Gonzalez R. C. and Woods R. E. Digital Image Processing (Forth Edition)
基本
酉变换
一维的变换:
t=Af,f=AHt,AH=A∗T,AHA=I.
以及二维的变换:
T=AFBT,F=AHTB∗,AHA=I,BTB∗=I.
以一维的为例, 实际上就是
tu=N−1∑x=0fxs(x,u)=fTsu,u=0,1,⋯,N−1,su=[s(0,u),s(1,u),⋯,s(N−1,u)]T.
故
A=[s0,⋯,sN−1]T.
others
n∑k=0sin(kx)=cos(12x)−cos(2n+12x)2sin(x2),x∈(2Kπ,2(K+1)π)
proof:
2sin(x2)∑nk=0sin(kx)=∑nk=0[cos(2k−12x)−cos(2k+12x)]=cos(12x)−cos(2n+12x).
类似地
n∑k=0cos(kx)=sin(2k+12x)+sin(12x)2sin(12x),x∈(2Kπ,2(K+1)π)
proof:
2sin(x2)∑nk=0cos(kx)=∑nk=0[sin(2k+12x)−sin(2k−12x)]=sin(2k+12x)+sin(12x).
DFT
s(x,u)=1√Ne−j2πxuN
sHusu=1是显然的, 又注意到
sHusu′=1NN−1∑x=0e−j2πx(u−u′)N,
又
N−1∑n=0an=1−aN1−a,
由于
e−j2πx(u−u′)=1,∀u≠u′.
DHT
DISCRETE HARTLEY TRANSFORM
s(x,u)=1√Ncas(2πxuN)=1√N[cos(2πuxN)+sin(2πuxN)].
2cos(2πuxN)cos(2πu′xN)=cos(2π(u−u′)xN)+cos(2π(u+u′)xN)2sin(2πuxN)sin(2πu′xN)=cos(2π(u−u′)xN)−cos(2π(u+u′)xN)2sin(2πuxN)cos(2πu′xN)=sin(2π(u+u′)xN)−sin(2π(u−u′)xN)
故想要证明其为标准正交基, 只需注意到:
N−1∑x=0sin(2πkxN)=cos(kπN)−cos((2N−1)kπN)...,
k≠0的时候, 有
cos((2N−1)kπN)=cos(kπN),
故
N−1∑x=0sin(2πkxN)=0,k≠0.
类似可得:
N−1∑x=0cos(2πkxN)=0,k≠0.
正交性如此是易证明的, 实际上标准性是显然的.
DCT
DISCRETE COSINE TRANSFORM
s(x,u)=α(u)cos((2x+1)uπ2N),α(u)=⎧⎪
⎪⎨⎪
⎪⎩√1N,u=0,√2N,u=1,2,⋯,N−1.
其标准正交的思路和DHT是如出一辙的.
与DFT的联系
- 定义
g(x)={f(x),x=0,1,⋯,N−1,f(2N−x−1),u=N,N+1,⋯,2N−1.
此时g(x)=g(2N−1−x);
- 计算DFT
tF=AFg=[t1t2].
- 定义
h(u)=e−jπu/2N,u=0,1,⋯,N−1,s=[1/√2,1,1,⋯,1]T.
tC=Re{s∘h∘t1}.
其中Re表示实部, ∘表示逐项乘法.
证明是平凡的.
DST
DISCRETE SINE TRANSFORM
s(x,u)=√2N+1sin((x+1)(u+1)πN+1).
与DFT的联系
- 定义
g(x)=⎧⎪
⎪
⎪
⎪⎨⎪
⎪
⎪
⎪⎩0,x=0,f(x−1),x=1,⋯,N,0,x=N+1,−f(2N−x+1),u=N+1,⋯,2N+1.
此时g(x)=−g(2N+2−x).
- DFT
tF=AFg=⎡⎢
⎢
⎢⎣0t10t2⎤⎥
⎥
⎥⎦.
tS=−Imag{t1}.
其中Imag表虚部.
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