Главная » Просмотр файлов » Examples of Discrete Transforms

Examples of Discrete Transforms (779442), страница 3

Файл №779442 Examples of Discrete Transforms (Mertins - Signal Analysis (Revised Edition)) 3 страницаExamples of Discrete Transforms (779442) страница 32017-12-27СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

. , N- 1.(4.72)k , n = 0 , 1 , ..., N - l .(4.73)DCT-IV:cLV(n) =pNcos ( ( 5 + t , cN. + i ) " ) ,The constants yj in (4.70) - (4.72) are given byfor j = 0 or j = N ,Tj =1(4.74)otherwise.The coefficients ck(n) are the elements of the orthonormal basis vectorsck(n) = [ck(o),ck(l),. . .lT.In order to point out clearly how (4.70) - (4.73) are to be understood, let usconsider the forward and inverse DCT-11:N-landN-lEspecially the DCT-I1 is of major importance in signal coding because itis close to the KLT for first-order autoregressive processes with a correlationcoefficient that is close to one.' To illustrate this, we consider the inverse ofthe correlation matrix of an A R ( 1 ) process, which is given bylSee Section 5.3 for the definition of an AR process.4.5.

Discrete CosineTransforms95(4.77)with P = p / ( l + p’)). The basis vectors of the DCT-I1 are the eigenvectors oftridiagonal symmetric matricesof the formQ=- ( l - a) -a-a1-a---a..(4.78)1-a-a(1-a)-We see that Q approaches R;: for p + 1. Since the eigenvectors of R,,are equal to those of R;: the DCT-I1 approaches the KLT for p + 1. Thismeans that the DCT-I1 has good decorrelation properties when the processwhich is to be transformed has high correlation ( p + 1).This is the case formost images, which explains why most image coding standards (e.g.

JPEG,MPEG [79, 157, 108, 561) are based on the DCT-11. Compared to the KLT,the DCT-I1 has the advantage that fast implementations based on the FFTalgorithm exist [122].Application in Image Coding. In most standards for transform coding ofimages, the two-dimensional cosine transform is used [79,157,108,56].Figure4.6gives an example. First, the two-dimensional signal is decomposed intonon-overlapping blocks. Each of these blocks is then transformed separately.This operation can be written as YNXN= UT X N ~ UN, where X N ~ isNsuch a signal block and U is the DCT-I1 transform matrix whose columnscontain the basis vectors of the DCT-11. Instead of the original X , therepresentation Y is quantized and coded. From the quantized representationY ’ = Q ( Y ) an approximation of the original is finally reconstructed.InFigure 4.6 we see that most of the energy of the transformedsignal isconcentrated in the top left sub-image.

Such a concentration of signal energyin a few coefficients is the key to efficient compression. If we were to simplytransmit the top left sub-image and neglect the others, we already couldachieve drastic compression, while the reconstructedsignal would still berelatively close to the original.TransformsChapterDiscrete4. ofExamples96IFigure 4.6. Transform coding of images; (a) original, divided into N(b) transformed image after rearranging the pixels.4.6XN blocks;DiscreteSineTransformsThe discrete sine transforms (DSTs) are classified as follows [122]:DST-I:k , n = 1 , 2 ,..., N - l .s : ( n ) = g sin($),(4.79)DST-11:, k , n = 0,1, ..., N - l .N(4.80)DST-111:N,k , n = 0 , 1 , ..., N - l .(4.81)DST-IV:siv(.)=J"N sin ( ( k + f ) (Nn + i ) a ) ,-*k , n = 0 , 1 , ..., N - l .(4.82)The constants ^/j in (4.79) - (4.81) arefor j = o or j = N ,^/j=1otherwise.(4.83)974.7.

The Discrete Hartley TransformTo be explicit, the forward and the inverse DST-I1 are given byN-lx;'(~c)=C z ( n )sf'cn)n=O(4.84)N-l=y k + l gC x(n) sin ( ( k + 1)N( n+;IT),n=OandN-lz(n) =C x;'(~c)sf'cn)k=O-gyx;~(lc)yk+1sin ( ( k + 1)N( n+t,.)(4.85)k=OThe DST-I1 is related to the KLT by the fact that the KLT for an AR(1)process with correlation coefficient y + -1 approaches the DST-11. Thus, theDST-I1 has good compaction propertiesfor processes with negative correlationof adjacent samples.4.7 The DiscreteHartleyTransformThe Hartley transform discussedasin Section 2.3 received little attention untilits discrete version, the discrete Hartley transform (DHT), was introduced inthe early 1980sby Wang [158, 159, 1601 and Bracewell [13, 14, 151.Likeother discrete transforms such as the DFT or the DCT, the DHT can beimplemented efficiently through a factorization of the transform matrix.

Thisresults in fast algorithms that are closely related to the FFT,and in fact, thefast Hartley transform (FHT) can be computed via the FFT, and vice versa,the FFT can be implemented via the FHT [161, 14, 1391.For example, in[l391 a split-radix approach for the FHT has been proposed.The forward and inverse discrete Hartley transform pair is given byN-lXH(IC)=27rnlcC z ( n )cas Nn=O(4.86)z(n) =1 N-lCk=OxH(L)21rnlccas N 798Chapter 4. Examples o f Discrete Transforms+where cas 4 = cos 4 sin 4.

The signal z ( t )is considered to be real-valued, sothat also the transform is real-valued. As with the DFT, the sequence X H ( S )is periodic with period N .Note that apart from the prefactor 1/N the DHT is self-inverse, whichmeans that the same computer programor hardware can be usedfor theforward and inverse transform. This is not the case for the DFT, where areal-valued signal is transformed into a complex spectrum.We may interpret thebasis sequences cas (27rnklN)as sample values of thebasis functions cas w k t with wk = 27rk/N. The basis function with the highestfrequency then occurs for k = N / 2 .

The kth and the ( N - k)th frequency arethe same.The relationships between the DHT and the DFT areeasily derived. Usingthe fact that1-je j 4 = -cas 4 cas ( - 4 )(4.87)22and the periodicity in N , we get+’+L(4.88)where X ( k ) denotes the DFT. The DHT can be expressed in terms of theDFT asX H ( 5 ) = ?J?{X(k))- S ( X ( 5 ) ) .(4.89)Theproperties of theDHT can easily be derived from the definition(4.86). Like in the continuous-time case, most of them are very similar to theproperties of the Fourier transform.

We will briefly discuss the most importantones. The proofs are essentially the same as for the continuous-time case andare omitted here.Time Inversion. From (4.86) we see thatz ( N - n) t)X H ( N - n).Shifting. A circular time shift by p yieldsz( (n+ p ) mod N )(4.90)4.7. The DiscreteTransformHartley99Circular Convolution. The correspondence for a circular convolution oftwo time sequences ~ ( nand) y(n) is(4.92)Multiplication. The correspondence for products z(n)y(n)iswhere the convolutions have to be carried out in a circular manner.

Forexample an expression ZH( k ) = XH(L)* YH( - k ) meansRemarks. The question of whether the DFT or the DHT should be usedin an application very much depends on the application itself. As mentionedearlier, fast algorithms exist for both transforms, and one fast transform canbe used in order to implement the other transform in an efficientway.Forboth the FFT and the FHT thecomplexity is Nlog, N . An advantage ofthe DHT is the fact that the DHT is self-inverse, so that only one softwareroutine or hardware device is needed for the forward and inverse FHT.

Forthe forward and inverse FFT of a real signal, two different routines or devicesare required. The DHT is somehow conceptually simpler than the DFTif theinput signal is real, but all operations can be carried out with the FFT andthe FHT with the same complexity.1004.8Chapter 4. Examples o f Discrete TransformsThe Hadamardand Walsh-HadamardTransformsThe basis vectors of the discrete Hadamard and the discrete Walsh-Hadamardtransforms consist of the values fa;just like the Walsh functions discussedin Section 3.2.6. Both transforms are unitary.Basically they differ only in theorder of the basis vectors.We havey=Hx,X= Hy,(4.95)where X denotes the signal, y the representation, andH the transform matrixof the Hadamard transform.

H is symmetric and self-inverse:H T = H = H-l.(4.96)The transform matrix of the 2x2-Hadamard transform is given by(4.97)From this, all transform matrices H ( n )of size2 n = 2 k , k E IN can be calculated recursively [133]:(4.98)The Walsh-Hadamardtransform is obtained by takingtheHadamardtransform and rearranging the basis vectors according to the number of zerocrossings [66]. Somehow,this yields an order of the basis vectors with respectto their spectral properties.2There exist Hadamard matrices whose dimension is not a power of two..

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
981,9 Kb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6382
Авторов
на СтудИзбе
308
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее