Phương pháp mã hóa dải tần con và ứng dụng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (424.26 KB, 26 trang )
XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐA
PHƯƠNG TIỆN
ĐỀ TÀI 6: Phương pháp mã hóa dải
tần con và ứng dụng
Nhóm sinh viên thực hiện:
1.Lê Thị Kim Anh 20114612
2.Thái Thị Lộc
20112123
3.Nguyễn Thành Lợi
20111538
4.Bùi Tuấn Ánh
20111678
GV hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Thị Hoàng Lan
Nhóm 13_Đề tài 13
1
Nội dung và phân công công việc
NỘI DUNG
TÊN THÀNH
VIÊN
1
Tìm hiểu và giải thích sơ đồ
nguyên tắc mã hóa dải tần con
Thái Thị Lộc
2
Tìm hiểu và so sánh sơ đồ phân
tách giải tần con trong nén ảnh và
trong mã hóa mp3
Nguyễn Thị Kim
Anh và Nguyễn
Thành Lợi
3
Thuật toán xử lý dự liệu thực hiện
sơ đồ phân tách dải tần con trong
nén ảnh jpeg2000 và cài đặt thử
nghiệm thuật toán
Bùi Tuấn Ánh
Nhóm 6_Đề tài 6
2
GIỚI THIỆU CHUNG MÃ HÓA DẢI TẦN CON
1. Nguyên lý chung
2. Quá trình mã hóa
NGUYÊN LÝ CHUNG MÃ HÓA SBC
• Mã hóa các dải tần con phân tách tín hiệu nguồn (TH số) thành các tín
hiệu trên các dải tần con bằng kĩ thuật lọc số nhờ bộ lọc số, tín hiệu
trên mỗi dải tần được mã hóa riêng biệt từng thành phần.
• Các dải tần con không chồng chập lên nhau mà thực chất là liền kề
nhau. Mã hóa riêng các dải tần cho phép đạt hiệu quả nén tốt hơn.
Việc nhận tín hiệu, giải mã và khôi phục TH ban đầu được thực hiện
theo trình tự ngược lại.
• Mã hóa dải tần con được ứng dụng rộng rãi trong né dữ liệu audio,
video.
NGUYÊN LÝ CHUNG MÃ HÓA SBC
Trường hợp 1D discrete signal
NGUYÊN LÝ CHUNG MÃ HÓA SBC
• Đầu vào là TH cần mã hóa X[n] được phân tách thành 2 dải tần con bởi bộ
lọc thông thấp (H0) và bộ lọc thông cao (H1) -> thực hiện lấy mẫu tần số
giảm (tần số của TH được giảm đi 2 lần => chu kì lấy mẫu T tăng lên 2 lần)
=> số mẫu sẽ giảm đi và thu được các dảu tần con.
• Sau khi thu được các subband thực hiện các phương pháp mã hóa trên dải
tần con.
• Hiệu năng của giải pháp nén được đánh giá qua:
- Tỉ số nén: phụ thuộc vào cả quá trình subband và coding
- Độ tổn hao phụ thuộc vào lượng tử hóa Q
QUÁ TRÌNH MÃ HÓA CÁC DẢI TẦN CON
Sơ đồ mã hóa các dải tần con SBC
QUÁ TRÌNH MÃ HÓA CÁC DẢI TẦN CON
Lọc phân tích
Tín hiệu X[n] được đưa qua các bộ lọc, gọi là bank lọc phân tích nhằm
chia tín hiệu thành các thành phần tín hiệu ứng với các dải tần không
chồng nhau.
Các bộ lọc băng con được thiết kế xấp xỉ thỏa mãn tiêu chuẩn của các
đáp ứng tần số không chồng chéo.
QUÁ TRÌNH MÃ HÓA CÁC DẢI TẦN CON
Lấy mẫu các dải tần con (sub – sampled)
•Mỗi đầu ra của bank lọc - tín hiệu của các dải tần được lấy mẫu xuống,
tức là giảm tần số lấy mẫu đi M lần (M là số dải tần chia tín hiệu). Việc
giảm tần số lấy mẫu làm phổ rộng ra, trải hết trục tần số. Số mẫu lúc này
cũng giảm theo.
•Giảm tần số lấy mẫu được thực hiện dựa theo định lý lấy mẫu Nyquist
và hệ quả của định lý Nyquist.
QUÁ TRÌNH MÃ HÓA CÁC DẢI TẦN CON
Lượng tử hóa và mã hóa
Thực hiện lượng tử hoá và mã hoá riêng độc lập trên từng dải tần con. Lựa chọn
phương pháp lượng tử hoá và mã hoá, thực hiện và phân phối bit dựa trên nội
dung thông tin mỗi băng con. Đây là bước mang lại hiệu quả nén cho toàn bộ
quá trình mã hoá SBC.
Phân phối bit là việc phân chia số bit hiện có cho mã hoá từng dải tùy theo năng
lượng tín hiệu trong băng con đó. Những băng con có NL lớn, tập trung, mã hóa
với số lượng bit lớn. Ngược lại, những băng con có năng lượng thấp, mã hóa
với số lượng bit thấp hơn => tiết kiệm được số bit cần truyền hoặc lưu trữ.
Năng lượng tỷ lệ với thông tin nên NL càng lớn thì số bit mã hóa càng lớn để
cho tỷ lệ nén TH cao nhất có thể
Sơ đồ subband trong mp3
Qúa trình thực hiện
• Chia tín hiệu nguồn thành các tín hiệu trên các dải tần con khác nhau
bằng cách sử dụng một băng lọc song song cách đều nhau chứa 32 bộ
lọc phân tích
• Tín hiệu của các dải tần được giảm tần số lấy mẫu đi 32 lần
Các bước thực hiện
• chia tín hiệu nguồn thành các tín hiệu trên các dải tần con khác nhau
bằng cách sử dụng một băng lọc song song cách đều nhau chứa 32 bộ
lọc phân tích
• Đầu ra của bang con được nối với biến đổi cosin rời rạc MDCT
• Việc phân chia băng con là lợi dụng đặc điểm độ nhạy của tai đối với
các thành phần tần số khác nhau
Sơ đồ cơ bản
• Đầu vào của sơ đồ là tín hiệu gốc ban đầu, được cho qua 2 bộ lọc
thông thấp – thông cao, sau quá trình này sẽ thu được 2 dải tần con
tương ứng với hai bộ lọc, tín hiệu tương ứng hai dải tần con này sẽ
được lấy mẫu xuống hai lần. Quá trình này sẽ được tiếp tục với hai
băng tần con này, tùy thuộc vào ứng dụng mà người thiết kế có thể
sử dụng bao nhiêu băng lọc.
• Trong sơ đồ này, quá trình subsampling hay còn gọi là giảm tần số lấy
mẫu đi 2 lần chính là quá trình xử lý đa phân giải. Xét với ảnh, việc
giảm tần số lấy mẫu chính là giảm độ phân giải, tùy thuộc vào số
lượng băng lọc mà có thể xác định các độ phân giải khác nhau
Quá trình thực hiện
• Tín hiệu được đi qua một bộ lọc thông thấp và thông cao , sau đó
được giảm tần số lấy mẫu xuống 2 lần
• Việc chia bao nhiêu dải tần tùy thuộc vào ứng dụng và nhu cầu
• LL : Thành phần sau khi đi qua 2 bộ lọc thông thấp, chứa phần lớn dữ liệu
ảnh gốc. Đây chính là thành phần thô của ảnh.
• LH : Thành phần đi qua bộ lọc thông thấp rồi đến bộ lọc thông cao
• HL : Thành phần đi qua bộ lọc thông cao rồi đến bộ lọc thông thấp, chứa
phần lớn dữ liệu về biên của ảnh gốc
• HH : Thành phần sau khi đi qua 2 bộ lọc thông cao, chứa rất ít dữ liệu ảnh
gốc
• Sau khi thu được 4 thành phần, do 2 thành phần LH và HH chứa ít dữ liệu
ảnh gốc trong khi thành phần LL và HL chứa phần lớn dữ liệu ảnh gốc và
biên của nó nên ở các bước sau đó, ta có thể loại bỏ 2 thành phần LH và
HH, chỉ xử lý các thành phần LL và HL.
So sánh subband trong JPEG-2000 và
MP3
• Trong nén MP3, bang lọc được sử dụng là bang lọc thông dải gồm 32 bộ loc có
đáp ứng tần số khác nhau, còn trong JPEG-2000 sử dụng bộ lọc thông thấp thông
cao
• Subban trong nén MP3 dựa trên hiệu ứng che, nén ảnh JPEG-2000 chia tín hiệu
dựa trên phân bố năng lượng
• Nén ảnh loại bỏ các thành phần tần số chứa ít thông tin ngay sau qúa trình lọc,
còn nén âm thanh trong MP3 loại bỏ thành phần tần số dựa theo ngướng nghe
• Trong nén MP3 tín hiệu đầu vào sẽ đưa vào băng lọc cùng một lúc, trong JPEG2000 tín hiệu được đưa qua nhiều tầng bộ lọc với tín hiệu đầu ra của bộ lọc tầng
trên là đầu vào của bộ lọc tầng dưới
• Trong nén MP3 tín hiệu được chia thành các dải tần có độ rộng đều nhau, và
bằng 1/32 tín hiệu ban đầu , trong JPEG-2000 tạo ra các dải tần không đều nhau,
độ rộng của từng dải tần và mức độ down sampling của từng nhánh phụ thuộc
vào độ sâu của nhánh trên
Subband coding trong jpeg 2000
• Sơ đồ subband
Level1
Level2
Sơ đồ nén ảnh
Nhân chập
Scal, gảm
mẫu
Nhân chập
Scal, gảm
mẫu
Anh sau khi
tien xu ly
Nhân chập
Scal, giảm
mẫu
Img_LL
Nhân chập
Scal, giảm
mẫu
Nhân chập
Scal, giảm
mẫu
Img_scal
Nhân chập
Scal, giảm
mẫu
Img_scal
Nhân chập
Scal, giảm
mẫu
Nhân chập
Scal, giảm
mẫu
Img_LH
Img_HL
Nhân chập
Scal, giảm
mẫu
Nhân chập
Scal, giảm
mẫu
Img_LL_2
Img_LH_2
Img_HL_2
Img_wave
Nhân chập
Wave, giảm
mẫu
Img_HH_2
Img_wave
Nhân chập
Wave, giảm
mẫu
Img_HH
Level 1
Level 2
Img_LL_2
+
Img_LH_2
Img_HL_2
SƠ ĐỒ GIẢI NÉN
Thêm 0 (Upsample)
Nhân chập scal
Img_scal
Thêm 0 (Upsample)
Nhân chập wave
+
Thêm 0 (Upsample)
Nhân chập scal
+
Thêm 0 (Upsample)
Nhân chập scal
Img_LL
Thêm 0 (Upsample)
Nhân chập wave
Img_wave
+
Img_LH
Img_HH_2
Thêm 0 (Upsample)
Nhân chập wave
Thêm 0 (Upsample)
Nhân chập scal
Img_HL
Img_scal
Thêm 0 (Upsample)
Nhân chập wave
Thêm 0 (Upsample)
Nhân chập scal
+
Img_wave
Img_HH
Level 2
Level 1
Thêm 0 (Upsample)
Nhân chập wave
Thêm 0 (Upsample)
Nhân chập scal
+
Anh sau khi
tien xu ly
THUẬT
TOÁN
SUBBAND
CODING
TRONG
JPEG2000
THUẬT
TOÁN GIẢI
NÉN
SUBAND
TRONG
JPEG2000
Bảng so sánh kết quả
Sử dụng ảnh kích thước 256x256
Level
1
2
3
4
5
Haar không
chia tiles
PSNR
38.5205
38.5200
38.5236
38.5202
38.5211
Tỉ số nén
2.6146
2.9490
3.0462
3.0667
3.0715
Haar có chia
tiles 64x64
PSNR
38.5205
38.5200
38.5236
38.5202
38.5211
Tỉ số nén
2.5133
2.7756
2.8853
2.9037
2.8885
Daubechies
không chia
tiles
PSNR
38.5224
38.5052
38.4986
38.5002
38.4984
Tỉ số nén
2.7558
3.1351
3.2341
3.2686
3.2754
Daubechies
có chia tiles
64x64
PSNR
38.5204
38.5045
38.4974
38.5002
38.5021
Tỉ số nén
2.6072
2.8737
2.9784
2.9931
2.9709
