Top Ad unit 728 × 90

Latest news

recent

Nhiễu khối vuông và nhiễu vòng trong video nén

Nhiễu khối vuông và nhiễu vòng là gì?

Nhiễu khối vuông hay còn gọi hiệu ứng ô vuông trong các ảnh hay video đã được nén như trong hình 1;hình 2 là nhiễu vòng, nó hiển thị mờ ảo xung quanh các đối tượng ảnh.

Hình 1: Nhiễu khối vuông (blocking artifact)

Hình 2: Nhiễu vòng (Ringing artifact)

Vì sao có các loại nhiễu này?

Như đã biết, một tập tin video bao gồm nhiều các khung hình riêng lẻ (gọi là frame). Các frame liên tiếp nhau có sự tương quan rất lớn, giữa các frame ở phía bộ mã hóa (encoder) chứa nhiều thông tin trùng hợp (hay dư thừa) không nhất thiết phải chuyển toàn bộ sang phía bộ giải mã (decoder) để đọc. Sự khác nhau giữa chúng đôi khi chỉ là các chuyển động của đối tượng so với background. Chính vì vậy, hầu hết các giải thuật nén ảnh và video đều có quá trình lượng tử hóa (quantization). Lượng tử hóa được xem là một trong những bước then chốt nhằm mục đích giảm thiểu tối đa thông tin dư thừa khi lưu trữ và truyền thông tin ảnh hay video.

Hơn nữa, trong mỗi frame, để có được tính tương quan cao nhất việc lượng tử hóa thường được thực hiện trong các vùng 8x8 hay 16x16. Các vùng này được xử lý một cách độc lập bằng biến đổi sang miền tần số chẳng hạn Cosin rời rạc (DCT) ở encoder và sau đó được biến đổi ngược lại bằng IDCT (inverse DCT) ở decoder. Những xử lý này đã dẫn đến các ảnh hưởng làm mất các thành phần tần số thấp gây ra hiệu ứng khối vuông (blocking artifact) – hình 1, hay hiệu ứng vòng (ringing artifact) do mất các thành phần năng lượng tần số cao – hình 2.

Việc nén này làm giảm đáng kể dữ liệu dư thừa cho việc lưu trữ cũng như truyền thông tin hình ảnh và video. Đối với các chuẩn nén cho audio (MP3) cũng có áp dụng các phép biến đổi cơ bản trong quá trình lượng tử hóa, tuy nhiên chúng ta vẫn khó hoặc không cảm nhận được các loại nhiễu này bằng thính giác. Còn đối với các chuẩn nén cho ảnh, phổ biến như JPEG, JPEG2000 hay MPEG thì mắt thường có thể thấy rõ được những loại nhiễu này.

Các bộ lọc xử lý nhiễu này (thường được gọi là De-blocking filter và De-ringing filter) gồm có 4 loại cơ bản sau: 

  • Lọc tuyến tính hay phi tuyến (Linear/non-linear filtering): Phương pháp này có ưu điểm về thời gian tính toán nhưng các kết quả thường bị mờ và làm mất các chi tiết đối tượng ở biên và cạnh.
  • Lặp phục hồi quy tắc (Iterative regularization restoration): Phương pháp này sử dụng tham số regularization có ưu điểm duy trì các chi tiết của đối tượng ảnh nhưng với việc sử dụng kĩ thuật lặp nên thời gian tính toán cao. Dó đó, dẫn đến vấn đề “thắt cổ chai” trong các ứng dụng video thời gian thực.
  • Lọc lặp (Loop filter): hiệu quả cho giảm hiệu ứng khối vuông tuy nhiên độ phức tạp tính toán cao và không giảm được hiệu ứng vòng hiển thị xung quanh các đối tượng ảnh.
  • Hậu xử lý (Post-processing): phương pháp này có ưu điểm là không cần tác động tới các thủ tục mã hóa đã tồn tại trong khi đó xử lý được cả 2 loại nhiễu blocking và ringing. Và một điều đặc biệt là nó không làm tăng tốc độ bit (bit-rate) – một yếu tố trọng yếu để đảm bảo đáp ứng tính chất thời gian thực của video. Dưới đây là một vài kết quả của phương pháp Post-processing đã được thực hiện cho các chuỗi video kiểu định dạng tập tin YUV. 
Hình 3: ảnh thực nghiệm nhiễu khối vuông - Drama (đã được phóng to X2)

 Hình 4: ảnh thực nghiệm được lọc - Drama. (đã được phóng to X2) 

Hình 5: Ảnh thực nghiệm nhiễu - Swimming (đã phóng to X2)

 Hình 6: Ảnh thực nghiệm đã được lọc - Swimming (đã phóng to X2)

Nhận xét: cũng như các bài toán về phục hồi khác, kết quả đạt được không phải là duy nhất và không bao giờ là tối ưu nhất, tức là giống hoàn toàn ảnh gốc khi chưa bị nén bởi vì JPEG, JPEG2000, MP3, hay MPEG đều là các giải thuật nén tổn thất (bởi một phần do xử lý lượng tử hóa). Việc đạt được kết quả tốt cần phải tính đến 3 yếu tố: vừa đảm báo tối thiểu tốc độ tính toán thời gian thực, vừa bảo toàn chi tiết đối tượng trong frame, và vừa lọc được càng nhiều càng tốt các hiệu ứng của lượng tử hóa.

Russell Nguyen.
Nhiễu khối vuông và nhiễu vòng trong video nén Reviewed by Russell on 2:02:00 PM Rating: 5
All Rights Reserved by IEEV © 2009 - 2016
Powered By Blogger, Designed by Sweetheme

Contact Form

Name

Email *

Message *

Powered by Blogger.