LỜI GIỚI THIỆU

Trong những năm gần đây, nhu cầu các dịch vụ dữ liệu trên mạng di động, nhất là dữ liệu đa phương tiện là rất lớn. Cùng với nhu cầu đó, vấn đề đặt ra là làm thế nào tìm được một kỹ thuật mã hoá dữ liệu then chốt (chuẩn), có hiệu quả để truyền các dữ liệu này trên mạng di động.

Mục đích của luận văn là trình bầy một kỹ thuật nén ảnh sử dụng biến đổi Wavelet cho ảnh tĩnh và đặc biệt là ảnh tĩnh trong các dịch vụ dữ liệu đa phương tiện trong mạng di động. So với các kỹ thuật nén sử dụng phép biến đổi trước đây 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 ảnh mà không chú ý đến năng lượng tiêu hao trong quá trình xử lý và truyền trên mạng. Trong luận văn đã trình bầy một kỹ thuật nén ảnh trong mạng di động sử dụng biến đổi Wavelet hiệu năng không chỉ đem lại hiệu quả nén, chất lượng hình ảnh mà còn tiết kiệm năng lượng xử lý của hệ thống. Điều này hứa hẹn có thể xây dựng một bộ mã hoá ảnh tiết kiệm năng lượng xử lý, thời gian truyền mà vẫn phù hợp với điều kiện băng thông thấp, ràng buộc về chất lượng dữ liệu trong các mạng thông tin di động.

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn

Để có thể sử dụng các dịch vụ Internet không dây cũng như nhiều dịch vụ dữ liệu khác trên nền các ứng dụng di động cần có một kỹ thuật then chốt để có thể hỗ trợ truyền thông nhiều dạng dữ liệu trong thông tin di động tế bào như: thoại, văn bản, hình ảnh và video. Tuy nhiên vấn đề truyền thông nội dung đa phương tiện trong thông tin di động gặp một số khó khăn: băng thông của mạng di động tế bào, nhiễu kênh, giới hạn của pin cho các ứng dụng, tính tương thích dữ liệu giữa các thuê bao. Trong khi việc cải thiện băng thông di động cần một công nghệ mới của tương lai còn việc cải thiện giới hạn của pin không đáp ứng được sự phát triển của các dịch vụ tương lai, thì 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 RF (trong thông tin động). Luận văn này trình bầy một kỹ thuật hiệu quả để khắc phục những khó khăn trên cho loại dữ liệu đa phương tiện điển hình trong thông tin di động là ảnh tĩnh. Đó là kỹ thuật nén ảnh sử dụng biến đổi Wavelet thích nghi và hiệu năng cho dữ liệu đa phương tiện trong thông tin di động.

1.2. Tổ chức luận văn

Luận văn được trình bầy thành 5 chương và 1 phụ lục. Chương 1, tác giả trình bày tóm tắt cơ sở nghiên cứu và mục đích cũng như tổ chức của luận văn.

Chương 2 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 3 trình bầy cơ sở toán học, tính chất của biến đổi Wavelet. Nội dung của chương này là lý thuết nền tảng cho các ứng dụng Wavelet. Chương này cũng đưa ra một số họ Wavelet phổ biến và giới thiệu một số ứng dụng nổi bật của Wavelet ngoài ứng dụng để nén ảnh.

Chương 4 giới thiệu tổng quan về chuẩn nén JPEG2000 dựa trên biến đổi Wavelet. Mục đích không chỉ là giới thiệu một chuẩn nén vượt trội so với chuẩn JPEG dựa trên biến đổi DCT mà còn đưa ra một lựa chọn giải quyết bài toán đặt ra trong luận văn. JPEG2000 đang từng bước được tổ chức ISO công nhận nên chắc chắn sẽ trở thành một chuẩn nén phổ biến trong các ứng dụng di động tương lai. Cũng trong chương này, tác giả 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 5 cũng là chương quan trọng nhất. Dựa trên kỹ thuật nén ảnh bằng Wavelet, luận văn đưa ra một thuật toán biến đổi ảnh bằng Wavelet hiệu năng làm giảm đáng kể năng lượng tính toán và truyền thông cần thiết cho ảnh mà vẫn đảm bảo được chất lượng bức ảnh (và như vậy giảm được giá thành dịch vụ).

MỤC LỤC

CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN 5

THUẬT NGỮ TIẾNG ANH 7

LỜI GIỚI THIỆU 8

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 9

11 Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn 9

12 Tổ chức luận văn10

CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN CÁC KỸ THUẬT NÉN TRONG MÃ HOÁ

ẢNH 11

21 Giới thiệu chung về nén ảnh số 11

22 Phân loại các kỹ thuật nén 13

221 Nén tổn hao và không tổn hao 13

222 Mã hoá dự đoán và mã hoá dựa trên phép biến đổi13

223 Mã hoá băng con14

23 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng mã hoá ảnh 14

24Các kỹ thuật nén có tổn hao15

241 Kỹ thuật mã hoá băng con 15

242 Kỹ thuật mã hoá dựa trên phép biến đổi19

2421 Kỹ thuật mã hoá dựa trên phép biến đổi DCT19

2422 Kỹ thuật mã hoá dựa trên phép biến đổi DWT 25

CHƯƠNG 3:CƠ SỞ LÝ THUYẾT BIẾN ĐỔI WAVELET 30

31 Cơ sở toán học 30

311 Biến đổi Wavelet liên tục 30

312 Biến đổi Wavelet rời rạc 32

32 Tính chất của biến đổi Wavelet33

33 Giới thiệu một số họ Wavelet 37

331 Biến đổi Wavelet Haar 37

332 Biến đổi Wavelet Meyer 38

333 Biến đổi Wavelet Daubechies 38

34 Một số ứng dụng nổi bật của Wavelet 39

341 Nén tín hiệu39

342 Khử nhiễu 40

343 Mã hoá nguồn và mã hoá kênh 40

CHƯƠNG 4:CHUẨN NÉN ẢNH TĨNH DỰA TRÊN BIẾN ĐỔI WAVELET – JPEG200041

41 Lịch sử ra đời và phát triển chuẩn JPEG200041

42 Các tính năng của JPEG2000 41

43 Các bước thực hiện nén ảnh theo chuẩn JPEG2000 42

431 Xử lý trước biến đổi42

432 Biến đổi liên thành phần 42

433 Biến đổi riêng thành phần (biến đổi Wavelet) 43

434Lượng tử hoá - Giải lượng tử hoá 44

435 Mã hoá và kết hợp dòng dữ liệu sau mã hoá 45

436 Phương pháp mã hoá SPIHT 45

437 Phương pháp mã hoá EZW 47

44 So sánh chuẩn JPEG2000 với JPEG và các chuẩn nén ảnh tĩnh khác 49

CHƯƠNG 5:ỨNG DỤNG WAVELET TRONG CÁC DỊCH VỤ DỮ

LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 54

51 Nén ảnh bằng Wavelet 54

521 Sơ đồ khối tổng quát 54

512 Biến đổi Wavelet 55

513 Tính toán năng lượng tiêu hao 56

52 Thuật toán nén ảnh bằng Wavelet hiệu năng - EEW 58

521 Hiệu năng của các kỹ thuật loại bỏ 60

532 Các kết quả thực nghiệm 62

5321 Ảnh hưởng đến năng lượng tính toán và chất lượng ảnh 62

5322 Ảnh hưởng đến năng lượng truyền thông và chất lượng

ảnh 62

54 Các tham số nén ảnh bằng Wavelet 62

541 Thay đổi mức biến đổi Wavelet 62

542 Thay đổi các mức lượng tử 62

55 Truyền ảnh trên mạng 62

551 Phương pháp lựa chọn tham số động62

552 Kết quả thực nghiệm62

KẾT LUẬN63

Kết quả đạt được và ứng dụng của luận văn63

Hướng phát triển nghiên cứu 63

PHỤ LỤC65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66