Luận văn Nghiên cứu và thiết kế phần cứng cho bộ biến đổi wavelet thuận (FDWT) hỗ trợ roi trong chuẩn nén ảnh JPEG2000 (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu và thiết kế phần cứng cho bộ biến đổi wavelet thuận (FDWT) hỗ trợ roi trong chuẩn nén ảnh JPEG2000 (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BẠCH TUẤN ĐỒNG NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI WAVELET THUẬN (FDWT) HỖ TRỢ ROI TRONG CHUẨN NÉN ẢNH JPEG2000 NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ – 60520203 S K C0 0 4 6 1 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BẠCH TUẤN ĐỒNG NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI WAVELET THUẬN (FDWT) HỖ TRỢ ROI TRONG CHUẨN NÉN ẢNH JPEG2000 NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 60520203 Hướng dẫn khoa học: TS. LÊ MỸ HÀ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: BẠCH TUẤN ĐỒNG Giới tính: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 19/07/1987 Nơi sinh: Nghệ An Quê quán: Mã Thành- Yên Thành-Nghệ An Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Bạch Tuấn Đồng, Xóm Thanh Đà- Xã Mã thành- Yên Thành- Nghệ An. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: E-mail:tuandongvt@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9/2007 đến 9/2011 Nơi học: Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên,TP HCM: Ngành học: Điện tử - Viễn thông Tên đồ án: Điện Toán Đám Mây Ngày & nơi bảo vệ đồ án: 7/2011 Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Lê Đức Trị III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 9/2011-3/2012 Công ty Mitsuba Kỹ sƣ Trung tâm thiết kế và đào tạo vi mạch 3/2012-nay Kỹ sƣ thiết kế (ICDREC) i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực. kết quả của luận văn có tham khảo một phần trong đề tài “nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm chip nén ảnh theo tiêu chuẩn JPEG2000 và chip ADC đa năng thử nghiệm, Mã số KC.01.13/11-15 Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Minh Khánh Ngọc. Cơ quan chủ trì: Trung tâm Nghiên cứu và Đào tạo thiết kế vi mạch” đề tài mã số KC.01.13/11-15. Đề tài này tôi có trong danh sách tham gia thực hiện ngoài ra đƣợc sự đồng ý của chủ nhiệm đề tài ThS Nguyễn Minh Khánh Ngọc cho phép sử dụng một phần kết quả. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Bạch Tuấn Đồng ii
5. LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cám ơn quý thầy cô của khoa Điện-Điện Tử, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật - Tp.HCM, đặc biệt là thầy TS. Lê Mỹ Hà ở bộ môn kỹ thuật điện đã nhận lời hƣớng dẫn và có những ý kiến nhận xét cần thiết, làm nền tảng cho tôi thực hiện đề tài. Luận văn là thành quả của đề tài mã số KC.01.13/11-15. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Bộ Khoa học và Công nghệ, Văn phòng các chƣơng trình trọng điểm cấp Nhà nƣớc, Ban Chƣơng trình KC.01 đã đầu tƣ kinh phí cho đề tài. Tôi cũng gửi lời cảm ơn chân thành đến Trung tâm Nghiên cứu và Đào tạo Thiết kế Vi mạch trực thuộc Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh (ICDREC), các đồng nghiệp đã giúp đỡ nhiệt tình để tôi có cơ hội tham gia đề tài này. Cảm ơn Bố Mẹ, Vợ luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất trong suốt chặng đƣờng học sau đại học, cảm ơn bạn bè đã động viên, khích lệ, giúp đỡ về mọi mặt trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp. Trong quá trình làm luận văn thạc sỹ, có lẽ sẽ không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận đƣợc những nhận xét, góp ý, hƣớng dẫn và giúp đỡ của quý thầy cô và các bạn. iii
6. TÓM TẮT JPEG2000 là một chuẩn quốc tế mới về nén ảnh, đƣợc liên kết phát triển bởi Tổ Chức International Organization for Standardization (ISO) và Internaltional Electro technical Commission (IEC) và đƣợc đề xuất bởi Internetional Telecommunications Union (ITU). Chuẩn JPEG2000 ra đời khắc phục nhiều hạn chế của JPEG trong các ứng dụng tƣơng tác đa phƣơng tiện. JPEG2000 đƣợc phát triển dựa trên lý thuyết của biến đổi wavelet thay vì DCT nhƣ trong JPEG. Có thể nói, nén ảnh bằng phƣơng pháp JPEG2000 cho chất lƣợng tốt, tỷ lệ nén cao. Tuy nhiên, thuật toán phức tạp và tiêu tốn nhiều thời gian xử lý. Đối với các ứng dụng nhúng và các thiết bị cầm tay, các bộ vi xử lý đa dụng của hệ thống không đủ khả năng để thực hiện thuật toán trong thời gian thực (real time). Do vậy, các hãng thiết kế vi mạch lớn đã cho ra đời các lõi IP core và các chip IC có thể nén ảnh theo thời gian thực, cải thiện tốc độ hệ thống. Nội dung nghiên cứu sẽ tập trung vào xây dựng một lõi IP cứng và mềm nén ảnh theo tiêu chuẩn JPEG2000. iv
7. ABSTRACT JPEG2000 is a new international standard for image compression. This image compression standard is a result of collaborative efforts by the International Telecommunication Union (ITU), International Organization for Standardization (ISO), and International Electro technical Commission (IEC). JPEG2000 was born to overcome many limitations of the JPEG in the application of multimedia interactive. The JPEG2000 algorithm has been developed based on the discrete wavelet transform (DWT) technique as opposed to the discrete cosine transform (DCT) based current JPEG. We can say, JPEG2000 image compression method offers good quality, high compression ratio. However, this algorithm is really complex and time-consuming process. For embedded applications and handheld devices, the processor of the system has insufficient capacity to implement the algorithm in real time. So, the large IC design companies have released the IP core and IC chip which can compress images in real time to improve system speed. Research content focus on building a hard and soft IP core image compression standard JPEG2000. v
8. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Biên bản chấm luận văn tốt nghiệp thạc sỹ năm 2015 Phiếu nhận xét luận văn thạc sỹ Đơn xin phép sử dụng các kết quả đề tài Danh sách các tác giả thực hiện đề tài KHCN cấp nhà nƣớc LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH HÌNH viii DANH SÁCH BẢNG xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc 1 1.1.2. Trong nƣớc 2 1.2. Một số ứng dụng của JPEG2000 3 1.3. Mục đích của đề tài. 6 1.4. Nhiệm vụ của đề tài 6 1.5. Nhƣợc điểm đề tài 7 1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu và kế hoạch thực hiện 7 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 2.1. Khối biến đổi FDWT (Forward descrete wavelet transform) 9 2.2. Lƣợng tử 15 2.3. Lý thuyết tổng quan Quantization_buff 19 vi
9. 2.4. Tổng quan lý thuyết khối ROI 19 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ LÕI IP TRÊN PHẦN CỨNG 22 3.1. Khối FDWT 22 3.1.1. Khối biến đối wavelet 22 3.1.2. Kiến trúc phần cứng khối FDWT 23 3.2. Thiết kế khối lƣợng tử 31 3.2.1. Tổng quát khối khối lƣợng tử 31 3.2.2. Phân tích thực hiện 33 3.1.1. Tổng quát khối ROI 33 3.1.2. Chức năng chân 34 3.1.3. Sơ đồ thiết kế 36 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA THIẾT KẾ 45 4.1. Kiểm tra hoạt động khối DWT 45 4.2. Kiểm tra hoạt động của khối lƣợng tử 50 4.3. Môi trƣờng kiểm tra ROI 52 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN MẠCH ĐIỆN TỬ FPGA 54 5.1. Sơ đồ khối hệ thống kiểm tra lõi IP nén ảnh JPEG2000 trên FPGA 54 5.2. Mô tả chức năng các khối 56 5.3. Phƣơng pháp kiểm tra 57 5.4. Kết quả kiểm tra 57 5.5. Kết quả tổng hợp chạy mô phỏng 61 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN 67 vii
10. DANH SÁCH CÁC HÌNH TRANG Hình 1 1: Ứng dụng JPEG2000 chụp ảnh y sinh 3 Hình 1 2: Ứng dụng JPEG2000 trong điện ảnh 4 Hình 1 3: Ứng dụng JPEG2000 trong trắc địa 5 Hình 1 4: Một số công ty trên thế giới đã phát triển chíp nén ảnh JPEG2000 6 Hình 2 1: Sơ đồ hệ thống nén ảnh chuẩn JPEG2000 9 Hình 2 2: Dãy bộ lọc trong biến đổi Wavelet 10 Hình 2 3: Phân chia băng con sử dụng 2D-DWT với level 3 11 Hình 2 4: Kiến trúc khối top-level của 2D-DWT 11 Hình 2 5: Dãy bộ lọc trong biến đổi Wavelet 13 Hình 2 6: Kiến trúc Lifting 14 Hình 2 7: Biến đổi wavelet level 2 15 Hình 2 8: Cách thực thi tạo mặt nạ cho khối ROI 20 Hình 2 9: Phƣơng pháp biến đổi S + P 21 Hình 3 1: Module biến đổi wavelet 22 Hình 3 2: Kiến trúc Lifting của DWT1 col 24 Hình 3 3: Đƣờng đi data trong 1 level 24 Hình 3 4: Kiến trúc biến đổi FDWT 1d 25 Hình 3 5: Luồng data trong biến đổi FDWT 2d 26 Hình 3 6: Kiến trúc phần cứng 1d 27 Hình 3 7: Kiến trúc bộ 2_stages_calc 28 Hình 3 8: Máy trạng thái col_calc_fsm 28 Hình 3 9: Máy trạng thái row_calc_fsm 29 viii
11. Hình 3 10: Kiến trúc khối line_2_matrix 29 Hình 3 11: Máy trạng thái trong khối Align 30 Hình 3 12: Kiến trúc khối Align 30 Hình 3 13: Sơ đồ chân khối lƣợng tử 31 Hình 3 14: Sơ đồ khối thực hiện lƣợng tử hóa 33 Hình 3 15: Sơ đồ chân khối ROI 34 Hình 3 16: Module ROI liên kết với các module khác 37 Hình 3 17: Ví dụ delay AVALON_SHIFT bit 37 Hình 3 18: Data truyền đi trong module JPEG2000enc_mask 38 Hình 3 19: Cách tính Hn theo column 39 Hình 3 20: Cách tính Ln theo column 39 Hình 3 21: Data đƣợc chia theo hàng ngang 39 Hình 3 22: Data đƣợc chia trong một level 40 Hình 3 23: Cách tạo nhiều data đƣợc tạo ra khi 5 level 41 Hình 3 24: ROI_MASK đƣợc tạo ra khi LEVEL là 3 41 Hình 3 25: Phân vùng sub-band 42 Hình 3 26: Bộ giải mã vùng FIFO 43 Hình 3 27: Sơ đồ thời gian của module ROI 43 Hình 3 28: Phƣơng pháp shift down background 44 Hình 4 1: Dạng sóng các tín hiệu khối FDWT lossy 47 Hình 4 2: Dạng sóng các tín hiệu khối FDWT lossless 49 Hình 4 3: Môi trƣờng kiểm tra khối lƣợng tử 51 Hình 4 4: Sơ đồ kiểm tra bằng môi trƣờng C 51 Hình 4 5: Sơ đồ kiểm tra môi trƣờng VCS 52 ix
12. Hình 4 6: Dạng sóng các tín hiệu khối Quantization 52 Hình 4 7: Sơ đồ kiểm tra khối ROI 53 Hình 5 1: Mô hình mô phỏng trên phần cứng 55 Hình 5 2: Bo mạch điện tử thực hiện phô phỏng 55 Hình 5 3: Giao diện mô phỏng 56 Hình 5 4: Kết quả nén không tổn hao 58 Hình 5 5: Kết quả nén tổn hao 59 Hình 5 6: Kết quả nén ở chế độ có ROI 60 x
13. DANH SÁCH BẢNG TRANG Bảng 1 1: Kế hoạch thực hiện 7 Bảng 2 1: Giá trị gain [11] 16 Bảng 2 2: Giá trị Ri [11] 17 Bảng 2 3: Giá trị mantissa và exponent [11] 17 Bảng 2 4: Giá trị bƣớc nhảy lƣợng tử[11] 18 Bảng 3 1: Bảng tín hiệu chân và chức năng 22 Bảng 3 2: Cấu hình module FDWT 23 Bảng 3 3: Sơ đồ chân và chức năng khối lƣợng tử 31 Bảng 3 4: Thông số cấu hình khối lƣợng tử 32 Bảng 3 5: Chức năng chân tín hiệu 34 Bảng 3 6: Độ rộng bit của phƣơng pháp shift down background [9]. 44 Bảng 5 1: Kết quả nén của DUT và Cmodel chế độ Lossless level 1,2 61 Bảng 5 2: Kết quả nén của DUT và Cmodel chế độ Lossless level 3 62 Bảng 5 3: Kết quả nén của DUT và Cmodel chế độ Lossless level 4,5 62 Bảng 5 4: Kết quả nén của DUT và Cmodel chế độ Lossy level 1,2 63 Bảng 5 5: Kết quả nén của DUT và Cmodel chế độ Lossy level 3 64 Bảng 5 6: So sánh kết quả nén của DUT và Cmodel chế độ Lossy level 4,5 64 Bảng 5 7: Kết quả tổng hợp lõi nén ảnh JPEG2000 trên FPGA dòng Cyclone III 65 Bảng 5 8: Kết quả tổng hợp lõi IP nén ảnh JPEG2000 trên FPGA dòng Stratix III 66 Bảng 5 9: Thời gian nén 1 tấm hình kích thƣớc 128x128 và 256x256 67 Bảng 6 1: Bảng so sánh tài nguyên khối biến đổi FDWT 68 Bảng 6 2: Bảng so sánh độ rộng bit với 2 chuẩn hiện tại 68 Bảng 6 3: Nhƣợc điểm và hƣớng phát triển 69 xi
14. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT: JPEG Joint Photographic Experts Group MCT Multi-Components Transform ICT Irreversible Color Transform RCT Reversible Color Transform PSNR Peak to Signal to Noise Ratio MSE Mean Square Error DCT Discrete Cosin Transform FDWT Forward Discrete Wavelet Transform RTL Register Transfer Level ASIC Application-Specific Integrated Circuit FPGA Field-Programmable Gate Array IP Intellectual Property FIFO First In First Out EBCOT Embedded Block Coding with Optimized Truncation DRC Design Rule Check LVS Layout versus Schematic GDS Graphic Design System RGB Red – Green – Blue AST Avalon Streaming AMM Avalon Memory Map RAM Random Access Memory ROI Regional Of Interest xii
15. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc Trong những năm gần đây, lĩnh vực công nghệ thông tin thế giới và đặc biệt là xử lý ảnh đã đạt được những bước tiến nhảy vọt. Kèm theo đó, là sự bùng nổ của kỹ thuật mạng viễn thông và các dịch vụ, sản sinh một lượng lớn nhu cầu về lưu trữ ảnh số. Trong tình hình đó, các định dạng ảnh, tiêu chuẩn và phương pháp nén ảnh lần lượt được ra đời, phát triển và hoàn thiện. Nhiều định dạng ảnh khác nhau để mô tả việc lưu trữ một file hình ảnh như: .bmp; .tif; .pcx; .gif; .jpg Trong số đó hai định dạng .gif và .jpg (hay .jpeg) được sử dụng rộng rãi nhất do khả năng nén ảnh tốt của chúng, còn .bmp thường cho file ảnh với dung lượng lớn hơn nhiều so với .jpeg. Năm 1992, tiêu chuẩn nén ảnh JPEG – Part 1, còn được gọi là ISO/IEC 10918- 1:1994, được xuất bản. Phiên bản này định nghĩa các yêu cầu và hướng dẫn thiết yếu. Tiếp theo đó, năm 1994, JPEG-Part 2, còn gọi là ISO/IEC 10918-2:1995 được xuất bản, định nghĩa các luật kiểm tra tương thích. Các phần mở rộng tiếp theo của JPEG được xuất bản vào các năm kế tiếp. Nguyên lý của phương pháp nén JPEG là: Cắt hình ảnh thành từng khối nhỏ, phân tích tất cả các dữ liệu về màu sắc, độ sáng mà các khối đó chứa bằng các phương trình ma trận. Ảnh màu trong không gian RGB (Red, Green, Blue) được chuyển đổi qua hệ YUV. Trong khi thị giác của con người lại rất nhạy cảm với hệ Y, ít nhạy cảm hơn nhiều với hệ U, V. Hệ thống sẽ nén thành phần Y của ảnh ở mức độ ít hơn nhiều so với U và V. Kế tiếp là dùng biến đổi Cosin rời rạc, sau nữa là mã hóa theo phương pháp Hoffman. Khi giải nén ảnh, các bước thực thi sẽ làm ngược lại quá trình nói trên. Tuy nhiên, chuẩn JPEG vẫn còn một số hạn chế, và đã dần lỗi thời so với nhu cầu và sự phát triển của công nghệ thông tin trên thế giới. Ví dụ, kỹ thuật nén JPEG sẽ 1
16. làm mất thông tin lúc giải nén, càng nén với hệ số cao thì thông tin càng mất nhiều khi giải nén. Vì vậy để giải quyết vấn đề này, năm 2000, tiêu chuẩn JPEG2000 – Part 1 được xuất bản. Với JPEG2000 kỹ thuật xử lý hình ảnh sẽ đạt được những kết quả rất ngoạn mục vì có thể nén nhỏ từ 100-200 lần mà hình ảnh không sai sót bao nhiêu so với hình ảnh gốc. Nhưng đâu là điểm khác biệt để kỹ thuật JPEG2000 vượt trội hơn hẳn so với JPEG? JPEG2000 là hệ thống mã hóa hình ảnh mà kỹ thuật nén dựa trên kỹ thuật sóng ngắn (wavelet transform). Là một tiện ích toán học cho phép mô tả bằng một công thức đơn giản những gì xảy ra tại một thời điểm chính xác của tín hiệu. Với một chuỗi sóng ngắn, chỉ cần biểu diễn bằng vài công thức, đường biểu diễn không đều mà không cần phải mô tả đặc tính của từng điểm một. Và lẽ dĩ nhiên sẽ rất hữu ích khi phân tích tỉ mỉ một file ảnh kỹ thuật số. Thuật toán trong kỹ thuật JPEG2000 là chọn một số nhỏ các sóng ngắn, các sóng này được lập lại ở những nơi khác nhau, tỷ lệ khác nhau đã mô tả chính xác tín hiệu của hình ảnh. Tập dữ liệu hình ảnh nén không chứa nhiều hơn số lượng chỉ vị trí và giãn nở của từng sóng ngắn. Và kỹ thuật mã hóa theo từng khối, theo từng khu vực ưu tiên của hình ảnh (ROI -Regional Of Interest) được áp dụng cũng là một tiến bộ đáng kể trong thuật toán mã hóa JPEG2000. Có thể nói, nén ảnh bằng phương pháp JPEG2000 cho chất lượng tốt, tỷ lệ nén cao. Tuy nhiên, thuật toán phức tạp và tiêu tốn nhiều thời gian xử lý. Đối với các ứng dụng nhúng và các thiết bị cầm tay, các bộ vi xử lý đa dụng của hệ thống không đủ khả năng để thực hiện thuật toán trong thời gian thực (real time). Do vậy, các hãng thiết kế vi mạch lớn đã cho ra đời các lõi IP core và các chip IC có thể nén ảnh theo thời gian thực, cải thiện tốc độ hệ thống. Đây cũng là xu hướng phát triển tất yếu. 1.1.2. Trong nƣớc Trong nước hiện có 2 đề tài làm về thiết lõi IP JPEG2000 gồm 2
17. Đề tài 1 Tên đề tài/dự án: Nghiên cứu và thiết kế lõi IP mềm và cứng thực hiện thực hiện nén ảnh theo tiêu chuẩn JPEG2000. Chủ nhiệm đề tài/dự án: TS. Đặng Trọng Trình Cơ quan chủ trì: Trung tâm Nghiên cứu và Đào tạo Thiết kế Vi mạch Đề tài thứ 2: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm chip nén ảnh theo tiêu chuẩn JPEG2000 và chip adc đa năng thử nghiệm trong y tế. Mã số KC.01.13/11-15 Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Minh Khánh Ngọc Cơ quan chủ trì: Trung tâm Nghiên cứu và Đào tạo thiết kế vi mạch 1.2. Một số ứng dụng của JPEG2000 . Chụp ảnh y sinh Hình 1-1: Ứng dụng JPEG2000 chụp ảnh y sinh 3
18. Hình 1-2: Ứng dụng JPEG2000 trong điện ảnh . Phim “Stealth”: Bản thử nghiệm đầu tiên của phim chuẩn JPEG2000 tại liên hoan phim Tokyo, năm 2005 . Phim “The Shaggy Dog”: Bộ phim kỹ thuật số được truyền qua vệ tinh, năm 2006 . Phim “Chicken Little”: Bộ phim 3D đầu tiên với sự tham gia của DCI, năm 2005 4
19. . Phim “Corpse Bride”: Bộ phim được làm với chất lượng 4K đầu tiên dựa trên tiêu chuẩn của DCI, năm 2005 Hình 1-3: Ứng dụng JPEG2000 trong trắc địa Camera HiRISE • Dự án chụp ảnh Hỏa tinh • Lưu trữ ảnh chưa nén tới 28Gbit. • Nén ảnh tiêu chuẩn JPEG2000 và truyền vệ tinh với dung lượng tối đa 11.2 Gbit Vệ tinh SkySat-1 • Vệ tinh ra mắt tháng 11 năm 2013 • Vệ tinh thương mại ảnh độ phân giải siêu cao hỗ trợ JPEG2000 Vệ tinh World View-2 • Vệ tinh quan sát Trái Đất ra mắt tháng 10 năm 2009 • Vệ tinh thương mại ảnh độ phân giải siêu cao hỗ trợ JPEG2000 5
20. Thế giới hiện có 6 công ty phát triển chíp xử lý ảnh JPEG200 logo các công ty trong Hình 1-4 Hình 1-4: Một số công ty trên thế giới đã phát triển chíp nén ảnh JPEG2000 1.3. Mục đích của đề tài. Thực hiện chuẩn nén ảnh JPEG2000 nén trên phần cứng mạch điện tử FPGA (DE3 Atera). Giảm dung lượng hình ảnh xuống mà chất lượng hình ảnh vẫn chấp nhận được. Để kiểm tra tính khách quan trong luận văn tôi đã dùng openjpeg để kiểm tra và quá trình mô phỏng kết quả nghiên cứu bằng VCS, modelsim và quartus 2. 1.4. Nhiệm vụ của đề tài  Thực hiện giải thuật tương thích tiêu chuẩn ISO/IEC 15444-1  Hỗ trợ nén tổn hao, không tổn hao.  Hỗ trợ 3 thành phần màu 24bit trong đó 1 thành phần màu 8bit. Và 1 thành phần màu 16bit 6
21.  Hỗ trợ kích thước code block là 16x16, 32x32, 64x64.  Hỗ trợ 2D DWT với thông số lọc 5/3 và 9/7, level 1 5.  Thực hiện kiểm tra với nhiều trường hợp khác nhau  Thực hiện chương trình trên bo mạch FPGA để đánh giá tốc độ và tài nguyên. 1.5. Nhƣợc điểm đề tài  Cần một dung lượng RAM lớn để lưu dữ liệu.  Tốc độ nén với hình hớn thì chưa được thời gian thực.  Không tổng hợp lõi IP này trên ASIC. 1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu và kế hoạch thực hiện Dựa vào chuẩn nén ảnh JPEG2000 để tìm hiểu lý thuyết, tìm và chọn lọc những tài liệu liên quan đến nén ảnh. Tìm những giải thuật phù hợp và cải tiến từng khối trong chuận JPEG2000, sau đó vẽ sơ đồ khối từ khối nhỏ, tiếp theo vẽ trúc phần cứng, lập trình, quá trình kiểm tra, mô phỏng cho từng khối, sau đó tiến hành lên kế hoạch thực hiện, viết chương trình kiểm tra bằng matlab, C/C++ để kiểm tra chức năng của các khối. Bảng 1-1 là thời gian thực hiện đề tài luận văn thạc sỹ. Thời gian thực hiện: 18 tháng bao gồm: - 6 tháng thực hiện chuyên đề 1 - 6 tháng thực hiện chuyên đề 2 - 6 tháng để hoàn thành luận văn Bảng 1-1: Kế hoạch thực hiện Stt Nội dung phải thực hiện Tháng 1 Tìm tài liệu đọc và chọn lọc tài liệu uy tín liên quan đến luận văn 1 7