Cyfrowe przetwarzanie i kompresja danych

Podobne dokumenty
Akwizycja i przetwarzanie sygnałów cyfrowych

Transformaty. Kodowanie transformujace

LABORATORIUM AKUSTYKI MUZYCZNEJ. Ćw. nr 12. Analiza falkowa dźwięków instrumentów muzycznych. 1. PODSTAWY TEORETYCZNE ANALIZY FALKOWEJ.

Przekształcenie Fouriera obrazów FFT

Laboratorium Przetwarzania Sygnałów

Transformata Fouriera

Przetwarzanie Sygnałów. Zastosowanie Transformaty Falkowej w nadzorowaniu

2. Próbkowanie Sygnały okresowe (16). Trygonometryczny szereg Fouriera (17). Częstotliwość Nyquista (20).

Przetwarzanie i transmisja danych multimedialnych. Wykład 8 Transformaty i kodowanie cz. 2. Przemysław Sękalski.

Zastosowanie falek w przetwarzaniu obrazów

4 Zasoby językowe Korpusy obcojęzyczne Korpusy języka polskiego Słowniki Sposoby gromadzenia danych...

Przedmowa 11 Ważniejsze oznaczenia 14 Spis skrótów i akronimów 15 Wstęp 21 W.1. Obraz naturalny i cyfrowe przetwarzanie obrazów 21 W.2.

uzyskany w wyniku próbkowania okresowego przebiegu czasowego x(t) ze stałym czasem próbkowania t takim, że T = t N 1 t

POSZUKIWANIE FALKOWYCH MIAR POTENCJAŁU INFORMACYJNEGO OBRAZÓW CYFROWYCH JAKO WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WIZUALNEJ

EKSTRAKCJA CECH TWARZY ZA POMOCĄ TRANSFORMATY FALKOWEJ

Przekształcenia widmowe Transformata Fouriera. Adam Wojciechowski

Adaptive wavelet synthesis for improving digital image processing

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Wykład 10. Transformata cosinusowa. Falki. Transformata falkowa. dr inż. Robert Kazała

TRANSFORMATA FALKOWA 2D. Oprogramowanie Systemów Obrazowania 2016/2017

Akustyka muzyczna ANALIZA DŹWIĘKÓW MUZYCZNYCH

Kompresja Danych. Streszczenie Studia Dzienne Wykład 13, f(t) = c n e inω0t, T f(t)e inω 0t dt.

Definicja. x(u)h (u t)e i2πuf du. F x (t,f ;h) = Krótko czasowa transformata Fouriera Ciągłą transformata falkowa

FFT i dyskretny splot. Aplikacje w DSP

Politechnika Świętokrzyska. Laboratorium. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Ćwiczenie 6. Transformata cosinusowa. Krótkookresowa transformata Fouriera.

9. Dyskretna transformata Fouriera algorytm FFT

DYSKRETNE PRZEKSZTAŁCENIE FOURIERA C.D.

Analiza szeregów czasowych: 2. Splot. Widmo mocy.

BIBLIOTEKA PROGRAMU R - BIOPS. Narzędzia Informatyczne w Badaniach Naukowych Katarzyna Bernat

Metody Przetwarzania Danych Meteorologicznych Ćwiczenia 14

Przetwarzanie obrazów wykład 6. Adam Wojciechowski

Cyfrowe przetwarzanie i kompresja danych. dr inż.. Wojciech Zając

Zygmunt Wróbel i Robert Koprowski. Praktyka przetwarzania obrazów w programie Matlab

Falki, transformacje falkowe i ich wykorzystanie

Kodowanie transformacyjne. Plan 1. Zasada 2. Rodzaje transformacji 3. Standard JPEG

Kompresja video (MPEG)

Teoria Sygnałów. Inżynieria Obliczeniowa II rok 2018/19. Wykład 10. ( t) Wykorzystanie transformacji Fouriera w analizie korelacyjnej

Kompresja dźwięku w standardzie MPEG-1

Analiza szeregów czasowych: 2. Splot. Widmo mocy.

Zmiany fazy/okresu oscylacji Chandlera i rocznej we współrzędnych bieguna ziemskiego.

Zmiany fazy/okresu oscylacji Chandlera i rocznej we współrzędnych bieguna ziemskiego.

Teoria sygnałów Signal Theory. Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

TRANSFORMATA FALKOWA. Joanna Świebocka-Więk

ZAGADNIENIA PROGRAMOWE I WYMAGANIA EDUKACYJNE DO TESTU PRZYROSTU KOMPETENCJI Z MATEMATYKI DLA UCZNIA KLASY II

TRANSFORMATA FALKOWA WYBRANYCH SYGNAŁÓW SYMULACYJNYCH

Przekształcenie Z. Krzysztof Patan

Przedmowa Wykaz oznaczeń Wykaz skrótów 1. Sygnały i ich parametry Pojęcia podstawowe Klasyfikacja sygnałów

Kodowanie transformujace. Kompresja danych. Tomasz Jurdziński. Wykład 11: Transformaty i JPEG

Właściwości sygnałów i splot. Krzysztof Patan

Analiza i modelowanie przepływów w sieci Internet. Andrzej Andrijew

Akwizycja i przetwarzanie sygnałów cyfrowych

ANALIZA SEMANTYCZNA OBRAZU I DŹWIĘKU

ZASTOSOWANIA PRZEKSZTAŁCENIA ZET

O sygnałach cyfrowych

Szybka transformacja Fouriera (FFT Fast Fourier Transform)

Modele kp Studnia kwantowa

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Transformacja Fouriera i biblioteka CUFFT 3.0

Analiza obrazu. wykład 1. Marek Jan Kasprowicz Uniwersytet Rolniczy Marek Jan Kasprowicz Analiza obrazu komputerowego 2009 r.

Nieskończona jednowymiarowa studnia potencjału

NIEOPTYMALNA TECHNIKA DEKORELACJI W CYFROWYM PRZETWARZANIU OBRAZU

0. OpenGL ma układ współrzędnych taki, że oś y jest skierowana (względem monitora) a) w dół b) w górę c) w lewo d) w prawo e) w kierunku do

Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii. Ćwiczenie 4. Badanie optycznej transformaty Fouriera

Podstawy Automatyki. wykład 1 ( ) mgr inż. Łukasz Dworzak. Politechnika Wrocławska. Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji (I-24)

Technika audio część 2

Metody rozwiązania równania Schrödingera

Dyskretne układy liniowe. Funkcja splotu. Równania różnicowe. Transform

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

ROZKŁAD MATERIAŁU DO II KLASY LICEUM (ZAKRES ROZSZERZONY) A WYMAGANIA PODSTAWY PROGRAMOWEJ.

8. Analiza widmowa metodą szybkiej transformaty Fouriera (FFT)

WYDZIAŁ FIZYKI I INFORMATYKI STOSOWANEJ

PL B1. POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL

Wykład 6: Reprezentacja informacji w układzie optycznym; układy liniowe w optyce; podstawy teorii dyfrakcji

XI Konferencja Sieci i Systemy Informatyczne Łódź, październik 2003 APLIKACJA DO TESTOWANIA ALGORYTMÓW PRZETWARZANIA SYGNAŁÓW

Transformata Laplace a to przekształcenie całkowe funkcji f(t) opisane następującym wzorem:

Informatyka I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) kierunkowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES)

Ćwiczenie 3. Właściwości przekształcenia Fouriera

Egzamin / zaliczenie na ocenę*

Akwizycja i przetwarzanie sygnałów cyfrowych

1.5. Sygnały. Sygnał- jest modelem zmian w czasie pewnej wielkości fizycznej lub stanu obiektu fizycznego

WYMAGANIA DOTYCZĄCE ZALICZENIA ZAJĘĆ

Rozdział 1 PODSTAWOWE POJĘCIA I DEFINICJE

Dystrybucje, wiadomości wstępne (I)

KARTA MODUŁU KSZTAŁCENIA

Zakładamy, że są niezależnymi zmiennymi podlegającymi (dowolnemu) rozkładowi o skończonej wartości oczekiwanej i wariancji.

TERAZ O SYGNAŁACH. Przebieg i widmo Zniekształcenia sygnałów okresowych Miary sygnałów Zasady cyfryzacji sygnałów analogowych

przetworzonego sygnału

FILTRACJE W DZIEDZINIE CZĘSTOTLIWOŚCI

Wymagania kl. 3. Zakres podstawowy i rozszerzony

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Metody Rozmyte i Algorytmy Ewolucyjne

Ważne rozkłady i twierdzenia

Założenia i obszar zastosowań. JPEG - algorytm kodowania obrazu. Geneza algorytmu KOMPRESJA OBRAZÓW STATYCZNYCH - ALGORYTM JPEG

Grafika Komputerowa Wykład 2. Przetwarzanie obrazów. mgr inż. Michał Chwesiuk 1/38

Spis treści. Przedmowa... XI. Rozdział 1. Pomiar: jednostki miar Rozdział 2. Pomiar: liczby i obliczenia liczbowe... 16

2. P (E) = 1. β B. TSIM W3: Sygnały stochastyczne 1/27

Joint Photographic Experts Group

Przeksztacenie Laplace a. Krzysztof Patan

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

GRAFIKA KOMPUTEROWA podstawy matematyczne. dr inż. Hojny Marcin pokój 406, pawilon B5 Tel.

Laboratorium Przetwarzania Sygnałów Biomedycznych

Transkrypt:

Cyfrowe przetwarzanie i kompresja danych dr inż.. Wojciech Zając Wykład 5. Dyskretna transformata falkowa

Schemat systemu transmisji danych wizyjnych Źródło danych Przetwarzanie Przesył Przetwarzanie Prezentacja Kontrolowane straty Zakłócenia

Obliczanie jednowymiarowej transformaty DCT Przekształcenie proste X DCT = Y 1 2 3 4 5 6 7 8? * = y 1 y 2 y 3 y 4 y 5 y 6 y 7 y 8

Obliczanie jednowymiarowej transformaty DCT Przekształcenie proste X DCT = Y 1 2 3 4 5 6 7 8 f1 f2 f3 f4 f5 * = f6 f7 f8 y 1 y 2 y 3 y 4 y 5 y 6 y 7 y 8

Obliczanie jednowymiarowej transformaty DCT Przekształcenie proste X DCT = Y 1 2 3 4 5 6 7 8 f1 f2 f3 f4 f5 * = f6 f7 f8 y 1 y 2 y 3 y 4 y 5 y 6 y 7 y 8 Przekształcenie odwrotne Y DCT = X y 1 y 2 y 3 y 4 y 5 y 6 y 7 y 8 f1 f2 f3 f4 f5 * = f6 f7 f8 ' 1 ' 2 ' 3 ' 4 ' 5 ' 6 ' 7 ' 8

DCT jako analiza sub-pasmowa

Podział widma sygnału w analizie subpasmowej DCT 1 _ 0 π 2 _ π 3 _ π 4 _ π 5 _ π 6 _ π 7 _ π 8 8 8 8 8 8 8 π f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8

Rozkład energii w obrazie Histogram wartości współczynnik czynników w DCT obraz LENA256 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0

Rozkład energii w obrazie Histogram wartości współczynnik czynników w DCT obraz BABOON 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0

Szczególna postać analizy subpasmowej X(z) H (z) 0 G (z) 0 + Y(z) H (z) 1 G (z) 1 0 π _ 2 π X l X h

Podział widma sygnału w analizie falkowej H 0 (z) l H 1 (z) h 0 π _ 2 π X l X h

Podział widma sygnału w analizie falkowej l H 0 (z) ll H 0 (z) H 1 (z) lh H 1 (z) h 0 π _ 4 π _ 2 π X ll X lh X h

Podział widma sygnału w analizie falkowej l H 0 (z) ll H 0 (z) lll H 0 (z) H 1 (z) llh H 1 (z) lh H 1 (z) h 0 π _ 8 π _ 4 π _ 2 π X lll X llh X lh X h

Analiza falkowa W przeciwieństwie do analizy fourierowskiej i kosinusowej, analiza falkowa nie wyraża a badanych funkcji poprzez wielomiany, ale poprzez pewne specjalne funkcje - falki, które sąs tworzone ze stałej funkcji zwanej falką macierzystą,, poddanej wielokrotnym translacjom. Uzyskane w ten sposób b falki mają szereg interesujących skalowalnych właściwości. ci. Można je odnosić zarówno do czasu jak i do częstotliwo stotliwości, dopuszczając c bliższe związki zki pomiędzy badaną funkcją (funkcją reprezentowaną), a jej współczynnikami. W ten sposób b uzyskano większ kszą numeryczna stabilność w procesie odtwarzania funkcji. Pokazano, że e każde zadanie posługuj ugujące się szybką transformatą Fouriera może zostać sformułowane owane za pomocą falek, dając c przy tym więcej informacji przestrzennej (o miejscu położenia) jak i częstotliwo stotliwościowej. W ten sposób zamiast tworzyć spektrum natęż ężenie-częstotliwość można otrzymać spektrum falkowe (wavelet( spectrum).

TRANSFORMATA FALKOWA Cechą charakterystyczną funkcji bazowych transformaty falkowej jest to, że e ich wartość średnia jest równa r zero i mają postać szybko gasnących oscylacji. Ciągła transformata falkowa sygnału u ciągłego (t), z zastosowaniem falki bazowej g(t) ) jest opisana równaniem: r Wf 1 t b = g dt a a ( a, b) ( t) gdzie a jest współczynnikiem skali (wpływa na czas trwania) falki, b współczynnikiem przesunięcia (zmienia położenie na osi czasu). Wartość współczynnik czynników a i b interpretuje się jako miarę podobieństwa do danego fragmentu analizowanego sygnału. Wynikiem ciągłego przekształcenia falkowego sąs współczynniki Wf(a,b a,b), które odwzorowują sygnał oryginalny (t) ) za pomocą falki bazowej g(t) ) w przestrzeni czas-cz częstotliwość.

Przekształcenie falkowe Przekształcenie falkowe opiera się na szablonie, który wykorzystuje pewną funkcję podstawową (falkę podstawową). Transformatę falkową oblicza się na podstawie wzoru, poprzez wyznaczanie iloczynu skalarnego z przeskalowanymi i przesuniętymi wersjami falki podstawowej. CWT f 1 = τ s s t τ s ( τ s) f ( t), Ψ ( t) = f ( t) Ψ dt,, gdzie: ( ) Ψ t s,τ falka podstawowa, odpowiednio argumenty skali i czasu, tworzące dziedzinę transformaty

Przekształcenie falkowe Teoria falkowej reprezentacji sygnału u nie definiuje konkretnej postaci falki, określa jedynie własnow asności jakie musi posiadać taka funkcja. Wymaga się,, by falka miała a skończon czoną energię, wartość średnią równą zero oraz by posiadała a niezerowe wartości tylko w skończonym przedziale. Spełnienie tych warunków w powoduje, że e falka posiada postać krótkotrwa tkotrwałej oscylacji, skąd d wywodzi się jej nazwa.

Przekształcenie falkowe W wyniku jednowymiarowego przekształcenia falkowego otrzymuje się dwuwymiarową półpłaszczyznę, której argumentami sąs skala i czas. Zmienna skali wywodzi się ze skalowania falki podczas wyznaczania transformaty i posiada znaczenie odwrotności chwilowej częstotliwo stotliwości. Teoretyczne badania naukowe doprowadziły y do opracowania różnych r odmian przekształcenia falkowego, przeznaczonych do cyfrowego przetwarzania sygnałów. Największe znaczenie posiada tu dyskretne przekształcenie falkowe, które dostarcza najbardziej zwartą reprezentację falkową sygnału dyskretnego. W wyniku tej transformacji otrzymuje się zbiór współczynnik czynników w pogrupowanych odpowiednimi poziomami skali, zdyskretyzowanej wykładniczo. Na każdym poziomie skali, odpowiadającym analizowaniu sygnału u z różnąr rozdzielczości cią, otrzymuje się współczynniki, których gęstog stość rozmieszczenia w czasie jest zależna od bieżą żącej wartości skali. Dzięki temu, uzyskuje się własność wielorozdzielczości ci,, pozwalającą na dopasowanie się rozdzielczości ci czasowej analizy sygnału u do aktualnej skali analizy.

Jednowymiarowa analiza falkowa l H 0 (z) ll H 0 (z) lll H 0 (z) H 1 (z) llh H 1 (z) lh H 1 (z) h lll 2 HG 00 (z) + ^ ll 2 GH 0 (z) 0 (z) ^ l llh 2 HG 1 (z) lh 2 HG 1 (z) + h 2 2 HG 0 (z) HG 1 (z) + ^ 0 π_ 8 π_ 4 π_ 2 π X lll X llh X lh X h

Dwuwymiarowa analiza falkowa Blok A ll-ll-ll Blok A H 0 vert vert l vert H 0 hor hor ll Blok A ll-ll ll-lh ll-hl ll-ll-lh ll-ll-hl ll-ll-hh H 1 hor hor lh ll-hh h vert H 0 hor hor hl H 1 vert vert H 1 hor hor hh

Dwuwymiarowa analiza falkowa c.d. 0 π_ 2 π_ 0 2 π ll-ll-ll ll-ll-hl ll-ll-lh ll-ll-hh ll-hl ll-lh ll-hh lh hl hh π

Realizacja - filtry LeGalla G H ( ) ( 2 1 2 z = z + 2z + 6 + z z ) 0 2 H 1 1 8 1 1 ( ) ( z = z + 2 z) 2 1 1 ( ) ( z = z + 2 z) G 0 + 2 1 2 1 = z 2z + 6 8 ( ) ( 2 z z z ) 1 2 (1) (2) (3) (4)

Jakość przetwarzania (1) PSNR [db] 40 35 30 25 Wavelet 20 15 10 DCT 5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 BER [%]

Jakość przetwarzania (2) DCT,, BER=0.1% WAVELET,, BER=0.1%

Jakość przetwarzania (3) DCT,, BER=1% WAVELET,, BER=1%