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離散傅裡葉變換DFT、離散餘弦變換DCT、離散正弦變換DST,原理與公式推導

目前主流視訊編解碼算法都要使用到離散餘弦變換(Discrete Cosine Transform)以及離散正弦變換(Discrete Sine Transform)對預測殘差進行空域/頻域的轉換,通過犧牲部分高頻的資訊來達到壓縮的目的。總的來說,DCT和DST都各自有八種形式,網上主要的資料都是介紹DCT-II,也就是第二類DCT,至于其他類型的資料少之又少,更不用說關于DST的介紹。過去,DCT-II由于其自身确實具有的優越性,在早期的編解碼算法如H.264中大量使用,但後來人們發現其他的DCT和DST在某些情況下表現或許更加出色,例如,最新的H.266标準也将DCT-VIII以及DST-VII加入到了候選變換類型中。是以,為了弄懂H.266為什麼要使用這三種變換類型,我們有必要對DCT和DST的原理做深入的了解。

很多人可能并不清楚DCT和DST從何而來,也不知道為什麼它們兩者為什麼會有那麼多種形式。實際上,DCT和DST的推導完完全全來自于離散傅裡葉變換(Discrete Fourier Transform),他們兩者本質上是DFT的特殊形式,是以,如果弄懂了DFT,DCT和DST也就自然了解了。是以,文章開始着重分析了DFT的一些性質,實際上是為後面做必要的鋪墊。不過,要弄懂DFT,還要從傅裡葉級數以及傅裡葉變換說起,但由于篇幅限制,這裡就不說了,大家可以找一些信号與系統的書籍資料學習一下,其實文章的内容大部分在那本綠皮的《數字信号處理》裡面都有。因為這個文檔我是寫在Word裡的,要轉成Markdown不太友善,是以就直接轉成圖檔了,後面篇幅比較長,但其實弄懂了前面的DFT後面的都隻是一些重複性的工作而已。公式較多,内容較廣,是以有些文字上的錯誤或者了解上的偏差在所難免。

  • 離散傅裡葉變換
  • 離散餘弦變換
  • 離散正弦變換
  • 附錄

離散傅裡葉變換

離散傅裡葉變換DFT、離散餘弦變換DCT、離散正弦變換DST,原理與公式推導
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離散餘弦變換

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離散正弦變換

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附錄

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