TELKOM NIKA , Vol.14, No .2, June 20 16 , pp. 523~5 3 0   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v14i1.2947    523      Re cei v ed  No vem ber 2, 20 15; Re vised Janua ry 2 7 , 20 16; Accepted  February 16,  2016   Data Analysis f o r Image Transmitted using Discrete  Wavelet  Transform and Vector Quantization  Compression      Musta pha Khelifi 1 *, A. Moula y  lakhdar 1 , Iman Ela w ady 2   1 Departme n t of Electrical En gi neer ing, T ahri M ohamm ed U n iversit y , Bech ar, Algeri a / lab:   T I T   2 Departme n t of Electrical En gi neer ing, T ahri Mohamm ed U n iversit y ,   Bechar, Alg e ri a / lab: CAOSEE, BP 417 Rou t e Kenads a, Béchar 0 8 0 00, Algeri a , +213 4 9  23 89 9 3    *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : Khelifi _ m@ yaho o.fr      A b st r a ct   In this p aper w e  are  go ing  to  study the  effect  of chan nel  no ise i n  i m a ge c o mpress ed w i th vecto r   qua nti z a t i on a nd discr ete w a velet transfor m . T he obj ecti ve  of this study i s  to analy z e  a nd u ndersta nd  the   w a y that the n o ise  attack tra n smitted  data  by do in g l o of  tests like  div i d i ng th e i n d i ces  in  different  lev e ls   accord ing to  di screte w a velet  transform  an d divid i n g   eac h l e vel i n  fra m es  of bits. T he coll ected i n for m ati o n   w ill hel ps us to  propos e sol u ti ons to make th e receiv ed i m a ge  more res i sti b le to the ch an nel n o ise  also t o   ben efit from th e goo d repr ese n tation o b tai n e d  by us in g vect or qua nti z a t i o n  and discr ete w a vel e t transform.      Ke y w ords : DWT, V Q, LBG ,   BSC channel, BER       Copy right  ©  2016 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1. Introduc tion  In re cent ye a r s l o t of rese arch h a s be e n  do ne to  en han ce th e qu ality of re ceiv ed ima ge  after tran smi ssi on in  noi sy chan nel, this p r obl em can be solve d   usi ng  diffe rent  te chniq u e (so u rce  codin g , chann el co ding , joint so urce ch ann el  codi ng or by optimize in  re storatio n filters)  as  shown in artic l es  [1-3].   A good rep r ese n tation a nd comp ression of imag e  can m a ke the differe nce  on the  quality of re ceived imag e, also to u nde rstand  ho w the ch annel  noi se atta ck th transmitted d a ta  can be p r ovid e an efficient techni que s wi th less  con s u m ption in re source (p ro ce ssi ng unit, time,  data si ze, …) and ban dwi d th usag e.   In image com p re ssi on, we  kno w  that, the co mbi natio n betwe en vector qu antization an d   discrete  wav e let transfo rm provide a good repr ese n tation of recon s tru c ted i m age. Since  the  discrete  wavelet tran sfo r m analy z e i m age  and  give  us lot of  dat a ab out 2 D   signal  whi c h   make  the differen c e in the qua lity of recon s tru c ted ima ge ho wever  In case of transmi ssion t he  comp re ssion  usin g VQ  and  DWT i s  so  sen s itive to the ch annel n o ise  as  sho w n in  the    artic l es  [4-5].  To solve this pro b lem  we  are  goin g  to  analyze dat a du ring t r an smissio n  to  discove r   what is the m o st impo rtant parts that can  make  the differen c e in the  quality or re ceived image  by  doing l o t of te sts i n  tra n smi tted indices a c cordi ng to  th e de com p o s e d  levels p r ovided by  discre t wavelet transform.  The pap er is organi ze d as follow: In the first part  we will intro d u ce the com p re ssi on   usin vecto r  quanti z ation and  di screte wavelet  tra n sform. The  se con d  pa rt th e effect of th e   cha nnel n o ise in image  co mpre ssed  with vector q u a n tization a nd  discrete  wav e let tran sform. In  third pa rt the effect of the cha nnel n o ise in ea ch lev e l gene rate d by discrete  wavelet tran sfo r m   with different BER. In the fourth part we will divi de each level to ei ght subl evels finally we try to  prop ose som e  solutio n a c cordi ng to the orbit ed re sults to that  can e nha nce  the quality of  received ima ge.      2. Compres s i on Using DWT and Vec t or Quan tiza tion  A quanti z er  simply redu ces th e nu m ber  of  bits  need ed to  store the  tran sform e d   coeffici ents  by redu cin g  the pre c i s io n of thos values [6].  The ba si c p r inci ple of v e ctor  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 14, No. 2, June 20 16 :  523 – 53 0   524 quanti z ation  based imag e  comp re ssi on  techniq u e s  is to match e a ch in put vector with a co de- vector i n  the  cod ebo ok  so that the di storti on  bet ween the  input  vector  and  the cho s en  code- vector is mi ni mum [7] by evaluating the  Euclid e an di stance b e twe e n  the input vector a nd ea ch   cod e word  in t he  cod ebo ok  [8] . On ce th e  clo s e s cod e w ord i s  fo und , the ind e x of  that co de word  is  sent  thro ug h a  ch ann el . W he n the  en cod e r re ceive s  the  ind e x of  the  cod e word, it re pla c e s   the   index  with the  asso ciate d  [ 9 ]. Quanti z ati on i s  a n  ir rev e rsi b le  pro c e ss.  That i s , in  gen eral, th ere is  no  way to fin d  the  origi nal  value fro m  th e qu antized v a lue [1 0]. Th e differe nce b e twee n the  in put  and outp u t si gnal s of the quantizer be co mes the  qu an tizing erro r, or quanti z ing n o ise [11].   The Discrete   Wavelet Tra n sform  p r ovi des  suffi cient  informatio both for anal ysis a n d   synthe sis of the origi nal si gnal, with a si gnifi ca nt redu ction in the computation ti me [12].  Discrete  Wa velet Tran sf orm  (DWT ) is u s e d  in  a variety  of sign al p r oce s sing  appli c ation s ,  su ch a s  v i deo  comp re ssi on, Intern et comm uni cation com p re ssi on, ob ject   recognitio n , and nume r ical  analysis. It can effici entl y  repre s e n t some sig nal s, espe cially o nes  that have localize d  ch ang e [13]  The ste p co mpre ssion u s ing DWT and  VQ as sho w n  in Figure 1 a r e:   1)  De comp ose the image u s i ng the DWT tran sform to 3  levels.  2)    Partition obta i ned ba nd s in to 4x4 blocks  then apply Vector  Qua n tization on ea ch block an d   result is the compresse d  image.         Figure 1. Image com p ressi on step s u s in g DWT and V Q     This sy stem  got high co mpre ssion ra tio wi thout loss of mu ch  informatio n b e ca use  applying  DWT tran sform  we mi nimize  the dom ain   of co deb oo k vecto r . Thi s  will  helpful  in  achi eving hig h  comp re ssio n ratio witho u t  loss of information [14].      3. Transmiss i on Chann e In this  sectio n, it is explai ned the  re sul t s of  re se arch and  at the  same  time is  given the   comp re hen si ve discussio n .  Result s ca n  be pre s e n te d in figure s , grap hs, table s  and oth e rs  that  make the  rea der un de rsta nd ea sily [2,  5]. The discu ssi on can be  made in seve ral su b-ch apt ers.   The  bin a ry symmetric ch annel (BSC)  is  def in ed  by the ch an nel dia g ra sho w n i n     Figure 2, and  its chan nel  matrix is give n by Equation  (1):                                                       (1)    The ch ann el has two inpu ts ( x 1 =  0,  x 2 = 1) and t w o output s ( y 1 = 0,  y = 1). The  cha nnel i s  sy mmetric  be ca use th e prob ability of rece iving a 1 if a 0 is sent is t he same a s  t he  prob ability of receiving a  if a 1 is  sent.  This  comm on  transitio n p r o bability is de n o ted by p [15] The e r ror ev ents  are  al so  inde pend ent  of the  data  bits [16]. T h i s  i s  the  sim p lest mo del  of a  cha nnel  with  errors, yet it captu r e s  m o st of  the  co mplexity of the ge neral p r oble m  [17].  The  cap a city of this ch ann el given by Equatio n (2):    p 1 p p p 1 P(y/x) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Data Anal ysi s for Im age Transm i tted usi ng Di scre te  Wa velet Tran sform  (Mu s tapha Khelifi)  525                                      (2)    With the bina ry entropy fun c tion given by  Equation (3 ):                                                                                              (3)      Figure 2. Binary symmetri c  ch ann el       4. The Effe ct of Error in Image Compr essed  w i th DWT + QV   In this part we are goi ng to see ho w th e noise atta cks the ima ge after tran smission we   will  take an example  of Lena  im age size  512x5 1 2 ,   the block size is  4x4. The co deb oo k is  gene rated by  LBG algo rith m, with different BER (10 -3 , 10 -2 ) as sho w n in Figu re  3.         BER=  10- 3 , PSN R= 2 8 . 91 dB    BER= 1 0 -2  , P S N R = 2 4 . 33 dB    Figure 3. Re ceived image  usin g DWT a nd VQ com p ression  with di fferent BER      For tra n smi s sion  with the  same p a ra meters but  with image  compresse d  b y  VQ the   simulatio n , re sults a r e represe n ted a s  shown in Figu re 4.        BER=  10- 3 , PSN R= 2 8 . 30 dB    BER=  10 -2 , PSNR=  25.59 dB    Figure 4. Re ceived image  comp re ssed  by VQ with different BER  use channel bit in 1 H(p) C   p) ( p) ( p p p H 1 log 1 log 2 2 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 14, No. 2, June 20 16 :  523 – 53 0   526 From  th e sim u lation re sult the quality of  re ceived  i m age usi ng VQ  is better than  the   received one us ing DWT  and VQ. However the  PSNR of rec o ns truc t ed image  us ing DWT and  QV (PSNR=3 3 .35dB) i s   be tter than the   recon s tr u c ted  one  usi ng V Q  (PSNR=30 ,67dB). Its lo ok  like  we  can n o t benefit fro m  this en han ceme nt du ri n g  the tran smi ssi on a nd thi s  is  wh at we  are   going to inve stigate it in the next parts.       5. The Effe ct of Error in the Lev e ls of  Image Comp resse w i th  DWT and VQ         Figure 5. Flowchart to stu d y the noise   ef f e ct s on t h e  indice s in lev e ls                Figure 6. PSNR in fun c tio n  of BER  10 -3 10 -2 10 -1 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32  BER   PS N R  [ d B]   P S N R  i n  f unc t i on  of   B E R   ( B oa t  i m ag e)  I n d i ce B F  I n d i ce l e v e l  3  I n d i ce l e v e l  2  I n d i ce l e v e l  1 10 -3 10 -2 10 -1 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34  BER   PS N R  [ d B]   P S N R  i n   f u nc t i on of   B E R  ( L e na i m a ge)  In d i c e s  B F  I n d i c e s  le v e 3  I n d i c e s  le v e 2  I n d i c e s  le v e 1 10 -3 10 -2 10 -1 16 18 20 22 24 26 28 30 32  BER   PS N R  [d B ]  P S N R  in  f u n c t i o n  o f  B E R   ( G o l d h ill  im a g e )  I ndi c e s   B F   I n d i c e s  le v e l 3   I n d i c e s  le v e l 2   I n d i c e s  le v e l 1 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Data Anal ysi s for Im age Transm i tted usi ng Di scre te  Wa velet Tran sform  (Mu s tapha Khelifi)  527 We  are  goi n g  to divid e  t he in dices of  vector qu an tization  acco rding to  the l e vels  of  discrete   wav e let tra n sfo r m (BF  ind e x, index  level  3 ,  index l e vel  2, index  level  1) ea ch  time  we  are goi ng to test the effect of the noise in a matr ix  of bits and its indices, the n  cal c ulate s  the   PSNR of the degrade d ima ge, as sho w n  in Figure 5.   For the sim u lation re sults we use two  images  (Le na, Boat,Goldhill), ea ch index is  rep r e s ente d   by 8 bit s   with differe nt B E R (0.001,  0.01, 0.02,  0.0 5 , 0.1), a s   shown in  Figu re 6.   The  simulatio n  re sult s sho w  that the m o st sen s itive levels a r e: le vel 3 and B F  level co mpa r ed   with other lev e ls        6. The Effe ct of the Chan nel Noise in the Frame s  of bits   In this part we are g o ing t o  divide the  bits of  indice s in 8 fram es of bits. Each  frame is  con s tru c ted  b y  bits of indice s with the  same  we i ght. We test the  effect of noise in one fra m e   each time the n  we calculat e the PSNR  of receiv ed i m age  with different BER (0 .001, 0.01, 0.02,  0.05, 0.1), as  sho w n in Fig u re 7.                 Figure 7. PSNR in fun c tio n  of BER       7. The Appli cation o f  Un equal Error  Protec tion in Lev e ls   To  te st  the rightne ss  of our study an colle cted i n formatio we u s une qu al erro prote c tion a s  appli c ation to  our data. Th e main step are a s  sh own  in Figure 8.   10 -3 10 -2 10 -1 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34  BER   PSN R  [ d B]  P S N R  i n   f u n c t i on   o f  B E R  (L ena i m age)  fr a m e   1  fr a m e   2  fr a m e   3  fr a m e   4  fr a m e   5  fr a m e   6  fr a m e   7 10 -3 10 -2 10 -1 16 18 20 22 24 26 28 30 32  BE R   PSN R  [ d B]  P S N R  i n  f u nc t i o n   of   B E R  ( B oa t   i m ag e)  fr a m e   1  fr a m e   2  fr a m e   3  fr a m e   4  fr a m e   5  fr a m e   6  fr a m e   7 10 -3 10 -2 10 -1 16 18 20 22 24 26 28 30 32  BE R   PS N R  [ d B]  P S N R  in   f u n c t i o n  o f  B E R   ( G o l d h ill ima g e )  f r am e 1  f r am e 2  f r am e 3  f r am e 4  f r am e 5  f r am e 6  f r am e 7 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 14, No. 2, June 20 16 :  523 – 53 0   528     Figure 8. une qual erro r pro t ection Flo w chart (UEP)      For the  simulation  we use th ree im ages  (Lena, B oat, Go ldhill )  si ze  512x512 with  different BER and co deb oo k gen erate d  b y  LBG t he results are  sho w n in Figures 9 ,  10 and 11.         PSNR= 33.3 533dB   PSNR= 31.3 346dB   PSNR= 31.8 231dB     Figure 9. Re cived image s with BER=10 -3         PSNR= 32.3 241dB   PSNR= 30.4 783dB   PSNR= 31.0 232dB     Figure 10. Re cived imag es  with BER=10 -2               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Data Anal ysi s for Im age Transm i tted usi ng Di scre te  Wa velet Tran sform  (Mu s tapha Khelifi)  529   PSNR= 32.9 681dB   PSNR= 26.3 794dB   PSNR= 28.1 216dB     Figure 11. Re cived imag es  with BER=0.0 5       We  simulate  the tran smi s sion chann el  of image u s i ng DWT a n d  VQ for com p re ssi on,   whi c h p r od uce indices.  We  decompo se t he indi ce s a c cording to th e  levels ea ch i ndices i s  cod ed  in 8 bits . All matrices  of bits  of  those in dice s are co d ed usi ng RS  cod e The  simulatio n  re sult s sho w  the  rightn e s s of ou r d a ta analy z e. T he u s of UEP as  a   solutio n  opti m ize in the u s e of re dund a n t data from the less to the  most impo rta n t data.       Of course, the quality of receive d  imag e is  goin g  to be low  with hi gh BER level s  but it’s  still better co mpared with t he com p ressi on usi ng VQ and UEP a s  shown in Tabl e 1.      Table 1. The  quality of received image  usin g VQ co mpre ssion a n d  UEP.  PSNR BER  (10 - 3 ) BER  (10 - 2 ) BER  (5x10 - 2 Lena   30.1708 dB   29.0494 dB   24.9971dB   Boat 28.5913  dB   27.9619dB   24.3983dB   G o ldhill 29.1297  dB   28.2048dB   24.5350dB       Comp ared  with other  re search p ape rs co n c e r ne d i n  de-noi sing  image [18 - 1 9 ], our  contri bution t o  analyze the  data du ring t r an smi ssi on  provide s  a  go od way to un derstand  ho w the   noise attack t he data, al so  it tell us wh at  is t he mo st sensitive d a ta  whi c h ma ke t he differe nce  in   the quality of  the re ceive d  i m age, thi s   ca n help  u s  to  prop ose  som e  techniqu es  that ca n p r ot ect  the importa nt data by usin g cha nnel  co ding o r  by  se nding a dditio nal data that  can hel p u s  in  resto r atio n.      8. Conclusio n   In this paper  we study the  effect of channel noi se in  image com p resse d  by DWT and   VQ this stu d y sh ow u s  th keys that  can  help  u s   to  e nhan ce  the  q uality of recei v ed imag e, al so   provide  an alysis of d a ta a nd  kno w led g e  ab out h o the noi se  ch annel  effect  on the  imag e  the  benefits  of this stu d y is  co nce n trated  a bout ho w to   sele ct a d a ta  that can  ma ke a  differe n c e in   the qu ality of re ceived  im age  our sug gestio n   to e nhan ce   the quality  of  im age by  u s ing   bit  corre c tor fo r sen s itive part  of data.  Lot of flowch arts  ca n be  p r opo sin g  to p r otec t the im p o rtant d a ta in  image. Th prop osed  one is n o t the best a s  we  guess, also it is applied   j u st in levels  so a s  future  work may be  we   c a n d e s i gn   so me  flow ch arts  us in g U EP  a p p lied  in le v e ls  and  the f r ame  of bits which  can  give  us  a good results.      Referen ces   [1]    Mohse n  N a sri,  Abd e lh amid   Hela li, H a lim   Sgha ier, H a ss en M aaref.   Efficient JPEG  200 0 Imag Compress io n  Scheme for  Multiho p  Wireless  Net w o r ks.   T E LKOMNIKA T e lec o mmunic a tio n   Co mp uting El e c tronics an d C ontrol . 20 11; 9( 2): 311-3 18.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 14, No. 2, June 20 16 :  523 – 53 0   530 [2]    Ali M F a dhi l,  Haid er M A l Sa bba gh.   Perfor mance Analy s is for Bit-Error- Rate  of DS-CDMA Sensor   Net w ork S y stems  w i t h  Sourc e  Coding.   T E LKOMNIKA T e leco mmu n ic ati on Co mputi n g  Electronic s   and C ontrol . 2 012; 10( 1): 165 -170.   [3]    L y di a Sar i , An tonius  Adit ya.   Raptor  Co de  for En erg y -Efficient  W i rel e ss  Bod y   Are a  N e t w o r Dat a   T r ansmission.   TELKOMNIKA Telec o mmu n icati on  Co mp uting  Electro n i cs an d C ontro l . 201 5; 1 3 (1):  277- 283.   [4]    Deb nath JK, Rahim  NMS, W a i-Keun F ung.   A mo difie d   Vector Quanti z a t i on base d   i m a g e   compressi on  techn i qu usin g w a vel e t tran sform .   IEEE International J o int  Conference on Neura l   Net w orks. 20 0 8 : 171-1 76.   [5]    Binit Amin, Pat e l Amrut bhai.  Vector Qua n tiz a tion  bas ed  Lo ss y  Ima g e  Co mpressio n   usin g W a vel e ts    A Revie w Int e rnati ona l Jo ur nal  of Inn o vati ve Res ear c h  i n  Scie nce, E n gin eeri ng  an T e chno logy 201 4; 3(3): 105 17-1 052 3.   [6]    H  Malep a ti. Di gital Me dia Pro c essin g  DSP Al gorit hms Usin g C. 1st Edition .  Ne w n es. 20 1 0 : 586.   [7]    Ajol Kum a r Ra y, T i nku Achar ya. Informati on   T e c hnol og y P r incip l es a nd A pplic atio ns.  Prentic Ha ll o f   India.   20 04 [8]    KV Kal e , SC   Mehrotra.  Com puter V i sio n   a nd  Inform atio n   T e chnolo g y : Advanc es and   App licati ons.  201 0; 50.   [9]    R y sz ard S C horas. Imag e  Processi ng  and  Commu ni cations  Cha lle nges. Spr i ng e r  Scienc e &   Busin e ss Medi a. 2013: 2 36-2 38.   [10]    Yun Q Shi, Hui f ang Sun. Imag e and Vi de o C o mp ressi on for  Multimedi a En gin eeri ng. Sec ond Ed itio n.  CRC Press. 20 08.   [11]    Z hou W a n g , Alan C Bov i k. Mean s quar ed e rror love it or  l eave it.  IEEE signal pr ocessing maga z i ne.   200 9: 99-1 17.   [12]    Vale ntina Zh ar kova. Artificial  Intellig enc e i n  Reco gniti on  and Cl assific a tion of Astro p h y sic a l an d   Medic a l Image s (Studies in C o mputati o n a l Intelli ge nce). Sprin ger. 20 07: 343.   [13]    Micha e l W eek s. Digital Si gn al Process i ng  Using MAT L AB & W a velets. Seconf Editio n. Jones &   Bartlett Learn i n g . 2010: 2 71.   [14]    T e jas S Patel ,  Ravi ndra  M odi, K e yur J   Patel. Imag Compress io Using  DW T  and V e ctor   Quantizati on.  Internatio na l Journ a l of Inn o vative R e se a r ch in Co mp uter and C o mmu n icati on  Engi neer in g . 2013; 1(3): 6 53.    [15]    H w ei P Hs u. Anal og a nd Di git a l Comm unic a tions  (Sch aum' s  Outlines). Se cond E d itio n. McGra w - Hil l   Educati on. 20 0 2 [16]    Milan  So nka,  Vaclav  Hlav a c,  Rog e r Bo yl e.  Image Pr oces sing A n a l ysis  and M a ch ine   Visio n . T h ird   Editio n. T H OMSON,   CL Engi neer ing. 2 007.   [17]   John Mi ano. C o mpress ed Image F i l e  F o rma ts. Addison W e sle y 199 9.  [18]    Yan F e ng,  H ua  Lu,  Xili an g  Z eng.  Image  Rest or atio Based  o n  H y brid  Ant  Col o n y  Al gorithm.   T E LKOMNIKA T e leco mmunic a tion C o mputi n g Electron ics a nd Co ntrol . 20 15; 13(4): 1 298 -130 4.  [19]    Jian R en, Hua  Lu, Xili ang Z e n g . Image Den o i s ing  Bas ed o n  K-means Si ng ular Va lue D e c o mpos ition.   T E LKOMNIKA T e leco mmunic a tion C o mputi n g Electron ics a nd Co ntrol.  20 15; 13(4): 1 312 -131 8.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.