Matlab信号处理基础

简介

  离散傅立叶、离散余弦和离散小波变换是图像、音频信号常用基础操作,时域信号转换到不同变换域以后,会导致不同程度的能量集中,信息隐藏利用这个原理在变换域选择适当位置系数进行修改,嵌入信息,并确保图像、音频信号经处理后感官质量无明显变化。

一维离散傅立叶变换对定义

一维离散傅里叶变换:

一维离散傅里叶逆变换:

一维离散余弦变换对定义

一维离散余弦正变换:

一维离散余弦反变换:

一维连续小波变换对定义

一维连续小波变换,其总h(t)是小波母函数:

一维连续小波逆变换:

二维离散傅立叶变换对定义

二维离散傅里叶变换:

二维离散傅里叶逆变换:

二维离散余弦变换对定义

二维离散余弦正变换:

二维离散余弦反变换:

【实验步骤】

1. 用离散傅里叶变换分析合成音频和图像

1)分析合成音频文件

第一步:读取音频文件数据。

uigetfile 是文件对话框函数,提供图形界面供用户选择所需文件,返回目标的目录名和文件名。

函数原型:y= wavread (FILE)

功能:读取微软音频格式(wav)文件内容

输入参数:file 表示音频文件名,字符串

返回参数:y 表示音频样点,浮点型

第二步:一维离散傅立叶变换

fft 函数对输入参数进行一维离散傅立叶变换并返回其系数,对应频率从 0 到 fs(采样频率),使用 fftshift 将零频对应系数移至中央。为了更好地观察频谱,可计算离散样点对应的频率值。

第三步:一维离散傅立叶逆变换

ifft 函数对输入参数进行一维离散傅立叶逆变换并返回其系数。

第四步:观察结果

figure(n)表示创建第 n 个图形窗。

subplot 是子绘图函数,第一、二个参数指明子图像布局方式,例如,若参数为 2,3 则表示画面共分为 2 行,每行有 3 个子图像。第三个参数表明子图像序号,排序顺序为从左至右,从上至下。

plot 是绘图函数,默认使用方式为 plot(y),参数 y 是要绘制的数据;如果需要指明图像横轴显示序列,则命令行为 plot(x, y),默认方式等同于 plot ([0..len-1], y),len为序列y的长度。

(2)分析合成图像文件

第一步:读取图像文件数据

函数原型:A = imread(filename,fmt)

功能:读取 fmt 指定格式的图像文件内容

输入参数:filename 表示图像文件名,字符串。Fmt 表示图像文件格式名,字符串,函数支持的图像格式包括:JPEG,TIFF,GIF,BMP 等等,当参数中不包括文件格式名时,函数尝试推断出文件格式。

返回参数:A 表示图像数据内容,整型。

rgb2gray函数将 RGB 图像转换为灰度图。

第二步:二维离散傅立叶变换

fft2 函数对输入参数进行二维离散傅立叶变换并返回其系数,使用 fftshift 将零频对应系数移至中央。

第三步:二维离散傅立叶逆变换

ifft2 函数对输入参数进行二维离散傅立叶逆变换并返回其系数。

第四步:观察结果

imshow 是二维数据绘图函数,mesh 通过三维平面显示数据。

2. 用离散余弦变换分析合成音频和图像

1)分析合成音频文件

第一步:读取音频文件数据。

第二步:一维离散余弦变换

dct函数对输入参数进行一维离散余弦变换并返回其系数,对应频率从0到 fs(采样频率)。

第三步:一维离散余弦逆变换

idct函数对输入参数进行一维离散余弦逆变换并返回其系数。离散余弦变换常用于图像压缩,可以尝试只使用部分系数重构语言,通过观察可发现,原始音频和合成后音频两者差别不大。

第四步:观察结果

(2)分析合成图像文件

第一步:读取图像文件数据

第二步:二维离散余弦变换

dct函数对输入参数进行二维离散余弦变换并返回其系数。

第三步:二维离散余弦逆变换

idct2 函数对输入参数进行二维离散余弦逆变换并返回其系数。可以尝试使用部分系数重构图像,例如使用系数矩阵中4/5的数据,其它部分置零。为了保证图像能正确显示,使用uint8 对重构图像原始数据进行了数据类型转换,确保其取值范围在 0 到 255 之间。

第四步:观察结果

请输入命令显示四个子图,分别是原始图像、使用全部系数恢复的图像,使用部分系数恢复的图像和用三维立体图方式显示系数。

3. 用离散小波变换分析合成音频和图像

1)分析合成音频文件

第一步:读取音频文件数据。

第二步:一维离散小波变换

wavedec函数对输入参数进行一维离散小波变换并返回其系数C 和各级系数长度L。第二个参数指明小波变换的级数,第三个参数指明小波变换使用的小波基名称。

第三步:一维离散小波逆变换

waverec 函数对输入参数进行一维离散小波逆变换并返回其系数。appcoef 返回小波系数近似分量,第一个参数 C、第二个参数 L 是 wavedec 的返回参数,为各级小波系数和其长度,第三个参数指明小波基名称,第四个参数指明级数。detcoef返回小波系数细节分量,第一个参数 C、第二个参数 L 是 wavedec 的返回参数,为各级小波系数和其长度,第三个参数指明级数。

第四步:观察结果

2)分析合成图像文件

第一步:读取图像文件数据

第二步:二维离散小波变换

dwt2函数对输入参数进行二维一级离散小波变换并返回近似分量,水平细节分量,垂直细节分量和对角线细节分量。如果要对图像进行多级小波分解,使用wavedec2函数。

第三步:二维离散小波逆变换

idwt2 函数对输入参数进行二维离散小波逆变换并返回其系数。可以尝试仅使用近似分量、水平细节分量、垂直细节分量或对角线细节分量重构图像。

第四步:观察结果

输入命令显示六个子图,分别是原始图像、使用全部系数恢复的图像、小波系数近似分量、水平细节分量、垂直细节分量和对角线细节分量。

时间: 2024-10-05 11:32:00

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