Tiểu luận môn an ninh hệ thống thông tin: NÉN ẢNH SỐ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NÉN ẢNH SỐ
GV hướng dẫn :
Học viên
:
Lớp
:
Mã SV
:

PGS. TS. Trịnh Nhật Tiến
Lưu Tiến Trung
K19 HTTT
12025066

1


Nội dung trình bày






Các khái niệm cơ bản
Nén dữ liệu ảnh
Chuẩn nén Jpeg
Các chuẩn nén ảnh tĩnh và video phổ biến
Chương trình Nén Ảnh số

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN


ẢNH SỐ


Ảnh có thể biểu diễn dưới dạng tín hiệu tương tự
hoặc tín hiệu số. Trong biểu diễn số của các ảnh đa
mức xám, một ảnh được biểu diễn dưới dạng một ma
trận hai chiều. Mỗi phần tử của ma trận biểu diễn
cho mức xám hay cường độ của ảnh tại vị trí đó. Mỗi
phần tử trong ma trận được gọi là một phần tử ảnh,
thơng thường kí hiệu là PEL (Picture Element) hoặc là
điểm ảnh (Pixel).


Ảnh đa cấp xám


Nếu dùng 8 bit (1 byte) để biểu diễn
mức xám, thì số các mức xám có thể
biểu diễn được là 256. Mỗi mức xám
được biểu diễn dưới dạng là một số
nguyên nằm trong khoảng từ 0 đến 255,
với mức 0 biểu diễn cho mức cường
độ đen nhất và 255 biểu diễn cho
mức cường độ sáng nhất.

Ảnh màu


Cách biểu diễn cũng tương tự như với
ảnh đen trắng, chỉ khác là các số tại mỗi
phần tử của ma trận biểu diễn cho ba
màu riêng rẽ gồm: đỏ (red), lục (green)
và lam (blue). Để biểu diễn cho một
điểm ảnh màu cần 24 bit, 24 bit này
được chia thành ba khoảng 8 bit. Mỗi
khoảng này biểu diễn cho cường độ sáng
của một trong các màu chính.


NÉN DỮ LIỆU ẢNH


Nén dữ liệu ảnh
Nén dữ liệu nhằm làm giảm lượng thông tin “dư
thừa” trong dữ liệu gốc và do vậy, lượng thông
tin thu được sau khi nén thường nhỏ hơn dữ
liệu gốc rất nhiều.
 Với dữ liệu ảnh, kết quả thường là 10:1. Một số
phương pháp còn cho kết quả cao hơn. Theo
kết quả nghiên cứu được công bố gần đây tại
Viện Kỹ thuật Georfie, kỹ thuật nén fratal cho
tỉ số nén là 30 trên 1 [6] .
 Tỉ lệ nén là tham số quan trọng đánh giá khả
năng nén của hệ thống.

 



Phân loại nén ảnh
Có 3 phương pháp:
Cách th ứ nh ất d ựa vào nguyên lý nén. Cách này phân các
phương pháp nén thành hai họ lớn:
o Nén chính xác hay nén không mất thông tin: g ồm các ph ương
pháp nén mà sau khi nén ta thu được chính xác d ữ liệu g ốc.
o Nén có mất thơng tin hay nén có tổn hao: gồm các ph ương
pháp mà sau khi nén ta không thu được dữ liệu như bản gốc,
phương pháp này lợi dụng tính chất của mắt người, chấp
nhận một số vặn xoắn trong ảnh khi khôi phục lại.
Cách th ứ hai d ựa vào cách th ức th ực hi ện nén
D ựa vào tri ết lý c ủa s ự mã hóa, bao g ồm:
o Các phương pháp nén thế hệ thứ nhất.
o Các phương pháp nén thế hệ thứ hai: dựa vào đ ộ bão hòa c ủa
tỉ lệ nén.



CHUẨN NÉN JPEG


Chuẩn nén JPEG
JPEG là viết tắt của Joint Photographic
Expert Group ( nhóm các chuyên gia phát
triển ảnh này).
Chuẩn JPEG được công nhận là chuẩn ảnh

quốc tế năm 1990 phục vụ các ứng dụng
truyền ảnh cho các lĩnh vực như y học,
khoa học, kỹ thuật, ảnh nghệ thuật…


Chuẩn nén JPEG (Tiếp)
Chuẩn JPEG được sử dụng để mã hóa ảnh
đa mức xám, ảnh màu. Chuẩn JPEG cung
cấp giải thuật cho cả hai loại nén là nén
không mất mát thông tin và nén mất mát
thông tin.
JPEG sử dụng phương pháp xử lý DCT
(Discrete Cosine Transform ) – Phép
biến đổi cosin rời rạc đưa ra vào năm
1974


Nguyên tắc nén của JPEG
Ảnh màu trong không gian của 3 màu
RGB (red Green Blue) được biến đổi về
hệ YUV.
 Hệ nhãn thị của con người rất nhạy cảm
với thành phần Y và kém nhạy cảm với
hai loại U và V
 Phương pháp nén ảnh đó là nắm bắt
phát hiện này để tách những thông tin
thừa của ảnh. Hệ thống nén thành phần
Y của ảnh với mức độ ít hơn so với U, V,
bởi người ta ít nhận thấy sự thay đổi của
U và V so với Y




Sơ đồ thuật giải


Giải nén


Quá trình giải nén sẽ được làm ngược lại,
người ta giải mã từng phần ảnh nén tương
ứng với phương pháp nén đã sử dụng
trong phần nén nhờ các thông tin liên
quan ghi trong phần header của file nén.
Kết quả thu được là hệ số đã lượng tử.
Các hệ số này được khôi phục về giá trị
trước khi lượng tử hóa bằng bộ tương tự
hóa. Tiếp đó đem biến đổi Cosin ngược ta
được ảnh ban đầu với độ trung thực nhất
định.


Sơ đồ thuật toán


CÁC CHUẨN NÉN ẢNH TĨNH
VÀ VIDEO


Chuẩn H.262:

Chuẩn H.262 là một chuẩn mã hóa video số
ITU-T. Chuẩn này liên quan đến phần video
của chuẩn ISO/IEC MPEG-2 (được biết
dưới cái tên ISO/IEC 13818-2). Chuẩn này
được phát triển do sự hợp tác của ITU-T và
các tổ chức ISO/IEC JTC 1, và trở thành
chuẩn chung cho cả hai tổ chức này. ITU-T
Recommendation H.262 và ISO/IEC 13818-2
được phát triển và phát hành dưới dạng là
chuẩn quốc tế. Hai tài liệu này mơ tả hầu
hết tất cả các khía cạnh


Chuẩn H.263
Chuẩn H.263 là chuẩn mã hóa ITU-T
thiết kế vào năm 1995/1996 dùng cho
giải pháp mã hóa nén tốc độ truyền thấp
cho các dịch vụ hội nghị truyền hình.
• Chuẩn H.263 được phát triển như là
một phiên bản nâng cấp dựa trên
chuẩn H.261, và chuẩn MPEG-1, MPEG2.
•


Chuẩn H.264
•

•

Chuẩn H.264, MPEG-4 Part 10, hay AVC (dùng

cho Advanced Video Coding), là một chuẩn mã
hóa video số với độ nén cực cao, là kết quả của
ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG) kết
hợp với ISO/IEC Moving Picture Experts Group
(MPEG), được xem là sản phẩm thương mại Joint
Video Team (JVT). Chuẩn ITU-T H.264 và ISO/IEC
MPEG-4 Part 10(ISO/IEC 14496-10) ứng dụng các
công nghệ nén ảnh tiên tiến. Phiên bản nháp đầu
tiên được hồn thành vào tháng 05 năm 2003.
Chuẩn cịn được gọi bằng các tên khác H.264/AVC,
AVC/H.264, H.264/MPEG-4 AVC, MPEG-4/H.264
AVC nhằm nhấn mạnh tính kế thừa.


Chuẩn JVT


Chuẩn JVT đã hoàn thành việc nâng cấp,
phát triển một số tính năng mở rộng so
với chuẩn nguyên thuỷ, được biết dưới
tên là Fidelity Range Extensions (FRExt).
Các phiên bản mở rộng hỗ trợ mã hóa
video với độ trung thực cao bằng cách
thức gia tăng độ chính xác lấy mẫu (bao
gồm hóa 10-bit và 12-bit) với thơng tin
màu độ phân gải cao (gồm các cấu trúc
lấy mẫu như YUV 4:2:2 và YUV 4:4:4).


Giới thiệu chương trình nén ảnh

số
Ứng dụng Java
 Chọn file ảnh
 Điều chỉnh tỷ lệ nén của ảnh
 Save ra file ảnh mới
 So sánh chất lượng – Dung lượng 2 file
ảnh



Cám ơn thầy và các bạn đã
chú ý theo dõi