第一章Matalab簡(jiǎn)介及信號(hào)處理基礎(chǔ)

第一章Matalab簡(jiǎn)介及信號(hào)處理基礎(chǔ)1.1Matalab簡(jiǎn)介【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊緦?shí)驗(yàn)環(huán)境】【原理簡(jiǎn)介】【實(shí)驗(yàn)步驟】【思考題】【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私釳atalab軟件使用環(huán)境，熟悉Matalab使用方法，掌握信息隱藏實(shí)驗(yàn)中的各種常用Matalab命令。【實(shí)驗(yàn)環(huán)境】(1)WindowsXP或Vista操作系統(tǒng)(2)MATLAB7.1版本軟件【原理簡(jiǎn)介】Matalab是廣泛使用的一種可視化科學(xué)計(jì)算軟件，它不但具有語(yǔ)法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、數(shù)值計(jì)算高效、圖形功能完備和圖像處理方便的特點(diǎn)，而且是信號(hào)處理和信息隱藏處理中使用最多的軟件。【實(shí)驗(yàn)步驟】常用命令變量設(shè)置整數(shù)操作隨機(jī)序列常用命令矩陣常用操作命令位操作繪圖操作文件操作常用命令dir：列出當(dāng)前目錄下的所有文件clc：清除命令窗clearall：清除環(huán)境（從內(nèi)存中清除所有變量）who：將內(nèi)存中的當(dāng)前變量以簡(jiǎn)單形式列出closeall:關(guān)閉所有的Figure窗口變量設(shè)置變量命名變量名以字母打頭，后最多可跟19個(gè)字母或數(shù)字，如x,y,ae3和d3er45等都是合法的變量名，不能使用內(nèi)部函數(shù)或命令名作為變量名。MATLAB中的變量名區(qū)分大小，ab與

Ab表示兩個(gè)不同的變量。變量設(shè)置變量賦值表達(dá)式賦值矩陣賦值通過(guò)引用特定的位置可以單獨(dú)改變某個(gè)矩陣元素可以引用已定義的矩陣，重新定義一個(gè)新矩陣整數(shù)操作fix(x)：截尾取整floor(x)：不超過(guò)x的最大整數(shù)(高斯取整)ceil(x)：大于x的最小整數(shù)隨機(jī)序列常用命令rand：均勻分布隨機(jī)矩陣randn:正態(tài)分布隨機(jī)矩陣randsrc：產(chǎn)生均勻分布數(shù)組矩陣常用操作命令矩陣的輸入直接輸入創(chuàng)建矩陣以“[”和“]”作為首尾，同行的元素用“，”或空格隔開(kāi)，不同行的元素用“；”或按Enter鍵來(lái)分隔；矩陣的元素可以是數(shù)字也可以是表達(dá)式，如果是數(shù)值計(jì)算，表達(dá)式中不可包含未知變量。用矩陣函數(shù)來(lái)生成矩陣操作符“：”對(duì)矩陣元素的操作矩陣常用操作命令矩陣的運(yùn)算數(shù)組特殊數(shù)組的創(chuàng)建數(shù)組運(yùn)算位操作bitand：按位與bitor：按位或bitxor：按位異或bitset：設(shè)置指定位的值bitget：獲取指定位的值繪圖操作圖形標(biāo)注二維圖形plot(x,y)：以向量x,y為軸，繪制曲線。plot(x1,y1,x2,y2,x3,y3…)：在同一圖形窗口繪制多條不同顏色曲線BarHist表示生成直方圖文件操作fopen

打開(kāi)文件fid=fopen(文件名，打開(kāi)方式)fclose

關(guān)閉文件sta=fclose(fid)fread讀二進(jìn)制文件，并將數(shù)據(jù)存入矩陣[A,COUNT]=fread(fid,size,precision)fwrite

寫(xiě)二進(jìn)制文件COUNT=fwrite(fid,A,precision)1.2信號(hào)處理基礎(chǔ)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊緦?shí)驗(yàn)環(huán)境】【原理簡(jiǎn)介】【實(shí)驗(yàn)步驟】【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私庖纛l和圖像數(shù)據(jù)系數(shù)特點(diǎn)，掌握音頻和圖像文件的離散傅立葉、離散余弦和離散小波變換等基本操作。【實(shí)驗(yàn)環(huán)境】(1)WindowsXP或Vista操作系統(tǒng)(2)MATLAB7.1版本軟件(3)BMP格式圖像文件(4)WAV格式音頻文件【原理簡(jiǎn)介】離散傅立葉、離散余弦和離散小波變換是圖像、音頻信號(hào)常用基礎(chǔ)操作，時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到不同變換域以后，會(huì)導(dǎo)致不同程度的能量集中，信息隱藏利用這個(gè)原理在變換域選擇適當(dāng)位置系數(shù)進(jìn)行修改，嵌入信息，并確保圖像、音頻信號(hào)經(jīng)處理后感官質(zhì)量無(wú)明顯變化。【實(shí)驗(yàn)步驟】1.用離散傅立葉變換分析合成音頻和圖像2.用離散余弦變換分析合成音頻和圖像3.用離散小波變換分析合成音頻和圖像用離散傅立葉變換分析合成音頻和圖像讀取音頻文件數(shù)據(jù)一維離散傅立葉變換一維離散傅立葉逆變換觀察結(jié)果分析合成音頻文件包括以下步驟：clc;clear;len=40000;[fn,pn]=uigetfile('*.wav','請(qǐng)選擇音頻文件');[x,fs]=wavread(strcat(pn,fn),len);xf=fft(x);f1=[0:len-1]*fs/len;xff=fftshift(xf);hl=floor(len/2);f2=[-hl:hl]*fs/len;xsync=ifft(xf);figure;subplot(2,2,1);plot(x);title('originalaudio');subplot(2,2,2);plot(xsync);title('synthesizeaudio');subplot(2,2,3);plot(f1,abs(xf));title('fftcoef.ofaudio');subplot(2,2,4);plot(f2(1:len),abs(xff));title('fftshiftcoef.ofauio');分析合成圖像文件包括以下步驟：讀取圖像文件數(shù)據(jù)二維離散傅立葉變換二維離散傅立葉逆變換觀察結(jié)果讀取fmt指定格式的圖像文件內(nèi)容[fn,pn]=uigetfile('*.bmp','請(qǐng)選擇圖像文件');[x,map]=imread(strcat(pn,fn),'bmp');I=rgb2gray(x);第二步：二維離散傅立葉變換xf=fft2(I);xff=fftshift(xf);fft2函數(shù)對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行二維離散傅立葉變換并返回其系數(shù)，使用fftshift將零頻對(duì)應(yīng)系數(shù)移至中央。第三步：二維離散傅立葉逆變換xsync=ifft2(xf);ifft2函數(shù)對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行二維離散傅立葉逆變換并返回其系數(shù)。第四步：觀察結(jié)果figure;subplot(2,2,1);imshow(x);title('originalimage');subplot(2,2,2);imshow(uint8(abs(xsync)));title('synthesizeimage');subplot(2,2,3);mesh(abs(xf));title('fft

coef.ofimage');subplot(2,2,4);mesh(abs(xff));title('fftshift

coef.ofimage');imshow是二維數(shù)據(jù)繪圖函數(shù)，mesh通過(guò)三維平面顯示數(shù)據(jù)。用離散余弦變換分析合成音頻和圖像分析合成音頻文件包括以下步驟：讀取音頻文件數(shù)據(jù)一維離散余弦變換一維離散余弦逆變換觀察結(jié)果第一步：一維離散余弦變換xf=dct(x);dct函數(shù)對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行一維離散余弦變換并返回其系數(shù)，對(duì)應(yīng)頻率從0到fs（采樣頻率）。第二步：一維離散余弦逆變換xsync=idct(xf);[row,col]=size(x);xff=zeros(row,col);xff(1:row,1:col)=xf(1:row,1:col);y=idct(xff);idct函數(shù)對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行一維離散余弦逆變換并返回其系數(shù)。離散余弦變換常用于圖像壓縮，可以嘗試只使用部分系數(shù)重構(gòu)語(yǔ)言，通過(guò)觀察可發(fā)現(xiàn)，原始音頻和合成后音頻兩者差別不大。第三步：觀察結(jié)果figure;subplot(2,2,1);plot(x);title('originalaudio');subplot(2,2,2);plot(xsync);title('synthesizeaudio');subplot(2,2,3);plot(f1,abs(xf));title('fft

coef.ofaudio');subplot(2,2,4);plot(f2(1:len),abs(xff));title('fftshift

coef.ofauio');分析合成圖像文件包括以下步驟：讀取圖像文件數(shù)據(jù)二維離散余弦變換二維離散余弦逆變換觀察結(jié)果第一步：二維離散余弦變換xf=dct2(I);dct2函數(shù)對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行二維離散余弦變換并返回其系數(shù)。第二步：二維離散余弦逆變換xsync=uint8(idct2(xf));[row,col]=size(I);lenr=round(row*4/5);lenc=round(col*4/5);xff=zeros(row,col);xff(1:lenr,1:lenc)=xf(1:lenr,1:lenc);y=uint8(idct2(xff));第三步：觀察結(jié)果輸入命令顯示四個(gè)子圖，分別是原始圖像、使用全部系數(shù)恢復(fù)的圖像，使用部分系數(shù)恢復(fù)的圖像和用三維立體圖方式顯示系數(shù)。figure;subplot(2,2,1);imshow(x);title('originalimage');subplot(2,2,2);imshow(uint8(abs(xsync)));title('synthesizeimage');subplot(2,2,3);imshow(uint8(abs(y)));title('partsynthesizeimage');subplot(2,2,4);mesh(abs(xff));title('fftshiftcoef.ofimage');用離散小波變換分析合成音頻和圖像分析合成音頻文件包括以下步驟：讀取音頻文件數(shù)據(jù)一維離散小波變換一維離散小波逆變換觀察結(jié)果第一步：一維離散小波變換[C,L]=wavedec(x,2,'db4');wavedec函數(shù)對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行一維離散小波變換并返回其系數(shù)C和各級(jí)系數(shù)長(zhǎng)度L。第二個(gè)參數(shù)指明小波變換的級(jí)數(shù)，第三個(gè)參數(shù)指明小波變換使用的小波基名稱(chēng)。第二步：一維離散小波逆變換xsync=waverec(C,L,'db4');cA2=appcoef(C,L,'db4',2);cD2=detcoef(C,L,2);cD1=detcoef(C,L,1);第三步：觀察結(jié)果figure;subplot(2,3,1);plot(x);title('originalaudio');subplot(2,3,2);plot(xsync);title('synthesizeaudio');subplot(2,3,4);plot(cA2);title('appcoef.ofaudio');subplot(2,3,5);plot(cD2);title('det

coef.ofauio');subplot(2,3,6);plot(cD1);title('det

coef.ofauio');分析合成圖像文件包括以下步驟：讀取圖像文件數(shù)據(jù)二維離散小波變換二維離散小波逆變換觀察結(jié)果第一步：二維離散小波變換sx=size(I);[cA1,cH1,cV1,cD1]=dwt2(I,'bior3.7');dwt2函數(shù)對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行二維一級(jí)離散小波變換并返回近似分量，水平細(xì)節(jié)分量，垂直細(xì)節(jié)分量和對(duì)角線細(xì)節(jié)分量。如果要對(duì)圖像進(jìn)行多級(jí)小波分解，使用wavedec2函數(shù)。第二步：二維離散小波逆變換xsync=uint8(idwt2(cA1,cH1,cV1,cD1,'bior3.7',sx));A1=uint8(idwt2(cA1,[],[],[],'bior3.7',sx));H1=uint8(idwt2([],cH1,[],[],'bior3.7',sx));V1=uint8(idwt2([],[],cV1,[],'bior3.7',sx));D1=uint8(idwt2([],[],[],cD1,'bior3.7',sx));第三步：觀察結(jié)果輸入命令顯示六個(gè)子圖，分別是原始圖像、使用全部系數(shù)恢復(fù)的圖像、小波系數(shù)近似分量、水平細(xì)節(jié)分量、垂直細(xì)節(jié)分量和對(duì)角線細(xì)節(jié)分量。figure;subplot(2,3,1);imshow(x);title('originalimage');subplot(2