哈尔小波变换的原理及其实现(Haar)

Haar小波在图像处理和数字水印等方面应用较多，这里简单的介绍一下哈尔小波的基本原理以及其实现情况。

一、Haar小波的基本原理

数学理论方面的东西我也不是很熟悉，这边主要用简单的例子来介绍下Haar小波的使用情况。

例如：有a=[8,7,6,9]四个数，并使用b[4]数组来保存结果.

则一级Haar小波变换的结果为:

b[0]=(a[0]+a[1])/2, b[2]=(a[0]-a[1])/2

b[1]=(a[2]+a[3])/2, b[3]=(a[2]-a[3])/2

即依次从数组中取两个数字，计算它们的和以及差，并将和一半和差的一半依次保存在数组的前半部分和后半部分。

例如：有a[8]，要进行一维Haar小波变换，结果保存在b[8]中

则一级Haar小波变换的结果为:

b[0]=(a[0]+a[1])/2, b[4]=(a[0]-a[1])/2

b[1]=(a[2]+a[3])/2, b[5]=(a[2]-a[3])/2

b[2]=(a[4]+a[5])/2, b[6]=(a[4-a[5]])/2

b[3]=(a[6]+a[7])/2, b[7]=(a[6]-a[7])/2

如果需要进行二级Haar小波变换的时候，只需要对b[0]-b[3]进行Haar小波变换.

对于二维的矩阵来讲，每一级Haar小波变换需要先后进行水平方向和竖直方向上的两次一维小波变换,行和列的先后次序对结果不影响。

二、Haar小波的实现

使用opencv来读取图片及像素，对图像的第一个8*8的矩阵做了一级小波变换

[cpp] view
plaincopy

#include <cv.h>

#include <highgui.h>

#include <iostream>

using namespace std;int main()

{

IplImage* srcImg;

double imgData[8][8];

int i,j;

srcImg=cvLoadImage("lena.bmp",0);

cout<<"原8*8数据"<<endl;

for( i=0;i<8;i++)

{

for( j=0;j<8;j++)

{

imgData[i][j]=cvGetReal2D(srcImg,i+256,j+16);

cout<<imgData[i][j]<<" ";

}

cout<<endl;

} double tempData[8];

//行小波分解

for( i=0;i<8;i++)

{

for( j=0;j<4;j++)

{

double temp1=imgData[i][2*j];

double temp2=imgData[i][2*j+1];

tempData[j]=(temp1+temp2)/2;

tempData[j+4]=(temp1-temp2)/2;

} for( j=0;j<8;j++)

{

imgData[i][j]=tempData[j];

}

} //列小波分解

for( i=0;i<8;i++)

{

for( j=0;j<4;j++)

{

double temp1=imgData[2*j][i];

double temp2=imgData[2*j+1][i];

tempData[j]=(temp1+temp2)/2;

tempData[j+4]=(temp1-temp2)/2;

}

for( j=0;j<8;j++)

{

imgData[j][i]=tempData[j];

}

}

cout<<"1级小波分解数据"<<endl;

for( i=0;i<8;i++)

{

for( j=0;j<8;j++)

{

cout<<imgData[i][j]<<" ";

}

cout<<endl;

}

//列小波逆分解

for( i=0;i<8;i++)

{

for( j=0;j<4;j++)

{

double temp1=imgData[j][i];

double temp2=imgData[j+4][i];

tempData[2*j]=temp1+temp2;

tempData[2*j+1]=temp1-temp2;

} for( j=0;j<8;j++)

{

imgData[j][i]=tempData[j];

}

} //行小波逆分解

for( i=0;i<8;i++)

{

for( j=0;j<4;j++)

{

double temp1=imgData[i][j];

double temp2=imgData[i][j+4];

tempData[2*j]=temp1+temp2;

tempData[2*j+1]=temp1-temp2;

}

for( j=0;j<2*4;j++)

{

imgData[i][j]=tempData[j];

}

} cout<<"1级小波逆分解数据"<<endl;

for( i=0;i<8;i++)

{

for( j=0;j<8;j++)

{

cout<<imgData[i][j]<<" ";

}

cout<<endl;

}

return 0;

}