Tiến Sĩ Nghiên cứu phát triển một số giải pháp nén ảnh tiên tiến cho màn hình tinh thể lỏng

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2015
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU. 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới . 3
1.3. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận án 5
1.4. Phương pháp nghiên cứu . 5
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 6
1.6. Bố cục luận án . 7
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NÉN ẢNH CHO MÀN HÌNH
TINH THỂ LỎNG 9
2.1. Lịch sử phát triển của màn hình tinh thể lỏng và vấn đề chất lượng hiện thị
hình ảnh động 9
2.1.1. Lịch sử phát triển của màn hình tinh thể lỏng . 9
2.1.2. Vấn đề chất lượng hiển thị hình ảnh động trên màn hình tinh thể lỏng 11
2.2. Overdrive – một kỹ thuật tăng tốc độ đáp ứng cho các phần tử tinh thể lỏng . 12
2.3. Mô hình hệ thống Overdrive và yêu cầu nén ảnh giảm bộ nhớ khung hình . 14
2.3.1. Mô hình hệ thống overdrive 14
2.3.2. Vấn đề yêu cầu nén ảnh khung hình cho màn hình tinh thể lỏng 15
2.3.3. Các đặc trưng của phương pháp nén ảnh áp dụng cho hệ thống Overdrive 17
2.4. Mô hình hệ thống nén ảnh dùng cho hệ thống overdrive . 18
2.4.1. Hệ thống nén ảnh khung hình 18
2.4.2. Các độ đo hiệu năng giải pháp nén ảnh khung hình 20
2.4.3. Mối tương quan giữa chất lượng nén và chất lượng ảnh hiển thị trên màn hình
tinh thể lỏng . 22
2.4.4. Một số yêu cầu đặc trưng và tiêu chí đánh giá hệ thống nén ảnh cho màn hình
tinh thể lỏng . 23
2.5. Một số cơ sở lý thuyết trong nén ảnh 26
2.5.1. Các phép biến đổi áp dụng trong nén ảnh . 27
2.5.2. Lượng tử hoá . 33
2.5.3. Gán từ mã dạng độ dài đồng nhất 37
2.5.4. Khái quát về một số phương pháp mã hóa ảnh thực hiện cho màn hình . 38
2.6. Tổng quan về các giải pháp nén ảnh cho màn hình tinh thể lỏng 42
2.6.1. Khái quát về các giải pháp nén ảnh cho hệ thống overdrive . 42 2.6.2. Một số hướng tiếp cận các giải pháp nén và định hướng nghiên cứu . 46
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÉN ẢNH
DỰA TRÊN MÃ HÓA KHỐI VÀ BIẾN ĐỔI KHÔNG GIAN MÀU . 61
3.1. Nghiên cứu cải tiến và phát triển giải pháp nén ảnh dựa trên mã hóa khối và
biến đổi không gian màu . 61
3.1.1. Tóm tắt 6 giai đoạn nghiên cứu phát triển giải pháp . 61
3.1.2. Môi trường thực nghiệm cài đặt và các bộ dữ liệu 62
3.2. Khắc phục hiện tượng nhiễu khối trong AHIC với đề xuất cải tiến MAIC 64
3.2.1. Nhiễu khối trong AHIC – Nguyên nhân và giải pháp khắc phục 64
3.2.2. Phát triển phương pháp lượng tử tối ưu sai số “Midrise Uniform Quantizer” 65
3.2.3. Đề xuất giải pháp cải tiến MAIC giúp khắc phục nhiễu khối . 65
3.2.4. Đánh giá độ phức tạp của MAIC so với AHIC . 67
3.2.5. Kết quả thực nghiệm và đánh giá 68
3.3. Cải thiện chất lượng ảnh nén với kỹ thuật trao đổi bit theo nội dung CBBET 73
3.3.1. Ưu và nhược điểm khi lượng tử hóa với sự phân phối bit đồng đều . 73
3.3.2. Đề xuất kỹ thuật trao đổi bit theo nội dung CBBET . 75
3.3.3. Đề xuất giải pháp cải tiến AAIC trên cơ sở tích hợp CBBET vào MAIC 79
3.3.4. Đánh giá độ phức tạp của AAIC so với MAIC và AHIC 80
3.3.5. Kết quả thực nghiệm và đánh giá 81
3.4. Cải thiện chất lượng nén với kỹ thuật phân phối bit CBBDT 84
3.4.1. Ưu và nhược điểm của kỹ thuật trao đổi bit CBBET 84
3.4.2. Đề xuất kỹ thuật phân phối bit CBBDT dựa trên giá trị bước lượng tử - giải
pháp AHAIC 85
3.4.3. Cải tiến hiệu năng của AHAIC bằng sơ đồ nén ACAIC . 91
3.5. Đề xuất giải pháp nén RAIC 96
3.5.1. Cải thiện hiệu năng cho bộ lượng tử hóa với kỹ thuật mã hóa lượng tử
MMAUQC . 96
3.5.2. Tối ưu hóa kỹ thuật phân phối bit với RBBDT . 99
3.5.3. Đề xuất mô hình lượng tử đa thích nghi MAQC . 101
3.5.4. Đề xuất giải pháp nén RAIC 103
3.5.5. Đánh giá độ phức tạp tính toán của giải pháp nén RAIC 104
3.5.6. Kết quả thực nghiệm và đánh giá 104
3.6. Đề xuất ARAIC nâng cao hiệu năng nén RAIC 108
3.6.1. Giải pháp đề xuất ARAIC . 108
3.6.2. Sơ đồ thuật toán mã hóa/giải mã cho MAQC 110
3.6.3. Phân tích đánh giá khả năng nâng cao hiệu năng của giải pháp đề xuất . 111
3.6.4. Kết quả thực nghiệm và đánh giá 112
3.7. Kết luận chương 3 . 115
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÉN ẢNH
DỰA TRÊN BIẾN ĐỔI WAVELET VÀ LỰA CHỌN THÍCH NGHI . 117
4.1. Đề xuất cải tiến DAMS với sự tích hợp cơ chế ngưỡng thích nghi - giải pháp
DBMAIC 118
4.1.1. Đề xuất kỹ thuật ngưỡng thích nghi ATT . 119
4.1.2. Đề xuất thuật toán lượng tử thích nghi AQC 121
4.1.3. Thực nghiệm và đánh giá cho giải pháp DBMAIC . 121
4.2. Đề xuất áp dụng biến đổi “Wavelet Lifting integer to integer” để cải thiện độ
phức tạp - giải pháp WLT-MAIC 126
4.2.1. Độ phức tạp trong kiến trúc thực hiện của DAMS và DBMAIC 126
4.2.2. Sơ đồ “Wavelet Lifting” 127
4.2.3. Đề xuất giải pháp WLT-MAIC . 129
4.2.4. Sơ đồ thuật toán mã hóa và giải mã DAMS-AT. 130
4.2.5. Phân tích đánh giá khả năng nâng cao hiệu năng của giải pháp đề xuất. 131
4.2.6. Thực nghiệm và đánh giá cho giải pháp WLT-MAIC 131
4.3. So sánh và phân tích đánh giá hai giải pháp nén theo hai hướng tiếp cận . 134
4.3.1. So sánh thực nghiệm và phân tích đánh giá 134
4.3.2. Một số kết luận và khuyến nghị . 142
4.4. So sánh ARAIC và WLT-MAIC với những giải pháp tiên tiến nổi bật trong



thời gian gần đây . 143
4.5. Kết luận chương 4 . 145
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 146
5.1. Tóm tắt nội dung nghiên cứu và kết quả mới của luận án . 146
5.1.1. Những nội dung nghiên cứu chính của luận án . 146
5.1.2. Các kết quả mới của luận án 147
5.2. Hướng phát triển 148
TÀI LIỆU THAM KHẢO 149
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
151
PHỤ LỤC 1: THỬ GIẢI PHÉP NÉN WLT-MAIC TRÊN MỘT SỐ VIDEO CLIP
CỦA QUALCOMM CANADA . 152
PHỤ LỤC 2: THỐNG KÊ XÁC XUẤT CỦA “ZERO MEAN SIGNAL” TRONG
MÔ HÌNH AAIC 160
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây, chúng ta đã được chứng kiến sự thông dụng của công nghệ
màn hình tinh thể lỏng, hay thường được gọi tắt là công nghệ LCD (Liquid Crystal
Display), qua những chiếc ti-vi tinh thể lỏng (LCD và LED
1
) trong các hộ gia đình, cho
đến các màn hình tinh thể lỏng dùng cho máy tính cá nhân trong các văn phòng, các màn
hình quan sát và điều khiển trong công nghiệp, và nổi bật hơn cả là hàng tỷ chiếc điện
thoại di động đang nằm trong túi của hàng tỷ người trên toàn thế giới. Sự phát triển và
thành công của công nghệ tinh thể lỏng là kết quả của những nghiên cứu cải tiến không
ngừng, nhằm đưa chất lượng hình ảnh hiển thị và độ phân giải ngày một cao hơn, điện
năng tiêu thụ ngày một hiệu quả, giá thành sản phẩm ngày một hợp lý hơn với người tiêu
dùng.
Một trong số các vấn đề của công nghệ tinh thể lỏng trong thời kỳ đầu của quá trình
phát triển là tình trạng đáp ứng chậm chạp của các phần tử tinh thể lỏng, gây nên hiện
tượng mờ chuyển động (motion-blur, xem Hình 1.1). Để khắc phục, K. Nakanishi và các
đồng nghiệp đã đề xuất giải pháp tăng tốc độ đáp ứng cho các phần tử tinh thể thông qua
cơ chế tăng ngưỡng điện áp với tên gọi “overdrive” vào năm 2001 [25]. Kỹ thuật overdrive
đã tạo nên bước đột phá trong công nghệ tinh thể lỏng giúp tạo ra những sản phẩm có khả
năng hiển thị hình ảnh chuyển động với chất lượng cao.