Thạc Sĩ Nghiên cứu một số kỹ thuật nén dữ liệu dựa trên phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc và ứng dụng trong máy

MỞ ĐẦU


Trong thời đại của Internet, thông tin ngày càng được sử dụng rộng rãi và lượng thông tin được trao đổi qua mạng càng lớn mạnh. Tuy nhiên, với lượng thông tin lớn như vậy thì nguy cơ truy cập dữ liệu trái phép cũng tăng lên. Vì thế, nhu cầu đảm bảo an toàn và bảo vệ bản quyền và sở hữu trí tuệ sản phẩm đang là một nhu cầu cấp thiết. Một trong những giải pháp hữu hiệu cho vấn đề này là giấu thông điệp vào những phương tiện chứa. Phương tiện chứa được dùng phổ biến là các bức ảnh.

Ngày nay, hầu hết các bức ảnh đều được chụp bằng các máy ảnh kỹ thuật số. Để thu gọn độ lớn của các files ảnh, người ta đã sử dụng các kỹ thuật nén dữ liệu khác nhau và phát sinh ra các định dạng ảnh tương ứng. Các kỹ thuật này có thể được nhúng trực tiếp vào trong ảnh và là một khâu trong qui trình tạo ảnh.

Luận văn này nghiên cứu và đề xuất một kỹ thuật thủy vân các bức ảnh số ngay trong qui trình tạo ảnh được nén bằng kỹ thuật sóng nhỏ rời rạc DWT như là một minh chứng cho bản quyền tác giả khi cần thiết. So với các kỹ thuật nén sử dụng phép biến đổi như biến đổi Fourier (FT), biến đổi cosine rời rạc (DCT), biến đổi xếp chồng (LT), , biến đổi Wavelet (DWT) có nhiều ưu điểm không chỉ trong xử lý ảnh mà còn nhiều ứng dụng khác. Bằng chứng là sự ra đời của chuẩn nén JPEG2000 (dựa trên DWT) có tính năng vượt trội so với JPEG (DCT). Tuy nhiên chuẩn JPEG, MPEG hay ngay cả JPEG2000 cũng chỉ tập trung vào hiệu quả nén (tỉ số nén) và chất lượng. Trong luận văn trình bầy một kỹ thuật nén ảnh sử dụng biến đổi Wavelet hiệu năng đem lại hiệu quả nén, chất lượng hình ảnh.

 Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn


Để có thể sử dụng các dịch vụ Internet và các thông tin số rộng rãi cần có một kỹ thuật, một công nghệ mang lại nhiều hứa hẹn trong ứng dụng bảo vệ bản quyền, không bị biến dạng, điều khiển truy cập đối với các dữ liệu đa phương tiện. Phương pháp giảm kích thước dữ liệu bằng các kỹ thuật nén là một cách tiếp cận hiệu quả giải quyết các khó khăn trên.

Mặc dù cho đến nay có rất nhiều kỹ thuật nén dữ liệu đa phương tiện như: chuẩn JPEG (dựa trên biến đổi DCT), chuẩn JPEG2000 (dựa trên biến đổi Wavelet) và chuẩn MPEG, tuy nhiên những kỹ thuật này chỉ tập trung vào hiệu quả nén và cố gắng đánh mất chất lượng ảnh ít vì thế chúng bỏ qua vấn đề tiêu hao năng lượng trong quá trình nén và truyền. Luận văn này trình bầy một kỹ thuật hiệu quả để khắc phục những khó khăn trên cho dữ liệu đa phương tiện. Đó là kỹ thuật nén ảnh sử dụng biến đổi Wavelet thích nghi, hiệu năng cho dữ liệu đa phương tiện trong thông tin và kỹ thuật nhúng thủy vân vào sản phẩm mà không ảnh hưởng đến chất lượng và bảo vệ bản quyền tác giả, đây là ứng dụng cơ bản bản nhất của kỹ thuật thủy vân số. Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả gọi là thủy vân sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm, thủy vân đó chỉ một mình người chủ sở hữu hợp pháp các sản phẩm đó có và được dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm.

 Tổ chức luận văn

Luận văn được trình bầy thành 4 chương và 1 phụ lục.

Chương 1 trình bầy khái quát các kỹ thuật nén ảnh, phân loại các nguyên lý nén và định nghĩa một số thuật ngữ được sử dụng rộng rãi như MSE, PSNR và SNR. Chương này cũng trình bầy cơ sở lý thuyết của các

nguyên lý nén có tổn hao điển hình như: mã hoá băng con; mã hoá dựa trên biến đổi cosine rời rạc (DCT), biến đổi xếp chồng (LT), biến đổi Wavelet rời rạc (DWT).
Chương 2, trình bầy cơ sở toán học, tính chất của biến đổi Wavelet.

Nội dung của chương này là lý thuyết nền tảng cho các ứng dụng Wavelet.

Chương 3, giới thiệu tổng quan về chuẩn nén JPEG2000 dựa trên biến đổi Wavelet. Và trong chương này, trình bầy tóm tắt các bước thực hiện nén ảnh theo JPEG200 và so sánh nó với chuẩn JPEG và các chuẩn nén ảnh tĩnh khác.


Chương 4, t rình bày ứng dụng thủy vân trong máy ảnh kỹ thuật số.





Nguyễn Hồng Ngọc






MỤC LỤC


CHưƠNG 1 4

TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT NÉN ẢNH . 4

1.1. Giới thiệu chung về nén ảnh số . 4

1.2. Phân loại các kỹ thuật nén . 6

1.2.1. Nén tổn hao và không tổn hao . 6

1.2.2. Mã hoá dự đoán và mã hoá dựa trên phép biến đổi . 6

1.2.3. Mã hoá băng con 7

1.3. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng mã hoá ảnh . 7

1.4. Các kỹ thuật nén có tổn hao 7

1.4.1. Kỹ thuật mã hoá băng con . 7

1.4.2. Kỹ thuật mã hóa dựa trên phép biến đổi . 9

1.4.2.1. Kỹ thuật mã hóa dựa trên phép biến đổi DCT 9

1.4.2.2. Kỹ thuật mã hoá dựa trên phép biến đổi DWT. Mối quan hệ giữa biến đổi

Wavelet và Fourier 10

CHưƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BIẾN ĐỔI WAVELET . 13

2.1. Cơ sở toán học. . 13

2.1.1. Biến đổi Wavelet liên tục. 13

2.1.2. Biến đổi Wavelet rời rạc . 13

2.1.3. Tính chất của biến đổi Wavelet. . 14

2.2. Giới thiệu một số họ Wavelet 15

2.2.1. Biến đổi Wavelet Haar. 15

2.2.2. Biến đổi Wavelet Meyer . 15

2.2.3. Biến đổi Wavelet Daubechies . 16

2.3. Một số ứng dụng nổi bật của Wavelet. 16

2.3.1. Nén tín hiệu. 16

2.3.2. Khử nhiễu. . 17






2.3.3. Mã hoá nguồn và mã hoá kênh. 17

CHưƠNG 3 CHUẨN NÉN ẢNH TĨNH DỰA TRÊN BIẾN ĐỔI WAVELET

JPEG2000 . 18

3.1. Lịch sử ra đời và phát triển chuẩn JPEG2000. 18

3.2. Các tính năng của JPEG2000 . 18

3.3. Các bước thực hiện nén ảnh theo chuẩn JPEG2000 19

3.3.1. Xử lý trước biến đổi. 19

3.3.2. Biến đổi liên thành phần. 19

3.3.3. Biến đổi riêng thành phần (biến đổi Wavelet) . 20

3.3.4. Lượng tử hoá - Giải lượng tử hoá. 20

3.3.5. Mã hoá và kết hợp dòng dữ liệu sau mã hoá. 21

3.3.6. Phương pháp mã hoá SPIHT. . 21

3.3.7. Phương pháp mã hoá EZW . 23

3.4. So sánh chuẩn JPEG2000 với JPEG và các chuẩn nén ảnh tĩnh khác. 24

CHưƠNG 4 ỨNG DỤNG THỦY VÂN TRONG MÁY ẢNH KỸ THUẬT SỐ 27

4.1. Giới thiệu về máy ảnh kỹ thuật số. 27

4.2. Kỹ thuật thuỷ vân sử dụng phép biến đổi DWT . 28

4.3. Đề xuất qui trình nén và thủy vân ảnh trong máy ảnh số 42