余弦变换是傅里叶变换的一种特殊情况。在傅里叶级数展开式中,如果被展开的函数是实偶函数,那么,其傅里叶级数中只包含余弦项,再将其离散化由此可导出余弦变换,或称之为离散余弦变换(Discrete
Cosine Transform,DCT)。 离散余弦变换,在数字图像数据压缩编码技术中,可与最佳变换K-L变换媲美,因为DCT与K-L变换压缩性能和误差很接近,而DCT计算复杂度适中,又具有可分离特性,还有快速算法等特点,所以近年来在图像数据压缩中,采用离散余弦变换编码的方案很多,特别是90年代迅速崛起的计算机多媒体技术中,JPEG、MPEG、H.261等压缩标准,都用到离散余弦变换编码进行数据压缩。 4.20 偶对称 ![]() 4.21 奇对称 ![]() 1. 一维离散余弦变换 设一维离散函数f(x),x=0,1,…,N-1,把f(x)扩展成为偶函数的方法有两种,以N=4为例,可得出如图4.20和图4.21所示的两种情况。图4.20称偶对称,图4.21称奇对称,从而有偶离散余弦变换(EDCT)和奇离散余弦变换(ODCT)。 由图4.20和4.21看出,对于偶对称扩展,对称轴在 ![]() ![]() 采样点数增到2N。 奇对称扩展,对称轴在x=0处。 ![]() 采样点数增到2N-1。 由离散傅里叶变换定义出发,对公式(4.43)作傅里叶变换,以 ![]() ![]() 式中, ![]() 当 ![]() 当 ![]() 当 ![]() ![]() ![]() 考虑正变换公式与逆变换公式的对称性,令 ![]() ![]() 式中 ![]() ![]() 定义式(4.46)和式(4.47)为离散偶余弦正变换公式;式(4.48)和式(4.49)为离散偶余弦变换核公式。 离散偶余弦逆变换公式为 ![]() x = 0,1,…,N-1 将公式(4.46)和公式(4.47)合并、化简,可得到一维离散偶余弦正变换公式,即 ![]() 式中 ![]() 当 ![]() ![]() 当 ![]() ![]() 2. 二维离散偶余弦变换 设 空域变量取值范围为 ![]() ![]() 频域变量取值范围为 ![]() ![]() 二维离散偶余弦正变换公式为 ![]() 式中u = 0,1,…,N-1 v = 0,1,…,N-1 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 二维离散偶余弦逆变换公式 ![]() 式中 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 二维离散余弦变换核具有可分离特性,所以,其正变换和逆变换均可将二维变换分解成一系列一维变换(行、列)进行计算。 3. 借助FFT实现离散余弦变换 由公式(4.46)和公式(4.47)一维离散偶余弦正变换公式,略加变换,即 ![]() ![]() ![]() 式中, ![]() ![]() 4. 二维快速离散余弦变换 二维快速离散余弦变换算法,是直接对二维图像数据 ![]() ![]() 正变换(DCT) ![]() 式中u= 0,1,…,M-1 v= 0,1,…,N-1 其中, ![]() 逆变换(IDCT) ![]() 式中 ![]() ![]() 其中, ![]() |