变换技术范文（精选11篇）
变换技术 第1篇
一过渡期混合制播体系简要说明
新建制作体系倾向于采用全高清、全文件体制, 实现网络化制作。
原有制作体系存在的大量标清制作资源, 包括磁带制作及非线制作系统, 将继续使用直至自然淘汰, 以最大限度保护投资。
新建播出系统倾向于支持高标清同播、网络化备播, 采用高清播出服务器, 以兼容高清、标清文件播出, 内部具有信号上下变换功能, 可输出高清或标清SDI信号。
原有标清播出系统将继续用于标清频道播出, 其播出服务器仅支持标清文件播出, 可考虑进行升级到高清播出服务器以支持高清、标清文件播出。
新建或改造节目准备系统以支持线性磁带节目完成文件化, 以及视需要增加转码功能, 将高清文件下变给原有标清播出系统进行播出。
高清节目需要引用少量标清素材;标清节目也不可避免要引用一些高清素材;高清节目可能在标清频道播出, 反之, 少量标清节目也可能在高清频道播出, 因此, 应对上下变换技术提出要求, 并对幅型变换方式进行约束;对于信号直播, 同理, 也存在类似的问题。
二过渡期混合制播体系中高标清上下变换、画面幅型变换相关的技术要点
1. 过渡期的播出、制作形态
由于标清频道在今后较长的一段时期内继续存在, 同时, 应大力发展高清频道以推动技术、产业升级, 因此, 过渡期间的频道播出将存在三种播出形态, 即:标清播出、高标清同播、高清播出。
节目制作应适配高清频道的发展, 逐步提高高清节目的比重, 并要兼顾标清频道的播出, 目前应主要照顾占大多数的屏幕为4:3的标清接收机的屏幕效果, 随着16:9高清接收机的普及, 可过渡到优先照顾16:9接收机的屏幕效果。因此, 我们从战略上制定了前过渡期和后过渡期两个发展阶段, 前过渡期高清节目制作主要按4:3保护框方式构图, 下变换采用两侧切边 (Edge Crop) 的方式, 后过渡期高清节目制作主要按16:9方式构图, 下变换采用信箱 (Letter Box) 的方式。
高标清混合制播的图像技术质量保证及安全播出保证主要依靠两方面手段来实现, 一方面是技术手段, 另一方面是管理手段。技术上要确保上下变换器的质量符合业务要求, 幅型变换可进行自动处理, 在信号和文件之间有继承的手段, 在播出环节支持自动控制;管理上应对素材引用、幅型变换有一定规范。
2. 上下变换关键技术比较及相关考虑
高标清上下变换技术目前已比较成熟, 其视频信号的处理流程, 大家也已熟悉, 各设备厂家的做法也大体一致, 在技术实现上基本都是对于连续视音频信号的时空采样结构进行变换, 基本流程如图1所示。
其中去隔行、重采样是最重要的。目前主流厂家的变换器质量差别主要体现在运动图像的处理技术上, 对于质量要求较高的变换器, 去隔行一般会使用运动自适应算法 (motion adaptived) , 更高档次的会使用运动补偿算法 (motion compensated) , MA结合了空间和时间, 在运动图像区域进行空间插值;MC精度依赖于运动预测算法和运动选择区域的大小, 像素块越小、沿时间方向预测精度越高, 图像的质量也高, 产品成本越高。设备选型应根据实际业务要求而定, 可考虑中高档相结合以兼顾需要及投入。
对于上下变换器的测试, 可考虑以下几种手段:
●使用运动图像序列, 评价其是否出现锯齿和拖尾, 以检查去隔行效果;其中可考虑使用存在不同运动方向、运动速度的物体相叠加的图像序列, 可检查其处理的精度等。
●使用多波群信号, 评价其清晰度和锐度, 以检查重采样中的滤波抗混叠和细节增强技术。
●使用彩条测试信号, 以检查彩色空间转换处理效果。
3. 幅型变换模式
对应过渡期标清播出、高标清同播、高清播出三种播出形态, 在多种幅型变换模式中, 通常会根据节目的需要选用其中几种, 这样有利于技术系统的实现, 简化运行模式。以下四种是目前常用的幅型变换模式。
●高清制作, 4:3构图, 两侧切边 (Edge Crop) 下变换标清播出, 如图2。
●高清制作, 16:9构图, 上下加边 (Letter Box) 下变换标清播出, 如图3。
●标清制作, 左右两侧加边 (Pillar Box) 上变换高清播出, 如图4。
●标清16:9遮幅制作, 上下切边 (Full Width) 上变换高清播出, 如图5。
4. 幅型变换需注意的问题
在幅型变换过程中, 会导致三方面的问题, 在实际运行中应设法避免。
首先是幅型变换对构图的影响。无论是高清下变换还是标清上变换, 都存在对于图像的裁剪或加边的处理和图像的缩放, 这都会造成原始画面信息的缺失或无用画面的填充, 形成对原始画面在固定幅面屏幕上展现效果的影响, 进而影响收视体验。因此, 在节目策划过程中, 需要对最终的展现进行考虑, 通过匹配制作和播出的幅型变换模式, 最大限度消除幅型变换对构图的影响。
其次是幅型变换对画面质量的影响。上下变换不是一个可逆过程, 对质量影响最严重的情况是高清节目中引用了标清上变换的素材, 成品高清节目又下变换标清播出, 经过一个来回的变换, 如果对应主观评价标准, 图像质量从专家察觉下降到普通观众可以察觉。另外, 由于制作和播出多个生产过程中对于幅型变换采用了软硬件不同的方法, 会造成对于矢量图形和非矢量图形的差异。因此, 为避免变换对图像质量的影响, 应尽量减少变换次数, 多采用原始文件进行处理, 避免多次转换。
第三是幅型变换的自动匹配。素材的幅型与成品节目的幅型, 节目源的幅型和播出后的幅型, 都存在多种组合的变换可能, 如果不能够自动匹配, 将加大运行复杂程度, 尤其在演播室和频道, 可能由于幅型变换不当造成播出事故。因此, 统一采用AFD标识能够降低运行成本, 提高幅型变换的自动化处理程度。在技术实现上要做到连续播出节目幅型变换的帧精度切换。
5. 幅型变换的技术标准及建议
SMPTE提供了幅型变换的标准, 采用AFD (Active Format Description) 对文件和信号的画面幅型比进行统一标示。SMPTE已经正式发布的SMPTE 377M-2004标准和SMPTE 2016-1标准中, 包括了对于文件中嵌入AFD的描述。对于信号中AFD信息嵌入方式, 在SMPTE 2016-3标准中也已经给出。根据SMPTE标准相关的路线图, 未来与文件有关的AFD、Bar Data和Pan&Scan的KLV定义将在SMPTE 2016-5中给出完整定义。
目前包括Harris、Evertz、Miranda、Snell&Wilcox、Omneon、Thomson、Seachange在内的多个厂商已经开始提供支持AFD的周边或视频服务器产品, 对AFD的编码规范使用的理解也基本趋于一致。鉴于现行系统中还会存在一些没有支持AFD的产品, 因此, 应当基于SMPTE的现有标准, 制定各企业的适用标准, 一方面可以为不具备AFD信息的节目或系统定义企业的默认AFD信息, 另一方面也利于今后全台统一向更加完善的AFD标准升级。
6. AFD嵌入及处理的流程
AFD作为由上游系统嵌入用于指导下游系统进行幅型变换的依据, 既可以应用于基带信号, 也可以应用于文件, 因此, 处理流程上要根据应用系统和形式进行规划。
(1) 基带信号
对于基带信号进行处理的系统包括总控系统、演播室系统、频道播出系统。总的原则是各系统如果作为台外信号的第一个处理环节, 应当在传输的同时完成信号的AFD嵌入, 对于台内产生的信号进行AFD合法性检查, 并具有修正的能力, 如有必要可以进行信号的上下及幅型变换;信号通路的设备一般应支持AFD信息的透明传输, 而上下变换或AFD嵌入器应具有AFD的写入功能。
(2) 文件
与媒体文件相关的系统包括收录系统、制作系统、演播室和频道播出系统、媒资系统。所处理文件的来源包括节目交换、自采、演播室录制和媒资存储的历史资料。总的原则是在节目的首次文件化时完成AFD的嵌入, 同时保证输出的成品节目具有合法的AFD信息。各系统具有嵌入、合法性检查和修正的功能。
(3) 介质
对于传统磁带介质, 如果是成品节目直接的信号输出, 遵循信号处理原则, 在基带信号中嵌入AFD信息, AFD信息来自于与节目相关的元数据, 如节目技审单;如果经过文件化处理, 在文件化时完成嵌入。
对于存储文件的新介质, 如果录制时已嵌入AFD信息并在信号输出时可嵌入到基带信号中, 则无需处理;对于没有AFD信息的新介质按照信号的处理原则完成AFD信息嵌入。
7. AFD的检测
AFD信息的检测手段很多, 由于存在二进制、十进制和十六进制的转化, 因此建议采用统一的检测工具。
(1) 文件的AFD检测
IRT的Analyser分析工具可以检测MXF文件中的AFD信息, 在Analyser的分析结果中给出了Video Descriptor值, 嵌入AFD的文件可以定位到Active Format Descriptor标识, 对应的可以读取AFD值, 需要注意的是, 该值是十进制。
现以HD文件嵌入1010 AFD信息为例, 如图6所示, 对应的AFD值为84, 转换成二进制后为01010100。转换处理可考虑由应用软件自动实现。
(2) 信号的AFD检测
基带信号嵌入AFD信息的检测手段, 可以采用Tek的WFM 7100系列作为检测仪器。在7100中读取Anc辅助数据, 第一步是要明确嵌入的AFD信息具体在多少行, 第二步再读取AFD编码数值, 注意在7100上的读数是十六进制。
以HD-SDI信号中嵌入1010 AFD信息为例, 如图7所示。
幅型变换直接影响高标清混合制播体系中的节目运行规划和技术系统设计, 涉及前期拍摄、总控、后期制作、演播室、频道播出和媒资等多个技术系统, 需要制定针对制播各环节的具体运行规程, 运用技术管理手段, 使幅型变换得到正确处理, 以便信号和文件在节目生产过程的各个工艺系统间流转时AFD信息能够正确继承和使用。
三关于高标清幅型变换方式的考虑
根据电视制播业务流程, 幅型变换应考虑包括采、编、播、存等各个制播环节处理幅型变换所需要的技术条件、处理流程、实现方法。对于幅型变换方式的选择, 以依据AFD信息进行自动处理为主, 辅以人工调整的手段。考虑观众的收视感受, 应尽可能避免最终播出画面四周出现黑边, 如定义播出画面四周黑边为故障画面, 则幅型变换可遵循以下原则以避免故障发生。
●不变形:幅型变换各种变换方式的前提是不能造成图像的失真变形, 变形可由用户终端实施。
●不重复:尽可能减少变换次数, 最多允许一个来回, 素材引用尽可能使用原始的。
●有规划:节目策划或前期采集应先规划好上变或下变的方式。
●一致性:一个栏目或一个节目的AFD信息应连贯一致, 一个广告段视同一个节目, 节目播出以单一节目为单位进行自动变换控制。
●有标识:节目及素材应按规定嵌入AFD信息, 以支持自动处理。
●满画面:充分利用整个画面, 上变换图像两侧的黑边可考虑填充为资讯信息或活动的视频屏保信号, 可赋予频道包装属性, 同理处理高清letter box下变换。
具体来说, 在采、编、播各环节中对于高标清幅型变换应考虑符合以下要求。
1. 采集
(1) 节目策划
应根据前后过渡期的总体要求, 结合节目中拟引用的素材情况, 预先确定高清节目下变换的方式或标清节目上变换的方式, 以指导前期采集构图。
(2) 前期拍摄
按照节目策划确定的变换方式进行拍摄, 主要为以下两种情况:
●高清按4:3保护制作, 其下变方式为Edge Crop, 如图8。●高清节目按16:9制作, 下变方式为Letter Box, 如图9。●文件化采集的, 如记录设备支持写入AFD, 则应予以写入。
(3) 节目收录、上载、编目
a.主要要求:
●原质收录, 不做变换;
●首次文件化应写入AFD。
b.处理流程
●信号收录、上载服务器支持预定义AFD并自动写入录后素材文件;
●信号及文件收录、上载服务器均支持对录后素材文件进行AFD检查及重写入;
●素材文件编目时, 应标注变换方式, 即元数据中要有AFD。
2. 编辑
(1) 主要要求
●非编平台支持多格式混编, 支持根据AFD自动处理;
●匹配制作和播出的幅型变换, 最大限度消除幅型变换对于构图的影响, 按照幅型变换建议, 对素材处理进行约束, 以避免制或播出现四周黑边;
●素材引用应使用原质素材;
●AFD以节目为单位具有一致性;
●成品节目文件、节目技审单均包含AFD信息;●制作系统具有AFD嵌入、检查、修正手段;●标清制作不再采用16:9遮幅方式。
(2) 节目中引用素材的幅型处理
a.高清节目, 按4:3保护方式制作, 用于高标清同播
●引用按16:9采集的高清素材时, 应注意两侧切边后画面不完整应无大影响 (如图10) , 否则, 不可使用。
●引用全幅的标清素材, 用pillar box方式上变, 实际两边可考虑填充具有本台标识属性的屏保活动视频。
●引用遮幅的标清素材, 用full width方式上变, 应考虑标清播出时两侧切边导致画面不完整应无大影响 (如图11) , 否则, 不可使用, 这类引用尽量少用。
●引用标清素材时可采用缺省上变方式pillar box, 必要时进行人工调整为full width。
●字幕应限制在保护框内。
●新闻类节目经常要引用历史标清素材, 适于采用高清4:3制作。
b.高清节目, 按16:9制作, 用于高标清同播
●引用全幅的标清素材时, 人工调整为full width上下切边方式的上变, 但须注意画面不完整应无大影响 (如图12) , 否则, 不可使用。
●引用遮幅的标清素材, 用full width方式上变 (如图13) 。
c.过渡期结束, 全部为高清播出以后, 引用历史标清素材时, 幅型变换方式可完全依AFD信息进行自动处理
●全幅的标清素材pillar box上变, 如图10。
●遮幅的标清素材full width上变, 如图13。
d.标清制作, 用于高标清同播
●引用按16:9采集的高清素材, 素材的下变方式可人工调整为edge crop, 应注意切边后画面不完整应无大影响, 否则, 不可使用。
●引用按4:3保护采集的高清素材时, 依AFD自动按edge crop方式进行下变。
e.标清制作, 仅用于标清播出
引用高清素材, 按AFD信息自动处理, 如图15所示。
(3) 高标互为引用素材时处理的规律
●同样构图方式, 互为引用顺理成章;
●不同构图方式, 互为引用应小心处理。
3. 播出
(1) 主要要求
●播出系统应支持基于AFD, 实现节目间幅型变换方式的帧精度切换;
●播出系统具有AFD嵌入、检查、修正手段;
●播出系统具有变换效果正确性检查手段;
●信号通路的设备一般应支持AFD信息的透明传输。
(2) 主要流程
●视频服务器支持从文件中提取AFD, 嵌入到信号中并依据AFD完成输出信号内部上下变换的幅型处理。
●对于其他源设备输出的信号, 从技审单或直播单提取AFD, 控制AFD嵌入器嵌入到信号中, 再由变换器自动变换。
●直播信号携带AFD信息, AFD信息由演播室或总控嵌入。
(3) 播出的上下变换方式
高清节目标清播出或标清节目高清播出, 采用上文第二部分第3点所述四种常用幅型变换中的对应变换方式。
四AFD嵌入规范的基本考虑
确定AFD信息定义。
确定AFD信息在MXF媒体文件信息层元数据格式、检查项及编码;明确检测MXF文件信息层元数据中幅型变换信息的规程, 包括检测工具、检测项及数据分析方法。
确定AFD信息在视频SDI信号垂直辅助数据 (VANC) 中插入位置、格式及对应编码;明确检测视频SDI信号幅型变换信息的规程, 包括检测工具、检测项及数据分析方法。
摘要：本文结合中央电视台新址的总体系统设计及新现址总体制播体系的技术部署, 分析在标清制播体系向高清制播体系过渡期间所形成的混合制播体系中有关高标清上下变换、幅型变换的相关问题, 并提出一些技术及管理方面的考虑, 供系统设计或运行时参考。
变换技术 第2篇
《复制与变换》是浙江摄影出版社的《小学信息技术》三年上册第九课内容。本课是在学生具备了初步的计算机绘图知识后开展教学。教材安排了“复制”的教学,意在让学生体会计算机绘画的“神奇”功能,进一步激发计算机绘画的兴趣。由于复制后的图形是完全一样的,“变换”就可以突破这一局限,巧妙利用“变换”,可以使简单图形变得更加生动有趣。
从教材内容上来看,主要介绍图形的复制、粘贴、旋转等绘图操作技巧,是画图模块中非常重要的内容。从教材编排上来看,前四课学生的绘画基本以模仿为主,对“画图”程序的操作技能先打下基础,而从本课开始,学习复制、粘贴和旋转既是对先前知识点的提升又是后续进行图形创作的主要手段,为学生综合运用“画图”程序中的工具进行作品创作奠定了基础。2学情分析
本课教学对象是小学三年级的学生,而本校又属于较偏远的农村小学,由于多半学生来自外来务工子弟家庭,为此对学生进行了摸底调查,学生家庭拥有电脑数为72%,平时利用休息时间较多接触电脑的为35.3%,平时通过在校每周一次信息技术课接触计算机的为60.1%。在上课之前,本人对三年级所有学生进行了已有知识的前测,学生掌握“画图”程序中的刷子,橡皮以及形状工具的操作,能完成简单的绘图。对利用“画图”按钮打开文件和图形的选定,移动,透明操作,撤消等操作相对薄弱。为此,本人设计“小黄人”小考验以及服装师的环节,增加学生对选定、移动和撤消的实践操作,加深对原有知识的巩固。
整个教学环节紧紧围绕“小黄人”设计师展开,从开头到结尾紧紧抓住学生的学习兴趣,一步步一环环击破各知识点,在不知不觉中掌握操作技能。由于是小班化教学,所以本人更加关注每个学生,对每个学生进行相应的辅导,力求每个学生都有不同程序的进步。3教学目标 1.知识与技能目标
(1)知道选定操作对象的重要性。
(2)掌握“复制”、“粘贴”的使用。(3)掌握选定区域旋转的操作方法。2.过程与方法目标
(1)通过对图像的复制、移动等操作,知道选择的重要性,理解“复制”、“粘贴”功能。
(2)通过对图形的变换(旋转),掌握“画图”中图形的旋转的方法,体验计算机绘图的神奇。
3.情感态度与价值观目标
(1)通过体验“旋转”、“复制”与“粘贴”提高学生创作图形的兴趣,联系生活实际培养学生的发散性思维。
(2)通过层层学习要求,让学生体验到要想最终完成愿望,需要一步步努力做好基础的事情,积累能力,最终实现。4重点难点
(1)教学重点:“复制”、“粘贴”的操作方法。(2)教学难点:理解“复制”、“粘贴”的功能。5课前准备
通过极域电子教室将“服装师.jpg”、“发型师.jpg”发送到学生机;课件。6教学过程 6.1第一学时 6.1.1教学活动
活动1【导入】创设情境,引出课题
一、师生交流,引出动画人物。
1.通过PPT出示动画人物背影。
2.出示小黄人,明确任务。
二、出示课题。
活动2【讲授】巩固提升，击破新知中的部分知识点
一、小考验
1.通过PPT出示小黄人小考验。
打开“画图”程序。2.对学生操作评价
二、通过PPT出示“服装师”要求。
“恭喜你们!现在你们是我的设计师了!请小设计师们为我们三胞胎兄弟挑选不同的衣服!”
“利用‘画图’程序,打开放在桌面上的‘服装师.jpg’文件。” 1.引导学生理清操作要求。2.学生演示操作过程。
3.学生操作,教师注重全体一一指导。4.对学生操作评价。5.保存作品。
活动3【讲授】基础任务，击破复制、粘贴操作
一、通过PPT出示“发型师”要求。
“恭喜你们!你们是优秀的服装师了!现在请小设计师们为我们三胞胎兄弟设计不同的发型!”
“利用‘画图’程序,打开放在桌面上的‘发型师.jpg’文件。” 1.引导学生理清操作要求。2.讨论三个人,一撮头发怎么办? 引出“复制”、“粘贴”,教师通过播放“复印机”复印过程的视频并讲授完成。3.学生操作,教师注重全体一一指导。4.对学生操作评价。
活动4【讲授】进阶任务，击破旋转操作 1.再次出示“发型师”,仔细看要求“不同”。2.讨论并出示较个性化的发型成品。引出“旋转”
3.学生演示或教师讲授。
4.学生操作完成,教师注重全体一一指导。
5.对学生操作评价。6.保存作品。活动5【活动】作品点评
对学生作品进行师生点评,在交流的基础上提出新的改进方向。活动6【讲授】归纳总结
变换技术 第3篇
关键词：服装CAD；图形图像编程；色彩变换
中图分类号：TP317.4
在CAD技术领域，服装CAD为十分关键的一项运用，进一步来说就是在服装行业借助计算机技术来实现对服装的设计、加工及检验等各环节。在这里面，计算机辅助服装款式设计是该项技术的重要组成部分，其中图像变换技术是服装款式设计软件最常用的功能之一，具体包括色彩填充、明暗映射、纹理填充以及图像排列和填充等等。
在图形设备接口扩展（GDI+）这一技术还没衍生出的时候，在Windows GDI基础上来开展图像编程十分复杂，而GDI+技术正好有效改善了这一情况，极大的降低了Windows基础上的图像程序开发工作的难度，同时在很大程度上增强了绘图的实际性能水平。
在本篇文章中我们将重点论述借助GDI+平台进行服装款式图像变化的几项技术细节。
1 服装颜色的变化
在作用于GDI+基础上创设了相应的闭合途径之后，就能够实现色彩的有效填充，从而达到服装颜色变化的目的。实施操作流程为：
（1）借助鼠标狗了衣服的外部形状框架，同时生成闭合途径，见图1-b。
（2）借助这一途径来实现独立颜色的填充工作。第一步要设定出具体的SolidBrush目标同时设定所选色彩，接着调动使用Graphics内的FillPath接口就可以了，见图1-c。
（3）很显然，单色填充后的效果完全没有真实感可言，这是因为填充使原图的亮度信息完全丢失的结果。这时，我们可以通过增加填充颜色透明度的方法部分还原原图的亮度信息，见图7-d。
图1 更换衣物色彩
其实，我们可以通过基于像素的保持亮度的填充算法来高效率的还原原图的亮度信息。简单得说，就是把原图的每一个像素的亮度值计算出来，并保存。当用单色进行填充时，在填充区域内，对新颜色的RGB值分别加权对应原图的相应像素的亮度值，这样就会生成一张包含了原图亮度信息和当前填充色混和之后的位图，从而实现明暗效果的还原，公式1为表征标准混合算法的经验计算公式：
这种情况下，SolidBrush已经无法满足实际的填充需求，就要借助GDI+的TextureBrush（纹理画刷）去对该位图进行装载处理，才可以完成有效的填充。保持亮度的单色填充效果图见图2。
图2 保持亮度的单色填充
2 服装面料的变化
GDI+能够借助TextureBrush这一工具来完成对闭合途径的图案填充工作，这样便达到了服装面料的有效变化。在这一工作环节，第一步要完成对服装外部轮廓途径的生成，借助借助TextureBrush来完成对其的填充，见下图2-c。
图2 更换衣服面料
一个道理，针对图案的填充工作，也能够采取和颜色填充一样的手段去实现，有效实现对图片亮度的恢复，达到色彩饱满具有真实性的效果。具体效果见下图3：
图3 保持亮度的图案填充
3 服装面料纹理的矩阵变化
针对渠道加以图案填充处理的过程中，往往我们要对图案具体的填充参数值实施转变，从而满足预期所想。因此需要借助GDI+内的矩阵变换Matrix类，它能够满足对矩阵的多向转化需求。下图4中就是像我们展现出图案在经过矩阵变化之后的成果。
图4 变换填充图案的参数效果对比
4 结束语
在本篇文章中我们主要叙述了作用在GDI+平台基础上实现的服装二维图像变换技术的若干细节，本文提到的解决方案已成功应用于某服装款式设计软件的相关应用中。
参考文献：
[1]唐荣锡.CAD/CAM技术[M].北京：北京航空航天大學出版社，1994.
[2]孙家广.计算机图形学（第三版）[M].北京：清华大学出版社，2000.
[3]Eric White.GDI+程序设计[M].北京：清华大学出版社，2002.
变换系统技术改造总结 第4篇
项目技改前,变换系统的工艺为中低低工艺,其工艺流程如图1所示。中低低工艺是介于中串低工艺与全低变工艺间的一种工艺,其工艺兼有中串低和全低变工艺的部分优点,但还存在以下缺点:①系统阻力大、压力高,不能满负荷生产,达不到生产能力。产量低、消耗高,造成压缩机电流高,电耗高。②蒸汽消耗高。中低低流程中变触媒活性较差,反应温度较高,热损失大,消耗蒸汽大。③中变炉温度高(480℃),热量损失大,出热水塔的变换气温度高达110℃,带走热量和水分,使系统补水量大。
2 技改后全低变工艺
全低变工艺具有以下优点:①低变炉的各段进口温度均在200℃左右,床层温度比中变炉触媒温度下降100～200℃,有利于变换反应平衡。汽气比降低,蒸汽消耗大幅度下降,在几种变换工艺中蒸汽消耗最低。②热量回收率高,有效能损失少,热交换器换热面积可减少1/3～1/2。③系统压力降低,系统压差降到0.06 MPa,降低了压缩机的动力消耗,处理气量能力增大。④出热水塔变换气温度由105℃降到85℃,热量损失少,系统补水减少。
全变低工艺流程如图2所示。从压缩机二段来的半水煤气经过冷排,将煤气温度降到40℃,分离出气体中的油污和杂质后进入油水分离器,气体在丝网的作用下除去油污,然后从饱和塔下部入塔并与塔顶下来的热水逆流接触,增湿、提温进入蒸汽水分离器分离气体中的水分。在分离器出口补加过热蒸汽,使气体温度达到130℃,然后进入主热交管程与来自一低变炉三段的变换气换热(主热交壳程),使半水煤气温度达到190～200℃,进入一低变炉一、二段触媒层进行反应(把CO变换成CO2),反应出来的气体温度高达380℃,然后再进入增湿器,用纯水喷淋,水汽化成蒸汽,使气体温度降到210℃左右,进入一低变炉三段触媒层再进行变换反应,反应出来的变换气温度约280℃,进入主热交壳程与半水煤气换热后去二低变炉触媒层再变换反应,使变换系统出口CO含量降到0.8%～1.2%指标范围内。从二低变炉出来的变换气(温度约210℃)进入第一软水加热器管程与来自热水泵的热水(壳程)换热,使热水温度达到130℃左右,变换气温度降到120℃进入热水塔与热水(温度约85℃)逆流接触回收热量,再去气调温器(壳程)回收部分热量后进入冷却塔把变换气冷却下来,经气水分离器分离水后进入气调温器(管程)进行提温,然后去煤球碳化工段。水循环流程是循环水从热水塔出来,经热水泵加压,再经第一软水加热器与二低变出来的变换气换热后,进入饱和塔上部与半水煤气逆流,增湿、增温半水煤气,然后从饱和塔下部出来,再进入热水塔回收热水塔中变换气的热量,再回到加压泵循环使用。
3 技改后新增设备(见表1)
4 其他改造
4.1 工艺管线
为了降低系统阻力,把变换系统的管线φ325 mm全部改成φ426 mm,按技改方案布置工艺管线。减少工艺管线弯头个数,部分工艺管线重新布置,除掉多余的管线,使工艺得到合理优化,并淘汰部分落后工艺。
4.2 部分设备改造
(1)原饱和热水塔喷头为管式,喷淋不均匀,热量回收不理想,因此把它改为多功能喷头。该多功能喷头在塔内喷淋均匀,使饱和塔出口的半水煤气湿度得到提高,可减少向系统补加蒸汽的加入量。
(2)主热交换器由φ1000 mm改为φ1200 mm,减少阻力,并增加20m2的换热面积,热量回收效果比较好,达到工艺的要求。
(3)把一低变炉三段、二低变炉内保温砖拆除,增加气体流通通径,减少阻力,内保温改为外保温。热量没有损失,但增加了处理气量能力,产能增加消耗下降。
(4)将油分离器空塔改为丝网装置,净化气体效果更好。除油效果比较理想,有效地保护了低温变换触媒的活性,延长了触媒的使用寿命。
(5)气调温器由φ1000 mm改为φ1300 mm,减少阻力,并增加90 m2的换热面积,提高了热量回收的效果,使去煤球工段的变换气温度达到80℃以上,减少煤球热交换器的蒸汽用量。
5 改造效果
改造后的系统投入使用以来,运行稳定。改造前(中低低工艺)、改造后(全低低工艺)系统运行参数见表2。
由表2数据可以看出:①系统阻力降低。原中低低系统压差为0.17 MPa,而全低变工艺仅为0.06 MPa,系统阻力下降了65%,随着阻力的下降,吨氨电耗下降了15 kW·h。②蒸汽消耗大幅下降。使用全低变触媒所消耗的蒸汽比较低,加上设备换热面积的增加,一低变三段改用软水喷淋,减少蒸汽的用量,变换自身反应热的充分回收并合理利用,减少了对供蒸汽的需求,使消耗的蒸汽量大大降低,吨氨耗蒸汽,全低变工艺比中低低工艺下降了35 kg。③系统处理气量能力增大。采用全低变工艺后,系统压力下降,压差降低,压缩机电流下降,系统处理气量由18 000 m3/h达到20 000 m3/h,合成氨产量由3.5 kt/a提至4.0 kt/a,目前还没满负荷生产。
关于从傅里叶变换到拉普拉斯的变换 第5篇
【关键词】傅里叶变换 拉普拉斯变换 复频域
一、引言
利用傅里叶变换只能求系统函数的零状态响应，而不能求系统的零输入响应。在需要求零输入响应时，还得利用其它方法，例如经典的方法。由于傅里叶变换在工程上受到一些限制，所以现今在研究线性系统问题时引入了拉普拉斯变换。
二、傅里叶变换和拉普拉斯变换的意义
傅里叶变换简单通俗的理解就是把看似杂乱无章的信号考虑成由一定振幅、相位、频率的基本正弦（余弦）信号组合而成，傅里叶变换的目的就是找出这些基本正弦（余弦）信号中振幅较大（能量较高）信号对应的频率，从而找出杂乱无章的信号中主要振动频率的特点。而拉普拉斯变换是为简化计算而建立的实变量函数和复变量函数间的一种函数变换。对一个实变量函数作拉普拉斯变换，并在复数域中作各种运算，再将运算结果作拉普拉斯反变换来求得实数域中的相应结果，这种计算往往比直接在实数域中求出同样的结果简单的多。
三、从傅里叶变换到拉普拉斯变换
当函数 不满足绝对可积条件时，可采取给 乘以因子 （ 为任意实常数）的办法，这样即得到一个新的时间函数 。若能根据函数 的具体性质，恰当的选取 的值，从而使当 时，函数 ，既满足条件
则函数 即满足绝对可积的条件了，因而它的傅里叶变换一定存在。可见因子 起着使函数 收敛的作用，故称 为收敛因子。
设函数 满足狄里赫利条件且绝对可积（这可通过恰当的选取σ的值来达到），根据 可以得到 ，在上式中， 是以 的形式出現的。令 ，s为一复数变量，称为复频率。 的单位为 ， 的单位为 。这样上式变为 由于上式中的积分变量为t，故积分结果必为复变量s的函数，故应将 改写成 ，即
复变函数 称为时间函数 的单边拉普拉斯变换。 称为 的像函数， 称为 的原函数。一般记为
符号 为一算子，表示对括号内的时间函数 进行拉普拉斯变换。利用 （t>0）或 可推导出 反变换的公式，即 对上式等式两边同时乘以 ，并考虑到 不是 的函数而可置于积分号内。于是得 由于上式中被积函数是 ，而积分变量却是实变量 ，所以欲进行积分，必须进行变量代换。因 故 （ 因为任意实常数）故 且当 时， ；当 时， 。将以上这些式子带入 中即得 （t>0）
或写成 称为拉普拉斯变换，可以已知的像函数 求与之对应的原函数 。一般记为 符号 为一算子，表示对括号内的像函数 进行拉普拉斯变换。式子 与 （t>0）或 构成拉普拉斯变换对，一般记为 或
若 不是因果信号，则拉普拉斯变换式 的积分下限应改写为（ ），即 称为双边拉普拉斯变换。因为一般常用信号均为因果信号（即有始信号），所以我们一般主要讨论和应用单边拉普拉斯变换。由上述可知，傅里叶变换是建立了信号的时域与频域之间的关系，即 而拉普拉斯变换则是建立了信号的时域与复频域之间的关系，即
复频率平面是以复频率 的实部 和虚部 为相互垂直的坐标轴而构成的平面，称为复频率平面，简称s平面，如下图5-1所示。
复频率平面（即s平面）上有三个区域： 轴以左的区域为左半开平面； 轴以右的区域为右半开平面； 轴本身也是一个区域，它是左半开平面与右半开平面的分界轴。故将s平面划分为这样的三个区域，为以后研究提供了很大的方便。
四、结论
在线性微分方程的已知输入求输出时，若系统稳定，且输入信号的傅里叶变换存在，在零初始条件下（t<0，x（t），y（t）及各阶导数为零），两种方法求解结果相同，傅里叶变换同样可用于对瞬时过程的求解。
【参考文献】
[1]严晋强，机械工程测试技术，北京，机械工业出版社，1990
[2]关正毅，信号处理及信号变换，北京，清华大学出版社，1989
基于变换域的数字水印技术 第6篇
基于变换域的数字水印技术通常采用类似于扩频图像的技术来隐藏水印信息。这类技术一般基于常用的局部或是全局的图像变换。这些变换包括:离散余弦变换 (DCT) 、离散小波变换 (DWT) 、傅氏变换 (DFT) 等。本项目分别对各种算法进行验证, 对水印系统中图像进行质量评价。
1 首先研究基于DCT的数字水印处理技术
首先将整幅图像分成块, 对每一块分别进行DCT计算, 在每一块中选取合适频段的系数, 将水印信息分散嵌入到每一块所选取的DCT系数中。这种方法称为分块DCT。通常块的大小采用g*g像素点。由于后者是JPEG压缩标准中采用的方法, 而且分块DCT计算速度要比全局DCT计算速度快得多, 因此目前DCT域的水印方法大多数是采用分块DCT方法。
设计进行了数字水印系统的性能测试。即抗压缩性能 (JPEG压缩) 、抗滤波性能、抗噪声性能、抗剪切性能、抗旋转性能等。
在数字水印系统的性能测试中, 提取的水印信息较容易辨别, 主观视觉效果证实了该算法实现了水印的不可见性。对图像进行JPEG压缩———加噪声———进行滤波———剪切———旋转后, 仍能够提取出水印, 说明这种算法充分满足了水印的不可见性和鲁棒性。
研究了用matlab实现图像数字水印系统界面。从实验结果所得到的图中可得, 嵌入水印的图像和原始图像在视觉上差别较小。遗憾的是在进行性能测试过程中, 当不加任何攻击时, 提取的水印是非常清晰的, 和原图像相似程度极高。这种算法对JPEG压缩攻击来说, 提取水印的效果是非常较好的;但对于旋转10度攻击和部分剪切攻击来说, 效果却并不理想。这证明离散余弦变换还是具有一定的局限性的。数字水印的方法有很多, 但是只有组合不同的方法才能达到更好的效果。
2 其次研究了基于DWT的数字水印处理技术
小波变换是将信号分解成时域和尺度域的一种变换, 并且是一种很好的分析工具, 其中时频局部化特性好, 并且使原图像的低频部分和高频部分经过变换后的系数较为集中, 所以在保留同等细节信息的情况下所需编码系数较少。在实际中, 为方便计算机进行分析、处理, 应使信号ψ (t) 离散化为离散数列, 成为离散小波变换, 记为DWT。因此我们利用离散小波变换对图像进行抗攻击实验。
研究中基于小波变换的数字水印算法通过大量的仿真试验得到了证实。该算法在水印嵌入之前对水印信息进行了置乱处理, 之后采用了多分辨率思想。由于算法是在变换域进行水印嵌入, 从而使得算法的鲁棒性得到加强。经试验得出, 该算法可以满足视觉上的不可见性, 加入水印后的图像、提取水印后的图像与原图像基本一致, 达到了很好的水印效果。本算法对于常见的JPEG压缩、噪声、滤波、剪切等攻击后都可以清晰地识别水印中的信息。但是对于旋转攻击的鲁棒性测试中, 将嵌入水印的图像逆时针旋转30°后进行水印提取。此时我们基本不能从水印中识别出任何有用的信息。主要原因是小波本身不具有可旋转和可缩放特性, 从而无法准确提取水印。
同时, 我们将在下一步的研究工作中重点解决以以下不足的问题:检测时需要原始图像, 这在实际应用中是很不方便的;没有利用HVS来选择水印的嵌入位置和强度;算法的通用性不好。
3 最后研究了基于DFT的数字水印处理技术
傅立叶变换是研究信号的频谱方法, 它架起了时域和频域成分又可以准确地重构成原来的时域信号, 这种变换不仅是可逆的而且保持能量不变。实验对数字水印进行了嵌入和提取, 尺度因子alpha=260, 对图像进行各种攻击。
3.1 噪声攻击
加入噪声是对水印算法的一种常见的攻击, 实验中对嵌入水印的图像进行添加高斯噪声, 来检测水印的抗噪性能。图1是水印图像添加均值为0, 方差为0.005的实验结果。实验中又得到高斯噪声实验结果:方差为0.005时, NC值为0.956;方差为0.01时, NC值为0.85;方差为0.02时, NC值为0.768;恢复的水印可识别性都很强, 这证实了水印算法对噪声有较强的抵抗能力。
3.2 剪切攻击
剪切操作导致图像信息的丢失, 对水印的检测有很大的威胁。对嵌入水印后的图像从左上角开始剪去整个图像的1/4, 剪去的部分用白像素代替, 然后进行水印恢复。图2为1/4剪切后的水印图像和从该图像中恢复的水印, NC值为0.881, 从图中我们可以清晰地识别水印中的信息。
3.3 旋转攻击
旋转对于图像是很严厉的攻击, 一般水印算法都比较敏感。将水印图像以顺时针方向旋转一定的角度, 从0.250开始旋转, 每次增加0.250的步长。
图3分别是水印图像顺时针旋转后的图像和提取出来的水印。对于旋转实验结果, 旋转角度为0.25时, NC值为0.88;旋转角度为0.50时, NC值为0.859;旋转角度为0.75时, NC值为0.808;旋转角度为1.0时, NC值为0.794;从以上结果得出, 由于DFT域对全局性的旋转、剪切和缩放变换水印提取具有较好的恢复效果, 基于DFT域的数字水印技术对于高斯噪声有很好鲁棒性, 特别是对于旋转攻击, 优势更加突出!
4 结束语
本项目研究离散余弦变换、离散小波变换、傅氏变换三种不同算法对水印效果的影响, 通过比较得出该实验所提出的基于傅里叶变换的数字水印技术在不改变原图象数据的同时, 利用图象自身特点嵌入水印, 对水印图像的嵌入与提取相对比较简单, 该水印算法能满足不可见水印的各项要求, 尤其在对常见的JPEG压缩、噪声、滤波, 图像剪切和几何变换等图像处理中表现出较强的鲁棒性, 在一定程度上缓解了水印的鲁棒性与不可见性之间的矛盾。
摘要：数字水印技术在所有权保护、认证、指纹、拷贝控制、访问控制和广播监控方面都有重要的应用。空间域水印算法具有较好的抗几何失真能力, 但是抗信号失真的能力较差。因此, 将研究方向锁定在变换域, 通过比较、分析、总结现有算法中存在的问题, 提出新的解决方案。
关键词：数字水印,余弦变换,小波变换,傅里叶变换,鲁棒性,不可见性
参考文献
[1]飞思科技产品研发中心.小波分析理论与MATLAB7实现[M].电子工业出版社, 2005.
[2]许录平.数字图像处理[M].科学出版社, 2007.
基于小波变换的图像压缩技术 第7篇
关键词：小波变换,图像压缩,Matlab,图像数据
一、引言
近些年来, 随着信息技术和网络技术的高速发展, 促使图像、声音等相关多媒体信息的记录、存储和传输开始全面向数字化推进, 即使数字信号相比模拟信号更为简单, 操作更为方便, 但是海量的数据储备也给信息处理带来了难题, 因此如何处理数字图像的压缩就成了问题的症结所在。
自1984年法国地球物理学家J..Morlet在处理地球物理勘探资料时提出小波变换以来, 小波变换受到越来越多的科学家的重视。目前, 小波理论的研究己成为应用数学的一个新方向。作为一种比较理想的数学工具, 它被快速的应用于图像、信号、地震勘探、量子物理、语音处理等科学领域, 它具有自适应性, 因而被誉为“信号分析的显微镜”。
Matlab是由美国Mathwork公司开发的一种面向科学与工程的高级语言, 它将优异的科学运算能力、灵活的程序设计流程、高质量的图形可视化与界面设计、庞大的信号处理及其仿真等功能, 集成在较易使用的集成环境之中, 为科学理论研究、工程应用提供了一种高功能、高效率的编程工具。本研究采用Matlab编程。
二、原理与方法
1、小波变换实现图像压缩的基本原理
小波变换用于图像压缩的基本思想是:对图像进行多分辨率分解, 分解成不同空间、不同频率的子图像, 然后再对子图像进行系数编码。系数编码是小波变换用于图像压缩的核心, 压缩的实质是对系数的量化压缩。经过小波变换后生成的小波图像的数据总量与原图像的数据总量相等, 即小波变换本身并不具有压缩功能。将小波变换应用于图像压缩, 原因在于经过变换后生成的小波图像具有与原图像不同的特征。低频部分称为亮度图像, 水平、垂直和对角线部分称为细节图像。
基于小波变换的图像三层分解如图1所示
首先把原始图像分解为低频近似分量L、高频水平分量HL1、高频垂直分量LH1和高频对角细节分量HH1, 然后对低频细节分量L进一步分解, 反复至所需分解层次。由于尺度函数具有低通滤波 (H) 的作用, 小波函数有高通滤波 (G) 的作用, 对于图像小波分解相当于在水平和垂直方向上进行滤波和亚采样, 其逆过程即为图像的重构。
2、利用Matlab编程实现图像压缩的步骤
运用小波变换压缩图像有以下三点
(1) 利用二维离散小波变换将图像分解为低频近似分量、高频水平分量、高频垂直分量和高频对角细节分量;
(2) 提取低频部分, 将高频部分置0;
3、实验取得的结果
本研究采用MATLAB?7.1编程, 对用3DS MAX绘制的建筑物为实验图像, 利用Haar小波进行变换与重构。程序运行结果如下:
图像压缩结果如图2所示。
此图可以表明首次压缩图像的质量尚佳, 而第二次的仍然是清晰的。
总论
综述结果说明对图像进行小波变换, 保留低频部分, 可以充分的压缩图像的数据量, 在一定的压缩比下可以确认图像处理的质量。另外, 要更大的提高图像的压缩效果, 更要全面的利用多种技术, 尤其是数据编码与解码算法等。
参考文献
[1]张毓晋:《图像处理和分析》, 清华大学出版社, 1993, 1。
[2]王剑:《基于MATLAB的小波变换在图象压缩中的应用》, 《计算机工程与应用》, 2003, 1:57-61,
[3]程效军:《基于小波变换的图像压缩算法》, 《同济大学学报》, 2006, 3 (2) 6-9。
[4][美]C.Sidney Burrus:《小波与小波变换导论》, 机械工业出版社, 2005年。
基于余弦变换的人脸识别技术的研究 第8篇
人脸识别技术[1]是指通过视频采集设备, 如照相机、摄像机等, 来获取永久的人脸图像, 该图像称为原始图像, 通过算法对原始图像面部进行计算分析, 最后获取特征数据, 将这些数据和已建立好的数据库进行判别对比, 最后判断出该图像的真实身份。人脸识别技术是目前图像工程领域研究的四大热点之一, 早在19世纪90年代和20世纪初期, Galton就在《Nature》上发表过关于利用人脸进行识别的文章[2], 之后人脸识别技术便开始逐渐发展起来, 大致可以分为以下三个阶段: (1) 非自动识别阶段, 从20世纪50年代到60年代, 该阶段主要靠操作人员全部完成, 研究重点是人脸的面部特征。 (2) 半自动识别阶段, 形成于上世纪70年代, 研究人员开始大量研究人脸的特征, 研究重点是通过几何特征分析以及图像像素信息来获取人脸识别数据, 虽然该阶段有部分操作可用设备完成, 但仍不能离开人的操作。 (3) 自动识别阶段, 形成于1991年至1997年之间。这一阶段的人脸识别技术可全部依靠硬件及软件, 不需要人的参与。近几年来, 随着很多新兴技术的产生, 如小波变换、基于K-L变换等, 人脸识别技术逐渐完善起来, 很多算法已经相当成熟。
2人脸识别系统
人脸识别技术包括人脸检测和人脸识别两个部分。人脸检测过程检测人脸是否存在, 若存在, 将检测出的人脸图像传输给人脸识别过程, 经过人脸识别后, 就可判断出被检测人脸的真实身份。人脸识别的四个过程:人脸图像预处理, 特征提取, 分类器, 计算相似度匹配。本文着重分析了基于离散余弦变换 (Discrete Cosine Transform, DCT) 在人脸识别中的应用。
3 DCT变换的应用
图像经离散余弦变换后, DCT系数具有能量主要集中在左上角的特性, 其余大部分系数接近于零。因此, 用DCT进行人脸预处理, 变换后仅用部分DCT系数集表示人脸细节信息, 计算速度快, 而且仅用不多的DCT系数经反变换就能够准确的还原图像, DCT变换改变了传统二维人脸模型识别技术精度偏低、稳定性差等问题。
3.1 DCT预处理原理
对一幅N×N的灰度图像, 设f (x, y) 为数字图像矩阵函数, 则二维DCT变换对定义如下:
undefined
式中, a (u) 和a (v) 定义相同, u, v=0, 1, ..., N-1被称为频域变换因子, C (u, v) 为变换结果, 也称为DCT系数。由二维DCT定义可以看出, 在频域内, 当频域因子u, v变大时, DCT系数C (u, v) 的值很小, 而当u, v较小时, DCT系数C (u, v) 很大, 这说明较大的DCT系数主要集中在系数矩阵的左上角, 即能量主要集中在左上角。因此, 仅用左上角的DCT系数作为特征进行识别。
3.2 量化及DCT系数提取
图像在实现压缩的过程中, 需要进行量化处理。量化处理[23]是一个多到一的映射, 导致了压缩过程中的信息损失。一般对于每个8*8的小块量化, 其表达式如下:
FQ (u, v) =lntegerRoundundefined
式中是对64个DCT系数除以量化步长, 四舍五入取整, K (u, v) 是量化步长, 是量化表的元素。
量化表的元素因为DCT系数分布的位置不同, 其值也有所不同, 因为经DCT变换后, 根据DCT系数的分布不同, 可以将图像划分为不同的区域。系数值较大的系数位于分布图的左上角, 是能量最大的低频部分, 包括了图像的大部分信息, 能够经反变换后恢复图像, 因此在选择量化矩阵时选择量化矩阵左上角的DCT系数。由实验可以看出, 尽管操作过程中舍去了部分DCT系数, 但仍能准确回复出图像。经过大量实验表明, 仅用60%左右的DCT系数, 就可以回复近99%的原始图像, 可见使用DCT系数集代表人脸图像特征的优势。
4特征提取
图像经过变换后已经去除了噪声, 在识别之前, 应对图像特征进行提取特征。人脸轮廓检测属于边缘检测, 实现边缘检测的算法有很多种, 其中一种为微分算子, 而Roberts算子和Prewitt算子是微分算子的一部分。在离散图像中, 用图像的垂直和水平差分来逼近梯度算子成为边缘检测算子。尽管两种算子对噪声都有抑制作用, 但在简单图像的边缘检测时可以用Roberts算子, 而当图像复杂时, 就只能用Prewitt算子检测。Roberts算子具有边缘定位准, 而Prewitt算子具有平均、微分。
经过试验仿可以看出, 两种方法都可以检测出图像边缘, 经过对比两种方法的输出图像可以看出Prewitt算子的效果比较好。
5总结
DCT变换是在数据压缩方面是非常有效的, 其卷积运算、几何变换运算等都具有良好的数学变换性质, 能够在变换域实现视频编辑处理、特征提取等传统的空域数据处理, 这样的做法就会避免传统空域操作中解DCT压缩数据, 处理后再还原为DCT压缩数据的操作过程, 从而达到预案算数据量减少, 节省大量的处理时间, 提高效率的目的。DCT变换的这一优点是的其在诸如信息检索、视频编辑、实时图象理解等实际应用场合有很好的应有前景。DCT还有很多很好的性质, 如其为仅次于KLT变换的最优变换, 以及与KLT、FFT、DST变换的密切关系, 等等, 都是可以用于数据处理场合的有力工具。DCT域数据处理的方法还可在一维的音频信号中应用。所有的这些, 都预示着DCT域数据处理技术具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]冯伟兴, 唐墨, 贺波.Visual C++数字图像模式识别技术详解[M].北京:机械工业出版社, 2001, 117-148.
[2]基于余弦变换的人脸识别研究[D].东北林业大学, 2008.
[3]Belhumeur P N, Hespanha J P, Kriegman D.Eigenfaces vs.Fisherfaces:Recognition using class specific liner projection[J].IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Intelli-gence, 1997, 19 (7) :711-720.
[4]张云, 基于SVM的人脸识别[D].大连:电联理工大学, 2005.
[5]张德丰.Matlab数字图像处理.北京:机械工程出版社.
[6]徐夏刚.三维离散余弦变换的分形视频编码方法[J].计算机工程与应用, 2004年.
[7]黄翠荣.基于方差相似度计算的人脸识别技术[J].上海大学学报 (自然科学版) 》, 2006.
基于小波变换的图像水印技术 第9篇
随着现代科技的飞速发展,人们日益频繁地接触到各种各样的数字化产品。在开放的网络环境下也滋生出一系列的关于版权保护的问题。当今时代,盗版者轻易就可得到与原版相同的复制品,某些重要的机密,如涉及司法诉讼、政府机要等信息也会遭到恶意攻击和篡改伪造。数字水印是一种非常有效的信息安全技术,相对于其他的版权保护系统,数字水印技术有着先天的巨大优势,只需要稍稍一点失真度就可以把数字水印永久地嵌入到多媒体数据中。受版权保护图像中嵌入水印信息,水印检测过程中,通过密钥提取水印并检测图像的所有版权,对版权信息进行确认。在出现版权纠纷时,作品所有者利用从盗版作品中提取的水印信号作为指证的依据,依法维护自己的合法权益,数字水印技术逐渐成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段[1]。
早期的数字水印算法多是基于空间域的方法,在嵌入水印时,只是直接改变宿主图像的像素值,多是在图像的纹理变化区域。这种方式嵌入的水印在遇到有损压缩、裁剪等攻击时极易受到破坏。而变换域算法[2]则是先把原始图像进行变换,然后把水印信息嵌入在频率系数上,水印信息是分布在图像的各个角落,稳健性大大加强。其中被广泛使用的一种变换域方法就是小波变换。
小波域的数字水印算法是MPEG-4和JPEG-2000压缩标准的核心技术[3],应用小波域的算法在未来必将占有比较重要的席位。本文提出的是一种不可见小波变换域水印算法,通过在小波分解后的中频系数的较大值上嵌入二值信息。这种算法具有很好的稳健性,且能抵御一般的噪声攻击。
1 小波变换
1.1 相关理论
小波变换是时间和频率的局部变换,它能对高频部分进行细致观察,对低频部分做粗略观察[4]。
小波变换的定义:设f(t)是平方可积函数(即f(t)∈L2(R)R为实数集),在满足容许性条件
式中:ɑ>0,称为尺度;b∈(-∞,+∞),称为位移;上标*表示取共轭,而ψ(t)为基本小波。
1.2 多分辨率分解
图像经小波分解后,可分成低频、水平、垂直及对角线频率带[5]。下一层分解是对上一层的低频频率带进一步分解出上述4个频率带,依此类推,可以进行多次小波分解。
图1是原始信号经过三级小波分解后的分解示意图,图像经过二维小波变换,被分解为LL,LH,HL,HH。其中,HH1是高频子带(细节子图),LL3是低频子带(逼近子图);LH2,HL2,HH2,LH1,HL1,LH3,HL3,HH3是中频子带(细节子图)。
2 水印算法
数字水印系统包括水印嵌入器和水印检测器,主要成分为原始数据、水印本身和用户密钥。水印通常有两种:有意义水印和无意义水印。嵌入的载体可以是图像、音频和视频等。用户密钥是为了进一步提高水印的可靠性和安全性。
通过小波分解后的图像的能量主要在低频部分,在低频嵌入水印具有极好的稳健性,但是人眼对低频极其敏感,嵌入大容量的水印,会大幅度降低图像质量;高频是图像的纹理区域,嵌入高频具有很好的透明性,但是抗攻击性较差,在高频中嵌入水印,容易因受到外界有意或无意的攻击遭到破坏,降低图像的稳健性。如果采取中频嵌入,只要合理的选取嵌入系数,就能够很好地结合其优点,在保证不可见的前提下,很好地确保了水印的抗攻击能力。
2.1 水印的嵌入
水印嵌入算法的基本思路如图2所示,首先将水印进行置乱,再调制成二值序列,同时将原始图像进行离散小波分解,选取分解后的较大中频系数,然后把二值序列嵌入其上,再经过小波逆变换就得到了含水印图像。
算法的详细步骤如下:
第1步,水印的随机置乱。为防止出现大面积地嵌入同值的水印信号,也为了加强水印信息的保密性,先对水印进行Arnold置乱操作。Arnold变换是Arnold V J提出的一类裁剪变换,其二维变换定义为
式中:x,y∈{0,1,…,n-1}:(x,y)是原始图像的像素点;(x′,y′)是置乱后图像的像素点;是图像的阶数[6]。将经过Arnold变换后的水印信息调制成二值序列W(k)∈{-1,1},将变换的次数作为密钥妥善保管。
第2步,小波分解。将原始图像进行多维小波分解,分解的原则是最终达到水印信息的尺寸和最后一级分解的频带的大小相同,然后在中频子带上选取绝对值最大的N(二值水印序列的长度)个系数,嵌入水印信息。
第3步,选取系数。水印进行的最后一级分解分为低频分量、水平分量、垂直分量和对角分量。在除低频分量之外的子带上选取较大的系数,选取系数的方法可以采用阈值法,先设置一个阈值A,选择绝对值超过A的系数,若选出的总数小于N,则降低阈值为A=A/2,继续选择系数;如果选出的总数大于等于N,则挑选结束。否则继续降低阈值,直到总数大于等于N为止。
第4步,嵌入水印。依据第一步调制的水印信息W(k)来按照式(3)进行嵌入
式中:α为乘性因子;Xk为嵌入水印后的系数;X0为子带上的初始系数。
第5步,将嵌入水印后的系数插回到原始中频序列中,就得到了嵌入水印后的图像。
2.2 水印的提取
水印的提取与嵌入的过程相反。具体过程如下:
第1步,对受攻击的图像和原始图像分别进行多级小波分解,和嵌入时的分解维数一致。
第2步,对受攻击后的图像最后一级分解上的中频系数进行分析,根据嵌入时的阈值,逐一挑选出改变过的系数,并将系数按式(4)来改变其值
式中:α为乘性因子;Xk为嵌入水印后的系数;X0为提取出的系数。
第3步,对比系数可得到水印序列W(k),然后通过前面使用的密钥解调,再将其进行逆置乱变换,即可提取出水印信息。
3 实验仿真结果
为了评估本算法的性能,选取了256×256的静态灰度级图像Lena作为原始图像,以64×64带“太原理工大学”字样的二值图像作为水印图像进行仿真实验。
对比图3和图4,原始图像和含水印的图像之间凭肉眼看不出任何失真,说明嵌入算法透明性良好。在没有任何攻击的情况下,进行了水印的提取,效果很好,嵌入前的水印和提取出的水印几乎没有失真。之后对水印算法进行稳健性检验,图5和图6分别是经过高斯噪声和椒盐噪声后的仿真结果,由结果可以看出,经过噪声攻击后,还能很好地提取出嵌入的水印信息。
4 结束语
变换域数字水印是目前的一个研究热点,是未来行业发展的趋势,但是一般的水印算法都是在低频或是高频子带上嵌入水印,虽然能很好地保证水印信息的稳健性或透明性,但是无法做到两者很好的统一。本文提出了一种新的嵌入水印的算法,选择在进行多级小波分解后的图像的较大中频系数上嵌入调制的二值数字水印信息,继承了逼进子图上的部分信息,又有着细节子图上的大部分信息,由于置乱变换次数和嵌入规则的不确定性,因此水印信息的安全性得到了充分的保证。
参考文献
[1]王炳锡,彭天强.信息隐藏技术[M].北京:国防工业出版社,2007.
[2]JAN Z K.Digital image watermarking using multilevel wavelet decompo-sition and human visual system[C]//Proc.ICISA 2012.[S.l.]:IEEEPress,2012:1-5.
[3]CHRISTOPOULOS C,ASKELOF J,LARSSON M.Efficient method forencoding regions of interest in the upcoming JPEG 2000 still image codingstandard[J].IEEE Signal Proceeding Letters,2000,7(9):247-249.
[4]黎洪松.数字视频处理[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.
[5]庄萍萍,冯桂,陈紫达.基于小波域的盲水印算法[J].电视技术,2009,33(S2):84-85.
句式变换考点归纳 第10篇
句式变换是一种很有实用价值的语言技能。主要包括主动句和被动句的变换、肯定句否定句的变换、陈述句与反问句的变换、长句和短句的变换、整句和散句的变换、单句和复句的变换、常式句和变式句的变换、口语和书面语的变换等。以下具体分析一下，以备考生复习参考。
一、长句和短句的变换
句子的长短是相对而言的，并没有截然的界限。长句和短句只是就单句而说的。一般的单句中结构复杂、用词较多的句子就是长句，否则是短句。
长句一般有三个特点：一是修饰语（定语、状语）较为复杂；二是并列成分用得较多；三是某一成分结构比较复杂。长句容量大，能使表达严密准确、细致，使条理贯通。政论文和科学论文、文学作品中描写自然景色或人的内心活动、思想变化的句子多用长句。
而短句短小精悍、干脆利落、生动明快、活泼有力、节奏感强。
把一个长句改换成几个短句，方法有：首先用“提取主干法”把长句的主干成分提取出来，使之成为一个短句；其次将复杂的修饰语根据表达的意思化成几个短句。
例如 把下面这段文字改写成三个连贯的短句。要求：层次清楚，文意明白，内容不能删减，原意不能改动。
地方法院今天推翻了那条严禁警方执行市长关于不允许在学校附近修建任何等级的剧场的指示的禁令。
分析 是一个复杂的单句，宾语之前有复杂的定语，可以将长定语抽取出来，使主干成分成为一个句子，再将长定语分拆开来，组成三个短句。①某市市长发出了关于不允许在学校附近修建任何等级剧场的指示。②但警方却接到了严禁执行市长这一指示的禁令。③今天地方法院又推翻了这一禁令。
这几个短句变成一个长句，方法与上正好相反：首先，以其中一个主要句为主干；其次，把剩余短句作主要句的定语或状语。
例如把下面这段话改写成一个单句（内容不得有删削）。
里克特是德国著名作家。他出生于小资产阶级家庭，与歌德生活在同一时代。作为“穷人的歌者”，他的散文《两条路》向人们展示了人生道路上惊心动魄的选择。
分析几个短句，围绕“里克特”展开话题，选择最后一句作为主干而将其他短句化为“里克特”的定语。改写：出生于小资产阶级家庭，与歌德生活在同一时代的德国著名作家，“穷人的歌者”里克特的散文《两条路》向人们展示了人生道路上惊心动魄的选择。
二、主动句与被动句的变换
在动词性谓语中，主语是动作的发出者（施动者）的句子叫主动句；主语是动作的接受者（受动者）的句子叫被动句。
在语言的实际运用中，用主动句还是用被动句主要受语言环境的制约。这在复句中表现得较为明显。一般来说，各分句应采用相同的叙述角度，使前后主语保持一致，使叙述的重点突出，语意连贯顺畅。因而，选用主动句或被动句应视具体情况而定。
例如“芦柴棒”一般的包身工，每一分钟都有死的可能，可是她们还在那儿支撑，直到带工老板榨完她们残留在皮骨里的最后的一滴血汗为止。
分析 画线文字在原文中是这样说的：“直到被榨完残留在皮骨里的最后一滴血汗为止。” 比较上面两种句式，在这种语境中，是强调被动者的，“她们”是被迫的，因而原文中的被动句选用恰当，使前后主语一致，语意顺畅。
再比较下面两句：
①二诸葛老婆追出门来，二诸葛把她拦回去，二诸葛老婆还骂个不休。
②二诸葛老婆追出门来，被二诸葛拦回去，还骂个不休。（赵树理《小二黑结婚》）
分析①中三个分句有两个不同的主语，叙述角度变来变去，语气显得不顺畅，而例②则选择了被动句的形式，主语承前省略，使整个复句叙述角度统一，重点（二诸葛老婆）突出，简洁、紧凑、顺畅。
从方法上而言，主动句变被动句，只要把“把”字后的受动者，即“把”带的宾语提到主语的位置上，将“把”改为“被”即可。被动句变主动句，只要将“被”字带的宾语提放到主语位置上，将受动者放到动词后面，去掉“被”字即可。
三、肯定句和否定句的变换
同一个意思，可以用肯定句表达，也可用否定句表达。值得注意的是：由肯定句变成双重否定句或否定的反问句时，千万不要把意思说反了。应该明确，双重否定表示肯定，三重否定则还是表达否定的意思。下列三句就是把意思说反了的例子：
①雷锋精神当然要赋予它新的内涵，难道能否认现在就不需要学习雷锋了吗？
②老一辈革命家无时无刻都在关心青年人的成长。
③谁也不会否认地球不是围绕太阳转这个简单的事实。
分析例①中已有两重否定，再加上反问又等于一重否定，三重否定还是表示否定的意思，可去掉“不”字；例②“无时无刻”只能算一重否定，应该把“都”改成“不”，才能构成双重否定句；例③中也是三重否定，意思表达反了。由于“否认”的宾语是一个复指短语，只能去掉第三重否定“不是”。
四、陈述句和反问句的变换
反问句比陈述句更加肯定有力，既能强调，又能表达强烈的感情。陈述句改成反问句，陈述句是肯定语气，反问句应加否定词，陈述句是否定语气，反问句就可不用否定同，或用双重否定。反之，也是如此。
例如把下面的陈述句改为反问句。
他是一个善良的人。
分析陈述句是肯定语气，改为反问句时就应加上否定词，改为：难道他不是一个善良的人吗？当然，现代汉语中还有其他一些句子类型，如疑问句、祈使句、感叹句等。不同语气的句子可以表达大致相同的意思，但表达效果不同。
例如 ①你把球传给我。（祈使句）
你能把球传给我吗？（疑问句）
②他的脾气暴躁。（陈述句）
他的脾气多么暴躁啊！（感叹句）（前者平叙，后者强烈。）
五、整句和散句的变换
一个句子，句式整齐匀称，多构成排比和对偶的叫整句。其结构整齐、音节和谐、气势贯通、意义鲜明、渲染气氛。散句是相对整句而言的，它是结构错落，句式长短不齐的一组句子，其形式灵活自然，富有变化，避免单调。
使用整句或散句，应根据表达的需要来决定。整句、散句也是可以互换的。散句变整句，就是把长短交错的句子，改为相同的句式，或都改为长句，或都改为短句。而整句变散句就是要把“整齐”变为“错落”，改写时变换其中的句式，穿插使用长短句，就成了散句。请看下面一例
将下面文字中划线的句子改为整句。
世界上有各种各样的花。
我见过雍容华贵的牡丹，也见过高贵清雅的菊花；见过婀娜多姿的水仙，也见过出淤泥而不染的荷花；见过朴实无华的小麦花、高粱花，也见过光彩照人的英雄花。
然而，在我的记忆深处，使我终生难忘的却是这样一种花：它不是开在阳春三月而是开在寒冬腊月；它不是在花坛暖房里开放，冰天雪地才是它怒放的地方；迎接它出生的不是和煦的春风，而是凛冽的北风；是人民的眼泪和心血滋育着它成长，而不是春风秋露。
它，就是献给周总理的花，那天安门广场上一望无际的花。
修改如下：
它不是开在阳春三月，而是开在寒冬腊月；它不在花坛暧房里开放，而在冰天雪地里怒放；迎接它出生的不是和煦的春风，而是凛冽的北风；滋育它成长的不是春风秋露，而是人民的眼泪。
六、口语句式和书面语句式的变换
经常出现在口语中的句式，叫口语句式。其较为短小，结构简单，少用关联词，显得活泼而自然。经常出现在书面语里的句式，叫书面语句式。其多用长句，结构较复杂，关联词语用得较多，因而显得严谨、周密。
另外，口语句式和书面语句式在用词上也具有明显的区别：口语句式大都使用通俗易懂的词语，书面语句式则多由文雅庄重的词语组成。
例如 ①祝您身体好！（口语句）
②祝您安康！（书面语句）
七、常式句和变式句的转换
常式句是正常语序的句子。变式句是句子成分倒装的句子。常见的变式句有：主谓倒装、状语后置、状语前置、定语后置四种情况。
例如 ①你怎么了？（常式句）
怎么了，你？（主谓倒装）
②我们明天在会议室讨论解决这一问题。（常式句）
我们明天讨论解决这一问题在会议室。（状语后置）
明天，我们在会议室讨论解决这一问题。（状语前置）
③他打了高二（1）班的小明。（常式句）
变换技术 第11篇
进入21世纪,人类已步人信息社会,新信息技术革命使人类被口益增多的多媒体信息所包围,这也正好迎合了人类对要求提高视觉信息的需求。多媒体信息主要有三种形式:文本、声音和图像。从信息传输的发展史(电报、电话、传真、收音机、电视机直至现在的网络)可以看出,人们逐渐将信息传输的重点从声音转向图像。然而图像是三种信息形式中数据量最大的,这给图像的传输和存储带来了极大的困难。因此,为了存储、处理和传输这些数据,必须进行压缩。
图像之所以能够进行压缩是因为原始图像数据是高度相关的,存在很大的数据冗余。数字图像包含的冗余信息一般有以下几种:空间冗余、时间冗余、信息熵冗余、统计冗余、结构冗余、视觉冗余以及知识冗余等。图像压缩算法就是要在保证图像一定的重建质量的同时,尽可能多的去除这些冗余信息,以达到对图像压缩的目的。
1 图像压缩基本原理及DCT算法
1.1 图像压缩基本原理
从信息论的角度看,图像是一个信源,描述信源的数据是信息量(信源熵)和信息冗余量之和。图像数据压缩技术就是研究如何利用图像数据的冗余性来减少图像数据量的方法。常见的信息冗余量有:时间冗余、空间冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余等。数据压缩实质上就是减少这些冗余量。可见,冗余量减少可以减少整个信源的数据量而不减少信源的信息量。
图像压缩编码的过程可以概括成图一所示的框图。
在发送端,输入的原始图像首先经过DCT变换后,由于低频分量包含了图像的主要信息,而高频分量与之相比就不那么重要了,所以可以忽略高频分量,将高频分量去掉就要用到量化,这是产生信息损失的根源。“量化”的主要任务是用有限个离散电平来近似表达已抽取出的信息。编码后的图像记录的是每个像素的码字,而码字与量化后像素值的对应关系记录在码表中。生成的一维字符矩阵即为实际中要传输的序列,压缩后的图像数据在信道中进行传输。
在接收端,接收到的压缩图像数据首先经过译码,根据码字与量化后像素值的对应关系,搜索出与码字对应的像素值,并转换为二维矩阵。反量化时将以上二维矩阵中的每一个像素值乘以量化因子Q,最后通过DCT反变换得到重建图像。
1.2 DCT变换算法
离散余弦变换DCT (Discrete Cosine Transform)是与傅里叶变换相关的一种变换,它类似于离散傅里叶变换,但是只使用实数。离散余弦变换相当于一个长度大概是它两倍的离散傅里叶变换,这个离散傅里叶变换是对一个实偶函数进行的(因为一个实偶函数的傅里叶变换仍然是一个实偶函数),在有些变形里面需要将输入或者输出的位置移动半个单位。
离散余弦变换DCT的定义为,假设矩阵A的大小为M×N,
其中,Bpq称为矩阵A的DCT系数。
DCT是一种可逆变换,离散反余弦变换定义如下:
0≤p≤M-1,0≤q≤N-1
上式的含义是任何M×N的矩阵A都可以表示为一系列具有下面形式的函数的和:
这些函数称为DCT变换的基函数。这样,就可以看成是应用于每个基函数的加权。
2 DCT应用于图像压缩的过程
2.1 DCT变换
DCT的实现常常将图像分成一些小而易处理的块,这里选择8×8的块作为DCT计算的大小,如图二所示。DCT压缩过程分为三个步骤:第一步是DCT变换,这是一个无损压缩变换,它实际上并不实现压缩,是“有损”的准备,为“量化”处理阶段做准备。由输入的像素值矩阵及输出的DCT矩阵可以看出DCT所建立的频谱压缩特性。“直流系数”位于矩阵左上角的位置,这个表示的是输入矩阵的所有幅度的一个平均,它代表了X和Y坐标轴上的DCT分量,而且直流系数要比DCT矩阵中任意值都大至少一个数量级。
一副原始输入图像经DCT产生的输出矩阵的特点:随着元素离DCT系数越来越远,它的模就倾向于越来越小。这意味着通过DCT来处理数据,已将图像的表示集中到输出矩阵的左上角的系数,而矩阵的右下部分系数几乎不包含有用信息。
2.2 系数量化
系数量化是DCT图像的第二个步骤,量化过程是将每个DCT系数除以各自的量化步长并取整值,得到量化系数。量化的目的是减小非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化是图像质量下降的最主要原因。量化的作用是在一定的主观保真图像质量的前提下,丢掉那些对视觉影响不大的信息,以获得较高的压缩比。然而,量化也是致使图像质量下降的最主要原因,这里使用量化矩阵来实现量化。对于DCT输出矩阵中每一个元素,量化矩阵中的同一位置都有一个相应的量化值,范围是0～255。量化公式如下:
这里符号[x]表示与x (DCT(i,J)/量化矩阵(i,J))最接近的整数。在DCT变换时使用量化矩阵很容易对图像的压缩质量进行控制,用户可根据具体的硬件存储容量和所需要的图像质量,选择合适的量化值。
2.3 编码
编码量化了的图像是DCT图像压缩过程第三个步骤,8×8的矩阵进行系数量化后,DCT系数会产生很多个为0的值。为了增加0的游程长度,采用曲徊排序,即Z型扫描对量化系数进行重新排序,Z字形的样式编排,把一个8×8的矩阵变成一个1×64的矢量,使频率较低的系数留在矢量的顶部。连续0的个数越多,编码效率越高,对DCT系数采取Z行扫描方式后,可使大多出现在右下角的0值能够连续起来。而舍弃这些0值,在解压缩图像时,并不会使画面质量显著下降,并且由经验可知,连续的0值越多,编码效率越高。
3 结束语
本文对图像压缩技术的相关理论进行了详细的分析和总结,对DCT在图像压缩中的运用进行了详细的分析,基于DCT的图像压缩是一种简单、有效的图像压缩方法。
DCT变换允许使用各种快速算法,且编码简单。但缺点是复原图像存在方块效应,并且比特率不能严格控制。
参考文献
[1]何东健．数字图像处理[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2003．
[2]钱裕禄，周雪娇．基于DCT的JPEG图像压缩编码算法研究[J]．浙江万里学院院报，2002．
[3]洪波，余松煜．快速DCT域分形图像编码方法[J]．数据采集与处理，2000，(3)．
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