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。