức chói 0 và 1

=> Số điểm ảnh có mức chói bằng 0: 80 Số điểm ảnh có mức chói bằng 1: 80

Số điểm ảnh 0: 8 cột có mức chói 0 (s = 0) tại các cột có r = 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 Mỗi cột có

10 điểm ảnh => Số điểm ảnh có mức chói bằng 0 = 8 x 10 = 80

Số điểm ảnh 1: 8 cột có mức chói 1 (s = 1) tại các cột có r = 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 Mỗi cột có

10 điểm ảnh => Số điểm ảnh có mức chói bằng 1 = 8 x 10 = 80

* Xác suất xuất hiện điểm ảnh của 1 mức chói trong lược đồ xám chuẩn = Số điểm ảnh của 1 mức chói ÷ Tổng số điểm ảnh

Lược đồ xám ảnh kết quả Lược đồ xám chuẩn ảnh kết quả

6 Tách mức chói ảnh

Mức chói mã hóa 8 bits/mẫu => 28 = 256 mức chói (0 -> 255)

Mức chói được tách L ϵ [L1 ; L2]

Bài tập 7: Ảnh gốc có kích thước 128 x 48 pixels có dạng sọc dọc với mức chói tăng dần đều từ trái sang phải (đen -> trắng), được xử lý bằng cách tách mức chói có nền Mức chói mã hóa 6 bits/mẫu Mức chói được tách nằm trong khoảng [10 – 19] Vẽ đặc tuyến hàm biến đổi, lược đồ xám chuẩn của ảnh kết quả và ảnh gốc Mô tả 1 ảnh bất kỳ có lược đồ xám giống ảnh gốc

Giải

6 bits/mẫu => 2 6 = 64 mức chói (0 -> 63)

Kích thước ảnh 128 x 48 pixels dạng sọc dọc

=> Mỗi mức chói có 2 cột (128/64 = 2), mỗi cột có 48 điểm ảnh => Số điểm ảnh của mỗi mức chói: 2 x 48 = 96

Mô tả ảnh gốc

Lược đồ xám ảnh gốc

Lược đồ xám chuẩn ảnh gốc

Xác suất xuất hiện điểm ảnh của 1 mức chói: 96 / (128 x 48) = 1/64

Đặc tuyến biến đổi ảnh gốc sang ảnh kết quả (mức chói được tách nên lấy trong khoảng [10 ; 19]

Lược đồ xám ảnh kết quả

* Số điểm ảnh có mức chói 15: 10 x 2 x 48 = 10 x (2 x 48) = 10 x 96 = 960 pixels

Lược đồ xám chuẩn ảnh kết quả

Xác suất xuất hiện điểm ảnh có mức chói từ 0 -> 9 và 20 -> 63: 96 / (128 x 48) = 1/64 Xác xuất xuất hiện điểm ảnh có mức chói 15: 960 / (128 x 48) = 5/32

7 Cân bằng lược đồ xám

Bài tập 8: Cho ảnh có kích thước 6 x 6 như sau:

9 11 14 9 10 13

11 9 15 13 15 12

10 15 9 12 9 12

10 12 14 15 13 10

8 14 9 13 15 12

Độ chói mã hóa 4 bits Tìm lược đồ xám của ảnh, cân bằng lược đồ xám

Giải

P(r k ) 0 0 0 0 0 0 0 0 3

36

9 36

4 36

2 36

5 36

4 36

3 36

6 36

36

12 36

16 36

18 36

23 36

27 36

30

S k * = S k x 15

Ảnh kết quả

8 5 15 11 15 10

7 15 5 10 5 10

7 10 13 15 11 7

1 13 5 11 15 10

Lược đồ xám ảnh kết quả

Bài tập 9: Cho ảnh đen trắng có kích thước 13 x 13, mức chói mã hóa 4 bits/mẫu Lược đồ xám có dạng:

Ảnh đã được cân bằng lược đồ xám Tìm lược đồ xám của ảnh kết quả

Giải

P(r k

)

5

169

13 169

38 169

17 169

13 169

5 169

1 169

1 169

1 169

3 169

6 169

19 169

31 169

11 169

2 169

3 169

S k

5

169

18 169

56 169

73 169

86 169

91 169

92 169

93 169

94 169

97 169

103 169

122 169

153 169

164 169

166

169 1

Lược đồ xám ảnh kết quả

8 Quá trình nhân chập ảnh và ma trận (mặt nạ) lọc

Bài tập 10: Cho ảnh gốc và ma trận lọc như sau:

Điểm ảnh đen có giá trị 0, trắng có giá trị 1 Hệ số trong ma trận lọc 1/4 Thực hiện quá trình lọc không gian, quan sát và nhận xét kết quả

Giải

* Trước khi đưa ma trận lọc vào ảnh gốc để lọc, xoay ma trận lọc 1 góc 180 o

=> Ma trận lọc sau khi xoay

¼ 0 0

¼ 0 0

¼ ¼ 0

0 ¼ ¼

0 0 ¼

0 0 ¼

Ảnh kết quả sau khi lọc

Bài tập 11: Xử lý ảnh bằng bộ lọc trung bình cộng có kích thước 3 x 3 Các điểm ảnh ngoài có giá trị 0

Ảnh gốc Ma trận lọc tb cộng Ảnh kết quả (lọc tb cộng)

9 Các loại ma trận lọc

Lọc trung bình cộng: Đặt ma trận lọc vào ảnh gốc, tính tổng mức chói của các điểm ảnh nằm trong ma trận lọc rồi chia số điểm ảnh đang xét (kích thước ma trận lọc), kết quả đặt tại trọng tâm của ma trận lọc

Lọc trung vị: Đặt ma trận lọc vào ảnh gốc, sắp xếp các mức chói nằm trong ma trận lọc theo mức chói tăng dần, lấy giá trị mức chói ở giữa dãy số đặt vào trọng tâm ma trận lọc Nếu chuỗi số chẵn thì cần quy định trước trọng tâm của ma trận lọc ở đâu ? ? ?

Lọc giả trung vị: Đặt ma trận lọc vào ảnh gốc, lấy 2 mức chói lớn nhất và nhỏ nhất nằm trong

ma trận lọc rồi chia 2, kết quả đặt tại trọng tâm ma trận lọc

Lọc cực đại: Đặt mà trận lọc vào ảnh gốc, lấy mức chói lớn nhất trong ma trận lọc đặt vào trọng tâm của ma trận lọc

Lọc cực tiểu: lấy giá trị mức chói nhỏ nhất

2 9 6

3 5 8

4 7 2

2 4 3

3 5 4

2 3 2

1 1 1

1 1 1

1 1 1

Lọc nét ảnh bằng toán tử Laplace: Lọc ảnh bẳng ma trận lọc bên dưới Nhân hệ số ma trận cho mỗi mức chói nằm trong ma trận lọc rồi tính tổng Kết quả đặt tại trọng tâm của ma trận lọc

Điểm ảnh trọng tâm (kết quả) = 5Z5 – (Z2 + Z4 + Z6 + Z8)

Z1 Z2 Z3 0 -1 0

Z4 Z5 Z6 -1 5 -1

Z7 Z8 Z9 0 -1 0

10 Phương pháp nén ảnh tĩnh chuẩn JPEG

Ảnh gốc sẽ được tách thành từng khối ảnh có kích thước 8 x 8 (64 mẫu)

DCT (Discrete Cosine Transform): Biến đổi dữ liệu từ miền không gian sang miền tần số Lượng tử hóa (không đồng đều): Để thực hiện quá trình nén dữ liệu, ma trận các hệ số triển khai sau DCT phải được chia cho bảng trọng số Q (u,v) để loại bỏ một phần các hệ số DCT có biên

độ nhỏ (thường là các thành phần cao tần)

Quét zig-zag: Mục đích làm tăng tối đa độ dài của chỗi các giá trị 0 liên tiếp Như vậy, hiệu quả nén khi dùng mã RLC sẽ tăng

Hệ số DC: hệ số đầu tiên có tọa độ (0,0)

Hệ số AC: là 63 hệ số còn lại trừ tọa độ (0,0)

DPCM: Mã hóa hệ số DC

RLC: Mã hóa loạt dài, bao gồm từ mã Huffman và giá trị biên độ (nhị phân) của hệ số AC

Mã hóa Entropy: Mã hóa theo xác suất xuất hiện mẫu

 , 