Bài giảng Xử lý ảnh - Chương 4: Phần mềm xử lý ảnh

 47 
CHƯƠNG 4 
PHẦN MỀM XỬ LÝ ẢNH 
4.1 GIỚI THIỆU 
Những phần khác của cuốn sách này sẽ nhằm vào các thuật giải sử dụng trong xử 
lý ảnh số và các thành phần phần cứng để thực hiện những công nghệ này. Trong 
chương này, chúng ta sẽ nói về sự tổ chức của những chương trình máy tính thực 
hiện các phép toán. Đặc biệt, chúng ta sẽ xem xét phần mềm được thiết kế, phát triển 
và đưa ra cho người sử dụng như thế nào. Kiến thức về quá trình này có ích đối với 
các nhà phát triển và cũng như người sử dụng. Đối với các nhà phát triển, nó có thể 
tránh sự cố gắng uổng phí và sự thực hiện chán ngắt. Đối với người sử dụng, nó có 
thể trợ giúp sự định giá phần mềm và sự thực hiện dự án. 
Chương này cung cấp một cái nhìn khái quát về những chủ đề quan trọng nêu 
trên. Chúng tôi lưu ý rằng sự quan trọng của những vấn đề đó có liên quan đặc biệt 
đến biểu diễn số và chỉ ra nhiều tài liệu quan trọng về chủ đề này. 
Trong dạng đầy đủ nhất của nó, như với sản phẩm phần mềm thương mại, quá 
trình phát triển phần mềm bao gồm nhiều giai đoạn. Pha thiết kế nhận thức thiết lập 
các đặc tính hoạt động và hàm cơ bản, sau đó một thuật giải sẽ nghiên cứu.......hạn 
chế những công nghệ có thể thực hiện được. Tiếp theo, pha mã hoá tạo ra......đầu 
tiên... bộ phần mềm. Trong pha chạy thử và duyệt lại, những thiếu sót về kỹ thuật sẽ 
được sửa chữa và những ý tưởng mới sẽ được hợp nhất vào chương trình. Sự cung 
cấp tài liệu người sử dụng miêu tả cách thức điều khiển hệ thống và sự cung cấp tài 
liệu công nghệ giải thích cấu trúc vật lý và logic của nó. Cuối cùng, phần mềm được 
phát hành và hỗ trợ trên thị trường. Hoạt động sau cùng bao gồm hướng dẫn khách 
hàng, hỗ trợ công nghệ và tiếp tục bảo trì phần mềm. (những dấu .... là do photo bị 
mờ không đọc được) 
Một dự án ứng dụng khác một dự án phát triển ở chỗ một cái sử dụng phần cứng 
hiện tại và một cái sử dụng phần mềm để giải quyết bài toán riêng. Điều này bắt đầu 
với sự lựa chọn nền phần cứng và bộ phần mềm được sử dụng. Tiếp theo pha thiết kế 
nhận thức là sự tập hợp một bộ ảnh dùng để phát triển và kiểm tra. Theo sau sự phát 
triển thuật giải thực sự là việc thực hiện kiểm tra và sau đó đưa công nghệ đi vào sử 
dụng. Điều này phải bao gồm việc chứng minh và công bố công nghệ, hướng dẫn 
học tập nghiên cứu trong khoảng thời gian hạn chế, hoặc cài đặt hệ thống trong vài 
hoạt động hướng vào sự sản xuất (production-oriented). 
4.2 CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ ẢNH 
Các hệ thống máy tính được sử dụng phổ biến nhất cho xử lý ảnh được chia thành 
bốn hạng: (1) Apple Macintosh, với phần mềm hệ điều hành sẵn có của nó và giao 
diện người sử dụng; (2) các máy tính tương thích IBM-phần cứng, sử dụng hệ điều 
hành đĩa (DOS, PS/2,...) và Microsoft WindowsTM thường xuyên cũng như IBM 
OS/2TM; (3) các trạm làm việc đồ hoạ, điển hình là sử dụng hệ điều hành UNIX và 
môi trường XWINDOWS; (4) các hệ thống máy tính lớn (mainframe), với tài nguyên 
rộng lớn dùng chung (share) cho nhiều người sử dụng (multiple users) định vị tại các 
trạm làm việc từ xa. Các nhóm hệ thống gần nhau thường dùng chung tài nguyên và 
dữ liệu thông qua mạng cục bộ (Local Area Network-LAN). Chúng cũng thường 
xuyên truy cập đến mạng diện rộng (WAN). 
 48 
4.2.1 Khuôn dạng file dữ liệu ảnh 
Với tư cách một phạm vi hoạt động, nói chung xử lý ảnh số tạo ra một lượng lớn 
các file dữ liệu lớn có liên quan chứa ảnh số. Những file này phải được lưu trữ và 
chúng luôn cần được trao đổi giữa những người sử dụng và những hệ thống khác 
nhau. Bắt buộc phải có vài khuôn dạng tiêu chuẩn cho việc lưu trữ và truyền các file 
ảnh số. 
Nhiều dạng file ảnh số đã được định nghĩa và sử dụng. Một vài dạng đã được sử 
dụng khá rộng rãi trở thành tiêu chuẩn phổ biến (de facto) không ít thì nhiều. (Xem 
ví dụ bảng 4-1) Hầu hết những chương trình xử lý ảnh thương mại có sẵn có thể đọc 
và ghi vài khuôn dạng file ảnh phổ biến. Các chương trình khác hiện có hoàn toàn có 
thể đọc và hiển thị ảnh lưu trữ dưới nhiều dạng file khác nhau và chuyển đổi chúng 
từ dạng này sang dạng khác. Các chương trình đó tự động hiểu dạng file đầu vào đã 
định, từ phần mở rộng tên file hoặc từ thông tin định danh trong chính bản thân file. 
Khi lưu lại ảnh hiển thị vào một file, người sử dụng có thể chỉ rõ khuôn dạng file 
mong muốn. 
BẢNG 4-1 KHUÔN DẠNG FILE DỮ LIỆU ẢNH 
Tên Kiểu Cách sử dụng 
Tagged image format 
Encapsulated PostScript 
Graphical interchange format 
Bit-mapped format 
Presentation manager 
Macintosh 
*.TIF 
*.EPS 
*.GIF 
*.BMP 
*.BMP 
*.PICT 
DOS, UNIX and Macintosh images 
Publishing industry format 
CompuServe graphics format 
Microsoft Windows format 
IBM OS/2 Bit-mapped format 
Apple Macintosh images 
Đa số các khuôn dạng file ảnh lưu trữ nhãn chú thích thêm vào dữ liệu ảnh. Chú 
thích này có thể là dữ liệu về sự tạo ra và khuôn dạng ảnh, cũng như chú thích của 
người sử dụng. 
Thông thường, các thiết bị hiển thị đơn sắc dùng mạch chuyển đổi số-tương tự 
(DAC) 8 bit để tạo ra tín hiệu video điều khiển độ sáng các điểm ảnh hiển thị trên 
màn hình. Thiết bị này có khả năng cung cấp 256 trạng thái xám. Các thiết bị hiển thị 
màu sử dụng các bộ chuyển đổi số-tương tự (DAC) 8 bit tạo ra bao tín hiệu video 
điều khiển các thành phần độ sáng đỏ (red), lục (green), lam (blue) của ảnh hiển thị. 
Vì thế, chúng có khả năng hiển thị 224, tức là hơn 16 triệu màu khác nhau. Do sự 
thiếu hoàn chỉnh thông thường trong các ống hiển thị và sự hạn chế của mắt người 
nên số lượng màu có thể nhận thấy rõ ít đi một cách đáng kể. 
Ảnh số không những xuất hiện ở khuôn dạng đơn sắc và màu, mà còn ở các mức 
độ khác nhau của độ phân giải đo sáng (photometric resolution) (số màu hoặc trạng 
thái xám). Với ảnh đơn sắc, số lượng trạng thái xám trong thang xám (gray scale) 
phổ biến nhất là 2, 16 hoặc 256 ứng với 1, 4 hoặc 8 bit/điểm ảnh. Những độ phân 
giải riêng biêt này dễ dàng được đóng gói thành những byte 8 bit trong bộ nhớ và các 
file trên đĩa. Những độ phân giải khác nhau cũng được sử dụng trong các ứng dụng 
nào đó. 
Bảng màu (palette) là một bảng tra cứu (look-up) liên kết mỗi giá trị điểm ảnh 
trong ảnh với màu hiển thị tương ứng. Một ảnh màu 4 bit sử dụng 16 màu cụ thể 
chọn trong bảng 16 triệu màu của nó để hiển thị. 
Đối với ảnh màu, số lượng màu quy định được biểu thị bởi các giá trị điểm ảnh 
khác nhau. Một ảnh màu 4 bit chỉ có thể hiện ra 16 màu phân biệt trên thiết bị hiển 
thị. Một bảng màu định nghĩa phép ánh xạ từ 16 giá trị điểm ảnh có thể tồn tại sang 
số lượng màu hiển thị lớn nhất. Sự lựa chọn 16 màu cụ thể là ý muốn của người lập 
trình và thường bị người sử dụng bỏ qua. Ảnh màu 8 bit được hiển thị với 256 màu 
riêng biệt và ảnh màu 24 bit có phạm vi thể hiện 16 triệu màu. Bảng màu chỉ rõ phép 
 49 
ánh xạ đối với một ảnh màu cụ thể thông thường được bao hàm trong file dữ liệu ảnh 
và nó điều khiển thiết bị hiển thị khi ảnh được hiển thị hay in ra. 
4.3 GIAO DIỆN NGƯỜI SỬ DỤNG 
Thời kỳ đầu của máy tính, giao diện chủ yếu giữa người sử dụng với hệ thống là 
phần mềm hệ điều hành của nhà sản xuất. Mặc dù đã có tính mềm dẻo, nhưng những 
bộ sản phẩm này rõ ràng là cồng kềnh trong sử dụng hàng ngày. Gần đây hơn, xu 
hướng ngày càng tiến tới việc sản xuất giao diện phần mềm khá thân thiện với người 
sử dụng. Điều này tạo cho thao tác viên (operator) một môi trường tiện lợi và thoải 
mái để phát triển và sử dụng phần mềm xử lý ảnh số. Một giao diện người sử dụng 
như trên đòi hỏi các công cụ thuận tiện có sẵn, với chi phí tối thiểu. Các bộ phần 
mềm xử lý ảnh số hiện đại đặt khả năng xử lý và tính mềm dẻo vào tay người sử 
dụng một cách nhanh và dễ dàng. Thiết kế của chúng phục vụ cho trực giác của 
người sử dụng và điều này làm cho chúng dễ dàng để học và sử dụng. 
4.3.1 Bộ thông dịch dòng lệnh (Command-Line Interpreter) 
Kiểu giao diện người sử dụng cũ nhất và đơn giản nhất là bộ thông dịch dòng lệnh 
(Hình 4-1). Sử dụng ngôn ngữ nguyên văn (textual language) dành riêng, yêu cầu 
người sử dụng phải biết các tuỳ chọn có sẵn, từ bộ nhớ hay tài liệu mở trên bàn. Nó 
đưa ra trước mắt người sử dụng một dấu nhắc (prompting character) trên màn hình 
báo hiệu rằng nó sẵn sàng xuất phát, nhưng nó không cung cấp sự hỗ trợ vấn đề gì 
mà có thể thực hiện được. Điều này yêu cầu độ tin cậy cao vào tài liệu được viết, đặc 
biệt trong giai đoạn học (learning phase). Tình hình được cải thiện đáng kể bằng cách 
sử dụng những file batch hay script, định rõ một loạt các bước xử lý và có thể được 
gọi bằng một lệnh đơn. Tập các file script phong phú có thể làm cho một bộ thông 
dịch dòng lệnh giải quyết dễ dàng. 
HÌNH 4-1 
Hình 4-1 Giao diện bộ thông dịch dòng lệnh 
4.3.2 Giao diện điều khiển bằng trình đơn (Menu-Driven Interface) 
Thế hệ thứ hai, giao diện điều khiển bằng trình đơn, đưa ra một danh sách các 
chọn lựa trên màn hình, sự lựa chọn có thể được hoàn thành bằng một hoặc hai phím 
bấm (Hình 4-2). Điều này giảm bớt việc phải ghi nhớ và phụ thuộc của thao tác viên 
vào tài liệu được viết rất nhiều, cũng như đòi hỏi sự cố gắng để đưa một quá trình chi 
tiết vào hoạt động. 
Trong sự hiện diện tiến bộ hơn của mình, giao diện người sử dụng điều khiển 
bằng trình đơn hoạt động đáp ứng lại thiết bị con trỏ đồ hoạ (graphic pointer device) 
(mouse, trackball,...). Đây là giao diện trỏ và kích (point-and-click), người sử dụng 
 50 
có thể di chuyển con trỏ đến khu vực đã gán nhãn thích hợp và nhấn một nút trên 
thiết bị. Người sử dụng cũng có thể kéo xuống (pull down) một trong nhiều trình đơn 
(menu) từ thanh trình đơn trên đỉnh màn hình hiển thị nếu cần thiết, theo cách đó sẽ 
làm giảm bớt sự lộn xộn trên màn hình, sau đó người sử dụng kích vào một chọn lựa 
tuỳ ý và trình đơn xuất hiện. 
Các trình đơn có thể hiện hữu theo cấu trúc phân cấp. Việc chọn một mục trên 
trình đơn làm xuất hiện một trình đơn con nhiều lựa chọn cụ thể hơn. Mỗi trình đơn 
hay mục trên trình đơn có thể cũng kết hợp với một thông báo trợ giúp (help 
message) giải thích các tuỳ chọn và cách sử dụng của nó. Điều này cũng có thể xuất 
hiện tại những nơi mà thao tác viên yêu cầu trên màn hình. 
HÌNH 4-2 
Hình 4-2 Giao diện điều khiển bằng trình đơn trong môi trường cửa sổ 
4.3.3 Giao diện đồ hoạ (Graphical User Interface) 
Thế hệ thứ ba là giao diện người sử dụng bằng đồ hoạ (GUI- phát âm là “gooey”). 
Thao tác viên điều khiển một phần hệ thống theo ngôn ngữ trực quan (visual 
language) thay vì ngôn ngữ nguyên văn đơn thuần như với bộ thông dịch dòng lệnh. 
GUI biểu diễn các tuỳ chọn cho sẵn không phải bằng văn bản, như trong một trình 
đơn, mà bằng các biểu tượng đồ hoạ hiển thị trên màn hình. Những biểu tượng (icon) 
này không những biểu thị các quá trình, mà còn biểu diễn dữ liệu (ví dụ như ảnh số) 
và các thiết bị phần cứng (ổ đĩa, máy in,...). 
Với sự thực hiện GUI đầy đủ, ta có thể khởi đầu một công việc - ví dụ, in một ảnh 
đã lưu trữ - bằng kỹ thuật kéo và thả (drag and drop). Sử dụng thiết bị con trỏ, thao 
tác viên có thể chọn ra biểu tượng biểu diễn ảnh, di chuyển nó sang biểu tượng khác 
biểu diễn máy in và nhả nó ra, và quá trình in bắt đầu. Điều này không chỉ nhanh hơn 
việc gõ dòng lệnh mà còn thú vị hơn. 
4.3.4 Giao diện luồng dữ liệu (Data Flow Interface) 
Một kiểu GUI khác sử dụng mạng (network), biểu đồ luồng dữ liệu (data-flow 
diagram) bằng đồ hoạ, diễn đạt bằng hình tượng (symbology) (Hình 4-3). Ở đây, 
ngôn ngữ trực quan hầu như được sử dụng riêng biệt. Ta lại có một trình đơn các 
biểu tượng (các nét chạm-glyphs) biểu diễn các thiết bị, dữ liệu và quá trình sẵn sàng 
để sử dụng. Tuy nhiên, trong trường hợp này, bằng cách dùng con trỏ kéo các biểu 
tượng, ta có thể tạo ra một lưu đồ (flowchart) miêu tả dãy các bước xử lý đã định trên 
màn hình. Mỗi biểu tượng có một hoặc nhiều đường (pad) vào và/hoặc ra (các điểm 
kết nối) dành riêng. Người sử dụng định rõ luồng xử lý bằng cách liên kết các đường 
với các dòng kẻ sử dụng thiết bị con trỏ. 
 51 
HÌNH 4-2 
Hình 4-3 Ví dụ về biểu đồ luồng dữ liệu GUI 
Mỗi biểu tượng cũng có các đường điều khiển, khi được chọn bằng con trỏ, mà 
bắt đầu thực hiện quá trình hoặc khiến các trình đơn xuất hiện bất kỳ, do đó cho phép 
người sử dụng định nghĩa các chi tiết của quá trình. Mỗi biểu tượng biểu thị một chỉ 
báo (indicator) trạng thái cho biết (1) nó được định nghĩa đầy đủ hay không, (2) sẵn 
sàng hoạt động hay không, (3) đã thực sự hoàn thành các hoạt động của nó chưa. 
4.3.5 Cửa sổ 
Trong những ngày đầu của xử lý ảnh, người sử dụng có cơ sở để nhận ra rằng 
nhiều màn hình hiển thị đã tăng khả năng sử dụng của nó trong hệ thống lên rất 
nhiều. Ví dụ, thích hợp để sử dụng các cách hiển thị khác nhau đối với giao diện 
người sử dụng và đối với hiển thị ảnh. Một sự lựa chọn hiện nay (và rẻ hơn) là sử 
dụng thiết bị hiển thị khuôn dạng đơn và lớn cho các hàm khác nhau cùng một lúc. 
Môi trường hướng cửa sổ (Window-oriented environment) là một bộ phần mềm 
sử dụng màn hình hiển thị có hiệu quả để trình bày những đối tượng độc lập khác 
nhau cùng một lúc. Người sử dụng có thể mở (chẳng hạn, thiết lập hay định nghĩa) 
nhiều cửa sổ hiển thị khác nhau và sử dụng mỗi cửa sổ cho một mục đích hiển thị 
khác nhau, ngay cả khi ta sử dụng nhiều àn hình hiển thị. Mỗi cửa sổ có thể được 
định vị và định kích thước lại trên màn hình, điển hình là dùng thiết bị con trỏ kéo 
những đường biên của nó. Ở đây các cửa sổ chồng lên nhsu, một cửa sổ (cửa sổ hoạt 
động) che khuất một phần hay toàn bộ cửa sổ hoặc các cửa sổ “ở dưới” nó, như sự 
chồng đè lên nhau của các ảnh trên màn hình nền. 
Xu hướng thiết kế giao diện người sử dụng là chú ý nhiều vào ngôn ngữ trực 
quan, trả giá bằng ngôn ngữ nguyên văn. Cảm giác với giao diện trực quan là dễ 
dàng hơn cho người bắt đầu học và nhanh hơn cho chuyên gia sử dụng so với việc 
đánh máy văn bản từ bàn phím. Đầu vào bằng tiếng nói cũng là vấn đề thêm vào hữu 
ích với chuột và bàn phím. Tiếng nói tổng hợp cho phép hệ thống trả lời thao tác viên 
đúng như vậy. Giao diện bằng lời như trên đặc biệt hữu dụng khi thao tác viên phân 
chia sự chú ý của mình cho nhiều công việc khác. Trong vài trường hợp, chuỗi các 
tín hiệu video số hoá có thể cung cấp sự trợ giúp trực tuyến (on-line) có giá trị khi 
cần thiết. 
4.4 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM 
Trong những ngày đầu của lập trình máy tính nói chung và xử lý ảnh số nói riêng, 
quá trình phát triển phần mềm, theo cách nói bây giờ, là không có cấu trúc 
(unstructured). Những người lập trình máy tính không chỉ hiếm, giống như những 
kiểu người tiên phong khác, mà còn có tính chất chủ nghĩa cá nhân. 
Có lẽ chỉ với một khái niệm mơ hồ về công việc mà một phần mềm mới được yêu 
cầu làm, người lập trình đã có thể bắt tay vào viết mã lệnh, tổng hợp một vấn đề 
phức tạp từ những phần đơn giản hơh trong quá trình. Sau đó, toàn bộ thiết kế dược 
phát triển song song với việc thực hiện. Những sự giải quyết thiết kế chủ yếu được 
thực hiện theo cách từ đầu đến đuôi. Thông thường các mô đun (module) được phát 
triển từ dưới lên, với các chương trình con (routine) cơ bản nhất được viết đầu tiên và 
 52 
tiếp theo các chương trình con mức cao hơn dựa vào những chương trình con trước 
đó, ... o gồm (1) các biểu đồ luồng dữ liệu (data flow diagrams-DFDs) trình bày sự phân 
tích toàn bộ chức năng vào trong các quá trình, luồng dữ liệu và các giao diện giữa 
các quá trình; (2) từ điển dữ liệu (data dictionary) cung cấp tài liệu về dữ liệu và giao 
diện trong các DFD; và (3) diễn tả sự biến đổi (transform description) cung cấp tài 
liệu về chức năng của mõi quá trình trên DFD. Đặc tả có cấu trúc đưa ra những thành 
phần cấu trúc hệ thống khác nhau và thông tin trao đổi như thế nào và biến đổi bằng 
cách nào, giữa các thành phần. 
4.4.3.2 Thiết kế có cấu trúc 
Mục đích của thiết kế có cấu trúc là một phương pháp luận có tổ chức sao cho có 
thể phân biệt được giữa các thiết kế tốt và xấu, đi đến một giải pháp tối ưu. Đó là sự 
tập hợp những chiến lược và kỹ thuật, đáp ứng những mục tiêu và ràng buộc kỹ thuật 
phổ biến cho môi trường khoa học và thương mại. Thiết kế có cấu trúc phát triển một 
phác thảo bao gồm những thành phần hộp đen (black-box) mà chức năng của nó 
được xác định rõ, nhưng những công việc bên trong thì không. Nó chia sẻ nhiều 
nguyên tắc công nghệ được sử dụng để phát triển những biểu đồ tổ chức với các công 
ty. 
4.4.3.3 Lập trình có cấu trúc 
Lập trình có cấu trúc thiết lập các kỹ thuật mã hoá tiêu chuẩn hoá và xoá bỏ một 
số lệnh nào đó của thói quen lập trình đơn giản khỏi những ngôn ngữ lập trình. 
Những chương trình có cấu trúc tuân theo lưu đồ được xây dựng từ tập giới hạn các 
hàm con lối vào đơn, lối ra đơn. Công việc lập trình sẽ trở thành sự cố gắng rèn 
luyện nhiều hơn, vận dụng các tiêu chuẩn một cách khôn ngoan và sáng tạo. Mã kết 
quả sẽ dễ đọc, kiểm tra, thay đổi, cung cấp tài liệu và gỡ rối hơn. 
Ngôn ngữ lập trình có cấu trúc, ví dụ như Pascal, Ada và C, ra đời để cạnh tranh 
với những ngôn ngữ không có cấu trúc như FORTRAN và BASIC. Ngôn ngữ có cấu 
trúc cung cấp những khả năng khuyến khích và hỗ trợ sự rèn luyện trí óc cho lập 
trình có cấu trúc và tránh xa những thói quen lập trình tầm thường. Hiện nay, những 
phiên bản gần đây nhất của những ngôn ngữ ra đời đầu tiên cũng kết hợp chặt chẽ 
một vài khái niệm về cấu trúc. 
Trong ngôn ngữ không có cấu trúc, chuỗi điều khiển (thread of control) tự do 
nhảy lung tung khắp nơi trong chương trình. Một ví dụ là lệnh tính toán GOTO trong 
FORTRAN. Điều khiển được chuyển đến một trong nhiều vị trí mã nguồn khác 
nhau, tuỳ thuộc vào giá trị biến được xác định tại thời điểm thực hiện lệnh. Việc đọc 
và hiểu danh sách chương trình con chứa các cấu trúc này có thể cực kỳ khó khăn - 
thậm chí ngay chính tác giả chương trình - nếu mã nguồn đã viết trước đây hơn 60 
ngày. 
Trong ngôn ngữ có cấu trúc, luồng điều khiển bị cấu trúc đơn luồng (single-
thread) hạn chế, mã và dữ liệu dễ dàng chia thành ngăn. Các chương trình con chỉ sử 
dụng các biến cục bộ (tạm thời) không thể tác động đến những phần khác của 
chương trình. 
4.4.4 Phát triển hướng đối tượng (Object-Oriented Development) 
Sự phát triển phần mềm theo cách tiếp cận hướng đối tượng phân tích vấn đề theo 
các giai đoạn quan hệ dữ liệu. Một cách khái niệm, một chương trình được phân tích 
thành các đối tượng (object), mỗi đối tượng là một sự kết hợp dữ liệu có liên quan tới 
một khía cạnh riêng biệt của vấn đề và mã tương ứng sử dụng những dữ liệu đó để 
thực hiện một tập các chức năng hoàn toàn xác định. Dữ liệu và mã chương trình 
 55 
được đóng gói (encapsulate) thành một bộ khép kín (seamless package), những công 
việc bên trong bộ được che đậy không cho thế giới bên ngoài biết. Cách tiếp cận này 
rất phù hợp với những ứng dụng điều khiển theo sự kiện. 
Mỗi đối tượng hoạt động giống như một hộp đen (black box), thực hiện những 
chức năng đã được định nghĩa theo yêu cầu, nhưng có bộc lộ chút ít bề những công 
việc bên trong nó. Nó nhận một thông báo để hành động, khi đã hoàn thành nó cũng 
trả lời lại bằng một thông báo. Mỗi đối tượng là độc lập và quản lý chương trình điều 
khiển và luồng dữ liệu cùng một lúc, mặc dù nó đang hoạt động. Điều này làm cho 
chương trình có quá nhiều mô đun và tránh được tình trạng những thay đổi bên trong 
một chương trình con sẽ tạo ra kết quả không ngờ cho những phần chương trình 
khác. 
4.4.4.1 Phân tích hướng đối tượng 
Phân tích hướng đối tượng của một vấn đề cho ta một danh sách các đối tượng sẽ 
cùng nhau giải quyết vấn đề. Danh sách này bao gồm một đặc tả dữ liệu (các thuộc 
tính) và các chức năng (các dịch vụ) của mỗi đối tượng. Phân tích hướng đối tượng 
được thực hiện mà không quan tâm đến phần cứng, hệ điều hành, hay các công cụ 
phần mềm sẽ được sử dụng để thực hiện. 
4.4.4.2 Thiết kế hướng đối tượng 
Giai đoạn thiết kế hướng đối tượng vạch ra cách mà thiết kế logic sẽ được thực 
hiện từ những phân tích-đó là sự kết hợp giữa phần cứng, hệ điều hành và các công 
cụ phát triển phần mềm (chẳng hạn như bộ biên dịch,...). Thường thường, thay đổi 
đáng kể của bản thiết kế ban đầu đòi hỏi phải có căn cứ xác thực. 
4.4.4.3 Lập trình hướng đối tượng 
Trong lập trình hướng đối tượng, người lập trình thường bắt đầu với một sườn 
ứng dụng (application framework). Đây là một chương trình có nhiều chức năng 
chung, phổ biến cho đa số các chương trình. Nó giống như một bộ khung để xây 
dựng một đơn vị trọn vẹn trên đó. Bình thường, sườn ứng dụng điều khiển vòng lặp 
sự kiện và phát hiện sự kiện. Sau đó người lập trình chỉ phải thêm các đối tượng 
được yêu cầu vào ứng dụng sắp đến. Mỗi đối tượng viết bằng dữ liệu và điều khiển 
chương trình đã được đóng gói thành một đơn vị độc lập, được bọc kín nhiều hay ít. 
Những đối tượng mới không cần thiết kế và viết từ đầu; chúng có thể kế thừa 
(inherit) những đối tượng đã tồn tại trước đó. Vì vậy, ví dụ một kiểu cửa sổ hiển thị 
đã tồn tại, nó cần được thay đổi để tạo thành kiểu cửa sổ hiển thị khác. 
4.4.5 Các công cụ CASE 
Trong thực tiễn, lượng thời gian đáng kể của người lập trình tiêu tốn cho việc thực 
hiện công việc không sáng tạo (noncreative)-những công việc mà nói đúng ra là máy 
móc và không yêu cầu kinh nghiệm đầu vào sáng tạo. Các công cụ phần mềm xuất 
hiện để làm thay đổi phạm vi hoạt động của phần phát triển này hơn nữa. Chúng 
thường được gọi với cái tên những công cụ công nghệ phần mềm được máy tính trợ 
giúp (computer-aided software engineering-CASE). Chúng kế tục nhiều chức năng 
cung cấp tài liệu và kiểm tra lỗi. 
Tất nhiên, điều cần thiết cho một người lập trình hay người thiết kế phần mềm 
đóng góp thông tin quan hệ thiết kế (design-related) vào hệ thống khi bắt đầu, nhưng 
các chương trình biên dịch và định dạng thông tin theo những cách đặc biệt có thể 
khiến con người tránh được sự nỗ lực to lớn không cần thiết. Việc sử dụng các công 
cụ CASE có hiệu quả sẽ phụ thuộc vào sự cố gắng áp dụng qui tắc lập trình và thiết 
kế phần mềm, ví dụ kêt cả miêu tả những chỗ đầu (header) được chuẩn hoá, nơi bắt 
đầu mỗi mô đun mã. 
 56 
Một ví dụ về công cụ CASE là chương trình kết hợp thông tin đầu từ tất cả các mô 
đun mã nguồn để tạo thành một quyển tài liệu phần mềm. Những chương trình khác 
có thể đọc các file mã nguồn, biên dịch một ánh xạ liên kết những phần phụ thuộc và 
truyền tin giữa các mô đun. 
Trong quá khứ, thiết kế nhận thức được hoàn thành khi bắt đầu dự án, với nhiều 
chi tiết thiết kế điền vào bằng cách phát triển mã hoá. Xu hướng tiến tới hiện nay là 
tập trung vào toàn bộ sức lực thiết kế ngay khi bắt đầu dự án. Điều này có nghĩa là 
việc lập trình thực tế là quá trình máy móc trên quy mô lớn, hoạt động với tài liệu 
thiết kế hoàn toàn đặc biệt. 
Sự phân nhánh của xu hướng mới này gồm hai phần. Thứ nhất, những đội phát 
triển phần mềm có khuynh hướng chia nhỏ thành những người thiết kế và những 
người lập trình. Thứ hai, sự sinh mã thực tế có thể được các công cụ CASE thực 
hiện. Một người thiết kế phần mềm ngồi tại một trạm làm việc, có thể phát triển đặc 
tả đầy đủ một bộ phần mềm. Sau đó những công cụ CASE có thể sử dụng những đặc 
tả này để tạo ra cả mã nguồn (không có lỗi mã hoá) lẫn tài liệu kỹ thuật (dù không 
phải tài liệu người sử dụng). 
4.4.6 Sự độc lập đối với nền phần cứng (Platform Indepedence) 
Sự phát triển của bộ phần mềm xử lý ảnh là một công việc tốn nhiều thời gian và 
tiền bạc. Có nhiều hệ thống máy tính khác nhau có thể dùng để xử lý ảnh số. Các nền 
phần cứng khác nhau có mối quan hệ thuận lợi và bất lợi đối với việc thực hiện và 
giá cả. Sự tiến bộ của phần cứng xảy ra nhanh chóng đến nỗi sự lỗi thời không có 
khoảng cách. Vì thế, câng tránh một phần hay toàn bộ việc viết lại phần mềm cho 
mỗi thiết bị ngoại vi hoặc nềm phần cứng mới. 
Xu hướng của các phương pháp phát triển phần mềm hiện nay, phần chủ yếu, là 
độc lập với phần cứng mà chúng chạy trên đó. Bộ công cụ cầm tay (portability tool 
kit) là giao diện phần mềm nằm giữa chương trình ứng dụng độc lập với nền phần 
cứng và hệ thống địa phương (hệ thống chạy những ứng dụng đó-native system) 
(Hình 4-5). Chương trình ứng dụng được viết theo những quy tắc tiêu chuẩn giống 
như bộ công cụ viết trên nền phần cứng. Bộ công cụ này cung cấp giao diện giữa 
chương trình ứng dụng và hệ điều hành của hệ thống địa phương, GUI và tài nguyên 
bộ nhớ. Nó biên dịch sự truyền thông tin giữa ứng dụng và hệ thống mà ứng dụng 
chạy trên đó. 
HÌNH 4-5 
Hình 4-5 Cơ cấu phần mềm độc lập với nền phần cứng. 
Mỗi hệ thống cục bộ khác nhau (chẳng hạn, trạm làm việc UNIX, Macintosh,...) 
có một phiên bản của bộ công cụ cầm tay khác nhau, nhưng mỗi phiên bản đều quan 
tâm đến chương trình ứng dụng như nhau. Theo cách đó, một chương trình ứng dụng 
được phát triển trên một hệ thống cục bộ sẽ hoạt động (theo lý thuyết) mà không có 
 57 
sự thay đổi nào trên hệ thống cục bộ khác. Trong đa số các trường hợp, chỉ có sự hạn 
chế về mặt chức năng được yêu cầu sau khi chuyển một chương trình ứng dụng sang 
hệ thống cục bộ khác. 
Bộ công cụ cầm tay thiết kế tốt sẽ giúp người lập trình truy cập trực tiếp đến hầu 
hết, nếu không muốn nói là tất cả, các đặc điểm và tài nguyên của hệ thống cục bộ. 
Những đặc điểm đó không tồn tại trên hệ thống cục bộ, nhưng tồn tại trên hệ thống 
cục bộ khác trong thiết bị hỗ trợ, được bộ công cụ mô phỏng trong phần mềm. Một 
bộ công cụ cầm tay tốt, về cơ bản, sẽ cho phép người lập trình truy cập vào mọi đặc 
điểm sẵn có trên tất cả các hệ thống cục bộ được hỗ trợ và cả những đặc điểm thêm 
vào. 
Khi một chương trình độc lập với nền phần cứng chuyển sang hệ thống cục bộ 
khác, thì chức năng của nó vẫn không thay đổi. Tuy nhiên, “mắt và tay” của nó sẽ 
thuộc về “chủ mới” (hệ thống cục bộ mới) của nó. Chạy trên máy Macintosh, trông 
nó sẽ giống như là được viết cho máy này và cũng như vậy đối với các nền phần 
cứng khác. 
Lập trình độc lập với nền phần cứng khiến cho những người lập trình di chuyển 
nó giữa các nền dễ dàng hơn. Họ không phải tìm hiểu tập đặc tính và tài nguyên mới 
mỗi khi thay đổi, với điều kiện là phải sử dụng bộ công cụ cầm tay tương tự. 
4.4.7 Cung cấp tài liệu phần mềm 
Tài liệu kèm theo sự phát triển và sử dụng bộ phần mềm xử lý ảnh chia thành năm 
loại. Đầu tiên là tài liệu thiết kế, nó định rõ bộ phần mềm dùng để làm gì. tiếp theo là 
tài liệu về mã phần mềm, bao gồm các thuật giải và các chi tiết cấu trúc mô đun. Thứ 
ba là tài liệu chỉ dẫn cho thao tác viên, nó có thể bao gồm những bài tập tự học cho 
người mới bắt đầu sử dụng. Thứ tư là tài liệu tham khảo, nó tổ chức những thông tin 
đặc biệt, súc tích, ít khi sử dụng của thao tác viên có kinh nghiệm. Thứ năm là trợ 
giúp trực tuyến, người sử dụng có thể gọi nó trên màn hình (thường trong một cửa sổ 
trợ giúp độc lập) trong khi chương trình vẫn đang chạy. 
Thỉnh thoảng, do hấp tấp mà sự cố gắng cung cấp tài liệu trở nên tồi tệ hơn trước 
khi hoàn thành và phát hành phần mềm. Cái giá phải trả, về thời gian và tiền bạc, cho 
tài liệu không tương xứng thường khá cao. Việc cố gắng giải mã quá trình hoạt động 
của phần mềm được cung cấp tài liệu tồi có thể gây bực dọc đến mức người mới sử 
dụng có thể bỏ dở giữa chừng trước khi trở nên thông thạo. Việc hoàn thiện một bản 
mã mà tài liệu cung cấp tồi gây tốn nhiều thời gian cũng giống như tiền bạc. 
Bộ phần mềm lý tưởng là bộ phần mềm với giao diện người sử dụng rõ ràng, đến 
nỗi ít khi cần sử dụng đến bộ tài liệu hoàn chỉnh và đầy đủ. Sau lời giới thiệu chương 
trình vắn tắt, người sử dụng chỉ yêu cầu sự hỗ trợ không thường xuyên từ trợ giúp 
trực tuyến và tài liệu tham khảo. 
4.5 TỔNG KẾT NHỮNG ĐIỂM QUAN TRỌNG 
1. Một phần mềm được thừa nhận phải là phần mềm có một giao diện người sử 
dụng tiện lợi, tài liệu tốt cung cấp cho người sử dụng, tính đầy đủ chức năng 
và sự chính xác cũng quan trọng. 
2. Với đa số người sử dụng, giao diện người sử dụng đồ hoạ điều khiển bằng 
trình đơn dễ dàng để học và thao tác hơn giao diện bằng văn bản. 
3. Chiều hướng phát triển giao diện người sử dụng là từ giao diện văn bản đến 
giao diện bằng lời nói và trực quan. 
4. Một chương trình có thể chạy chế độ lô (batch mode), được điều khiển bằng 
sự kiện, hay hoạt động trong thời gian thực. 
5. Phát triển phần mềm có cấu trúc là phân tích một vấn đề theo các giới hạn 
chức năng và làm nổi bật các giao diện và luồng dữ liệu giữa các thành phần. 
 58 
6. Những chương trình có cấu trúc được xây dựng từ các hàm con đơn đầu vào, 
đơn đầu ra và tránh cấu trúc làm cho việc điều khiển chương trình trở nên khó 
khăn. 
7. Phát triển hướng đối tượng đóng gói dữ liệu và các chức năng liên quan với 
mỗi thành phần hệ thống thành các đối tượng giao tiếp qua thông báo. 
8. Lập trình độc lập với nền phần cứng cho phép phần mềm đã phát triển trên 
một kiểu hệ thống có thể di chuyển đến hệ thống kiểu khác một cách dễ dàng. 
BÀI TẬP 
1. Phát triển một cấu trúc trình đơn hai mức cho chương trình được thiết kế để 
nhập vào, xử lý và xuất ra những ảnh thu được từ tàu vũ trụ. Chương trình 
phải có khả năng nhập vào những ảnh từ vệ tinh truyền xuống, Internet, 
modem và đĩa quang (laser), và xuất ảnh ra Internet, modem, đĩa quang và 
máy in. Đối với quá trình xử lý, chọn sáu quá trình ở phần 1 của sách. Giải 
thích số mức trình đơn tối ưu tiện lợi cho người sử dụng mà bạn chọn. 
2. Trình bày một lưu đồ phát triển chương trình phần mềm xử lý ảnh mang tính 
thương mại cho kỹ nghệ kiểm tra chip tổ hợp. Chương trình sẽ tăng cường các 
ảnh hiển vi số hoá của chip và hiển thị các ảnh chip tốt đã lưu trữ để so sánh. 
DỰ ÁN 
1. Thiết kế một giao diện người sử dụng dùng đồ hoạ (GUI) cho kiểu xử lý ảnh 
đặc biệt (ví dụ như ảnh thiên văn, y học, bản đồ) đầy đủ với trình đơn (menu), 
biểu tượng (icon),... 
2. Thực hiện một mẫu (không phải hàm) giao diện người sử dụng đồ hoạ cho 
một kiểu xử lý ảnh đặc biệt và nhờ những người có năng lực duyệt lại. 
3. Sử dụng một chương trình đồ hoạ, tạo bảng 16 màu thích hợp, dùng nó để tô 
màu một dòng kẻ số hoá. Cung cấp bảng màu, giữ nguyên màu sắc, độ bão 
hoà và cường độ của mỗi màu sử dụng trong ảnh. 
4. Chuẩn bị bản phác thảo bộ tài liệu kỹ thuật chi tiết cho một bộ phần mềm có 
sẵn. 
5. Chuẩn bị bản phác thảo bộ tài liệu người sử dụng chi tiết cho một bộ phần 
mềm có sẵn. 
6. Viết một chương trình đọc ảnh đã lưu trong một dạng file, hiển thị và lưu 
chúng sang dạng file khác.