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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỮU TÀI NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÉN ẢNH TIÊN TIẾN CHO MÀN HÌNH TINH THỂ LỎNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN Hà Nội – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỮU TÀI NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÉN ẢNH TIÊN TIẾN CHO MÀN HÌNH TINH THỂ LỎNG CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN MÃ SỐ: 62480104 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. NGUYỄN THỊ HOÀNG LAN 2. GS. TS. LÊ ĐÌNH CHƠN TÂM Hà Nội − 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ một công trình nào khác. TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. Nguyễn Thị Hoàng Lan GS. TS. Lê Đình Chơn-Tâm Tác giả luận án Nguyễn Hữu Tài LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời tri ân đến PGS. TS. Nguyễn Thị Hoàng Lan – Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông – Đại học Bách khoa Hà Nội và TS. Lê Đình Chơn Tâm – Giáo sư Đại học Sherbrooke – Canada, công sức và tấm lòng của Thầy Cô đã giúp cho tôi vượt qua những khó khăn trở ngại để có thể hoàn thành luận án này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các Thầy Cô trong Bộ môn Truyền thông và Mạng máy tính đã tạo điều kiện giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thiện luận án nghiên cứu. Cảm ơn các Thầy Cô trong Viện Công nghệ Thông Tin và Truyền thông đã truyền thụ những kiến thức bổ ích trong quá trình tôi học tập và nghiên cứu tại trường. Cảm ơn các Thầy Cô cùng các Bạn đồng nghiệp trong khoa Công nghệ Thông tin – Đại học Khoa học Huế đã luôn quan tâm và động viên tôi trong quá trình tôi làm nghiên cứu sinh. Cuối cùng, tôi xin gửi tấm lòng ân tình tới Gia đình tôi, đặc biệt đến người bạn đời của tôi, người luôn sẻ chia và động viên cùng như gánh vác nhiều khó khăn vất vả trong gia đình để tôi được toàn tâm toàn ý học tập và nghiên cứu. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do thời thời gian và kiến thức còn hạn chế nên luận án chắc còn có nhiều thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ Quý Thầy Cô, các Bạn đồng nghiệp và những người quan tâm. MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................. i DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT...................................................... iv DANH MỤC HÌNH VẼ.......................................................................................... vii DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ xi CHƢƠNG 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. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 5 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài................................................................ 6 1.6. Bố cục luận án ........................................................................................................... 7 CHƢƠNG 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 lƣợng 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 i 2.6.2. Một số hướng tiếp cận các giải pháp nén và định hướng nghiên cứu ............... 46 CHƢƠNG 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 tƣợng 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 lƣợng 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 lƣợng 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 chƣơng 3................................................................................................. 115 ii CHƢƠNG 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 ngƣỡng 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 hƣớng 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 chƣơng 4................................................................................................. 145 CHƢƠNG 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. Hƣớng 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 iii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu và chữ viết tắt AAIC Giải nghĩa Mã hóa nén ảnh tiên tiến thích nghi Advanced Adaptive Image Coding ACAIC Mã hóa nén ảnh tiên tiến có tính thích nghi theo nội dung Advanced Content-Adaptive Image Coding AHAIC Mã hóa nén ảnh tiên tiến có tính thích nghi cao Advanced High-Adaptive Image Coding AHIC AM-BTC AQC ARAIC Bộ mã hóa nén ảnh tiên tiến kết hợp (lai) Advanced Hybrid Image Codec Mã hóa thu gọn khối nhiều mức thích nghi Adaptive Multi-level Block Truncation Coding Mã hóa lượng tử tích nghi Adaptive Quantization Coding Mã hóa nén ảnh thích nghi mạnh mẽ tiên tiến Advanced Robust Adaptive Image Coding ATC Bộ điều khiển ngưỡng thích nghi Adaptive Threshold Controller ATT Kỹ thuật ngưỡng thích nghi Adaptive-Threshold Technique BTC Kỹ thuật mã hóa dựa trên thu gọn khối Block Truncation Coding CBBDT Kỹ thuật phân phối bit dựa trên nội dung Content-Based Bit Distribution Technique CBBET Kỹ thuật trao đổi bit dựa trên nội dung Content-based Bit Exchange Techniques CF Khung hình hiện tại Current Frame CR Tỷ số nén Compression Ratio DAMS DBMAIC Phương pháp nén dựa trên DWT chọn lọc thích nghi. DWT-based Adaptive Mode Selection Mã hóa nén ảnh dựa trên phép biến đổi wavelet đa thích nghi. DWT-Based Multi-Adaptive Image Coding iv DCT Biến đổi cosine rời rạc Discrete Cosine Transform DSM Phương pháp tán xạ động Dynamic Scattering Method DWT Biến đổi sóng con (wavelet) rời rạc Discrete Wavelet Transform FFD / Overdrive FIR HCRIC HD HDTV Kỹ thuật tăng tốc độ đáp ứng cho các phần tử tinh thể lỏng qua cơ chế tăng điện áp Feedforward Driving Bộ lọc có đáp ứng xung hữu hạn Finite Impulse Response Mã hóa nén ảnh tỷ số nén cao High Compression Ratio Image Coding Chuẩn định dạng hình ảnh độ phân giải cao High-Definition Chuẩn truyền hình độ phân giải cao High-Definition Television HIC Mã hóa nén ảnh kết hợp (lai) Hybrid Image Coding LC Phần tử tinh thể lỏng Liquid Crystal LCD Màn hình tinh thể lỏng Liquid Crystal Displays MAIC Mã hóa nén ảnh thích nghi theo giá trị trung bình Mean Adaptive Image Coding MAQC Mã hóa lượng tử đa thích nghi Multiple Adaptive Quantization Coding MMAUQC Mã hóa lượng tử hóa đều thích nghi theo Min-Max Min-Max Adaptive Uniform Quantization Coding MSE Sai số trung bình bình phương Mean Squared Error MUQ Bộ lượng tử đều dạng Midrise Midrise Uniform Quantizer PCM Mã hóa điều xung Pulse Code Modulation PF Khung hình trước thời điểm hiện tại Previous Frame v PSNR Tỷ số tín hiệu mức đỉnh trên nhiễu Peak Signal-to-Noise Ratio RAIC Mã hóa nén ảnh thích nghi mạnh Robust Adaptive Image Coding RBBDT SBB-BTC Kỹ thuật phân phối bit tối ưu dựa trên giá trị phạm vi Range-based Bit Distribution Technique Mã hóa cắt khối dựa trên mặt phẳng bit Single Bit Plane based Block Truncation Coding TFT Transistor công nghệ “Thin Film” đối với một phần tử ảnh màn hình Thin-Film Transistor UHD Chuẩn định dạng hình ảnh độ phân giải siêu cao Ultra High-Definition VQ-BTC WLT-MAIC Mã hóa cắt khối dựa trên lượng tử hóa vector Vector Quantizer based Block Truncation Coding Mã hóa nén ảnh đa thích nghi dựa trên biến đổi wavelet số nguyên Wavelet Lifting integer to integer Transform based Multi-Adaptive Image Codin vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Minh họa hiện tượng mờ chuyển động .................................................................. 1 Hình 1.2. Mô hình một hệ thống overdrive trong màn hình tinh thể lỏng. ........................... 2 Hình 2.1. Mô tả cấu tạo màn hình TFT-LCD ...................................................................... 10 Hình 2.2. Minh họa hiện tượng Motion-Blur trên màn hình tinh thể lỏng .......................... 11 Hình 2.3. Sơ đồ khối của màn hình tinh thể lỏng 15inch XGA dùng kỹ thuật FFD. .......... 12 Hình 2.4. Đồ thị độ chói - thời gian đáp ứng mô tả cách thức xác định điện áp tăng tốc. .. 12 Hình 2.5. Minh họa giải pháp tăng tốc độ chuyển đổi mức xám thông qua cơ chế hiệu chỉnh tăng ngưỡng điện áp. .............................................................................. 13 Hình 2.6. So sánh thời gian đáp ứng ................................................................................... 13 Hình 2.7. Mô hình một hệ thống overdrive có sử dụng kỹ thuật nén ảnh nhằm giảm yêu cầu về dung lượng và tốc độ truy xuất dữ liệu của bộ nhớ khung hình. ................. 15 Hình 2.8. Phạm vi áp dụng của bài toán nén ảnh khung hình cho màn hình tinh thể lỏng độ phân giải cao. .................................................................................................... 16 Hình 2.9. Mô hình với ba thành phần chính trong một hệ thống nén ảnh áp dụng trong truyền thông. ..................................................................................................... 18 Hình 2.10. Mô hình khái quát với bốn thành phần chính trong một hệ thống nén ảnh áp dụng cho overdrive trong màn hình tinh thể lỏng. ........................................... 19 Hình 2.11. Đồ thị biến thiên của PSNR theo MSE. ............................................................ 21 Hình 2.12. Minh họa 64 hàm cơ bản của 8×8 DCT. ........................................................... 28 Hình 2.13. Phân tích đa phân giải 3 mức và khôi phục của tín hiệu dùng cấu trúc lọc kiểu kim tự tháp (pyramidal filter structure) ............................................................ 30 Hình 2.14. Quy trình xử lý dòng-cột của DWT hai chiều. .................................................. 31 Hình 2.15. Sơ đồ phân tích và tổng hợp tín hiệu hai chiều theo cấu trúc băng tần con. ..... 32 Hình 2.16. Kết quả biến đổi DWT trên ảnh số hai chiều theo kiến trúc kim tự tháp sử dụng bộ lọc Wavalet Daubechies 4 - hệ số. .............................................................. 32 Hình 2.17. Ánh xạ vào – ra của một bộ lượng tử hóa dạng Midrise. .................................. 33 Hình 2.18. Xấp xỉ của hàm Px(x) bởi các hằng số phân đoạn ............................................. 35 Hình 2.19. Ánh xạ vào – ra của một bộ lượng tử hóa tối ưu và sai số lượng tử.................. 37 Hình 2.20. Mô hình khái quát cho một bộ mã hóa lượng tử thích nghi .............................. 40 Hình 2.21. Sơ đồ mã hóa ảnh sử dụng biến đổi ................................................................... 40 Hình 2.22. Sơ đồ cơ bản của chuẩn nén ảnh JPEG ............................................................. 41 Hình 2.23. Sơ đồ thuật toán bộ nén JPEG2000 ................................................................... 42 Hình 2.24. Những giải pháp nén đã được đề xuất áp dụng trong hệ thống overdrive của màn hình tinh thể lỏng ...................................................................................... 47 vii Hình 2.25. Sơ đồ khối của bộ mã hóa AQC ........................................................................ 49 Hình 2.26. Chất lượng ảnh nén của giải pháp AHIC được so sánh với giải pháp chỉ áp dụng kỹ thuật BTC .................................................................................................... 49 Hình 2.27. Sơ đồ giải pháp nén AHIC. ............................................................................... 50 Hình 2.28. Hiện tượng nhiễu khối (blocking effect) trên ảnh khôi phục của AHIC. .......... 51 Hình 2.29. Hiện tượng kém chất lượng trên thành phần màu sắc (Cb và Cr) trên ảnh khôi phục của AHIC ................................................................................................. 52 Hình 2.30 Sơ đồ khối và kiến trúc của AM-BTC ................................................................ 53 Hình 2.31. Ảnh khôi phục của AM-BTC và sai số của nó. ................................................. 54 Hình 2.32. Minh chứng cho hiện tượng rung động trong giải pháp nén AM-BTC. ............ 55 Hình 2.33. Mô hình hệ thống của DAMS và bộ mã hóa thích nghi. ................................... 57 Hình 2.34. Hiệu ứng khối (blocking) và nhiễu (noise) trên ảnh khôi phục của DAMS. ..... 59 Hình 2.35. Số bit dư thừa khi kết thúc quá trình nén của DAMS ....................................... 60 Hình 3.1. Sơ đồ mô tả sơ lược các bước nghiên cứu phát triển........................................... 61 Hình 3.2. Đồ thị hàm lượng tử Midrise Uniform Quantizer với 8 mức lượng tử................ 65 Hình 3.3. Sơ đồ khối của giải pháp nén MAIC. .................................................................. 66 Hình 3.4. Sơ đồ bộ lượng tử hóa MUQ (MUQ Encoder & Decoder). ................................ 67 Hình 3.5. So sánh hiệu năng của AHIC với MAIC trên chuỗi hình CIF Foreman. ............ 69 Hình 3.6. So sánh hiệu năng của AHIC với MAIC trên chuỗi hình CIF Bus. .................... 69 Hình 3.7. So sánh sự mất mát thông tin giữa AHIC và MAIC trên một khung hình của chuỗi khung hình CIF Foreman........................................................................ 70 Hình 3.8. So sánh sự mất mát thông tin (hay error) giữa 2 giải pháp nén AHIC và MAIC trên một khung hình của chuỗi khung hình CIF Bus. ...................................... 71 Hình 3.9. Minh họa ảnh độ chói Y của 8 bock 4×4 đầu vào cho quá trình lượng tử hóa. .. 74 Hình 3.10. Sai số phát sinh khi lượng tử hóa với phân phối đều bởi bộ lượng tử 4×4-AQC. Chất lượng ảnh khôi phục đạt được PSNR=33.00 dB. .................................... 74 Hình 3.11. Sai số phát sinh khi lượng tử hóa với phân phối không đồng đều bởi bộ lượng tử 4×4-AQC. ..................................................................................................... 75 Hình 3.12. Sơ đồ khối cho bộ mã hóa CBBET và bộ Bit Selector ...................................... 76 Hình 3.13. Sơ đồ khối cho bộ mã hóa và giải mã của AAIC. ............................................. 80 Hình 3.14. So sánh chất lượng nén và sự mất mát thông tin giữa 3 giải pháp nén AHIC, MAIC và AAIC trên một khung hình của chuỗi khung hình CIF Foreman. ... 81 Hình 3.15. So sánh hiệu năng của AAIC với MAIC và AHIC. .......................................... 82 Hình 3.16. So sánh hiệu năng của AAIC với AHIC (chỉ trên thành phần độ chói Y). ....... 83 Hình 3.17. Sai số phát sinh khi lượng tử hóa với phân phối không đồng đều bởi bộ lượng tử 4×4-AQC. ..................................................................................................... 84 viii Hình 3.18. Sơ đồ bộ mã hóa và giải mã theo kỹ thuật phân phối bít (CBBDT) dựa trên giá trị bước lượng tử. .............................................................................................. 86 Hình 3.19. Sơ đồ khối cho bộ mã hóa (encoder) và giải mã (decoder) của giải pháp nén AHAIC (ở đây Q=2). ........................................................................................ 88 Hình 3.20. So sánh chất lượng ảnh của các giải pháp trên chuỗi khung hình CIF Hall. ..... 89 Hình 3.21. So sánh chất lượng nén và sự mất mát thông tin giữa 3 giải pháp nén AHIC, AAIC và AHAIC trên một khung hình của chuỗi khung hình CIF Hall ......... 90 Hình 3.22. Sơ đồ bộ mã hóa và giải mã theo kỹ thuật phân phối bít (CBBDT) dựa trên giá trị tuyệt đối lớn nhất của khối........................................................................... 93 Hình 3.23. So sánh chất lượng ảnh của các giải pháp nén trên chuỗi CIF Hall. ................. 93 Hình 3.24. So sánh chất lượng nén và sự mất mát thông tin giữa AHIC, AHAIC và ACAIC trên một khung hình của chuỗi khung hình CIF Hall. ...................................... 95 Hình 3.25. Kỹ thuật lượng tử MUQ với 3bit/pixel - Mối liên hệ giữa bước lượng tử hóa Qstep và sự phân bố các giá trị (hay điểm ảnh) trong một khối....................... 97 Hình 3.26. Kỹ thuật lượng tử MMAUQC với 3bit/pixel - Mối liên hệ giữa bước lượng tử hóa Qstep và sự phân bố các giá trị trong một khối dạng “zero min signal”. .. 98 Hình 3.27. Mô tả đặc tính vào-ra của một bộ lượng tử hóa đều 3bit/pixel với đầu vào dạng “zero min signal”. ............................................................................................. 99 Hình 3.28. Sơ đồ khối của mô hình lượng tử đa thích nghi MAQC ................................. 102 Hình 3.29. Sơ đồ khối của bộ mã hóa và giải mã RAIC. .................................................. 104 Hình 3.30. So sánh chất lượng ảnh của các giải pháp nén trên chuỗi khung hình CIF Foreman. ......................................................................................................... 105 Hình 3.31. So sánh chất lượng ảnh nén và sai số một cách trực quan trên ảnh Foreman. 106 Hình 3.32. Sơ đồ bộ nén (Encoder) và giải nén (Decoder) của ARAIC. .......................... 108 Hình 3.33. Sơ đồ bộ nén và giải nén MAQC áp dụng trong ARAIC. ............................... 109 Hình 3.34. Sơ đồ thuật toán mã hóa và giải mã MAQC. ................................................... 111 Hình 3.35. So sánh chất lượng ảnh của các giải pháp nén trên chuỗi khung hình CIF MobileCalendar .............................................................................................. 113 Hình 3.36. So sánh chất lượng ảnh của các giải pháp nén trên chuỗi khung hình CIF Cheerleader ..................................................................................................... 113 Hình 3.37. So sánh chất lượng hình ảnh nén và sai số một cách trực quan trên một khung hình của chuỗi khung hình CIF MobileCalendar. .......................................... 114 Hình 4.1. Sơ đồ quá trình các đề xuất cải tiến kế thừa và phát triển theo hướng áp dụng biến đổi wavelet và lựa chọn thích nghi. ........................................................ 117 Hình 4.2. Sơ đồ khối của bộ mã hóa DBMAIC, được tích hợp với một bộ điều khiển ngưỡng thích nghi........................................................................................... 118 ix Hình 4.3. Sơ đồ khối của bộ mã hóa DAMS-AT áp dụng trong DBMAIC. ..................... 118 Hình 4.4. Mối liên hệ giữa chất lượng ảnh và các hằng số C2 & C3 của DBMAIC .......... 122 Hình 4.5. Mối liên hệ giữa chất lượng ảnh và các hằng số C1 & C2 của DBMAIC .......... 122 Hình 4.6. Mối liên hệ giữa chất lượng ảnh và các hằng số C1 & C2 của DBMAIC .......... 122 Hình 4.7. Mối liên hệ giữa chất lượng ảnh và các hằng số Min-Threshold & MaxThreshold của DBMAIC ................................................................................ 122 Hình 4.8. Sự thay đổi của ngưỡng (threshold) .................................................................. 123 Hình 4.9. So sánh hiệu năng của các giải pháp nén........................................................... 123 Hình 4.10. So sánh giá trị bit dư thừa trong hai giải pháp DBMAIC và DAMS .............. 124 Hình 4.11. Sự cải thiện hiệu ứng nhiễu khối và nhiễu đốm trên ảnh khôi phục của DBMAIC ........................................................................................................ 124 Hình 4.12. So sánh trực quan chất lượng ảnh và sai số ..................................................... 126 Hình 4.13. Sơ đồ “Wavelet Lifting” (nguồn [26]). ........................................................... 127 Hình 4.14. Sơ đồ khối cho bộ mã hóa WLT-MAIC .......................................................... 129 Hình 4.15. Sơ đồ khối cho bộ mã hóa DAMS-AT áp dụng cho WLT-MAIC với 6 khối 4×8 đầu vào theo trật tự ưu tiên định trước. .......................................................... 129 Hình 4.16. Sơ đồ thuật toán mã hóa và giải mã DAMS-AT ............................................. 130 Hình 4.17. So sánh hiệu năng của các giải pháp nén......................................................... 132 Hình 4.18. So sánh trực quan chất lượng ảnh và sai số giữa hai giải pháp nén DBMAIC và WLT-MAIC.................................................................................................... 133 Hình 4.19. So sánh hiệu năng của các giải pháp nén thuộc hai hướng tiếp cận ................ 135 Hình 4.20. So sánh trực quan sai số giữa một số giải pháp nén thuộc hai hướng tiếp cận. Trị tuyệt đối sai số được khuếch đại lên 12 lần rồi biến đổi âm bản. ............. 137 Hình 4.21. So sánh hiệu năng của các giải pháp nén thuộc hai hướng tiếp cận ................ 138 Hình 4.22. Giá trị PSNR trung bình của các giải pháp nén khi đánh giá trên 25 chuỗi khung hình với tổng số 8765 hình ảnh. ..................................................................... 138 Hình 4.23.Giá trị Entropy trung bình của mỗi chuỗi khung hình. ..................................... 140 Hình 4.24. So sánh chất lượng ảnh của các giải pháp nén trên chuỗi CIF MobileCalendar. ........................................................................................................................ 140 Hình 4.25. So sánh trực quan sai số giữa một số giải pháp nén thuộc hai hướng tiếp cận 142 Hình 4.26. So sánh hiệu năng nén của 4 giải pháp ARAIC, WLT-MAIC, LTC và SAMS ........................................................................................................................ 144 Hình 5.1. Sơ đồ quá trình đề xuất cải tiến và phát triển các giải pháp nén ảnh của luận án trên cơ sở kế thừa hai giải pháp AHIC và DAMS cùng một số lý thuyết nền tảng. ................................................................................................................ 147 x DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Điện áp tăng tốc áp dụng để chuyển đổi từ mức độ chói hiện tại sang mức độ chói tiếp theo ở mức 60cd/m2 với thời gian đáp ứng 16.7ms ........................... 13 Bảng 2.2. Yêu cầu dung lượng và tốc độ truyền tải dữ liệu của bộ nhớ khung hình trên Tivi chuẩn HD và UHD. ...................................................................................... 14 Bảng 2.3. Lượng tử hóa tối ưu MSE cho mật độ Gaussian ................................................. 35 Bảng 2.4. Một ví dụ gán từ mã dạng độ dài đồng nhất cho thông điệp với 8 trạng thái. .... 38 Bảng 2.5 Chất lượng nén trung bình của AHIC so với giải pháp chỉ áp dụng kỹ thuật lượng tử hóa BTC [19] ............................................................................................... 49 Bảng 2.6. Chất lượng ảnh khôi phục của một số giải pháp nén .......................................... 53 Bảng 3.1. Các chuỗi khung hình định dạng CIF sử dụng trong thực nghiệm ..................... 63 Bảng 3.2. Các hình ảnh sử dụng trong thực nghiệm được lấy từ tập dữ liệu ảnh “LIVE image quality assessment database release 2”. ................................................. 64 Bảng 3.3. Trung bình cộng kết quả chất lượng ảnh nén cho mỗi giải pháp ........................ 72 Bảng 3.4. Đánh giá mức độ cải thiện chất lượng ảnh nén của MAIC so với AHIC ........... 72 Bảng 3.5. Các lượng tử đều tối ưu cho tín hiệu có giá trị trung bình bằng không, phương sai đơn vị và mật độ Gaussian .......................................................................... 77 Bảng 3.6. Kết quả chất lượng ảnh nén trung bình của các giải pháp .................................. 83 Bảng 3.7. Đánh giá mức độ cải thiện chất lượng ảnh nén của AAIC so với AHIC ............ 83 Bảng 3.8. Kết quả chất lượng ảnh nén trung bình cho các giải pháp .................................. 90 Bảng 3.9. Kết quả cải thiện của AHAIC so với AHIC. ....................................................... 90 Bảng 3.10. Kết quả cải thiện của AHAIC so với AAIC ...................................................... 91 Bảng 3.11. So sánh kết quả trung bình chất lượng ảnh nén khi sử dụng công thức tính phân phối bit (3.9) hay (3.10) trong giải pháp AHAIC ............................................. 91 Bảng 3.12. Kết quả chất lượng ảnh nén trung bình cho các giải pháp ................................ 95 Bảng 3.13. Đánh giá mức độ cải thiện chất lượng ảnh nén của ACAIC so với AHIC ....... 95 Bảng 3.14. Đánh giá mức độ cải thiện chất lượng ảnh nén của ACAIC so với AHAIC .... 96 Bảng 3.15. Minh họa cho tình huống mã hóa lượng tử BTC với sai số lớn. ..................... 103 Bảng 3.16. Kết quả chất lượng ảnh nén trung bình cho các giải pháp .............................. 107 Bảng 3.17. Đánh giá mức độ cải thiện chất lượng của RAIC so với một số giải pháp ..... 107 Bảng 3.18. Kết quả chất lượng ảnh nén trung bình cho các giải pháp .............................. 114 Bảng 3.19. Đánh giá mức độ cải thiện chất lượng của ARAIC so với một số giải pháp .. 115 Bảng 4.1. Các hệ số của bộ lọc wavelet Le Gall 5/3-tap. .................................................. 128 xi CHƢƠNG 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 LED1) 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. Vùng hình ảnh chuyển động hiện thị bị mờ (a) Kỹ thuật điều khiển thông thường (b) Tăng tốc với overdrive Hình 1.1. Minh họa hiện tượng mờ chuyển động (motion-blur) khi áp dụng kỹ thuật điều khiển (dẫn động) thông thường (a), và khả năng cải thiện chất lượng hình ảnh hiển thị bằng kỹ thuật tăng tốc overdrive (b) trên màn hình tinh thể lỏng của hãng LG. 1 Màn hình LED (điôt phát quang) thực chất là màn hình tinh thể lỏng (LCD) nhưng được áp dụng kỹ thuật chiếu sáng bằng đèn điôt phát quang (LED) thay cho đèn huỳnh quang lạnh (Cold cathode fluorescent lamp - CCFL) [35]. 1 Mô hình hệ thống overdrive trong màn hình tinh thể lỏng được trình bày trong Hình 1.2, gồm hai thành phần: (1) Bộ nhớ khung hình (frame memory); và (2) bộ điều khiển tăng tốc overdrive. Trong đó, bộ nhớ khung hình có chức năng lưu trữ dữ liệu ảnh hiện thị đủ khung hình hiện tại (Fn) và đồng thời cung cấp dữ liệu ảnh khung hình ở thời điểm trước (Fn-1) cho hệ thống overdrive. Bộ điều khiển overdrive có chức năng cung cấp điện áp tăng tốc cho mỗi điểm ảnh trên màn hình dựa trên thông tin ảnh khung hình hiện tại (Fn) và ảnh khung hình ở thời điểm trước (Fn-1). Nguyên lý hoạt động của hệ thống overdrive được mô tả chi tiết trong mục 2.2. Dữ liệu khung hình Dữ liệu khung hình hiện tại Fn Overdrive Frame memory Dữ liệu khung hình thời điểm trước, Fn-1 (LUT) Overdriven Frame Hình 1.2. Mô hình một hệ thống overdrive trong màn hình tinh thể lỏng [24]. Hiện nay các nhà sản xuất đang cần áp dụng các chuẩn định dạng Ti-vi độ phân giải cao (High-Definition Television) và siêu cao (Ultra High-Definition Television) đối với các thiết bị màn hình tinh thể lỏng, với tốc độ hiện thị khung hình lên mức 60fps đến 120fps. Từ đó làm nảy sinh hai vấn đề sau đối với bộ nhớ khung hình: (1) Yêu cầu dung lượng bộ nhớ tăng cao theo sự tăng trưởng số điểm ảnh trên màn hình. Mức 640×480×24bit  7.1Mb với chuẩn VGA, 3840×2160×24bit  189.8Mb với chuẩn UHD 2160p (4K), và 7680×4320×24bit  759.4Mb với chuẩn UHD 4320p (8K). (2) Yêu cầu băng thông ở mức rất cao, cụ thể với UHD 2160p (4K) áp dụng tốc độ hiện thị khung hình 120fps sẽ là 3840×2160×24bit×120×2  44.5Gbit/s, hay UHD 4320p (8K) với 120fps sẽ là 7680×4320×24bit×120×2  178Gbit/s Với yêu cầu cao về dung lượng và tốc độ băng thông, sẽ đẩy giá thành của bộ nhớ khung hình lên cao, góp phần làm tăng giá thành của sản phẩm màn hình tinh thể lỏng. Từ đó bài toán nén ảnh khung hình áp dụng vào trong hệ thống overdrive đã được đặt ra nhằm mục đích thu nhỏ dung lượng dữ liệu ảnh khung hình trước khi nó được lưu trữ lên bộ nhớ khung hình (frame memory), giúp giảm yêu cầu dung lượng đối với bộ nhớ khung hình, 2 đồng thời cũng giúp giảm được yêu cầu băng thông đối với bộ nhớ khung hình khi lượng dữ liệu mà nó cần trao đổi (ghi/đọc) trở nên ít đi vì đã được nén lại. Khi yêu cầu về dung lượng và băng thông đối với bộ nhớ khung hình được giảm xuống sẽ kéo theo sự cải thiện về giá thành của sản phẩm màn hình tinh thể lỏng. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên, nhiều nghiên cứu đã được triển khai nhằm tìm ra những giải pháp nén ảnh khung hình áp dụng phù hợp và hiệu quả trên hệ thống overdrive của màn hình tinh thể lỏng. Kết quả đã có khá nhiều các giải pháp nén ảnh khung hình cho màn hình tinh thể lỏng được đề xuất qua các bài báo [[5], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [24], [28]]. Khi xem xét trong khoảng thời gian những năm nghiên cứu đầu tiên của luận án (cuối năm 2009 đến đầu năm 2011), một số giải pháp nén ảnh khung hình được đề xuất trong [[5], [19], [21]] là những giải pháp mới được đề xuất, thể hiện được hiệu năng nén cao so với những giải pháp nén được đề xuất trước đó trên một số tiêu chí như: tỷ số nén khá cao, chất lượng ảnh khá tốt, và độ phức tạp tính toán không cao hay ở mức chấp nhận được. Nhưng trải qua quá trình nghiên cứu phân tích về mặt lý thuyết cũng như thực nghiệm, chúng tôi đã phát hiện ra nhiều khiếm khuyết còn tồn tại trong các giải pháp nói trên về mặt chất lượng ảnh khôi phục cũng như độ phức tạp tính toán. Từ thực trạng đó, đã mở ra hướng nghiên cứu cải tiến một số giải pháp nén ảnh khung hình cho màn hình tinh thể lỏng đã được các tác giả nước ngoài đề xuất, nhằm nâng cao hiệu quả áp dụng vào hệ thống overdrive, hoặc tiến xa hơn sẽ nghiên cứu đề xuất các giải pháp nén tiên tiến về mặt hiệu năng, nhằm mang lại hiệu quả cao khi áp dụng vào hệ thống overdrive trong màn hình tinh thể lỏng. 1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Hiện nay, nhiều giải pháp nén ảnh khung hình khác nhau đã được đề xuất áp dụng cho hệ thống overdriver trong màn hình tinh thể lỏng. Từ giải pháp đơn giản chỉ áp dụng phép biến đổi không gian màu và kỹ thuật mã hóa lượng tử BTC (block truncation coding) trong [13] với tỷ số nén (compression ratio) CR = 3 đến 3.42. Cho đến các giải pháp nén có kiến trúc phức tạp hơn, sử dụng phối hợp nhiều kỹ thuật biến đổi và lượng tử hóa khác nhau nhằm tăng chất lượng ảnh khôi phục hay tỷ số nén, đã được đề xuất trong các bài báo [[9], [10], [12], [14], [15], [17], [18], [20], [21], [24], [28]]. Sau cùng, và cũng đáng được chú ý hơn cả, là một số giải pháp nén có tỷ số nén cao đi cùng với chất lượng ảnh khôi phục khá tốt, dựa trên mô hình kiến trúc khá đơn giản như đề xuất trong [19], hay không quá phức tạp và có thể thực hiện được theo thời gian thực, như trong [5]. Nhìn chung, các giải pháp đã được đề xuất nói trên, đặc biệt là những giải pháp tiên tiến về hiệu năng mới được đề xuất gần đây như Advanced Hybrid Image Codec (AHIC) 3 trong [19], Adaptive Multi-level Block Truncation Coding (AM-BTC) trong [21] hay DWT-based Adaptive Mode Selection (DAMS) trong [5], đều là những giải pháp có nhiều ưu điểm nổi trội khi so sánh với các giải pháp đã được đề xuất trước đó như: tỷ số nén cao, chất lượng ảnh khôi phục khá tốt và độ phức tạp tính toán không cao (với AHIC và AMBTC) hay không quá cao (với DAMS). Mặc dù vậy, qua quá trình nghiên cứu và phân tích thực nghiệm, chúng tôi nhận thấy các giải pháp này vẫn còn mắc phải một số nhược điểm sau:  Advanced Hybrid Image Codec (AHIC): Ảnh khôi phục dễ bị mắc phải hiện tượng nhiễu khối (hay blocking effect), kỹ thuật lượng tử hóa chưa thật sự tối ưu, mô hình kiến trúc thực thi còn nhiều điểm chưa thật sự hợp lý, và cuối cùng là khả năng thích nghi theo sự thay đổi của tín hiệu ảnh chưa cao dẫn đến chất lượng ảnh khôi phục còn rất thấp trong một số tình huống.  Adaptive Multi-level Block Truncation Coding (AM-BTC): Ảnh khôi phục có sai số lớn ở thành phần độ chói Y (luminance) là thành phần nhạy cảm với mắt người. Và hơn thế nữa, trong một số tình huống khi quan sát trên một chuỗi các khung hình, sai số trên ảnh khôi phục đã gây ra hiện tượng rung hình (vibrate effect) như nhìn qua một đám lửa ở những vùng ảnh nhiều chi tiết và ít thay đổi. Chính vì hiện tượng chập chờn tác động lên vùng ảnh có ít sự thay đổi nên khuyết điểm này dễ dàng được nhận ra qua quan sát bằng thị giác. Nhược điểm này sẽ khiến cho giải pháp AM-BTC khó có thể ứng dụng trên thực tiễn vì sẽ làm suy giảm chất lượng hiển thị hình ảnh trên màn hình tinh thể lỏng, dù rằng những kết quả thực nghiệm đánh giá trên số đo PSNR của giải pháp AM-BTC thường đạt kết quả khá cao.  DWT-based Adaptive Mode Selection (DAMS): Giải pháp này sử dụng một giá trị ngưỡng (threshold) cố định đã làm hạn chế khả năng thích nghi của DAMS và là nguyên nhân gây ra hiện tượng nhiễu khối ở thành phần màu (chroma) của ảnh khôi phục và nhiều đốm trên các chi tiết đường nét. Yêu cầu khá cao về độ phức tạp tính toán khi sử dụng phép biến đổi wavelet 2-chiều với bộ lọc Daubechies 4/4 - hệ số, đòi hỏi phải tính toán trên trường số thực. Và cuối cùng là đa số phép lượng tử hóa trong giải pháp này cũng yêu cầu xử lý trên trường số thực làm cho độ phức tạp tính toán tăng cao. Sơ lược thực trạng trên cho thấy vấn đề nghiên cứu các giải pháp nén ảnh áp dụng vào trong công nghệ màn hình tinh thể lỏng vẫn đang cần các nghiên cứu cải tiến và phát triển, để ngày càng có được các giải pháp hoàn thiện hơn với hiệu năng cao hơn. 4 1.3. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận án Mục tiêu của luận án là nghiên cứu phát triển các giải pháp tiên tiến nén dữ liệu ảnh khung hình áp dụng cho màn hình tinh thể lỏng độ phân giải cao, trên cơ sở phân tích các công trình đã có để đề xuất cải tiến cải thiện hiệu năng. Nghiên cứu kế thừa và phát triển đề xuất các giải pháp nén mới nâng cao hiệu năng so với những giải pháp hiện đã được đề xuất. Theo một số các tiêu chí đánh giá hiệu năng nén gồm: chỉ số nén, chất lượng nén, và độ phức tạp tính toán. Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: 1. Nghiên cứu phát triển các giải pháp nén ảnh áp dụng cho màn hình tinh thể lỏng độ phân giải cao nhằm tăng cường hiệu năng nén. 2. Nghiên cứu đề xuất cải tiến các giải pháp để khắc phục những nhược điểm còn tồn tại trong một số giải pháp nén tiên tiến như AHIC, DAMS, nhằm nâng cao hiệu năng của giải pháp nén về cải thiện chất lượng ảnh, giảm độ phức tạp tính toán. 3. Nghiên cứu phân tích các ưu và nhược điểm của các giải pháp nén ảnh đã có. Từ đó đề xuất xây dựng các giải pháp nén mới thể hiện được nhiều ưu điểm vượt trội về chất lượng ảnh, tỷ số nén, độ phức tạp tính toán hay sơ đồ thực hiện, có khả năng thích nghi theo sự thay đổi của tín hiệu ảnh, tránh mắc phải các khuyết điểm về thị giác. 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Xác định rõ mục tiêu và phạm vi nghiên cứu. - Phương pháp nghiên cứu kế thừa và phát triển trên cơ sở nghiên cứu phân tích tổng quan các giải pháp đã đề xuất, cải tiến nâng cao hiệu năng và phát triển đề xuất giải pháp mới. - Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm cài đặt chương trình kiểm chứng kết quả, biện luận và giải thích. 1. Về nghiên cứu lý thuyết:  Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tín hiệu ảnh và các phép biến đổi tín hiệu ảnh: Kỹ thuật thay đổi tần số lấy mẫu của tín hiệu (Downsampling, Upsampling) dùng kỹ thuật lọc số (Filter), chuyển đổi không gian màu (RGB, YCbCr), phép biến đổi cosin rời rạc DCT (Discrete Cosine Transform), biến đổi sóng con rời rạc DWT (Discrete Wavelet Transform), kỹ thuật Lifting.  Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về lượng tử hóa và một số phương pháp lượng tử như: Phương pháp tối ưu sai số trung bình bình phương hay lượng tử hóa 5