離散傅利葉變換DFT和離散余弦變換DCT

2021-07-10 12:04:09 字數 4032 閱讀 8880

在文獻1的第四章中,式(4.2.5)和式(4.2.6)分別給出了(單變數的)一維離散傅利葉變換和反變換: f(

u)=1

m∑x=

0m−1

f(x)

e−j2

πux/

mu=0

,1,2

,…,m

−1 f

(x)=

∑u=0

m−1f

(u)e

j2πu

x/mx

=0,1

,2,…

,m−1

有時候,前邊的係數1m

會發生變化,但其乘積仍然為1m

,常見的情況如下: f(

u)=1

m−−√

∑x=0

m−1f

(x)e

−j2π

ux/m

u=0,

1,2,

…,m−

1 f(

x)=∑

u=0m

−11m

−−√f

(u)e

j2πu

x/mx

=0,1

,2,…

,m−1

在此,我們可以以第一組變換對為主來記憶dft

同時,文獻2中接著給出了式(4.2.16)和式(4.2.17)所示的二維離散傅利葉變換和反變換: f(

u,v)

=1mn

∑x=0

m−1∑

y=0n

−1f(

x,y)

e−j2

π(ux

/m+v

y/n)

其中u=0,1

,2,…

,m−1

;v=0

,1,2

…,n−

1 。f(

x,y)

=∑u=

0m−1

∑v=0

n−1f

(u,v

)ej2

π(ux

/m+v

y/n)

其中x=0,1

,2,…

,m−1

;y=0

,1,2

…,n−

1 。對應地,前邊的係數1m

n 也可以發生變化,但其乘積要保持為1m

n 。根據wiki百科3以及文獻4可知,離散余弦變換有4~5種定義,我們僅給出最常用的dct-ii的定義。

在文獻5的第九章中,式(9.2.1)和式(9.2.2)分別給出了一維離散余弦變換和反變換,具體如下所示: c(

u)=a

(u)∑

x=0n

−1f(

x)co

s(2x

+1)u

π2nu

=0,1

,2,…

,n−1

f(x)=∑u

=0n−

1a(u

)c(u

)cos

(2x+

1)uπ

2nx=

0,1,

2,…,

n−1

其中,係數a(

u)的表示式為: a(

u)=⎧

⎩⎨⎪⎪

1n−−

√,2n

−−√,

u=0u=1,2,…,n-1

然而在matlab等軟體中矩陣下標是從1(而非0)開始,因此在matlab中該公式又被表述為: y(

k)=w

(k)∑

n=0n

−1x(

n)co

sπ(2

n−1)

(k−1

)2nk

=1,2

,3,…

,n x

(n)=

∑k=0

n−1w

(k)y

(k)c

osπ(

2n−1

)(k−

1)2n

n=1,

2,3,

…,n

其中,係數w(

k)的表示式為: w(

k)=⎧

⎩⎨⎪⎪

1n−−

√,2n

−−√,

k=1k=2,3,…,n

在文獻6的第九章中,式(9.2.4)和式(9.2.5)又分別給出了二維離散余弦變換和反變換,具體如下所示: c(

u,v)

=a(u

)a(v

)∑x=

0m−1

∑y=0

n−1f

(x,y

)cos

(2x+

1)uπ

2mco

s(2y

+1)u

π2n

其中u=

0,1,

2,…,

m−1;

v=0,

1,2,

…,n−

1 。 f(

x,y)

=∑u=

0m−1

∑v=0

n−1a

(u)a

(v)c

(u,v

)cos

(2x+

1)uπ

2mco

s(2y

+1)u

π2n

其中x=

0,1,

2,…,

m−1;

y=0,

1,2,

…,n−

1 。

上式和原文相比存在略微的不同(我們把其中乙個n替換成了m),在該文獻中並未給出係數的表示式,不過我們可以通過下邊的一組變換對得到其係數表示式。對應地,在matlab中將二維dct表述為下式:bp

q=αp

αq∑m

=0m−

1∑n=

0n−1

amnc

osπ(

2m+1

)p2m

cosπ

(2n+

1)p2

n其中0

≤p≤m

−1;0

≤q≤n

−1 a

mn=∑

p=0m

−1∑q

=0n−

1αpα

qbpq

osπ(

2m+1

)p2m

cosπ

(2n+

1)p2

n其中0

≤m≤m

−1;0

≤n≤n

−1其中,係數αp

與αq 的表示式分別為: αp

=⎧⎩⎨

⎪⎪1m

−−√,

2m−−

√,p=0p=1,2,…,m-1

和 αq

=⎧⎩⎨

⎪⎪1n

−−√,

2n−−

√,k=0k=1,2,…,n-1

rafael c. gonzalez and richard e. woods, 《數字影象處理》(第二版),阮秋琦,阮宇智等譯。 ↩

rafael c. gonzalez and richard e. woods, 《數字影象處理》(第二版),阮秋琦,阮宇智等譯。 ↩

維基百科:discrete cosine transform

↩章毓晉, 《影象處理》(影象工程·上冊)(第三版) ↩

章毓晉, 《影象處理》(影象工程·上冊)(第三版) ↩

章毓晉, 《影象處理》(影象工程·上冊)(第三版) ↩

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