Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 11777-1:2020 ISO/IEC 15444-1:2019 Hệ thống mã hóa hình ảnh JPEG 2000

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 11777-1:2020

ISO/IEC 15444-1:2019

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - HỆ THỐNG MÃ HÓA HÌNH ẢNH JPEG 2000 - PHẦN 1: HỆ THỐNG MÃ HÓA LÕI

Information technology - JPEG 2000 image coding system - Part 1: Core coding system

Lời nói đầu

TCVN 11777-1:2020 hoàn toàn tương đương ISO/IEC 15444-1:2019

TCVN 11777-1:2020 do Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện biên soạn, Bộ Thông tin và Truyền thông đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - HỆ THỐNG MÃ HÓA HÌNH ẢNH JPEG 2000 - PHẦN 1: HỆ THỐNG MÃ HÓA LÕI

Information technology - JPEG 2000 image coding system - Part 1: Core coding system

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này định nghĩa các phương pháp nén không tổn hao (bảo quản bit) và nén tổn hao để mã hóa ảnh hai mức, ảnh xám sắc độ liên tục, ảnh bảng màu hoặc ảnh màu tĩnh kỹ thuật số có sắc độ liên tục.

Tiêu chuẩn:

- Quy định quá trình giải mã để chuyển đổi dữ liệu ảnh nén thành dữ liệu ảnh tái tạo;

- Quy định cú pháp dòng mã chứa thông tin giải thích các dữ liệu ảnh nén;

- Quy định một định dạng tập tin;

- Cung cấp hướng dẫn về quy trình mã hóa để chuyển đổi dữ liệu ảnh gốc thành dữ liệu ảnh nén;

- Cung cấp hướng dẫn cách để thực hiện các quá trình này trong thực tế.

2. Tài liệu viện dẫn

Tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả sửa đổi, bổ sung (nếu có).

ITU-T T.81 | ISO/IEC 10918-1, Information technology - Digital compression and coding of continuous-tone still images: Requirements and guidelines. (Công nghệ thông tin - Nén số và mã hóa ảnh có sắc độ liên tục: Yêu cầu và hướng dẫn)

ITU-T T.84 | ISO/IEC 10918-3, Information technology - Digital compression and coding of continuous-tone still images: Extensions. (Công nghệ thông tin - Nén số và mã hóa ảnh có sắc độ liên tục: Phần mở rộng)

ITU-T T.84/Amd.1 | ISO/IEC 10918-3/Amd.1, Information technology - Digital compression and coding of continuous-tone still images: Extensions - Amendment 1: Provisions to allow registration of new compression types and versions in the SPIFF header. (Công nghệ thông tin - Nén số và mã hóa ảnh có sắc độ liên tục: Phần mở rộng - Sửa đổi 1: Các quy định cho phép đăng ký loại và phiên bản mới trong tiêu đề SPIFF)

ITU-T T.86 | ISO/IEC 10918-4, Information technology - Digital compression and coding of continuous-tone still images: Registration of JPEG Profiles, SPIFF Profiles, SPIFF Tags, SPIFF colour Spaces, APPn Markers, SPIFF Compression types and Registration Authorities (REGAUT). (Công nghệ thông tin - Nén số và mã hóa ảnh có sắc độ liên tục: Đăng ký JPEG Profile, SPIFF Profile, SPIFF Tag, các không gian màu SPIFF, các nhãn APPn, các loại nén SPIFF và cơ quan đăng ký (REGAUT))

ITU-T T.87 | ISO/IEC 14495-1, Lossless and near-lossless compression of continuous-tone still images - Baseline. (Nén không tổn hao và nén ít tổn hao ảnh có sắc độ liên tục - Cơ sở)

ITU-T T.88 | ISO/IEC 14492, Information technology - Lossy/lossless coding of bi-level images. (Công nghệ thông tin - Mã hóa tổn hao/không tổn hao ảnh đen trắng)

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11777-11:2018 (ISO/IEC 15444-11:2007 With Amendment 1:2013) Công nghệ thông tin - Hệ thống mã hóa hình ảnh JPEG 2000 - Mạng không dây

ISO/IEC 646, Information technology - ISO 7-bit coded character set for information interchange. (Công nghệ thông tin - Tập ký tự đã mã hóa 7 bit ISO để liên trao đổi thông tin)

ISO 8859-15, Information technology - 8-bit single-byte coded graphic character sets - Part 15: Latin alphabet No. 9. (Công nghệ thông tin - Tập 8 bit ký tự đồ họa đã mã hóa byte đơn - Phần 15: Bảng chữ cái Latin Số 9)

ITU-R BT.601-6, Studio encoding parameters of digital television for standard 4:3 and wide screen 16:9 aspect ratios. (Các thông số mã hóa truyền hình kỹ thuật số đối với màn hình chuẩn 4:3 và màn hình rộng 16:9)

ITU-R BT.709-5, Parameter values for the HDTV standards for production and international programme exchange. (Các giá trị tham số cho các tiêu chuẩn HDTV trong sản xuất và trao đổi chương trình truyền hình quốc tế)

IEC 61966-2-1, Multimedia systems and equipment - Colour measurement and management - Part 2-1: Colour management - Default RGB colour space - sRGB. (Hệ thống và thiết bị đa phương tiện - Kiểm soát và đo màu - Phần 2-1: Kiểm soát màu - Không gian màu RGB mặc định - sRGB)

IEC 61966-2-1/Amd.1, Multimedia systems and equipment - Colour measurement and management - Part 2-1: Colour management - Default RGB colour space - sRGB. (Hệ thống và thiết bị đa phương tiện - Kiểm soát và đo màu - Phần 2-1: Kiểm soát màu - Không gian màu RGB mặc định - sRGB)

IETF RFC 2279, UTF-8, a transformation format of ISO 10646. (UTF-8, một định dạng chuyển đổi của ISO 10646)

ISO 11664-1 (CIE S 014-1/E), Colorimetry - Part 1: CIE standard colorimetric observers. (So màu - Phần 1: Quan sát viên so màu chuẩn CIE)

ISO 14721, Space data and information transfer systems - Open archival information system - Reference model. (Hệ thống chuyển đổi dữ liệu và thông tin không gian - Hệ thống thông tin lưu trữ mở (OAIS) - Mô hình tham chiếu)

ISO 15076-1, Image technology colour management - Architecture, profile format and data structure - Part 1: Based on ICC.1:2010. (Kiểm soát màu của ảnh - Kiến trúc, định dạng và cấu trúc dữ liệu - Phần 1: Dựa trên ICC:1:2010)

ISO 26428-1, Digital cinema (D-cinema) distribution master - Part 1: Image characteristics. (Phim gốc phân phối Điện ảnh kỹ thuật số (D-cinema) - Phần 1: Đặc tính ảnh)

ISO/IEC 11578, Information technology - Open Systems Interconnection - Remote Procedure Call. (Công nghệ thông tin - Kết nối các hệ thống mở - Gọi thủ tục từ xa (PRC))

3. Thuật ngữ và định nghĩa

3.1  ëxû, Hàm giới hạn dưới (floor function)

Trả về giá trị nguyên lớn nhất không lớn hơn x.

3.2  éxù, Hàm giới hạn trên (ceiling function)

Trả về giá trị nguyên nhỏ nhất không nhỏ hơn x.

3.3  Bộ lọc khả đảo 5-3 (5-3 reversible filter)

Một cặp bộ lọc đặc biệt sử dụng trong phép biến đổi sóng con. Cặp bộ lọc khả đảo này gồm lọc thông thấp 5 phần tử và lọc thông cao 3 phần tử.

3.4  Bộ lọc không khả đảo 9-7 (9-7 irreversible filter)

Một cặp bộ lọc đặc biệt sử dụng trong phép biến đổi sóng con. Cặp bộ lọc không khả đảo này có gồm lọc thông thấp 9 phần tử và lọc thông cao 7 phần tử.

3.5  Đơn vị truy cập (access unit)

Biểu diễn mã hóa của một khung video.

3.6  AND

Toán tử logic nhị phân AND.

3.7  Bộ mã hóa số học (arithmetic coder)

Bộ mã hóa entropy chuyển đổi các chuỗi dữ liệu có độ dài thay đổi thành các mã có độ dài thay đổi (mã hóa) và ngược lại (giải mã).

3.8  Kênh phụ (auxiliary channel)

Kênh được sử dụng bởi các ứng dụng nằm ngoài phạm vi chuyển đổi không gian màu. Ví dụ, kênh mờ đục của ảnh và kênh độ sâu của ảnh đều là các kênh phụ.

3.9  Bit (bit)

Cách viết ngắn gọn của thuật ngữ “binary digit”, là đơn vị của thông tin được biểu diễn bởi 0 hoặc 1.

3.10  Mặt phẳng bit (bit-plane)

Tổ chức bit dạng mảng hai chiều. Trong tiêu chuẩn này, mặt phẳng bit dùng để chỉ tất cả các bit có cùng độ lớn trong tất cả các hệ số hoặc mẫu. Chúng có thể là mặt phẳng bit trong thành phần ảnh, khối ảnh thành phần, khối mã, vùng quan tâm hoặc thành phần khác.

3.11  Dòng bit (bit stream)

Chuỗi các bit thực tế là kết quả của quá trình mã hóa một chuỗi các ký hiệu. Nó không bao gồm các nhãn hoặc đoạn nhãn trong các tiêu đề phần chính và tiêu đề phần khối ảnh hoặc nhãn EOC. Nó bao gồm tiêu đề gói bất kỳ, nhãn và đoạn nhãn trong dòng bit không có trong các tiêu đề phần chính hoặc phần khối ảnh.

3.12  big endian

Các bit biểu diễn giá trị sắp xếp theo thứ tự từ quan trọng nhất tới ít quan trọng nhất.

3.13  Khung (Box)

Một phần của định dạng tập tin xác định độ dài và loại khung duy nhất. Một vài loại khung có thể chứa các khung khác.

3.14  Nội dung khung (box contents)

Đề cập đến dữ liệu được đóng gói bên trong cấu trúc khung. Các nội dung của một khung cụ thể được lưu trữ trong trường DBox bên trong cấu trúc dữ liệu khung.

3.15  Kiểu khung (box type)

Quy định loại thông tin sẽ được lưu trữ bởi khung. Kiểu khung cụ thể được lưu trong trường Tbox trong cấu trúc dữ liệu khung.

3.16  Byte

Tám bit.

3.17  Kênh (channel)

Thành phần logic của ảnh. Kênh có thể là đại diện trực tiếp của một thành phần ảnh từ dòng mã hoặc có thể được tạo ra bởi việc ứng dụng bảng màu cho một thành phần ảnh từ dòng mã.

3.18  Bước loại bỏ (dữ liệu thừa) (cleanup pass)

Bước mã hóa thực hiện trên một mặt phẳng bit đơn của khối mã các hệ số. Bước loại bỏ là bước đầu tiên và là bước mã hóa duy nhất cho mặt phẳng bit quan trọng đầu tiên; là bước thứ ba và cũng là bước cuối cùng với các mặt phẳng bit còn lại.

3.19  Dòng mã (codestream)

Tập hợp của một hoặc nhiều dòng bit và tiêu đề phần chính, các tiêu đề phần khối ảnh và nhãn EOC cần thiết để giải mã chúng và mở rộng vào trong dữ liệu ảnh. Đây là các dữ liệu ảnh dạng nén với tất cả các dấu hiệu cần thiết để giải mã.

3.20  Khối mã (code-block)

Một nhóm hình chữ nhật bao gồm các hệ số trong cùng một băng con của một khối ảnh thành phần.

3.21  Quét khối mã (code-block scan)

Thứ tự trong đó các hệ số trong một khối mã được truy cập trong khoảng thời gian của một bước mã hóa. Khối mã được xử lý theo dải, mỗi dải bao gồm bốn hàng (hoặc ít hơn) và có khoảng cách bằng chiều rộng của khối mã. Mỗi dải được xử lý theo từng cột từ trên xuống dưới và từ trái qua phải.

3.22  Bộ mã (coder)

Bộ phận thực hiện quá trình mã hóa hoặc giải mã.

3.23  Bước mã hóa (coding pass)

Một bước hoàn chỉnh mã hóa khối mã áp dụng các giá trị hệ số và ngữ cảnh thích hợp. Có ba bước mã hóa: bước truyền trọng số, bước làm mịn biên độ và bước loại bỏ. Kết quả của mỗi bước (sau khi mã hóa số học, nếu không sử dụng lựa chọn bỏ qua quá trình mã hóa số học) là một dòng dữ liệu ảnh nén.

3.24  Hệ số (coefficient)

Các giá trị là kết quả của một phép biến đổi.

3.25  Kênh màu (colour channel)

Kênh thực hiện chức năng như đầu vào của hệ thống biến đổi màu. Ví dụ, kênh đỏ hoặc kênh xám là một kênh màu.

3.26  Thành phần (component)

Mảng 2 chiều của các mẫu. Một ảnh điển hình bao gồm một vài thành phần, ví dụ, màu đỏ, màu xanh lá cây và màu da trời.

3.27  Dữ liệu ảnh nén (compressed image data)

Một phần hoặc toàn bộ dòng bit. Cũng có thể đề cập đến một tập hợp các dòng bit trong một phần hoặc toàn bộ dòng mã.

3.28  Trình đọc phù hợp (conforming reader)

Một ứng dụng đọc và biên dịch chính xác tập tin JP2.

3.29  Ngữ cảnh (context)

Đặc trưng của các hệ số trước đây được giải mã và sử dụng làm đặt điều kiện để giải mã hệ số hiện tại.

3.30  Ký hiệu ngữ cảnh (context label)

Chỉ số tùy ý được sử dụng để phân biệt các giá trị ngữ cảnh khác nhau. Các nhãn được sử dụng như một ký hiệu thuận tiện chứ không phải quy định.

3.31  Véc-tơ ngữ cảnh (context vector)

Véc-tơ nhị phân bao gồm các trạng thái có nghĩa của hệ số nằm trong một ngữ cảnh.

3.32  Bộ giải mã (decoder)

Bộ phận thực hiện quá trình giải mã và tùy chọn quá trình biến đổi màu.

3.33  Quá trình giải mã (decoding process)

Quá trình mà đầu vào là toàn bộ hoặc một phần của một dòng mã và kết quả đầu ra là toàn bộ hoặc một phần của ảnh được tái tạo.

3.34  Mức phản tách (decomposition level)

Tập hợp các băng con sóng con trong đó mỗi hệ số có cùng tác động không gian hoặc cùng khoảng cách đối với các mẫu thành phần gốc. Chúng bao gồm các băng con HL, LH và HH của cùng một phân tách băng con 2 chiều. Đối mức phân tách cuối cùng, gồm cả băng con LL.

3.35  Nhãn và đoạn nhãn phân giới (delimiting markers and marker segments)

Các nhãn và đoạn nhãn cung cấp thông tin về điểm bắt đầu và kết thúc trong cấu trúc dòng mã.

3.36  Biến đổi sóng con rời rạc (discrete wavelet transformation (DWT))

Một phép biến đổi được lặp đi lặp lại biến một tín hiệu thành hai hoặc nhiều tín hiệu được lọc và bị lược bỏ tương ứng với các dải tần khác nhau. Phép biến đổi này hoạt động trên các mẫu rời rạc trong miền không gian.

3.37  Bộ mã hóa (encoder)

Bộ phận thực hiện quá trình mã hóa.

3.38  Quá trình mã hóa (encoding process)

Quá trình mà đầu vào là toàn bộ hoặc một phần của dữ liệu ảnh gốc và kết quả đầu ra là dòng mã.

3.39  Định dạng tập tin (file format)

Một dòng mã và dữ liệu bổ trợ và thông tin không rõ ràng cần cho quá trình giải mã dòng mã. Các ví dụ của dữ liệu bổ trợ bao gồm các trường văn bản cung cấp thông tin đặt tên, bảo mật và lịch sử, dữ liệu hỗ trợ sự phân bố nhiều dòng mã trong một tập tin dữ liệu nhất định và dữ liệu hỗ trợ trao đổi giữa các nền tảng hoặc chuyển đổi sang các định dạng tập tin khác.

3.40  Nhãn thông tin cố định và đoạn nhãn thông tin cố định (fixed information markers and fixed information marker segments)

Các nhãn và đoạn nhãn cung cấp thông tin ảnh gốc.

3.41  Nhãn chức năng và đoạn nhãn chức năng (functional markers and functional marker segments) Các nhãn và đoạn nhãn cung cấp thông tin về các thủ tục mã hóa.

3.42  Mức phân giải lưới (grid resolution)

Độ phân giải không gian của lưới tham chiếu, quy định khoảng các giữa các điểm lân cận trong lưới tham chiếu.

3.43  Bit bảo vệ (guard bits)

Bổ sung các bit có trọng số cao nhất được thêm vào dữ liệu mẫu.

3.44  Tiêu đề (header)

Là một phần của dòng mã chứa các nhãn và đoạn nhãn (tiêu đề phần chính và tiêu đề phần khối ảnh) hoặc phần chứa dấu hiệu của gói (tiêu đề gói)

3.45  Băng con HH (HH sub-band)

Băng con thu được thông qua việc lọc thông cao theo chiều ngang rồi lọc thông cao theo chiều dọc. Băng con này góp phần vào việc tái tạo ảnh bằng cách đảo ngược lại lọc thông cao theo chiều dọc rồi đến lọc thông cao theo chiều ngang.

3.46  Băng con HL (HL sub-band)

Băng con thu được thông qua việc lọc thông cao theo chiều ngang rồi lọc thông thấp theo chiều dọc. Băng con này góp phần vào việc tái tạo ảnh bằng cách đảo ngược lại lọc thông thấp theo chiều dọc rồi đến lọc thông cao theo chiều ngang.

3.47  Ảnh (image)

Tập hợp tất cả các thành phần ảnh.

3.48  Vùng ảnh (image area)

Phần hình chữ nhật của lưới tham chiếu, được xác định bởi các độ lệch từ điểm gốc đến các phần mở rộng của lưới tham chiếu.

3.49  Độ lệch vùng ảnh (image area offset)

Số lượng các điểm lưới phía dưới và bên phải so với điểm gốc lưới tham chiếu để xác định vị trí điểm gốc của vùng ảnh.

3.50  Dữ liệu ảnh (image data)

Các thành phần ảnh và các mẫu thành phần tạo nên một hình ảnh. Dữ liệu ảnh có thể đề cập tới hoặc dữ liệu ảnh gốc hoặc dữ liệu ảnh tái tạo.

3.51  Nhãn trong dòng bit và đoạn nhãn trong dòng bit (in-bit-stream markers and in-bit-stream marker segments)

Các nhãn và đoạn nhãn cung cấp khả năng kháng lỗi.

3.52  Nhãn mang thông tin và đoạn nhãn mang thông tin (informational markers and informational marker segments)

Các nhãn và đoạn nhãn cung cấp thông tin bổ sung.

3.53  Tốc độ bit tức thời (instantaneous bit rate)

Với mỗi khung hình, tốc độ này tương ứng với kích thước dòng mã liền kề với khung hình tính theo bit nhân với tốc độ khung.

3.54  Không khả đảo (irreversible)

Một quá trình biến đổi, lũy tiến, lượng tử hóa hoặc các quá trình khác, do lỗi có tính hệ thống hoặc lỗi lượng tử hóa, không cho phép tái tạo không tổn hao. Một quá trình không thể đảo ngược chỉ dùng để nén tổn hao.

3.55  JP2

Tên của định dạng tập tin được định nghĩa trong tiêu chuẩn này.

3.56  JPEG

Sử dụng để tham chiếu tổng thể cho quá trình mã hóa và giải mã theo các tiêu chuẩn quốc tế sau đây:

- Khuyến nghị ITU-T T.81 (1992) | ISO/IEC 10918-1;

- Khuyến nghị ITU-T T.83 (1994) | ISO/IEC 10918-2;

- Khuyến nghị ITU-T T.84 (1996) | ISO/IEC 10918-3;

- Khuyến nghị ITU-T T.86 (1998) | ISO/IEC 10918-4.

3.57  JPEG 2000

Sử dụng để tham chiếu tổng thể cho quá trình mã hóa và giải mã trong tiêu chuẩn này và sự hiện diện của chúng trong các ứng dụng.

3.58  Băng con LH (LH sub-band)

Băng con thu được thông qua việc lọc thông thấp theo chiều ngang rồi lọc thông cao theo chiều dọc. Băng con này góp phần vào việc tái tạo ảnh bằng cách đảo ngược lại lọc thông cao theo chiều dọc rồi đến lọc thông thấp theo chiều ngang.

3.59  Băng con LL (LL sub-band)

Băng con thu được thông qua việc lọc thông thấp theo chiều ngang rồi lọc thông thấp theo chiều dọc. Băng con này góp phần vào việc tái tạo ảnh bằng cách đảo ngược lại lọc thông thấp theo chiều dọc rồi đến lọc thông thấp theo chiều ngang.

3.60  Lớp (layer)

Tập hợp các dữ liệu ảnh nén từ các bước mã hóa của một hoặc nhiều khối mã trong khối ảnh thành phần. Các lớp được đánh thứ tự trong quá trình mã hóa và giải mã, thứ tự của chúng phải được bảo toàn.

3.61  Không tổn hao (lossless)

Một thuật ngữ mô tả ảnh hưởng của quá trình mã hóa và giải mã toàn bộ ảnh trong đó đầu ra của quá trình giải mã giống hệt với đầu vào của quá trình mã hóa. Việc tái tạo không biến dạng được đảm bảo. Tất cả quá trình mã hóa hoặc các bước được sử dụng cho quá trình mã hóa và giải mã có thể đảo ngược.

3.62  Tổn hao (lossy)

Một thuật ngữ mô tả ảnh hưởng của quá trình mã hóa và giải mã toàn bộ ảnh trong đó đầu ra của quá trình giải mã không giống với đầu vào của quá trình mã hóa. Xuất hiện biến dạng (xét về mặt toán học). Ít nhất một trong các quá trình mã hóa hoặc các bước được sử dụng cho quá trình mã hóa và giải mã không thể đảo ngược.

3.63  Bước làm mịn biên độ (magnitude refinement pass)

Một bước mã hóa.

3.64  Tiêu đề chính (main header)

Một nhóm các nhãn và đoạn nhãn tại bắt đầu của dòng mã mô tả các tham số ảnh và tham số mã hóa có thể áp dụng cho tất cả khối ảnh và khối ảnh thành phần.

3.65  Nhãn (marker)

Một mã hai byte trong đó byte đầu tiên là FF (0xFF) hệ thập lục phân và byte thứ hai là giá trị trong khoảng từ 1 (0x01) đến FE (0xFE) hệ thập lục phân.

3.66  Đoạn nhãn (marker segment)

Một nhãn và tập các tham số đi kèm (không rỗng).

3.67  mod:

mod(y,x) = z, trong đó 0 ≤ z < x và y - z là bội số của x.

3.68  Gói (packet)

Một phần của dòng bit bao gồm tiêu đề gói và dữ liệu ảnh nén từ một lớp của một phân khu ảnh tại một mức phân giải trong khối ảnh thành phần.

3.69  Tiêu đề gói (packet header)

Một phần của gói chứa các dấu hiệu cần thiết để giải mã gói.

3.70  Nhãn con trỏ và đoạn nhãn con trỏ (pointer markers and pointer marker segments)

Nhãn và đoạn nhãn cung cấp thông tin về vị trí trong cấu trúc của dòng mã.

3.71  Phân khu ảnh (precinct)

Vùng chữ nhật của khối ảnh thành phần biến đổi, tại từng mức phân giải, được sử dụng để giới hạn kích thước gói.

3.72  Độ chính xác (precision)

Số lượng bit được chỉ định cho một mẫu, hệ số cụ thể hoặc biểu diễn dưới dạng số nhị phân khác.

3.73  Quá trình lũy tiến (progression)

Thứ tự trong một dòng mã trong đó quá trình giải mã từng bit liên tiếp đóng góp vào việc tái tạo ảnh “tốt hơn”. Cách xác định các tham số để tái tạo ảnh “tốt hơn” là một chức năng của ứng dụng. Một vài ví dụ của quá trình lũy tiến là tăng độ phân giải hoặc cải thiện độ chính xác mẫu.

3.74  Lượng tử hóa (quantization)

Một phương pháp giảm độ chính xác của các hệ số riêng nhằm giảm số lượng bit dùng cho mã hóa entropy. Quá trình lượng tử hóa được thực hiện bởi phép chia trong quá trình mã hóa và phép nhân trong quá trình giải mã. Lượng tử hóa có thể thực hiện bởi một phép toán tường minh với giá trị lượng tử cho trước hoặc bằng cách giảm (bỏ bớt) các bước mã hóa từ dòng mã.

3.75  Thứ tự quét mành (raster order)

Trình tự cụ thể của dữ liệu của loại bất kỳ trong một mảng. Thứ tự quét mành bắt đầu tại điểm dữ liệu trên cùng bên trái và di chuyển đến các điểm dữ liệu bên phải gần nhất. Sau khi đến điểm kết thúc hàng, điểm dữ liệu tiếp theo trong chuỗi là điểm dữ liệu tận cùng bên trái ngay phía dưới dòng hiện tại. Thứ tự này cứ tiếp tục cho tới khi đến được điểm cuối cùng của mảng.

3.76  Ảnh tái tạo (reconstructed image)

Ảnh ở đầu ra của bộ giải mã.

3.77  Mẫu tái tạo (reconstructed sample)

Mẫu được tái tạo bởi bộ giải mã. Nó luôn bằng với giá trị mẫu gốc trong quá trình mã hóa không tổn hao và khác giá trị này trong quá trình mã hóa tổn hao.

3.78  Lưới tham chiếu (reference grid)

Một mảng các điểm lưới chữ nhật được sử dụng làm tham chiếu cho các mảng dữ liệu chữ nhật khác. Ví dụ bao gồm các thành phần ảnh và khối ảnh.

3.79  Khối ảnh tham chiếu (reference tile)

Lưới chữ nhật phụ với kích cỡ bất kỳ được gắn với lưới tham chiếu.

3.80  Vùng quan tâm (region of interest (ROI))

Tập các hệ số thỏa mãn các tiêu chí được người dùng định nghĩa.

3.81  Mức phân giải (resolution level)

Tương đương với mức phân tách với một ngoại lệ: các băng con LL cũng là một mức phân giải riêng.

3.82  Khả đảo (reversible)

Quá trình biến đổi, lũy tiến hoặc quá trình khác không gặp lỗi có tính hệ thống hoặc lỗi lượng tử hóa, cho phép khôi phục tín hiệu không tổn hao.

3.83  Mẫu (sample)

Một phần tử trong mảng 2 chiều chứa một thành phần ảnh.

3.84  Ký hiệu phân đoạn (segmentation symbol)

Một ký tự đặc biệt được mã hóa với nội dung không đổi tại điểm kết thúc của mỗi bước mã hóa để kháng lỗi.

3.85  Lựa chọn bỏ qua quá trình mã hóa số học (selective arthmetic coding bypass)

Kiểu mã hóa trong đó một vài bước mã hóa khối mã không được mã hóa bởi bộ mã số học. Thay vào đó các bit cần mã hóa được nối trực tiếp vào dòng bit mà không cần mã hóa.

3.86  Phép dịch (shift)

Phép nhân hoặc chia với lũy thừa của 2.

3.87  Bit dấu (sign bit)

Một bit chỉ ra một số là dương (giá trị bằng 0) hoặc âm (giá trị bằng 1).

3.88  Phép biểu diễn dấu và độ lớn (sign-magnitude notation)

Biểu diễn nhị phân của một số nguyên trong đó khoảng cách tới gốc được thể hiện bằng số dương và hướng tới gốc (dương hoặc âm) thể hiện bằng một bit dấu riêng duy nhất.

3.89  Bước truyền trọng số (significance propagation pass)

Bước mã hóa hoạt động trên một mặt phẳng bit đơn của khối mã các hệ số.

3.90  Trạng thái có nghĩa (significance state)

Trạng thái của hệ số tại một mặt phẳng bit cụ thể. Nếu một hệ số, trong phép biểu diễn dấu và độ lớn, có độ lớn bit bằng 1 đầu tiên tại một mặt phẳng bit cho trước, thì được coi là “có ý nghĩa”. Nếu không, nó được coi là “không có ý nghĩa”.

3.91  Ảnh gốc (source image)

Ảnh được sử dụng tại đầu vào bộ mã hóa.

3.92  Băng con (subband)

Một nhóm các hệ số biến đổi là kết quả của một loạt các tính toán lọc thông thấp và thông cao, theo cả chiều ngang và chiều dọc.

3.93  Hệ số băng con (sub-band coefficient)

Hệ số biến đổi trong một băng con cho trước.

3.94  Phân tách băng con (sub-band decomposiontion)

Một biến đổi của khối ảnh thành phần thành các băng con.

3.95  Siêu khung (superbox)

Một khung mà bản thân nó chức một chuỗi liên tiếp các khung (và chỉ một chuỗi liên tiếp các khung). Do tập tin JP2 chứa chỉ duy nhất một chuỗi liên tiếp các khung, nên bản thân tập tin JP2 được xem là một siêu khung. Khi được sử dụng như một phần mỗi quan hệ giữa hai khung, thuật ngữ “siêu khung” đề cập đến khung trực tiếp chứa các khung khác.

3.96  Khối ảnh (tile)

Mảng các điểm lưới chữ nhật trên lưới tham chiếu, được ghi nhận bằng độ lệch từ điểm gốc lưới tham chiếu và được xác định cả chiều cao và chiều rộng. Các khối ảnh có thể chồng lấn sử dụng để xác định khối ảnh thành phần.

3.97  Khối ảnh thành phần (tile-component)

Tất cả các mẫu của thành phần ảnh cho trước trong một khối ảnh.

3.98  Chỉ số khối ảnh (tile index)

Chỉ số của khối ảnh hiện tại có phạm vi từ không đến số lượng khối ảnh trừ một.

3.99  Phần khối ảnh (tile-part)

Một phần của dòng mã chứa một vài hoặc tất cả dữ liệu ảnh nén của khối ảnh. Phần khối ảnh bao gồm ít nhất một và đến tất cả các gói tạo nên khối ảnh mã hóa.

3.100  Tiêu đề phần khối ảnh (tile-part header)

Một nhóm các nhãn và đoạn nhãn tại điểm bắt đầu của mỗi phần khối ảnh trong dòng mã mô tả các tham số mã hóa phần khối ảnh.

3.101  Chỉ số phần khối ảnh (tile-part index)

Chỉ số của phần khối ảnh trong một khối ảnh cho trước nằm trong khoảng từ không đến số lượng phần khối ảnh trừ một.

3.102  Phép biến đổi (tranformation)

Ánh xạ toán học từ không gian tín hiệu này sang không gian tín hiệu khác.

3.103  Hệ số biến đổi (transformation coefficient)

Giá trị kết quả của một phép biến đổi.

3.104  XOR

Toán tử logic OR tuyệt đối.

4. Ký hiệu và thuật ngữ viết tắt

4.1  Thuật ngữ viết tắt

4.2  Ký hiệu

0x----  Biểu thị số hệ thập lục phân

\nnn  Một số có 3 chữ số đặt sau dấu gạch chéo chỉ ra giá trị của một byte duy nhất trong chuỗi ký tự, trong đó 3 chữ số quy định giá trị bát phân của byte.

ɛ_b  Số mũ của giá trị lượng tử cho một băng con được quy định trong QCD và QCC

µ_b  Phần định trị của giá trị lượng tử cho một băng con được quy định trong QCD và QCC

M_b  Số lượng mặt phẳng bit tối đa được mã hóa trong một khối mã cho trước

N_L  Số mức phân tách được quy định trong COD và COC

Rb  Dải động của một mẫu thành phần ảnh được quy định trong SIZ

COC  Nhãn kiểu mã hóa thành phần ảnh

COD  Nhãn kiểu mã hóa mặc định

COM  Nhãn chú thích

CRG  Nhãn đăng ký thành phần

EPH  Nhãn kết thúc tiêu đề gói

EOC  Nhãn kết thúc dòng mã

PLM  Nhãn tiêu đề phần chính, độ dài gói

PLT  Nhãn tiêu đề phần khối ảnh, độ dài gói

POC  Nhãn thay đổi thứ tự lũy tiến

PPM  Nhãn tiêu đề phần chính, các tiêu đề gói được đóng gói

PPT  Nhãn tiêu đề phần khối ảnh, các tiêu đề gói được đóng gói

QCC  Nhãn thành phần lượng tử hóa

QCD  Nhãn mặc định lượng tử hóa

RGN  Nhãn vùng quan tâm

SIZ  Nhãn kích cỡ khối ảnh và ảnh

SOC  Nhãn bắt đầu dòng mã

SOP  Nhãn bắt đầu gói

SOD  Nhãn bắt đầu dữ liệu

SOT  Nhãn bắt đầu phần khối ảnh

TLM  Nhãn độ dài phần khối ảnh

5. Mô tả chung

Tiêu chuẩn này mô tả một hệ thống nén ảnh, có sự linh hoạt lớn, không chỉ cho phép nén ảnh, mà còn cho phép truy cập vào dòng mã. Dòng mã cung cấp một số cơ chế để định vị và trích chọn các phần của dữ liệu ảnh nén với mục đích truyền lại, lưu trữ, hiển thị hoặc chỉnh sửa. Việc truy cập này cho phép lưu trữ và tra cứu dữ liệu ảnh nén phù hợp với một ứng dụng nhất định, mà không cần giải mã.

Việc phân chia cả dữ liệu ảnh gốc và dữ liệu ảnh nén trong một số cách dẫn đến khả năng trích chọn dữ liệu ảnh từ dữ liệu ảnh nén để tạo thành một ảnh tái tạo có độ phân giải thấp hơn hoặc độ chính xác thấp hơn hoặc một vùng của ảnh gốc. Điều này cho phép kết hợp dòng mã với các kênh truyền dẫn, thiết bị lưu trữ hoặc thiết bị hiển thị với kích thước bất kỳ, mà không cần quan tâm đến số lượng chính xác thành phần ảnh và mẫu của ảnh gốc. Dòng mã có thể được thao tác mà không cần giải mã để đạt được trật tự sắp xếp hiệu quả hơn bằng ứng dụng nhất định.

Như vậy, các tính năng phức tạp của tiêu chuẩn này cho phép sử dụng hiệu quả một dòng mã duy nhất với một số ứng dụng. Ví dụ, các thiết bị có nguồn hình ảnh lớn nhất có thể cung cấp một dòng mã dễ dàng xử lý với các thiết bị hiển thị hình ảnh nhỏ nhất.

Nói chung, tiêu chuẩn này nói về lĩnh vực: không gian (các mẫu), phép biến đổi (các hệ số) và các dữ liệu ảnh nén. Một số đối tượng (ví dụ, khối ảnh thành phần) có ý nghĩa đối với cả ba lĩnh vực. Các đối tượng khác (ví dụ, khối mã hoặc gói) chỉ có ý nghĩa trong một lĩnh vực (ví dụ, phép biến đổi và dữ liệu ảnh nén, tương ứng). Việc chia tách của một đối tượng thành nhiều đối tượng vào cùng một lĩnh vực (ví dụ, thành phần ảnh thành khối ảnh thành phần) được mô tả riêng cho từng lĩnh vực.

5.1  Mục đích

Có bốn yếu tố chính được mô tả trong tiêu chuẩn này:

- Bộ mã hóa: Biểu hiện của quá trình mã hóa. Một bộ mã hóa lấy dữ liệu và các thông số kỹ thuật ảnh gốc kỹ thuật số ở đầu vào, bằng một tập hợp các thủ tục tạo ra dòng mã ở đầu ra.

- Bộ giải mã: Biểu hiện của quá trình giải mã. Một bộ giải mã lấy dữ liệu và các thông số kỹ thuật của ảnh nén ở đầu vào và bằng một tập hợp các thủ tục cho trước tạo ra dữ liệu ảnh tái tạo kỹ thuật số ở đầu ra.

- Cú pháp dòng mã: Biểu diễn của dữ liệu ảnh nén bao gồm tất cả các thông số kỹ thuật mà quá trình giải mã yêu cầu.

- Định dạng tập tin tùy chọn: Định dạng tập tin tùy chọn để trao đổi giữa các môi trường ứng dụng. Dòng mã có thể được sử dụng với các định dạng tập tin khác hoặc đứng một mình mà không cần định dạng tập tin này.

5.2  Dòng mã

Dòng mã là một dòng bit tuyến tính từ bit đầu tiên đến bit cuối cùng. Để thuận tiện, nó có thể được chia thành các byte (8-bit), điểm bắt đầu với bit đầu tiên của dòng mã, với bit "đầu" trong một byte được xem như là bit quan trọng nhất của byte cho trước, ví dụ, biểu diễn hệ thập lục phân. Dòng byte này có thể được chia thành các nhóm byte liên tiếp. Biểu diễn giá trị hệ thập lục phân đôi khi mặc nhiên được thừa nhận trong các văn bản khi mô tả các byte hoặc một nhóm các byte mà không có biểu diễn giá trị số "tự nhiên" nào.

5.3  Các nguyên tắc mã hóa

Các thủ tục chính của tiêu chuẩn này được thể hiện trong Hình 5.1. Hình này cho thấy chỉ quá trình giải mã là theo trình tự. Dữ liệu ảnh nén ấn định khái niệm cho từng phần dữ liệu ảnh. Các thủ tục được trình bày trong phụ lục theo trình tự của quá trình giải mã. Quá trình mã hóa được tóm tắt như bên dưới.

CHÚ THÍCH 1: Các phụ lục từ A đến I là quy định của tiêu chuẩn này. Tuy nhiên, một số mục nhỏ được ký hiệu, ghi chú và tất cả các ví dụ chỉ mang tính tham khảo.

Đa phần ảnh có nhiều thành phần. Tiêu chuẩn này có một phép biến đổi nhiều thành phần để giải tương quan ba thành phần. Đây là chức năng duy nhất trong tiêu chuẩn này liên hệ các thành phần với nhau (xem Phụ lục G).

Các thành phần ảnh được chia thành các khối ảnh. Khối ảnh thành phần là các mảng hình chữ nhật có liên hệ với các phần tương tự khác của từng thành phần tạo nên ảnh. Như vậy, việc cắt lát ảnh thực sự tạo ra các khối ảnh thành phần có thể trích chọn hoặc giải mã độc lập với nhau. Khối ảnh độc lập này cung cấp một trong những phương pháp để trích chọn một vùng ảnh (xem Phụ lục B).

Các khối ảnh thành phần được phân tách thành các mức phân tách khác nhau bằng cách sử dụng phép biến đổi sóng con. Các mức phân tách chứa một số băng con gắn với các hệ số mô tả đặc tính tần số trọng không gian theo chiều ngang và theo chiều dọc của các khối ảnh thành phần gốc. Các hệ số cung cấp thông tin tần số của một khu vực cục bộ, chứ không phải toàn bộ hình ảnh giống như trong phép biến đổi Fourier. Do đó, một lượng ít các hệ số hoàn toàn có thể mô tả một mẫu duy nhất. Mỗi mức phân tách liên quan đến mức phân tách tiếp theo bởi độ phân giải không gian. Tức là, ảnh sau khi phân tách một băng con có độ phân giải theo chiều ngang và chiều dọc bằng nửa so với độ phân giải của băng con đó. Các hình ảnh độ phân giải thấp hơn so với ảnh gốc được tạo ra bằng cách giải mã một tập con được chọn từ các băng con này (xem Phụ lục F).

Mặc dù có rất nhiều hệ số cũng như các mẫu, nội dung thông tin có xu hướng tập trung ở một vài hệ số. Thông qua lượng tử hóa, nội dung thông tin của phần lớn các hệ số có độ lớn nhỏ sẽ bị rút gọn (Phụ lục E). Quá trình xử lý bổ sung bởi các bộ mã hóa entropy làm giảm số bit cần thiết để biểu diễn các hệ số đã lượng tử hóa, đôi khi đáng kể so với ảnh gốc (xem phụ lục C, D và B).

Hình 5.1 - Sơ đồ khối chi tiết kỹ thuật

Các băng con riêng của một khối ảnh thành phần được chia tiếp thành các khối mã. Các mảng hệ số hình chữ nhật này có thể trích chọn độc lập. Các mặt phẳng bit đơn các hệ số trong một khối mã được mã hóa bằng ba bước mã hóa. Mỗi bước mã hóa này thu thập thông tin theo ngữ cảnh về dữ liệu ảnh nén trong mặt phẳng bit (xem Phụ lục D). Một bộ mã hóa số học sử dụng thông tin theo ngữ cảnh này và trạng thái nội bộ, để giải mã dòng bit nén (xem Phụ lục C). Các cơ chế chấm dứt khác nhau cho phép trích chọn độc lập các mức khác nhau của dữ liệu ảnh nén trong bước mã hóa này.

Các dòng bit dữ liệu ảnh nén được tạo ra từ các bước mã hóa được nhóm trong các lớp ảnh. Các lớp ảnh là nhóm các bước mã hóa bất kỳ từ các khối mã (xem Phụ lục B).

CHÚ THÍCH 2 : Mặc dù có sự linh hoạt tuyệt vời trong phân lớp, giả thiết là mỗi lớp ảnh kế tiếp góp phần vào hình ảnh chất lượng cao hơn.

Các hệ số băng con tại mỗi mức phân giải phân chia thành các vùng chữ nhật gọi là phân khu ảnh (xem Phụ lục B).

Các gói là đơn vị cơ bản của dòng mã nén. Một gói chứa dữ liệu ảnh nén từ một lớp của phân khu của mức phân giải của khối ảnh thành phần. Các gói cung cấp một phương pháp khác để trích chọn một vùng không gian độc lập từ dòng mã. Các gói này được xen kẽ trong dòng mã sử dụng một vài phương pháp khác nhau (xem Phụ lục B).

Một cơ chế được cung cấp cho phép các dữ liệu ảnh nén tương ứng với vùng quan tâm trong các khối ảnh thành phần ban đầu được mã hóa và được đặt trước trong dòng bit (xem Phụ lục H).

Một số cơ chế được cung cấp cho phép phát hiện và che giấu các bit lỗi có thể xuất hiện trên một kênh truyền nhiễu (xem D.5 và J.7).

Các dòng mã liên quan đến khối ảnh được tổ chức trong các gói, được bố trí trong một hoặc nhiều phần khối ảnh. Tiêu đề phần khối ảnh, bao gồm một loạt các nhãn và các đoạn nhãn, chứa thông tin về các cơ chế khác nhau và các kiểu mã hóa cần thiết để định vị, trích chọn, giải mã và tái tạo lại tất cả khối ảnh thành phần. Tại điểm bắt đầu của toàn bộ dòng mã là tiêu đề chính, bao gồm các nhãn và các đoạn nhãn cung cấp thông tin tương tự, cũng như thông tin về ảnh gốc (xem Phụ lục A).

Các dòng mã tùy chọn đóng gói trong một định dạng tập tin cho phép các ứng dụng biên dịch ý nghĩa và các thông tin khác của ảnh. Định dạng tập tin có thể chứa dữ liệu bên cạnh dòng mã (xem Phụ lục I).

Trong tài liệu, các thủ tục chia ảnh gốc như sau:

- Các thành phần của ảnh được chia thành các khối ảnh chữ nhật. Khối ảnh thành phần là đơn vị cơ bản của ảnh gốc hoặc ảnh tái tạo.

- Thực hiện phép biến đổi sóng con trên khối ảnh thành phần tạo ra các mức phân tách.

- Các mức phân tách tạo thành từ các băng con của các hệ số mô tả các đặc tính tần số của các khu vực cục bộ (chứ không phải trên toàn bộ khối ảnh thành phần) của khối ảnh thành phần.

- Các băng con của các hệ số được lượng tử hóa và tập hợp vào các mảng chữ nhật của khối mã.

- Mỗi mặt phẳng bit của các hệ số trong một khối mã được mã hóa entropy bằng ba bước mã hóa.

- Một vài hệ số có thể được mã hóa đầu tiên để cung cấp một vùng quan tâm.

Tại điểm này, các dữ liệu ảnh hoàn toàn chuyển đổi thành dữ liệu ảnh nén. Các thủ tục lắp ráp lại các đơn vị dòng bit vào dòng bit như sau:

- Các dữ liệu ảnh nén từ các bước mã hóa được thu thập trong các lớp.

- Các gói là dữ liệu ảnh nén được cấu tạo từ một phân khu ảnh của một lớp duy nhất của một mức phân giải duy nhất của một khối ảnh thành phần duy nhất. Các gói là đơn vị cơ bản của dữ liệu ảnh nén.

- Tất cả các gói từ một khối ảnh được xen kẽ theo một trong các thứ tự và được đặt trong một hoặc nhiều phần khối ảnh.

- Các phần khối ảnh có một mô tả tiêu đề phần khối ảnh và có thể được xen kẽ theo một số thứ tự.

- Các dòng mã có tiêu đề chính tại điểm bắt đầu mô tả ảnh gốc và kiểu khai triển và mã hóa khác nhau.

- Các định dạng tập tin tùy chọn mô tả ý nghĩa của ảnh và các thành phần của nó theo ngữ cảnh của ứng dụng.

6. Các yêu cầu của bộ mã hóa

Quá trình mã hóa chuyển đổi dữ liệu ảnh gốc thành dữ liệu ảnh nén. Các phụ lục A, B, C, D, E, F, G và H mô tả quá trình mã hóa. Tất cả quá trình mã hóa chỉ mang tính tham khảo.

Bộ mã hóa là bộ phận thực hiện quá trình mã hóa. Để tương thích với tiêu chuẩn này, bộ mã hóa sẽ chuyển đổi dữ liệu ảnh gốc thành dữ liệu ảnh nén phù hợp với cú pháp dòng mã được quy định tại Phụ lục A.

7. Các yêu cầu của bộ giải mã

Quá trình giải mã chuyển đổi dữ liệu ảnh nén thành dữ liệu ảnh tái tạo. Các phụ lục từ A đến H mô tả và quy định quá trình giải mã. Tất cả quá trình giải mã là quy định bắt buộc.

Bộ giải mã là bộ phận thực hiện quá trình giải mã. Để tương thích với tiêu chuẩn này, bộ giải mã sẽ chuyển đổi toàn bộ hoặc một phần cụ thể của dữ liệu ảnh nén bất kỳ phù hợp với cú pháp dòng mã được quy định tại Phụ lục A thành một ảnh tái tạo.

Không có quy định hoặc yêu cầu cài đặt nào đối với bộ mã hóa và giải mã. Trong một số trường hợp, các mô tả sử dụng các kỹ thuật cài đặt cụ thể với mục đích minh họa.

7.1  Các yêu cầu cú pháp dòng mã

Phụ lục A mô tả cú pháp dòng mã định nghĩa biểu diễn mã hóa của dữ liệu ảnh nén để trao đổi giữa các môi trường ứng dụng. Mọi dữ liệu ảnh nén được thực hiện theo cú pháp và gán mã thích hợp cho các quá trình mã hóa được định nghĩa trong tiêu chuẩn này.

Tiêu chuẩn này không bao gồm quy định về tuân thủ hoặc tương thích. Các giá trị tham số của cú pháp được mô tả trong Phụ lục A không nhằm để miêu tả các khả năng yêu cầu phải tuân thủ.

7.2  Các yêu cầu định dạng tập tin tùy chọn

Phụ lục I mô tả định dạng tập tin tùy chọn có chứa dữ liệu đặc tả về hình ảnh bổ sung cho dòng mã. Dữ liệu này cho phép hiển thị hoặc in ở độ phân giải cụ thể. Các định dạng tập tin tùy chọn, khi được sử dụng, phù hợp với cú pháp định dạng tập tin và gán mã thích hợp cho quá trình mã hóa được định nghĩa trong tiêu chuẩn này.

8. Các yêu cầu ứng dụng

Không có quy định hoặc yêu cầu ứng dụng nào đối với tiêu chuẩn này. Trong một số trường hợp, các mô tả sử dụng các kỹ thuật ứng dụng cụ thể với mục đích minh họa.