Chương 1. GIGI THIỆU TONG QUAN DE TÀI 1.2Hướng nghiên cứu đề tài.3Mục tiêu đề tài.4Phương pháp thực hiỆn. - ¿<5 tt EerrkrrkerrkskrkrkrrrrrrersvÐ Chương2.1Discrete Cosin Transform (DCT).3Run Length Encoding (RLE).-- c5 sxsksverevekeekrerrrrrree 6 Chương 3. DE XUẤT KIEN TRÚC THIET KẾ.1 Đề xuất kiến trúc tổng quan.2Mô tả DCT Image Compression (DCT IC).1 Phân tích thiết kế của DCT IC.3Đề xuất kiến trúc chỉ tiẾt.1 Thiết kế của Color Conversion (CC).2 Thiết kế khối Chroma Subsampling 3.3 Thiết kế khối Block Line Buffer 8x8.
Thiết kế khối DCT 3.5 Thiết kế của DCT-Id 3.6 _ Thiết kế khối Transpose. Thiết kế khối Quantization.8 _ Thiết kế khối Zig-zag. Thiết kế khối RLE.10 Thiết kế khối Huffman Encoding .11 Thiết kế khối Multiplier Floating Point Single Precision.12 Thiết kế khối Adder Floating Point Single Precision. KET QUA MO PHONG - TONG HỢP TAI NGUYÊN.1 Phuong pháp đánh giá .2Kết quả mô phỏng và tổng hợp tai nguyÊn.1 Multiplier Floating Point Single Precision .2 Adder Floating Point Single Presion.3 Color COTV€TSIOIN.cc 22vvt 222 Error 65 4.2 Sắc DO Cb.
TT HH HH Hết70 4. St ng ng grưệp71 4.7 Zig zag Del(a.-----cc 55 5ccccc+ccccrcreeeree 74 4.10 DCT Image Compre$SiOH.3Kết quả đạt được Chương 5. KÉT LUẬN VÀ HƯỚNG PHAT TRIEN DE TÀI.1KẾt Wa ees eeceessssseesccccssssseeeeccecsssnnssscecesnnnnsseeceessnsnnnseeecessnnmeseeeesnnnmeeseeeeente 87 5.2Khó khăn gặp phải 5.3Hướng phát triỀn.2--2¿©VV++++2EEE+++22EE112222211112272112222111 2221 xe 88 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Theo thống kê của Photutorial ngày 27/08/2022.2: Hình vệ tinh trong bài bao Hình 2.1: DCT biểu diễn dưới dạng bảng Hình 2.2: Minh họa cho CC Hình 2.6: Minh hoa Quantization Hinh 2.7: Zig zag Hinh 2.8: Minh hoa cho Zig zag Hình 2.9: So dé giải thuật Run length Hình 2.10: Minh họa cho số DC.11: Tính số DC các Block tiếp theo.12: Sơ đồ giải thuật Huffman Encoding.13: Chuỗi ví dụ Huffman .14: Minh họa sắp xếp HM.15: Minh họa cây nhị phân.16: Minh hoa tạo mã HM.17: Minh họa thay đổi ký tự bằng mã HM.18: Minh họa lưu bảng mã HM Hình 3.1: Mô hình DCT Image Compression.2: Interface của DCT IC Hình 3.3: Sơ đô khối của DCT_IC Hình 3.4: Interface của DCT_IC DATAPATH Hình 3.5: Sơ đồ khối của DCT_IC DATAPATH .6: Interface của DCT_IC CONTROL.7: Sơ đô khối của DCT_IC CONTROL Hình 3.8: Kiến trúc chỉ tiết của DCT_IC.9: Interface Color Conversion.10: Sơ do khối của CC Hình 3.11: Interface của khối CS Hình 3.12: Sơ đô khói của khối CS.13: Interface của khối Block Line Buffer 8x8 Hình 3.14: Sơ đồ khối của Block Line Buffer 8x8 Hình 3.15: Minh họa cách di chuyển của Line Buffer.16: Interface của DCT Hình 3.17: Sơ đô khối của DCT -2d veseccscscscscesesesesssvsvsvesvesesesesestsvavsvsveeussesesesesvaes 3ó Hình 3.18: DCT Chưa TÚÍ ĐỌH. - cv kg kg kg rry 36 Hình 3.
HH HH kg rry 37 Hình 3.20: Sơ đô khối của DCT- ]d.21; Interface của 4_MAC.-scccck+stkskEhkkitirtrerrreerkesrkrree 38 Hình 3.22: Sơ đô khối của 4_MAC.23: Interface của TranspoSe wo.24: Sơ đô khối của TTdIISJĐOS.- 55c SE EEE‡EE2E2EEEEEEEEEEerkerkereses 41 Hình 3.25: Interface (QHđHflZGfÏOHH. cv tk kg key 42 Hình 3.26: Sơ đô khối của khối Quanti@fiOII.-©5:©52 552 5+eccc>xczcsrxereeres 44 Hình 3. ch KH TH HH HH, 46 Hình 3.28: Sơ đô khối của Zig- ZA .29: Interface của NL. ác tt tk HT ng ng Hy 47 Hình 3.30: Mô tả 7 Dit dấu .31: Sơ đô khối của ÑLE.32: Interface khối Huffman Eneodigg.-----+©-s-5scce>cccc+cesreeres 49 Hình 3.33: Sơ đô khối Huffman Coding vesceccecscesscsscessessessvessessessessesseesessssssesseeseess 31 Hình 3.-ccsccS+cETtHEHnHHH HH ệu 51 Hình 3.35: Sơ đô chuyển trang thái của Tree veecceccescesssescessessesseesvesessesssessesseeseess 53 Hình 3.36: Sơ đô chuyển trạng thải của Coimbie .- 2-2-5255 5c+ce+cecsrses 53 Hình 3.37: Interface Multiplier FP-32 Bit .- - -- ccknk vi kikrsersseeesseeree 54 Hình 3.38: Sơ đô khói của Multiplier FP-322bii.39: Interface của Adder F'P-.- c5 cv kEESseEkeeerseeerrseeree 56 Hình 3.40: Sơ đô khối Adder FP-32Dit.--c----cccccc5cvvtsvEEtterrrrrterrrrrrrerrrrrrrerree 60 Hình 4.2: Mô phỏng các trường hop đặc biệt mach nhân FP-32bI.3: Mô phỏng các trường hợp ngẫu nhiên mạch nhân FP-32bit.4: Mô phỏng các trường hợp đặc biệt mạch cộng FP-32bi.5: Mô phỏng các trường hợp đặc biệt mạch cộng FP-32bi.6: Mô phỏng Color COHV€FSÍOH.- SG SE EiEtsekererreeeskrererrre 65 Hình 4.7: Mô phỏng Color COnVersion Yii.8: Mô phỏng Color conversion CT.
«cv skksee 66 Hình 4.9: Mô phỏng Color Conversion ẤT. 25 KV set 67 Hình 4.10: Mô phỏng Chroma SuDSaIHDÏÏTđ.11: Mô phỏng DCTT-2)(d. c3 1193 9v vn HH ng nh như 69 Hình 4.12: Mô phỏng DCTT- Ïí. 11k 9n ng nh nh nh rưy 70 Hình 4.13: Mô phỏng TTAHLSDOS€.
TQ tk HT HH HH rệt 71 Hình 4.15: MG PRONG Zig ZAG 0n.17: Mô phỏng Huffman Encoding .16: Mô phỏng DCT Image Compression .19: Tinh toán PSNR trên phan mém Python .20: Giải nén lại tắm hình ban AGU ccecccccceccscssesescesssescecssesveseseevesesvevecesvevene 78 Hình 4.26: Hình giải nén | Ï2]L. cv nh HH Hy rệt 62 Hinh 592209.28: Hình giải nén tat liệu [ 2]L.- Sc St EshEsirtserseerssersrrererrre 63 Hình 4.29: Decode BAqr@FA.30: Hình giải nén tài lIỆM [ lỐ .- c5 S25 ESStE++vESeeEseekeexseeseesss 84 Hình 5.1: Lỗi tràn tài nguyen cescecscscscsssesssessesssesssesssssssssesssecsssssssssessuecssssesssecsssess 88 Hình 5.2: Synthesis không có lỗi và cảnh báo.----s- 2©ce+ce+eecxeceererrrses 88 DANH MỤC BANG Bảng 1.1: Mục tiêu dé tài.1: Bảng lượng tử LUIHA.à ch ghi gi rệt Il Bang 2.2: Bang lượng tử CTFOIHAQ. So kg nhện Il Bang 3.1: Mô ta tín hiệu interface của DCT ÏC,.2: Mô tả các thành phan chính trong DCT"_IC.- c5 scs+cscses 22 Bang 3.3: Mô tả các tín hiệu interface cua DCT_IC DATAPATH.4: Mô tả các khối trong DCT_IC DATAPATTH.-©-s©sz+cscccsze: 25 Bảng 3.5: Mô tả các tín hiệu interface cua DCT_IC CONTROL.6: Mô tả các khối trong DCT_IC CONTROL.- 2+5 ©sece+c+esss 26 Bang 3.7: Mô tả tín hiệu interface của Color CO'V€TSÌOTI.8: Mô tả tin hiệu interface của khối CS .9: Mô tả tín hiệu interface của khối Line BUÍGF.ĂcẶẶĂẰSissekieeese 32 Bảng 3.10: Mô tả tín hiệu interface của DCTT,.11: Mô tả các khối con trong DCT-2d.12: Mô tả tín hiệu interface của DCTT- lở.---c «<< s<+<<+sse+ses 38 Bang 3.13: Mô ta tin hiệu interface của 4_ MAC.e«<S<s «<< ++se+ss 39 Bang 3.14: Mô tả tín hiệu interface của TTANSPOSE .cằ S5 Sex 40 Bảng 3.15: Mô tả tín hiệu interface của khối Quantization.16: Mô tả tín hiệu interface của khối V424.17: Mô tả tin hiệu interface của khối RLE.18: Mô tả tin hiệu interface của Huffman Encoding.19: Mô tả tin hiệu interface của khối Multiplier FP-32bit.20: Mô ta các khối bên trong khói Multiplier FP-32bii.21: Mô ta tín hiệu interface của khối Adder FP-32bil.22: Mô tả các khối con bên trong khối Adder FP-32bit.1: Mô tả mô phỏng các trường hop đặc biệt mach nhân FP-32bit .2: Mô ta các trường hợp ngẫu nhiên mach nhân FP-32bit.3: Mô tả mô phỏng các trường hop đặc biệt mach cộng FP-32bit.4: Mô tả mô phỏng các trường họp đặc biệt mạch cộng FP-32bit.5: Tổng hop tài nguyên phan cứng mach cộng FP-32bii.6: Tổng hợp tài nguyên phan cứng mach Color Conversion.7: Mô phỏng Color CONV€FSIOH Ÿ.8: Mô phỏng Color Conversion C.csc se ssskssksseeeeexeersserrres 66 Bang 4.9: Mô phỏng Color CONVerSION T.10: Tổng hợp tài nguyên phan cứng mach Chroma Subsampling.11: Mô phỏng Chroma SUubsampling .12: Mô phỏng DCT -20 o.13: Tổng hợp tài nguyên phan cứng mạch DCT.-- 5c scs+cs+s+ 69 Bang 4.14: Mô phỏng DCTT- Ï.v tk kg kg ngư 70 Bang 4.15: Tổng hợp tài nguyên phan cứng mach Quantization.16: Mô phỏng Quantization. Gv kg 72 Bang 4.17: Tổng hợp tài nguyên phan cứng mạch Zig z4§.18: Tổng hợp tài nguyên phan cứng mạch RLE.19: Tổng hợp tài nguyên phan cứng mach Huffman Encoding.20: Thông tin nen ÄHH X€ CAM .21: Thông tin nén Anh EA.
cv tk HH 52 Bảng 4.22: Thông tin nén ảnh FB. ch iệt 83 Bang 4.23: Thông tin nén ảnh Barbara .24: Tổng hợp tài nguyên phan cứng mach DCT Image Compression.25: Kết quả so sánh với các bài báo KNAC.1: Muc tiéu dé ra va kết quả GAL đẨƯỢC eceeseccescessceenscesnecesseeeneetenseneasenaees $7 Bảng 5.2: Các cải tién trong mậCH. ¿+ 2252-52 St‡EE‡EE‡EE£EE+EEEtEEerkerkersrreres 87 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DCT _IC DCT Image Compression JPEG Joint Photographic Experts Group DCT Discrete Cosin Transform CC Color Conversion CS Chroma Subsampling ZZ, Zig zag RLE Run Length Encoding HE Huffman Encoding FP-32 Floating Point 32 bit TOM TAT KHÓA LUẬN Trong khóa luận này, nhóm sẽ hiện thực phương pháp nén ảnh mất mát Discrete Cosin Transform trên FPGA dé tối ưu thêm tốc độ và hiệu suất cho việc nén ảnh. Trong đó, mô hình có kết hợp với các phương pháp nén khác như: Color Conversion, Choroma Subsampling, Quantization, Zig-zag, Delta Encoding, Run Length encoding, Huffman Encoding dựa trên phương pháp nén anh JPEG (phương pháp nén anh duoc sử dung nhiéu nhat trén thé gidi).
Mô hình được sử dụng thuật toán FDCT bằng cách thu gọn độ thưa của ma trận trong miễn tần số giảm dé đạt được hiệu suất tính toán cao hơn. Bên trong mô hình, nhóm sử dụng kiểu dữ liệu là dau cham động với độ chính xác đơn. Dé tat cả các bước được thực hiện trên FPGA nhóm đề xuất bộ chuyên từ số decemal sang floating và ngược lại. Kết quả sai số lớn nhất của mô hình khi so sánh với mô hình phần mềm tự tạo là 24.47 qua 1000 tâm ảnh.
Tan số tối đa mà nhóm đạt được là 100,7 MHz, năng lượng mạch sử dụng là 2401 W, tỉ số PSNR TB là 30.5 ,hiệu suất thời gian của bộ mã hóa là: 200-250 Frames/Sec. Kết quả sẽ được đánh giá bao gồm: e Tỉ số nén và PSNR so với ảnh gốc. e Tài nguyên phan cứng. Việc đánh giá các thông số này sẽ được thực hiện trên phần mềm Vivado của Xilinx.
e Tổng thời gian thực thi và hiệu suất thời gian so với các mô hình tương tự. GIỚI THIEU TONG QUAN ĐÈ TÀI 11 Dat van dé Việc lưu trữ va truyền tai dữ liệu vẫn là một trong những van dé cần thiết từ trước đến nay. Huống chi chúng ta đang sống trong thời đại công nghệ 4.0, mọi dữ liệu được truyền tải, lưu trữ, xử lý trên Cloud. Hình ảnh là dữ liệu quan trọng bởi vì nó được tạo ra liên tục (Hình 1.7 tỷ bức ảnh được 1.3 tỷ bức ảnh được Có khoảng 136 tỷ bức chụp môi ngày chia sẽ mỗi ngày ảnh Hình 1.1: Theo thống kê của Photutorial ngày 27/08/2022 Vi vậy các nhà nghiên cứu không ngừng phát triển nhiều phương pháp biến đồi, nén dé tôi ưu các dit liệu.
Nén ảnh có 2 loại mat mát và không mat mát. Nén không mat mát được ưa thích cho mục đích lưu trữ và thường cho hình ảnh y tế, bản vẽ ky thuật, clip art hoặc truyện tranh. Các phương pháp nén có mất mát, thường được sử dụng trong lưu trữ và truyền tai dé tiết kiệm bộ nhớ và băng thông. Chúng đặc biệt phù hợp với các hình ảnh tự nhiên, bức ảnh trong các ứng dụng mà sự suy giảm chat lượng không thé nhận ra hoặc có thé chấp nhận được.
Ngày nay DCT và DWT là các kỹ thuật nén ảnh phé biến nhất. Cả hai đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. DWT có thé nén mat mát và không mat mát ma không làm mất nhiều thông tin của hình ảnh nhưng cần nhiều tài nguyên để xử lý hon. DCT chỉ tập trung vào nén mat mát nên tỉ xuất nén sẽ 6n định hơn và cần ít tài nguyên dé xử lý hon[2].
Một trong trong những thuật toán nén mất dữ liệu được sử dụng rộng rãi là thuật toán JPEG. Thuật toán hoạt động trên DCT. [6][9][15] e_ Các tệp JPEG có khả năng nén rất cao.