Dự thảo Hệ thống mã hóa hình ảnh JPEG2000 Các mở rộng đối với dữ liệu ba chiều
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (384.83 KB, 33 trang )
BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
------- -------
THUYẾT MINH DỰ THẢO TIÊU CHUẨN QUỐC GIA
HỆ THỐNG MÃ HÓA HÌNH ẢNH JPEG2000 – CÁC MỞ RỘNG ĐỐI
VỚI DỮ LIỆU BA CHIỀU
HÀ NỘI -2015
MỤC LỤC
2
2
1. Tên gọi và ký hiệu tiêu chuẩn
“Hệ thống mã hóa hình ảnh JPEG 2000 – Các mở rộng đối với dữ liệu ba chiều”
Ký hiệu tiêu chuẩn: TCVN xxxx:xxxx
2. Tình hình chuẩn hóa về mã hóa ảnh tĩnh
2.1 Các chuẩn mã hóa ảnh tĩnh
2.1.1 Chuẩn mã hóa PNG
Portable Network Graphics (PNG) là một phương thức mã hóa định dạng hình ảnh sử
dụng thuật toán nén không mất dữ liệu. PNG được tạo ra để cải tiến và thay thế định dạng
GIF (Graphics Interchange Format) và là một định dạng tập tin hình ảnh không yêu cầu
bản quyền.
PNG hỗ trợ hình ảnh dựa trên bảng màu (24 bit RGB hoặc 32 bit RGBA), ảnh xám
(có hoặc không có kênh alpha), và ảnh RGB (có hoặc không có kênh alpha)
PNG cung cấp các lựa chọn trong suốt. Với hình ảnh màu thực và màu xám, giá trị
mỗi điểm ảnh có thể được xác định là trong suốt hoặc một kênh alpha có thể được thêm
vào (cho phép bất kỳ tỷ lệphần trăm của độ trong suốt được sử dụng).
PNG được sử dụng rộng rãi trên mạng internet do nó hỗ trợ tính trong suốt, và nó sử
dụng một thuật toán nén không mất dữ liệu.
2.1.2 Chuẩn mã hóa MPEG-4 VTC
MPEC-4 VTC là một thuật toán được sử dụng để nén các ảnh tĩnh và sau này lại được
sử dụng trong các ảnh chụp 3D thực tế. Phương pháp này dựa trên biến đổi sóng con rời
rạc (DWT), lượng tử scala, và mã hóa số học.
Đặc tính ưu việt nhất của MPEG-4 VTClà năng lực mã hóa các đối tượng có định
dạng tùy ý. Khả năng này được thực hiện bởi các phương tiện DWT thích ứng theo định
dạng và mã hóa định dạng MPEG-4. Một số đối tượng có thể được mã hóa riêng rẽ, có
3
thể với chất lượng khác nhau , và sau đó được tập hợp tại bộ giải mã để thu được ảnh giải
mã cuối cùng. Tuy nhiên, MPEG-4-VTC không hỗ trợ mã hóa không tổn thất.
2.1.3 Các chuẩn mã hóa JPEG
Có nhiều phương pháp nén ảnh, nhưng đều dựa trên nguyên tắc tìm ra các “phần tử
thừa” trong dữ liệu và mã hóa chúng theo nhiều mức độ khác nhau. Một công nghệ nén
ảnh tương đối hiệu quả có thể làm việc với các ảnh kích cỡ lớn, nhiều màu đó là công
nghệ JPEG (Joint Photographic Experts Group). Tiêu chuẩn JPEG – Định dạng ảnh JPEG
là một tiêu chuẩn nén ảnh được phát triển bởi Nhóm chuyên gia xử lý ảnh JPEG thành lập
năm 1986 với sự hợp tác của các tổ chức ITU (International Telecommunication Union –
Liên minh Viễn thông quốc tế), ISO (International Organization for Standardization – Tổ
chức tiêu chuẩn quốc tế) và IEC (International Electrotechnical Commission - Ủy ban Kỹ
thuật điện tử quốc tế), và do đó tiêu chuẩn được đặt tên của nhóm JPEG.
Kỹ thuật này có thể đạt được hệ số nén hơn tám mươi lần so với ảnh gốc. Tuy nhiên,
hệ số nén càng cao thì hình ảnh sau khi giải nén sẽ càng bị sai lệch nhiều hơn, nó chỉ gần
giống như ban đầu chứ không đạt hoàn toàn như hình ảnh gốc. Dù sao thì với mắt thường
rất khó nhận ra điều khác biệt.
Nguyên lý của phương pháp nén JPEG là: Cắt hình ảnh thành từng khối nhỏ, phân tích
tất cả các dữ liệu về màu sắc, độ sáng mà các khối đó chứa bằng các phương trình ma
trận. Ảnh màu trong không gian RGB (Red, Green, Blue) được chuyển đổi qua hệ YUV.
Trong khi thị giác của con người lại rất nhạy cảm với hệ Y, ít nhạy cảm hơn nhiều với hệ
U, V. Hệ thống sẽ nén thành phần Y của ảnh ở mức độ ít hơn nhiều so với U và V. Kế
tiếp là dùng biến đổi Cosin rời rạc, sau nữa là mã hóa theo phương pháp Hoffman. Khi
giải nén ảnh, các bước thực thi sẽ làm ngược lại quá trình nói trên.
Tiêu chuẩn này có hai phương pháp nén ảnh cơ bản là: phương pháp dựa trên biến đổi
cosin rời rạc (Discrete Cosine Transformation - DCT) được đặc tả dành cho nén ảnh có
tổn thất (lossy) và phương pháp tiên đoán (predictive) được đặc tả dành cho nén ảnh
không tổn thất (lossless).
4
Chuẩn JPEG ban đầu đã nhận được sự đón nhận rộng rãi và hiện tại có mặt ở khắp nơi
thông qua các ứng dụng của máy tính: nó là khuôn dạng chính cho các ảnh chụp trong
web toàn cầu và được sử dụng rộng rãi trong lưu trữ hình ảnh. Hơn nữa, ảnh số hóa ngày
càng phổ biến với người dùng và yêu cầu chất lượng ngày tăng lên, vì vậy các vấn đề xử
lý hình ảnh cũng tăng theo. Tuy nhiên, việc nén hình ảnh không chỉ làm giảm dung lượng
lưu trữ và các yêu cầu băng thông, mà còn cho để nguyên ghép tách, ghép để sắp xếp xử
lý và đáp ứng các mục tiêu trên các ứng dụng và thiết bị cụ thể. Ngoài ra, yêu cầu về hiệu
suất nén tốt hơn với tỷ số nén cao đã dẫn tới sự phát triển của tiêu chuẩn JPEG 2000.
Tháng 12 năm 2000, Nhóm ban hành tiêu chuẩn JPEG 2000 Phần 1 với tên chính thức
là tiêu chuẩn ISO/IEC 15444-1 | ITU-T T.800. Tiêu chuẩn JPEG 2000 sử dụng mã hóa co
giãn độ phân giải (scalable) ảnh tĩnh liên tục (từ có tổn thất đến không tổn thất) dựa trên
biến đổi wavelet. Tiêu chuẩn không chỉ cung cấp khả năng nén ảnh với chất lượng và
hiệu quả cao hơn hệ thống JPEG cơ bản mà nó còn có khả năng biểu diễn một ảnh với
nhiều tính năng hơn, hỗ trợ trong cùng luồng bit đáp ứng được rất nhiều ứng dụng hiện có
và ứng dụng mới.
Hiện nay có 3 phiên bản về JPEG được công bố như sau:
2.1.3.1 Tiêu chuẩn JPEG năm 1992
Tiêu chuẩn JPEG sử dụng mã hóa ảnh tĩnh liên tục có tổn thất (lossy) dựa trên biến đổi
cosin rời rạc DCT, đã được ITU công bố là một tiêu chuẩn viễn thông ITU-T
Recommendation T.81 và được công nhận là tiêu chuẩn quốc tế với tên chính thức
là ISO/IEC 10918-1:1994. Mục tiêu của tiêu chuẩn JPEG năm 1992 là hỗ trợ nén ảnh với
nhiều kích cỡ/không gian màu sắc, với tỉ lệ nén theo yêu cầu người dùng, hỗ trợ tái tạo lại
ảnh với chất lượng cao và hỗ trợ quản lý mức độ phức tạp tính toán khi nén ảnh.
Bảng 1: Các tiêu chuẩn quốc tế về mã hóa hình ảnh JPEG
5
N
ă
m
H
ọ
tiêu
chuẩ
n
P
h
ầ
n
S
c
ố
ô
ISO
n
/IE
g
C
Số
ITU
Tên tiêu chuẩn
b
ố
JP
EG
I
P
h
1
ầ
9
n
9
2
1
/
U-T
Công nghệ thông tin – Nén số
IEC
Rec.
và mã hóa ảnh có sắc độ liên tục
109
T.
18-
– Yêu cầu và hướng dẫn
81
1
I
P
h
1
ầ
9
n
9
4
2
6
IT
SO
SO
/
IEC
109
18-
IT
U-T
Rec.
T.83
Công nghệ thông tin – Nén số
và mã hóa ảnh có sắc độ liên tục
– Bài đo tuân thủ.
2
P
1
I
IT
Công nghệ thông tin – Nén số
h
9
SO
U-T
và mã hóa ảnh có sắc độ liên tục
ầ
9
/
Rec.
– Phần mở rộng
n
6
IEC
T.84
N
ă
m
H
ọ
tiêu
chuẩ
n
P
h
ầ
n
S
c
ố
ô
ISO
n
/IE
g
C
Số
ITU
Tên tiêu chuẩn
b
ố
109
18-
3
3
I
P
h
1
ầ
9
n
9
8
4
SO
/
IEC
109
184
IT
U-T
Rec.
T.86
và mã hóa ảnh có sắc độ liên tục
– Đăng ký JPEG Profiles, SPIFF
Profiles, SPIFF Tags, các không
gian màu SPIFF, APPn Markers,
các loại nén SPIFF và cơ quan
đăng ký (REGAUT)
P
2
I
Công nghệ thông tin – Nén số
h
0
SO
và mã hóa ảnh có sắc độ liên tục
ầ
1
/
– JPEG File Interchange Format
n
3
IEC
(JFIF)
109
5
185
FC
7
Công nghệ thông tin – Nén số
N
ă
m
H
ọ
tiêu
chuẩ
n
P
h
ầ
n
S
c
ố
ô
ISO
n
/IE
g
C
Số
ITU
Tên tiêu chuẩn
b
ố
D
2.1.3.2 Tiêu chuẩn JPEG-LS
Tiêu chuẩn JPEG-LS sử dụng mã hóa ảnh tĩnh liên tục không tổn thất (lossless) và tổn
thất ít (nearlossless) dựa trên mã hóa tiên đoán và mã hóa ngẫu nhiên, đã được công bố là
tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC IS 14495-1|ITU-T Recommendation T.87.
Bảng 2: Các tiêu chuẩn quốc tế về mã hóa hình ảnh JPEG-LS
8
N
ă
m
H
ọ
P
c
Số
tiêu
h
ô
ISO/
chuẩ
ầ
n
IEC
n
n
g
Số
ITU
Tên tiêu chuẩn
b
ố
P
h
JP
EGLS
1
ầ
9
n
9
8
1
IS
O
IEC
1449
5-1
P
h
2
ầ
0
n
0
0
2
/
IT
Công nghệ thông tin – Nén
U-T
không tổn thất và gần như không
Rec.
tổn thất ảnh có sắc độ liên tục –
T.87
Cơ sở
IS
O
IT
/
U-T
IEC
Rec.
1449
T.87
5-2
0
Công nghệ thông tin – Nén
không tổn thất và gần như không
tổn thất ảnh có sắc độ liên tục –
Các mở rộng
2.1.3.3 Tiêu chuẩn JPEG 2000
Kỹ thuật nén JPEG sẽ làm mất thông tin lúc giải nén, càng nén với hệ số cao thì thông tin
càng mất nhiều khi giải nèn. Công nghệ JPEG 2000 sẽ giải quyết vấn đề này. Với JPEG
2000 kỹ thuật xử lý hình ảnh sẽ đạt được những kết quả rất khả quan vì có thể nén nhỏ từ
100-200 lần mà hình ảnh không sai sót bao nhiêu so với hình ảnh gốc. JPEG 2000sử dụng
9
mã hóa co giãn (scalable) ảnh tĩnh liên tục (từ có tổn thất đến không tổn thất) dựa trên
biến đổi wavelet (một công cụ xử lý tín hiệu rất thành công, đặc biệt là xử lý ảnh). Là một
tiện ích toán học cho phép mô tả bằng một công thức đơn giản những gì xảy ra tại một
thời điểm chính xác của tín hiệu. Với một chuỗi sóng ngắn, chỉ cần biểu diễn bằng vài
công thức, đường biểu diễn không đều mà không cần phải mô tả đặc tính của từng điểm
một. Và lẽ dĩ nhiên sẽ rất đắc lực khi phân tích tỉ mỉ một file ảnh kỹ thuật số.
Thuật toán trong kỹ thuật JPEG 2000 là chọn một số nhỏ các sóng ngắn, các sóng này
được lập lại ở những nơi khác nhau, tỷ lệ khác nhau đã mô tả chính xác tín hiệu của hình
ảnh. File ảnh nén không chứa nhiều hơn số lượng chỉ vị trí và giãn nở của từng sóng
ngắn. Và kỹ thuật mã hóa theo từng khối, theo từng khu vực ưu tiên của hình ảnh (ROI
-Regional Of Interest) được áp dụng cũng là một tiến bộ đáng kể trong thuật toán mã hóa
JPEG 2000.
Tiêu chuẩn JPEG 2000 không chỉ cung cấp khả năng nén ảnh với chất lượng và hiệu quả
cao hơn hệ thống cơ bản JPEG mà nó còn có khả năng biểu diễn một ảnh với nhiều tính
năng hơn, hỗ trợ trong cùng bit-stream (chuỗi bit được mã hóa hoặc giải mã một phần
chứa đoạn mã hóa dữ liệu ngẫu nhiên) đáp ứng được rất nhiều ứng dụng hiện có và ứng
dụng mới.
Không giống tiêu chuẩn JPEG truyền thống, kỹ thuật mã hóa dựa trên biến đổi cosin rời
rạc (DCT – Dicrete Cosin Transform) dùng mã hóa Huffman, JPEG 2000 sử dụng kỹ
thuật mã hóa sóng con rời rạc (DWT – Decrete Wavelet Transform) dùng mã hóa số học.
Sử dụng DWT cho phép nâng cao độ phân giải tần số mang tính không gian trong thể
hiện biến đổi hình ảnh. Sơ đồ khối của quá trình nén và giải nén theo chuẩn JPEG 2000
được mô tả ở hình dưới đây.
10
Hình 1: Sơ đồ quá trình nén và giải nén theo chuẩn JPEG 2000
JPEG 2000 nhiều chức năng đặc biệt hơn mọi chuẩn nén ảnh tĩnh khác như JPEG hay
GIF. Dưới đây là các chức năng ưu việt của JPEG 2000 so với các chuẩn nén ảnh tĩnh
khác :
-
Cho chất lượng ảnh tốt nhất khi áp dụng nén ảnh tĩnh có tổn thất.
-
Sử dụng được với các truyền dẫn và hiển thị lũy tiến về chất lượng, về độ phân
giải, các thành phần màu và có tính định vị không gian.
-
Sử dụng cùng một cơ chế nén ảnh cho cả hai dạng thức nén.
-
Truy cập và giải nén tại mọi thời điểm trong khi nhận dữ liệu.
-
Giải nén từng vùng trong ảnh mà không cần giải nén toàn bộ ảnh.
-
Có khả năng mã hóa với tỷ lệ nén theo từng vùng khác nhau.
-
Nén một lần nhưng có thể giải nén với nhiều cấp chất lượng khác nhau tùy theo
yêu cầu của người sử dụng.
Bảng 3: Các tiêu chuẩn quốc tế về mã hóa hình ảnh JPEG 2000
11
N
ă
m
H
ọ
P
c
Số
tiêu
h
ô
ISO/
chuẩ
ầ
n
IEC
n
n
g
Số
ITU
Tên tiêu chuẩn
b
ố
JP
P
EG
h
2
2000
ầ
0
n
0
0
1
IS
O
2
ầ
0
n
0
4
2
P
U-T
Rec.
1544
T.80
4-1
0
IS
O
Công nghệ thông tin – Hệ
thống mã hóa hình ảnh JPEG
2000 – Phần mềm chuẩn - Hệ
thống mã hóa lõi.
IT
U-T
Công nghệ thông tin – Hệ
IEC
Rec.
thống mã hóa hình ảnh JPEG
1544
T.80
2000 – Các mở rộng
4-2
1
2
/
IS
/
IT
Công nghệ thông tin – Hệ
U-T
thống mã hóa hình ảnh JPEG
2000 –Motion JPEG 2000
h
0
O
ầ
0
IEC
Rec.
n
2
1544
T.80
4-3
2
3
12
/
IEC
P
h
IT
N
ă
m
H
ọ
P
c
Số
tiêu
h
ô
ISO/
chuẩ
ầ
n
IEC
n
n
g
Số
ITU
Tên tiêu chuẩn
b
ố
P
h
2
ầ
0
n
0
2
4
IS
O
U-T
Công nghệ thông tin – Hệ
IEC
Rec.
thống mã hóa hình ảnh JPEG
1544
T.80
2000 – Kiểm tra sự phù hợp
4-4
3
P
h
2
ầ
0
n
0
3
5
P
/
IS
O
IT
U-T
Công nghệ thông tin – Hệ
IEC
Rec.
thống mã hóa hình ảnh JPEG
1544
T.80
2000 – Phần mềm chuẩn
4-5
4
2
/
IS
/
IT
Công nghệ thông tin – Hệ
U-T
thống mã hóa hình ảnh JPEG
h
0
O
ầ
0
IEC
Rec.
2000 – Định dạng tập tin hình
n
3
1544
T.80
ảnh hợp thành
4-6
5
6
13
IT
N
ă
m
H
ọ
P
c
Số
tiêu
h
ô
ISO/
chuẩ
ầ
n
IEC
n
n
g
Số
ITU
Tên tiêu chuẩn
b
ố
P
h
2
ầ
0
n
0
7
8
IS
O
2
ầ
0
n
0
5
9
P
U-T
Rec.
1544
T.80
4-8
7
IS
O
IT
/
U-T
IEC
Rec.
1544
T.80
4-9
8
2
IS
/
Công nghệ thông tin – Hệ
thống mã hóa hình ảnh JPEG
2000 – Các vấn đề an toàn
(JPSEC)
Công nghệ thông tin – Hệ
thống mã hóa hình ảnh JPEG
2000 – Các công cụ tương tác,
các giao thức và API
IT
Công nghệ thông tin – Hệ
U-T
thống mã hóa hình ảnh JPEG
h
0
O
ầ
0
IEC
Rec.
2000 – Các mở rộng đối với dữ
n
8
1544
T.80
liệu 3 chiều
4-10
9
1
14
/
IEC
P
h
IT
N
ă
m
H
ọ
P
c
Số
tiêu
h
ô
ISO/
chuẩ
ầ
n
IEC
n
n
g
Số
ITU
Tên tiêu chuẩn
b
ố
0
P
h
ầ
n
1
2
0
0
7
IS
O
IT
/
U-T
IEC
Rec.
1544
T.81
4-11
0
Công nghệ thông tin – Hệ
thống mã hóa hình ảnh JPEG
2000 – Các ứng dụng vô tuyến
(JPWL)
1
P
h
ầ
n
1
2
0
0
4
IS
O
IT
/
U-T
IEC
Rec.
1544
T.81
4-12
1
Công nghệ thông tin – Hệ
thống mã hóa hình ảnh JPEG
2000 – Định dạng tập tin truyền
thông căn cứ theo tiêu chuẩn ISO
2
P
15
2
IS
h
0
O
ầ
0
IEC
/
IT
Công nghệ thông tin – Hệ
U-T
thống mã hóa hình ảnh JPEG
Rec.
2000 – Bộ mã hóa JPEG 2000
N
ă
m
H
ọ
P
c
Số
tiêu
h
ô
ISO/
chuẩ
ầ
n
IEC
n
n
g
Số
ITU
Tên tiêu chuẩn
b
ố
n
1
8
1544
T.81
4-13
2
3
P
h
ầ
n
1
2
0
1
3
IS
O
IT
/
U-T
IEC
Rec.
1544
T.81
4-14
3
Công nghệ thông tin – Hệ
thống mã hóa hình ảnh JPEG
2000 – Cơ cấu XML đại diện và
tham khảo
4
2.2 So sánh các tiêu chuẩn mã hóa ảnh tĩnh
Tính năng quan trọng và là ưu điểm rõ nét nhất của JPEG 2000 so với JPEG cũng như
các chuẩn nén ảnh khác như MPEG 4 VTC hay JPEG – LS v.v… là JPEG 2000 đưa ra cả
hai kĩ thuật nén ảnh có tổn thất và không tổn thất theo cùng một cơ chế mã hóa, nghĩa là
JPEG 2000 thực hiện tất cả các dạng thức của JPEG chỉ bằng một cơ chế mã hóa duy
16
nhất. Nếu xét về sự tồn tại của 2 kĩ thuật này thì JPEG cũng có khả năng nén ảnh có tổn
thất và không tổn thất thông tin.
Hình 2: So sánh JPEG và JPEG 2000
Tuy nhiên với JPEG thì cơ chế mã hóa với hai dạng này là khác nhau và rất
khó để sử dụng cả hai dạng này cùng lúc cho cùng một ứng dụng. Do đó, có thể
thấy rằng JPEG có tính mềm dẻo hơn bất kì chuẩn nén ảnh tĩnh nào trước đây. Hơn
thế, những thống kê thực tế cho thấy với cùng một tỉ lệ nén và một loại ảnh thì ảnh
được nén bởi JPEG 2000 luôn có chất lượng tốt hơn so với JPEG. Chúng ta xem
xét hai ảnh trên hình 2 để thấy rõ điều này, ảnh bên trái được nén theo JPEG còn
ảnh bên phải được nén theo JPEG 2000. Tính năng ưu việt thứ 2 của JPEG 2000 so
với JPEG là trong dạng thức nén có tổn thất thông tin, JPEG 2000 có thể đưa ra tỉ lệ
nén cao hơn nhiều so với JPEG. Các phần mềm nén ảnh JPEG hiện nay (kể cả
Photoshop) cũng chỉ thiết kế để có thể nén được tới tỉ lệ 41:1 với JPEG 2000 thì tỉ
lệ nén có thể lên tới 200:1.
Với hai ảnh ở hình 2, sự so sánh về tham số PSNR(tỷ số tín hiệu đỉnh trên tạp
âm) được cho trên bảng 2. Để so sánh dễ dàng hơn, ta xét ảnh được nén với các tỉ lệ
17
khác nhau (đo lường bởi hệ số bít/pixel hay bpp). Tất cả các số liệu trên bảng đều
cho thấy JPEG 2000 nén ảnh tốt hơn là JPEG: hơn thế hệ số PSNR mà chúng ta xét
trong bảng được đo trong hệ đơn vị logarit.
Bảng 4: So sánh JPEG và JPEG 2000
Bit per pixel
0.125
0.50
2.00
Ảnh 1 theo JPEG
24.42
31.17
35.15
Ảnh 1 theo JPEG 2000
28.12
32.95
37.35
Ảnh 2 theo JPEG
22.6
28.92
35.99
Ảnh 2 theo JPEG 2000
24.85
31.13
38.80
Tính năng ưu việt thứ 3 của JPEG 2000 so với JPEG là chuẩn nén ảnh này có
thể hiển thị được các ảnh với độ phân giải và kích thước khác nhau từ cùng một ảnh
nén. Với JPEG thì điều này là không thể thực hiện. Sở dĩ có điều này là bởi JPEG
2000 sử dụng kĩ thuật phân giải ảnh và mã hóa đính kèm mà chúng ta đã đề cập tới
trong phần mã hóa ảnh theo JPEG 2000. Tính năng này chính là một lợi thế đặc
biệt quan trọng của JPEG 2000, trong khi JPEG cũng như các chuẩn nén ảnh tĩnh
trước đây phải nén nhiều lần để thu được chất lượng với từng lần nén khác nhau, thì
với JPEG 2000 ta chỉ cần nén một lần còn chất lượng ảnh sẽ được quyết định tùy
theo người sử dụng trong quá trình giải nén ảnh theo JPEG 2000. Một tính năng nổi
bật nữa của JPEG 2000 là tính năng mã hóa ảnh theo vùng (ROI – Region of
Interest) mà chúng ta đã đề cập trong phần mã hóa ảnh theo JPEG 2000. Chất
lượng của toàn bộ ảnh cũng được thấy rõ trên hình 3, chất lượng của vùng ảnh được
lựa chọn tăng cao hơn khi vùng đó được áp dụng phương pháp nén ảnh ROI.
18
Hình 3: Minh họa tính năng ROI
JPEG 2000 còn một tính năng đặc biệt ưu việt hơn JPEG, là khả năng vượt trội
trong khôi phục lỗi. Đó chính là khi một ảnh được truyền trên mạng viễn thông thì
thông tin có thể bị nhiễu, với các chuẩn nén ảnh như JPEG thì nhiễu này sẽ được
thu vào và hiển thị, tuy nhiên với JPEG 2000, do đặc trưng của phép mã hóa có thể
chống lỗi, JPEG 2000 có thể giảm thiểu các lỗi này với mức hầu hư không có.
Bảng sau so sánh tính năng của JPEG 2000 với một số chuẩn nén ảnh như là
JPEG – LS, JPEG, PNG, MPEG - 4 VTC (Dấu + biểu thị chuẩn đó có chức năng
tương ứng, số dấu + càng nhiều thì chuẩn đó thực hiện chức năng tương ứng càng
tốt; dấu – biểu thị chuẩn tương ứng không hỗ trợ tính năng đó).
Bảng 5: So sánh tính năng JPEG 2000 với các chuẩn nén ảnh tĩnh khác
JPEG
2000
19
JPEG LS
JPEG
MPEG
– 4 VTC
PNG
Khả năng nén ảnh không
tổn thất
+++
++++
+
-
+++
Khả năng nén ảnh có tổn
thất
+++++
+
+++
++++
-
Khả năng lũy tiến trong
khôi phục ảnh
+++++
-
++
+++
+
JPEG
2000
Kỹ thuật mã hóa theo vùng
ROI
JPEG LS
JPEG
MPEG
– 4 VTC
PNG
+++
-
-
+
-
-
-
-
++
-
Khả năng truy cập ngẫu
nhiên dòng bít của ảnh nén
++
-
-
-
-
Tính đơn giản
++
+++++
+++++
+
+++
+++
++
++
+++
+
Khả năng thay đổi tỉ lệ nén
+++
-
-
+
-
Tính mềm dẻo (khả năng
nén nhiều loại ảnh khác
nhau)
+++
+++
++
++
+++
Khả năng tương tác với
các vật thể có hình dạng
bất kỳ
Khả năng khôi phục
lỗi
Với các tính năng ưu việt như phân tích ở trên, hiện tại, ISO và ủy ban JPEG đã đưa ra
khuyến nghị thay thế JPEG bằng JPEG 2000.
3. Nhu cầu xây dựng bộ tiêu chuẩnJPEG 2000 và tiêu chuẩn “Hệ
thống mã hóa hình ảnh JPEG 2000 - Các mở rộng đối với dữ
liệu ba chiều”
3.1 Bộ tiêu chuẩn JPEG 2000:
-
Ngày 23/12/2013 Bộ Thông tin và Truyền thông đã ban hành Thông tư số
22/2013/TT-BTTTT công bố Danh mục tiêu chuẩn kỹ thuật về ứng dụng CNTT
trong cơ quan nhà nước, trong đó JPEG được xếp vào nhóm Tiêu chuẩn về truy cập
thông tin và là một trong bốn tiêu chuẩn bắt buộc lựa chọn áp dụng cho ảnh đồ họa.
20
-
Việc ban hành Danh mục tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho hệ thống thông tin của
các cơ quan nhà nước với mục tiêu bảo đảm kết nối thông suốt, đồng bộ và khả
năng chia sẻ, trao đổi thông tin an toàn, thuận tiện giữa các cơ quan nhà nước và
giữa cơ quan nhà nước với tổ chức, cá nhân. Việc này cũng đặt vấn đề phải áp
dụng các tiêu chuẩn trong danh mục như thế nào mà trước tiên là phải nắm rõ được
nội dung, mục đích của từng tiêu chuẩn.
-
Chuẩn JPEG 2000 hiện đang được hỗ trợ ở hầu hết các thiết bị/phần mềm ứng
dụng CNTT như: thiết bị lưu trữ, máy ảnh, máy scan,…, các phần mềm xử lý ảnh,
đọc file,… và nhiều thị trườngứng dụng khácbên cạnh các chuẩn nén ảnh thông
dụng PNG, MPEG-4 VTC, …
Các ứng dụngáp dụng JPEG 2000:
Một số thị trường và ứng dụng áp dụng tiêu chuẩnJPEG 2000:
-
Cácứng dụng tiêu dùng, ví dụ các thiết bịđa phương tiện (ví dụ: camera số, các hỗ
trợ số hóa cá nhân, điện thoại di động 3G, máy fax, máyảnh, máy quét màu, …).
-
Truyền thông máy chủ/máy khách(ví dụ: Internet, Image database, Video
streaming, video server, ...)
-
Quân sự/giám sát (ví dụ, ảnh vệ tinh HD, phát hiện chuyểnđộng, ...)
-
Xử lýảnh y tế, đặc biệt là cácđặc tảDICOM cho trao đổi dữ liệu y tế.
-
Sinh trắc học.
-
Thăm dò từ xa.
-
Ghi, biên tập và lưu trữ video chất lượng cao.
-
Các nội dung và hìnhảnhAudio-visual số cho việc lưu trữ số hóa thời gian dài.
Cácchương trìnhứng dụng và thư viện hiệnđã hỗ trợ JPEG 2000:
Bảng 6: Các chương trìnhứng dụng hỗ trợ JPEG 2000
21
Cơ bản*
Đọc
Có
Có
Có
Có
Có
Có
Có
Có
Có
Có
Có
Có
Có
22
M
Cơ bản*
Đọc
qua toolbox
Có
Có
Có
Có
Chú thích: “Cơ bản” nghĩa là Phần 1 của bộ tiêu chuẩn JPEG 2000, “Nâng cao” nghĩa là Phần 2 của bộ
tiêu chuẩn JPEG 2000.
Bảng 7: Các chương trình thư viện hỗ trợ JPEG 2000:
Cơ bản
Ngôn
Nâng cao
ngữ
Chương trình
Đọc
23
Viết
Đọc
Viết
J2K-Codec
Có
Không
Có
Không
C++
JasPer
Có
Có
Không
Không
C
Kakadu
Có
Có
Có
Có
C++
LEADTOOLS
Có
Có
Có
Có
C++, .NET
Cơ bản
Ngôn
Nâng cao
ngữ
Chương trình
Đọc
Viết
Đọc
Viết
OpenJPEG
Có
Có
Có
Có
BOI codec
Có
Có
Không
Không
C
Java
Như vậy, theo so sánh ở phần 2 và khảo sát ở trên cho thấy:
-
Các tiêu chuẩn về mã hóa hình ảnh đã được các tổ chức quốc tế xây dựng và từng
bước ban hành. Tuy nhiên, tại Việt Nam, hiện chưa có tiêu chuẩn nào về lĩnh vực
này được ban hành. Do vậy, để giúp các tổ chức áp dụng thuận lợi và hiệu quả các
tiêu chuẩn mã hóa hình ảnh tại Việt Nam thì việc xây dựng tiêu chuẩn cho lĩnh vực
này là rất cần thiết.
-
JPEG 2000 hiện đang được đánh giá là chuẩn mã hóa hình ảnh tiên tiến với nhiều
ưu điểm so với các chuẩn mã hóa hình ảnh khác và đã được hỗ trợ rộng rãi trên thế
giới. Do đó, để việc ứng dụng CNTT tại Việt Nam bắt nhịp với sự phát triển của
công nghệ trên thế giới thì việc xây dựng bộ tiêu chuẩn JPEG 2000 là hợp lý.
-
Tại Việt Nam, bộ tiêu chuẩn này có thể được ứng dụng cho một số trường hợp sau:
o sử dụng cho các nhà phát triển ứng dụng CNTT tại Việt Nam trong việcđề
xuất các giải pháp tiên tiến.
o sử dụng cho các mục đích đào tạo công nghệ mới.
o sử dụng trong việc lựa chọn các thiết bị/phần mềm phục vụ ứng dụng công
nghệ thông tin tại Việt Nam.
24
3.2 Tiêu chuẩn “Hệ thống mã hóa hình ảnh JPEG 2000 - Các mở
rộng đối với dữ liệu ba chiều”
Tiêu chuẩn “Hệ thống mã hóa hình ảnh JPEG 2000 - Các mở rộng đối với dữ liệu ba
chiều” là một tiêu chuẩn quan trọng trong bộ JPEG 2000 bên cạnh hai tiêu chuẩn cơ bản
làITU-T T.800 | ISO/IEC 15444-1“Hệ thống mã hóa ảnh JPEG 2000: Hệ thống mã hóa
lõi”và ITU-T T.801 | ISO/IEC 15444-2“Hệ thống mã hóa ảnh JPEG 2000: Các mở rộng”.
Tiêu chuẩn này cung cấp các mở rộng cho các tính năng của hệ thống mã hóa hình ảnh lõi
JPEG 2000trong ITU-T T.800 | ISO/IEC 15444-1và một số tính năng trong ITU-T T.801
| ISO/IEC 15444-2để xử lý ảnh theo ba chiều. Trong đó có phần mở rộng cho tính năng
mã hóa theo vùng quan tâm. Đây là một trong các ưu điểm nổi bật của mã hóa hình ảnh
JPEG 2000.
Do vậy:
-
Việc xây dựng tiêu chuẩn này là cần thiết nhằm bổ sung thêm các tính năng tiên
tiến cho hệ thống mã hóa JPEG 2000 lõi.
-
Tiêu chuẩn nàycũng góp phần làm đầy đủ bộ tiêu chuẩn quốc gia JPEG 2000 hiện
đang trong quá trình xây dựng.
-
Để tiêu chuẩn thực sự cóý nghĩaứng dụng thực tiễn thì tiêu chuẩn này phảiđược
ban hành cùng với các tiêu chuẩn cơ sở trong cùng bộ là“Hệ thống mã hóa ảnh
JPEG 2000: Hệ thống mã hóa lõi” (trên cơ sởITU-T T.800 | ISO/IEC 15444-1) và
“Hệ thống mã hóa ảnh JPEG 2000: Các mở rộng” (trên cơ sởITU-T T.801 |
ISO/IEC 15444-2)
4. Sở cứ xây dựng tiêu chuẩn
Bộ tiêu chuẩn ISO/IEC 15444 với 14 phần đề cập đến các vấn đề của hệ thống mã hóa
hình ảnh JPEG 2000 (đã liệt kê trong phần 2.1.1). Các tiêu chuẩn thành phần của bộ tiêu
chuẩn này hiện đang được sử dụng làm tài liệu tham chiếu để xây dựng thành các tiêu
chuẩn quốc gia. Do vậy, để đảm bảo sự phù hợp và thống nhất với các tiêu chuẩn trong
cùng bộ, và cũng đảm bảo sự đầy đủ của bộ tiêu chuẩn quốc gia về JPEG 2000, tiêu
25
