Podręcznik
5. Analiza widmowa sygnałów dyskretnych
5.2. Transformata DCT
W zasadzie każda nieosobliwa macierz mogłaby być wykorzystana jako transformata, jednak do analizy widmowej przydatne są transformaty, których funkcje bazowe (wiersze macierzy) są sygnałami wąskopasmowymi o różnych częstotliwościach. DFT jest oparta na spróbkowanych sygnałach , natomiast Dyskretna Transformata Kosinusoidalna (Discrete Cosine Transform – DCT) – na spróbkowanych funkcjach cosinus. K-ty wiersz macierzy tej transformaty jest opisany wzorem (58):
(58) |
Częstotliwości spróbkowanych sygnałów kosinusoidalnych narastają od 0 Hz do niemal połowy częstotliwości próbkowania. Oznacza to, że analiza widmowa z wykorzystaniem DCT odnosi się do zakresu częstotliwości od 0 do .
Do obliczenia DCT wg wzoru można również zastosować szybki algorytm, jak w przypadku DFT. Ze względu na ortogonalność wierszy macierzy DCT spełnione jest równanie , gdzie oznacza transpozycję, a – macierz jednostkową. Oznacza to, że macierz transponowana jest jednocześnie macierzą odwrotną , którą można wykorzystać jako macierz odwrotnej transformacji cosinusoidalnej (IDCT):
(59) |
Na rys.37 pokazano proces obliczania DCT dla 8 próbek sygnału. Macierz transformaty DCT jest rzeczywista, a więc współczynniki transformaty są liczbami rzeczywistymi. Na rys. 38 pokazano 256 próbek widma DCT sygnału przedstawionego na rys. 36. Współczynniki transformaty odnoszą się do zakresu częstotliwości od 0 do połowy częstotliwości próbkowania (22050 Hz).
W Tabeli 1 porównano właściwości transformat DFT i DCT. Na uwagę zasługuje sposób przechowania informacji o fazie sygnału we współczynnikach transformaty. W DCT faza wpływa na relację pomiędzy częścią rzeczywistą i urojona współczynników, nie wpływa natomiast na ich wartość bezwzględną. W DCT informacja o fazie jest przechowywana w rzeczywistych wartościach współczynników transformaty, stąd widma DCT sygnału sinusoidalnego i kosinusoidalnego są różne.
Rysunek 37 Obliczanie DCT 8 próbek sygnału
Rysunek 38 Transformata DCT sygnału audio liczącego 256 próbek (częstotliwość próbkowania 44100 Hz
Tabela 1 Porównanie DFT i DCT
DFT |
DCT |
zespolona |
rzeczywista |
Zakres częstotliwości od 0 do częstotliwości próbkowania |
Zakres częstotliwości od 0 do połowy częstotliwości próbkowania |
Widmo amplitudy nie zależy od fazy sygnału |
Widmo amplitudy silnie zależy od fazy sygnału |