- 46 - KỸ THUẬT TRỪ ẢNH VÀ ỨNG DỤNG Thế Thị Hường MSV: 0121948 Email: huongttk46@gmail.com Người hướng dẫn: TS. Đỗ Năng Toàn 1. Giới thiệu Trong những năm gần đây, dữ liệu video số đã tăng lên đáng kể cùng với việc sử dụng rộng rãi các ứng dụng đa phương tiện trong giáo dục, giải trí, kinh doanh, y tế… Để xử lý một lượng dữ liệu lớn này một cách hiệu quả, người ta đã đưa ra nhiều kỹ thuật phân đoạn video, chỉ số hóa, tóm tắt video để làm giảm dung lượng video, để phân mục, chỉ số hóa và lấy dữ liệu video số lưu trữ. Báo cáo đưa ra một hướng tiếp cận dựa trên kỹ thuật trừ ảnh nhằm ứng dụng cho việc phân đoạn và một số kỹ thuật trích chọn đại diện cảnh phim nhằm giảm thiểu dung lượng video. 2. Kỹ thuật trừ ảnh và phát hiện cảnh phim Video gồm một dãy các khung hình (f 1 , f 2 , f 3 , …, f N ), mỗi khung hình là một ảnh, và có tốc độ 25 hoặc 30 hình/s. Do cấu trúc như vậy, dung lượng của video rất lớn, các khung hình liền kề lại rất giống nhau. Nếu xử lý với tất cả các khung hình thì thật không hiệu quả. Để giải quyết vấn đề này, video được phân đoạn, nghĩa là chia thành các đoạn (thường là cảnh phim), ở mỗi đoạn, chọn ra một hoặc một s ố khung hình quan trọng làm đại diện để lưu trữ. Thao tác cơ bản đầu tiên ở đây là phát hiện cảnh phim bằng việc áp dụng kỹ thuật trừ ảnh.  Kỹ thuật trừ ảnh Xét hai ảnh I 1 và I 2 có cùng kích thước và mức sáng. Trừ hai ảnh I 1 và I 2 là việc tính toán sự sai khác giữa hai ảnh đó. Sự sai khác này có thể được tính trên giá trị điểm ảnh, histogram hoặc là sai khác thống kê. Trong các kỹ thuật trừ ảnh, chúng ta giả sử các khung hình có kích thước X*Y.  Trừ giá trị điểm ảnh Phương pháp đơn giản nhất để trừ hai khung hình là tính giá trị biểu diễn sự chênh lệch tổng cộng về cường độ của tất cả các điểm ảnh tương ứng trên hai khung hình: ∑∑ − = − = −= 1 0 1 0 |),(2),(1| * 1 )2,1( X x Y y yxfyxf YX ffD  Trừ biểu đồ (Histogram) Có thể sử dụng biểu đồ màu hoặc biểu đồ mức xám. Histogram thể hiện sự phân bổ giá trị điểm ảnh của khung hình nên có thể được dùng để tính toán sự sai khác giữa hai khung hình. Cách đơn giản nhất là tính tổng sự sai khác của các cột histogram: ∑ = −= G k kHkHffD 0 |)(2)(1|)2,1( Trong đó: , H n là histogram mức xám của ảnh n; k là một trong các mức xám có thể G. Có thể sử dụng thêm trọng số cho một số mức xám quan trọng hơn với mục tiêu so sánh. Khi đó: ∑ = −= G k k kHkHaffD 0 |)(2)(1|)2,1( Với a k là trọng số của mức xám k.  Sai khác thống kê Phương pháp sai khác thống kê dựa vào phương pháp trừ giá trị điểm ảnh, nhưng thay vì tính tổng sự sai khác của tất cả các điểm ảnh, ta làm thống kê. Ta sử dụng một giá trị d là ngưỡng sai khác được tính giữa hai điểm ảnh tương ứng. - 47 - Gọi S là tập các điểm ảnh có độ sai khác lớn hơn d: S = {(x,y) \ |f1(x,y) – f2(x,y)| > d} Độ sai khác giữa hai khung hình được tính bằng tỷ lệ các điểm ảnh có độ chênh lệch lớn hơn d. YX countS ffD * . )2,1( =  Phát hiện cảnh phim Lần lượt xét từng khung hình video. Áp dụng kỹ thuật trừ ảnh để tính sự sai khác D của khung hình đó với khung hình đầu tiên của cảnh. So sánh nếu giá trị sai khác này lớn hơn ngưỡng chuyển cảnh thì có chuyển cảnh, ngược lại thì chưa có chuyển cảnh và ta lại xét khung hình tiếp theo. Từ việc phát hiện cảnh phim, video được chia thành các đoạn là các cảnh. 3. Trích chọn đại diện cho một cảnh phim Sau khi phân đoạn, mỗi cảnh sẽ được trích chọn đại diện để lưu trữ. Khung hình được chọn gọi là khung – khóa. Số khung – khóa có thể là một hoặc nhiều, tùy thuộc vào độ phức tạp của cảnh phim. Có các kỹ thuật trích chọn sau:  Chọn khung – khóa dựa vào vị trí: đầu tiên, cuối cùng, ở giữa,…  Chọn khung – khóa chọn theo đặc trưng trực quan, chẳng hạn mức xám: Sắp x ếp các khung hình trong cảnh theo thứ tự tăng dần (hoặc giảm dần) theo mức xám. Lọc cực tiểu là kỹ thuật chọn khung hình có giá trị nhỏ nhất trong dãy. Lọc cực đại là kỹ thuật chọn khung hình có giá trị lớn nhất trong dãy. Lọc trung vị là kỹ thuật chọn khung hình ở giữa của dãy. Lọc trung bình là kỹ thuật đưa ra ảnh mà các điểm ảnh có mứ c xám bằng giá trị mức xám trung bình của các điểm ảnh tương ứng trên các khung hình của cảnh phim. 4. Thực nghiệm Cài đặt thực nghiệm với kỹ thuật trừ giá trị điểm ảnh và kỹ thuật lọc trung bình và lọc trung vị cho thấy kết quả khá tốt và rất khả quan. Dung lượng có thể giảm 20 – 30 %. 5. Kết luận Trong khóa luận này, em đã nêu các kỹ thuật trừ ảnh. Để giải quyết vấn đề về không gian lưu trữ và tốc độ xử lý video, khóa luận đã đưa ra một hướng tiếp cận dựa trên kỹ thuật trừ ảnh nhằm xác định ranh giới giữa các cảnh phim và kỹ thuật lọc đa ảnh, chọn ra ảnh đặc trưng của cảnh nhằm giảm thiể u không gian lưu trữ đối với video. Tài liệu tham khảo [1] Jyrki Korpi - Anttila (2002), “Automatic color enhencement and scene change detection digital video”, Dept of Automation and Technology, Laboratory of Media Technology, Helsilki University of Technology [2] Abhishek Tiwari, Nitin Jain (2002), “Video segmentation and Video content analysis”, Indidian Institute of Technology Kanpur. . cảnh phim bằng việc áp dụng kỹ thuật trừ ảnh.  Kỹ thuật trừ ảnh Xét hai ảnh I 1 và I 2 có cùng kích thước và mức sáng. Trừ hai ảnh I 1 và I 2 là việc tính. trên kỹ thuật trừ ảnh nhằm ứng dụng cho việc phân đoạn và một số kỹ thuật trích chọn đại diện cảnh phim nhằm giảm thiểu dung lượng video. 2. Kỹ thuật trừ ảnh