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1、第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)19.1 9.1 小波變換的定義小波變換的定義u小波變換的定義小波變換的定義 給定一個(gè)基本函數(shù),令給定一個(gè)基本函數(shù),令 (9.1.1)(9.1.1) 若若a,ba,b不斷地變化,我們可得不斷地變化,我們可得 到一族函數(shù)到一族函數(shù) 。給定平。給定平方可積的信號(hào)方可積的信號(hào) ,即即 則小則小x(t)x(t)的小波變換(的小波變換(Wavelet TransformWavelet Transform,WTWT):): (9.1.29.1.2))(1)(,abtatba)(,tba)(t)(tx)()(2RLtxdtabttxabaWTx)()(1),()(),
2、()()(,ttxdtttxbaba第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)2 信號(hào)信號(hào) 的小波變換的小波變換 是是a a和和b b的函數(shù),的函數(shù),b b是時(shí)移,是時(shí)移,a a是尺度因子。是尺度因子。 又稱為基本小波,或母小波。又稱為基本小波,或母小波。 是母是母小波經(jīng)移位和伸縮所產(chǎn)生的一族函數(shù),稱之為小波經(jīng)移位和伸縮所產(chǎn)生的一族函數(shù),稱之為小波基函數(shù),或簡(jiǎn)稱小波基。小波基函數(shù),或簡(jiǎn)稱小波基。 式中式中,b,b的作用是確定對(duì)的作用是確定對(duì)x(t)x(t)分析的時(shí)間位置,分析的時(shí)間位置,也即時(shí)間中心。尺度因子也即時(shí)間中心。尺度因子a a的作用是把基本小的作用是把基本小波波 作伸縮。作伸縮。式中的
3、因子式中的因子 是為了保證在不同的尺度時(shí),是為了保證在不同的尺度時(shí),始終能和始終能和 母函數(shù)有著相同的能量,即母函數(shù)有著相同的能量,即)(tx),(baWTx)(t)(,tba)(ta1)(,tba)(t第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)3 令的傅里葉變換為,的傅里葉變換為,由傅里葉變換的令的傅里葉變換為,的傅里葉變換為,由傅里葉變換的性質(zhì),的傅里葉變換為:性質(zhì),的傅里葉變換為: (9.1.3)由由ParsevalsParsevals定理,(定理,(9.1.29.1.2)式可重新表為:)式可重新表為: (9.1.49.1.4)此式即為小波變換的頻域表達(dá)式此式即為小波變換的頻域表達(dá)式。dt
4、abtadttba22,)(1)(dtt2)()(1)(,abtatbabjbaeaa)()(,)(),(21),(,baxXbaWTdeaXabj)()(2第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)49.2 小波變換的特點(diǎn)小波變換的特點(diǎn)u 小波變換的恒小波變換的恒Q性性 由小波變換的兩個(gè)定義可以看出,如果由小波變換的兩個(gè)定義可以看出,如果 在在時(shí)域是有限支撐的,那么它和時(shí)域是有限支撐的,那么它和 作內(nèi)積后將保證作內(nèi)積后將保證在時(shí)域也是有限支撐的,從而實(shí)現(xiàn)所希望的時(shí)域定位在時(shí)域也是有限支撐的,從而實(shí)現(xiàn)所希望的時(shí)域定位功能,也即功能,也即 反映的是反映的是 在在b b附近的性質(zhì);附近的性質(zhì);若若
5、具有帶通性質(zhì),即具有帶通性質(zhì),即 圍繞著中心頻率圍繞著中心頻率是有限支撐的,那么是有限支撐的,那么 和和 作內(nèi)積后也將作內(nèi)積后也將反映在中頻率處的局部性質(zhì),而實(shí)現(xiàn)好的頻率定反映在中頻率處的局部性質(zhì),而實(shí)現(xiàn)好的頻率定位性質(zhì)。位性質(zhì)。 )(,tba)(,tba)(,tba)(tx)(tx)(,ba),(baWTx)(X第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)5若若 的時(shí)間中心是的時(shí)間中心是 , ,時(shí)寬是時(shí)寬是 , 的頻率中心的頻率中心是是 , ,帶寬是帶寬是 ,那么,那么 的時(shí)間中心仍是的時(shí)間中心仍是 ,但時(shí),但時(shí)寬變成寬變成 , 的頻譜的頻譜 的頻率中心變?yōu)榈念l率中心變?yōu)?帶寬變成帶寬變成 。這
6、樣。這樣, , 的時(shí)寬帶寬積仍是的時(shí)寬帶寬積仍是 , ,與與a a無關(guān)。無關(guān)。 定義:定義:為小波為小波 的品質(zhì)因數(shù),對(duì)的品質(zhì)因數(shù),對(duì) ,其,其)(t0tt)(0)(at0tta)(at)( aa,/0aa/)(att0Q/)(t)(atQaa00/= =帶寬帶寬/ /中心頻率中心頻率 帶寬帶寬/ /中心頻率中心頻率 第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)6第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)7 不同尺度下小波變換所分析的時(shí)寬、帶寬、時(shí)間不同尺度下小波變換所分析的時(shí)寬、帶寬、時(shí)間中心和頻率中心的關(guān)系中心和頻率中心的關(guān)系 022/002t)2/ 1( a) 1( a)2( a/22/2tt
7、圖圖9.2.2 9.2.2 a a取不同值時(shí)小波變換對(duì)信號(hào)分析的時(shí)頻區(qū)間取不同值時(shí)小波變換對(duì)信號(hào)分析的時(shí)頻區(qū)間第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)8 由于小波變換的恒由于小波變換的恒Q Q性質(zhì),因此在不同尺度下,圖性質(zhì),因此在不同尺度下,圖9.2.29.2.2中三個(gè)時(shí)、頻分析區(qū)間(即三個(gè)矩形)的面積保持不變。由中三個(gè)時(shí)、頻分析區(qū)間(即三個(gè)矩形)的面積保持不變。由此,小波變換提供了一個(gè)在時(shí)、頻平面上可調(diào)的分析窗口,此,小波變換提供了一個(gè)在時(shí)、頻平面上可調(diào)的分析窗口,該分析窗口在高頻端(圖中該分析窗口在高頻端(圖中 處)的頻率分辨率不好(矩處)的頻率分辨率不好(矩形窗的頻率邊變長(zhǎng)),但時(shí)域的分
8、辨率變好(矩形的時(shí)間邊形窗的頻率邊變長(zhǎng)),但時(shí)域的分辨率變好(矩形的時(shí)間邊變短);反之,在低頻端(圖中變短);反之,在低頻端(圖中 處),頻率分辨率變處),頻率分辨率變好,而時(shí)域分辨率變差。但在不同的值下,圖好,而時(shí)域分辨率變差。但在不同的值下,圖9.2.29.2.2中分析中分析窗的面積保持不變,也即時(shí)、頻分辨率可以隨分析任務(wù)的要窗的面積保持不變,也即時(shí)、頻分辨率可以隨分析任務(wù)的要作出調(diào)整。作出調(diào)整。0220/u小波變換的時(shí)域及頻率分辨率小波變換的時(shí)域及頻率分辨率第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)9 信號(hào)中的高頻成份往往對(duì)應(yīng)時(shí)域中的快變成份。對(duì)信號(hào)中的高頻成份往往對(duì)應(yīng)時(shí)域中的快變成份。對(duì)
9、這一類信號(hào)分析時(shí)則要求時(shí)域分辨率要好以適應(yīng)快變成這一類信號(hào)分析時(shí)則要求時(shí)域分辨率要好以適應(yīng)快變成份間隔短的需要,對(duì)頻域的分辨率則可以放寬,當(dāng)然,份間隔短的需要,對(duì)頻域的分辨率則可以放寬,當(dāng)然,時(shí)、頻分析窗也應(yīng)處在高頻端的位置。低頻信號(hào)往往是時(shí)、頻分析窗也應(yīng)處在高頻端的位置。低頻信號(hào)往往是信號(hào)中的慢變成份,對(duì)這類信號(hào)分析時(shí)一般希望頻率的信號(hào)中的慢變成份,對(duì)這類信號(hào)分析時(shí)一般希望頻率的分辨率要好,而時(shí)間的分辨率可以放寬,同時(shí)分析的中分辨率要好,而時(shí)間的分辨率可以放寬,同時(shí)分析的中心頻率也應(yīng)移到低頻處。顯然,小波變換的特點(diǎn)可以自心頻率也應(yīng)移到低頻處。顯然,小波變換的特點(diǎn)可以自動(dòng)滿足這些客觀實(shí)際的需要
10、。動(dòng)滿足這些客觀實(shí)際的需要。第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)10 用較小的用較小的a對(duì)信號(hào)作高頻分析時(shí),實(shí)際上是用高對(duì)信號(hào)作高頻分析時(shí),實(shí)際上是用高頻小波對(duì)信號(hào)作細(xì)致觀察,用較大的頻小波對(duì)信號(hào)作細(xì)致觀察,用較大的a對(duì)信號(hào)作低對(duì)信號(hào)作低頻分析時(shí),實(shí)際上是用低頻小波對(duì)信號(hào)作概貌觀頻分析時(shí),實(shí)際上是用低頻小波對(duì)信號(hào)作概貌觀察。小波變換的這一特點(diǎn)即既符合對(duì)信號(hào)作實(shí)際分察。小波變換的這一特點(diǎn)即既符合對(duì)信號(hào)作實(shí)際分析時(shí)的規(guī)律,也符合人們的視覺特點(diǎn)。析時(shí)的規(guī)律,也符合人們的視覺特點(diǎn)。u小波變換和其它信號(hào)分析方法的區(qū)別小波變換和其它信號(hào)分析方法的區(qū)別 傅里葉變換傅里葉變換 傅里葉變換的基函數(shù)是復(fù)正弦。
11、這一基函數(shù)在頻傅里葉變換的基函數(shù)是復(fù)正弦。這一基函數(shù)在頻域有著最佳的定位功能(頻域的域有著最佳的定位功能(頻域的 函數(shù)),但在時(shí)函數(shù)),但在時(shí)域所對(duì)應(yīng)的范圍是域所對(duì)應(yīng)的范圍是 - - ,完全不具備定位功能。,完全不具備定位功能。這是這是FTFT的一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)。的一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)。第第9 9章章 小波變換的基礎(chǔ)小波變換的基礎(chǔ)短時(shí)傅里葉變換短時(shí)傅里葉變換 重寫(重寫(2.1.12.1.1)式,即)式,即 (9.2.6)(9.2.6) STFTSTFT不具備恒不具備恒Q Q性質(zhì),當(dāng)然也不具備隨著分辨率性質(zhì),當(dāng)然也不具備隨著分辨率變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)分析帶寬的能力,如圖變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)分析帶寬的能力,如圖9.
12、2.39.2.3所示所示。Ttetg/2)(dtetgxtSTFTtjx)()(),(jtetgxdgx)(),()()(,第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)13 tgt,t G0 tgt,t G0210t002圖圖9.2.3 STFT的時(shí)頻分析區(qū)間的時(shí)頻分析區(qū)間第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)14 定義定義 (9.2.7)(9.2.7)為信號(hào)的為信號(hào)的“尺度圖(尺度圖(scalogramscalogram)”。它也是一種能。它也是一種能量量分布,但它是隨位移和尺度的能量分布,而不是簡(jiǎn)單分布,但它是隨位移和尺度的能量分布,而不是簡(jiǎn)單的隨的能量分布。但由于尺度間接對(duì)應(yīng)頻率(小對(duì)應(yīng)的
13、隨的能量分布。但由于尺度間接對(duì)應(yīng)頻率(小對(duì)應(yīng)高頻,大對(duì)應(yīng)低頻),因此,尺度圖實(shí)質(zhì)上也是一種高頻,大對(duì)應(yīng)低頻),因此,尺度圖實(shí)質(zhì)上也是一種時(shí)頻分布。時(shí)頻分布。22)()(1),(dtabttxabaWTx第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)15 綜上所述,由于小波變換具有恒綜上所述,由于小波變換具有恒Q Q性質(zhì)及自動(dòng)調(diào)性質(zhì)及自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)信號(hào)分析的時(shí)寬節(jié)對(duì)信號(hào)分析的時(shí)寬/ /帶寬等一系列突出優(yōu)點(diǎn),因此帶寬等一系列突出優(yōu)點(diǎn),因此被人們稱為信號(hào)分析的被人們稱為信號(hào)分析的“數(shù)學(xué)顯微鏡數(shù)學(xué)顯微鏡”。小波變換。小波變換是是八十年代后期發(fā)展起來的應(yīng)用數(shù)學(xué)分支。八十年代后期發(fā)展起來的應(yīng)用數(shù)學(xué)分支。 第第9 9
14、章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)169.3 連續(xù)小波變換的計(jì)算性質(zhì)連續(xù)小波變換的計(jì)算性質(zhì)時(shí)移性質(zhì)時(shí)移性質(zhì) 若若 的的CWTCWT是是 , ,那么那么 的的CWTCWT是是 。記。記 , (9.3.1)(9.3.1)(tx),(baWTx)(tx),(baWTx)()(txtydtabttxa1baWTy)()(),(t dabttxa1)()(),(baWTx第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)17尺度轉(zhuǎn)換性質(zhì)尺度轉(zhuǎn)換性質(zhì)如果如果x(t)x(t)的的CWTCWT是是 ,令,令 ,則,則 (9.3.2)(9.3.2) 證明證明: : 令令 則則 該性質(zhì)指出,當(dāng)信號(hào)的時(shí)間軸按該性質(zhì)指出,當(dāng)信號(hào)的
15、時(shí)間軸按 作伸縮時(shí),其小波變換在作伸縮時(shí),其小波變換在a a和和b b兩個(gè)軸上同時(shí)要作相同比例的伸縮,但小波變換的波形不兩個(gè)軸上同時(shí)要作相同比例的伸縮,但小波變換的波形不變。這是小波變換優(yōu)點(diǎn)的又一體現(xiàn)。變。這是小波變換優(yōu)點(diǎn)的又一體現(xiàn)。 ),(baWTx)()(txty),(1),(baWTbaWTxydtabttxabaWTy)()(1),(ttt d1abttxa1baWTy)()(),(dtabttxa)()(11),(1baWTx第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)18 微分性質(zhì)微分性質(zhì)如果如果x(t)x(t)的的CWTCWT是是 ,令,令 ,則則 (9.3.39.3.3)證明:證明
16、:由移位性質(zhì)有:由移位性質(zhì)有:即即),( baWTx),(baWTx)()()(txdttdxty),(),(baWTbbaWTxydtabtdttdxabaWTy)()(1),(dtabtttxttxaLimt)()()(10dtabttxadtabtttxatLimt)()(1)()(110tbaWTtbaWTLimbaWTxxty),(),(),(0),(),(baWTbbaWTxy第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)19兩個(gè)信號(hào)卷積的兩個(gè)信號(hào)卷積的CWT CWT 如果如果x(t),h(t)x(t),h(t)的的CWTCWT分別是分別是 及及 , ,令令 則則 (9.3.4)9.3.
17、4)式中符號(hào)式中符號(hào) 表示對(duì)變量表示對(duì)變量b b作卷積。作卷積。 ),( baWTx),(baWTh)()()(thtxty),()(),(baWTtxbaWThby),()(baWTthxbb第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)20 兩個(gè)信號(hào)和的兩個(gè)信號(hào)和的CWTCWT 令令 的的CWTCWT分別是分別是 ,且且 ,則,則 (9.3.5a9.3.5a)同理,如果同理,如果 ,則,則 (9.3.5b9.3.5b)即兩個(gè)信號(hào)和的即兩個(gè)信號(hào)和的CWT等于各自等于各自CWT的和,也即小波變換滿足的和,也即小波變換滿足疊加原理。疊加原理。 )(),(21txtx),(),(21baWTbaWTxx
18、)()()(21txtxtx),(),(),(21baWTbaWTbaWTxxx)()()(2211txktxktx),(),(),(2211baWTkbaWTkbaWTxxx第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)21 小波變換式所定義的小波變換式所定義的CWTCWT是是“線性線性”變換,而變換,而WVDWVD表表達(dá)式達(dá)式WignerWigner分布為代表的一類時(shí)頻分布為分布為代表的一類時(shí)頻分布為“雙線性雙線性變換變換”。正因?yàn)槿绱?,是信?hào)能量的分布。與之相對(duì)。正因?yàn)槿绱?,是信?hào)能量的分布。與之相對(duì)比,小波變換的結(jié)果不是能量分布。但小波變換的幅比,小波變換的結(jié)果不是能量分布。但小波變換的幅平
19、方,即(平方,即(9.2.79.2.7)式的尺度圖則是信號(hào)能量的一種)式的尺度圖則是信號(hào)能量的一種分布。將分布。將 代入代入(9.2.7)(9.2.7)式,可得:式,可得: (9.3.6)(9.3.6)式中式中 分別是分別是 和和 的幅角。的幅角。)()()(21txtxtx2x2x2xbaWTbaWTbaWT21),(),().()cos(),(),(2121xxxxbaWTbaWT221,xx),(1baWTx),(2baWTx第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)22 上式表明在尺度圖中同樣也有交叉項(xiàng)存在,但該上式表明在尺度圖中同樣也有交叉項(xiàng)存在,但該交叉項(xiàng)的行為和交叉項(xiàng)的行為和WVD
20、WVD中的交叉項(xiàng)稍有不同。中的交叉項(xiàng)稍有不同。WVDWVD的交叉的交叉項(xiàng)位于兩個(gè)自項(xiàng)的中間,即位于項(xiàng)位于兩個(gè)自項(xiàng)的中間,即位于 處,處,分別是兩個(gè)自項(xiàng)的時(shí)頻中心。尺度圖中的交叉項(xiàng)出分別是兩個(gè)自項(xiàng)的時(shí)頻中心。尺度圖中的交叉項(xiàng)出現(xiàn)在現(xiàn)在 和和 同時(shí)不為零的區(qū)域,也即是真同時(shí)不為零的區(qū)域,也即是真正相互交疊的區(qū)域中,這和正相互交疊的區(qū)域中,這和WVDWVD有著明顯的區(qū)別。有著明顯的區(qū)別。WVDWVD和和WTWT之間的關(guān)系之間的關(guān)系 : (9.3.79.3.7) ),(t),(),(2211tt),(1baWTx),(2baWTxdtdaabtWtWbaWTxx),(),(),(2第第9 9章章 小波
21、變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)23 小波變換的內(nèi)積定理小波變換的內(nèi)積定理 定理定理9.1 9.1 設(shè)設(shè) 和和 , 的小的小波變換分別是波變換分別是 和和 ,則,則 (9.3.89.3.8)式中式中 (9.3.99.3.9) )(),(21txtx)()(RLt2)(),(21txtx),(1baWTx),(2baWTx )(),(),(),(212021txtxCdbadabaWTbaWTxxdC02)(第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)24 (9.3.89.3.8)式實(shí)際上可看作是小波變換的)式實(shí)際上可看作是小波變換的ParsevalParseval定理。該式又可寫成更簡(jiǎn)單的形式定理。該式又可寫
22、成更簡(jiǎn)單的形式, ,即即 (9.3.10)(9.3.10)進(jìn)一步,如果令進(jìn)一步,如果令 ,由(,由(9.3.8)式,有)式,有 (9.3.11)(9.3.11) 傅里葉變換中的傅里葉變換中的ParsevalParseval定理,即時(shí)域中的能量等于頻域定理,即時(shí)域中的能量等于頻域 中的能量。但小波變換的中的能量。但小波變換的ParsevalParseval定理稍為復(fù)雜,它不但要定理稍為復(fù)雜,它不但要有常數(shù)加權(quán),而且以的存在有常數(shù)加權(quán),而且以的存在 為條件。為條件。 )(),(),(),(2121txtxcbaWTbaWTxx)()()(21txtxtxdadbbaWTacdttxx2022),(
23、1)( c第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)259.4小波反變換及小波容許條件小波反變換及小波容許條件u連續(xù)小波反變換的公式及反變換存在的條件連續(xù)小波反變換的公式及反變換存在的條件 定理定理9.2 9.2 設(shè)設(shè) ,記,記 , 為的為的傅里葉變換,若傅里葉變換,若 則則 可由其小波變換可由其小波變換 來恢復(fù),即來恢復(fù),即 (9.4.1)(9.4.1)()(),(2RLttx)()(t02)(c)(tx),(baWTxdadbtbaWTactxbax)(),(1)(,02第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)26證明:設(shè)證明:設(shè) , , ,則則 將它們分別代入(將它們分別代入(9.3.89
24、.3.8)式的兩邊,再令)式的兩邊,再令 ,于,于是是 于是定理得證。于是定理得證。 在定理在定理9.19.1和定理和定理9.29.2中,結(jié)論的成立都是以中,結(jié)論的成立都是以 0a0的范圍內(nèi)任意取值時(shí),這的范圍內(nèi)任意取值時(shí),這時(shí)的小波變換即是連續(xù)小波變換。時(shí)的小波變換即是連續(xù)小波變換。 用數(shù)值積分的方法計(jì)算(用數(shù)值積分的方法計(jì)算(9.1.29.1.2)式,即,令)式,即,令 (9.7.1)(9.7.1)Zjaj,2dtabttxabaWTx)()(1),(kkkdtabttxa1)()(1第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)63 由于在由于在 的區(qū)間內(nèi),的區(qū)間內(nèi), ,所以上式,所以上式又可
25、寫為:又可寫為: (9.7.2) 由該式可以看出,小波變換由該式可以看出,小波變換 可看作是可看作是 和和 的卷積后的累加所得到的結(jié)果,卷積的中的卷積后的累加所得到的結(jié)果,卷積的中間變量是間變量是t t,卷積后的變量為,卷積后的變量為a a及及b b。MATLABMATLAB中的中的cwt.mcwt.m即是按此思路來實(shí)現(xiàn)的。即是按此思路來實(shí)現(xiàn)的。 kkkdtabtkxa1)()(1)()()(11kkkdtabtdtabtkxa1kkt)()(kxtx),(baWTx),(baWTx)(kx)(abt 第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)64小波變換的大致過程:小波變換的大致過程: 先由指
26、定的小波名稱得到母小波先由指定的小波名稱得到母小波 及其時(shí)間軸上及其時(shí)間軸上的刻度,假定刻度長(zhǎng)為的刻度,假定刻度長(zhǎng)為 ; 從時(shí)間軸坐標(biāo)的起點(diǎn)開始求積分從時(shí)間軸坐標(biāo)的起點(diǎn)開始求積分 , 由尺度由尺度a a確定對(duì)上述積分值選擇的步長(zhǎng),確定對(duì)上述積分值選擇的步長(zhǎng),a a越大,越大,上述積分值被選中的越多;上述積分值被選中的越多; 求求 和所選中的積分值序列的卷積,然后再作差和所選中的積分值序列的卷積,然后再作差分,即完成(分,即完成(9.7.29.7.2)式。)式。)(t10Ndttk)(01, 1Nk)(kx第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)65方法的不足方法的不足: :在在a a變化時(shí),變
27、化時(shí),(9.7.2(9.7.2)式中括號(hào)內(nèi)的積)式中括號(hào)內(nèi)的積 分、差分后的點(diǎn)數(shù)不同,也即和分、差分后的點(diǎn)數(shù)不同,也即和 卷積后的點(diǎn)數(shù)不同。卷積后的點(diǎn)數(shù)不同。解決的方法解決的方法: :是在不同的尺度下對(duì)是在不同的尺度下對(duì) 作插值,使其作插值,使其 在不同的尺度下,在其有效支撐范圍在不同的尺度下,在其有效支撐范圍 內(nèi)的點(diǎn)數(shù)始終相同。內(nèi)的點(diǎn)數(shù)始終相同。 有關(guān)有關(guān)CWTCWT快速計(jì)算的方法還可借助于快速計(jì)算的方法還可借助于CZTCZT及梅林及梅林變換等方法變換等方法 。)(kx)(t第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)66例題:例題: 例例9.7.1 9.7.1 令令 為一正弦加噪聲信號(hào),它取自
28、為一正弦加噪聲信號(hào),它取自MATLABMATLAB中的中的noissin.matnoissin.mat。對(duì)該信號(hào)作。對(duì)該信號(hào)作CWTCWT,a a分別分別等于等于2 2和和128128,a=2a=2時(shí),小波變換的結(jié)果對(duì)應(yīng)信號(hào)中時(shí),小波變換的結(jié)果對(duì)應(yīng)信號(hào)中的高頻成份,的高頻成份,a=128a=128時(shí),小波變換對(duì)應(yīng)信號(hào)中的低時(shí),小波變換對(duì)應(yīng)信號(hào)中的低頻成份。其原始信號(hào)及變換結(jié)果見圖頻成份。其原始信號(hào)及變換結(jié)果見圖9.7.1(a)9.7.1(a),(b)(b)和(和(c c)。)。)(tx第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)6702004006008001000-202 signal nois
29、sin02004006008001000-101 a=202004006008001000-20020 a=128圖圖9.7.1 9.7.1 信號(hào)信號(hào)“noissin”noissin”的小波變的小波變換換 (a)(a)原信號(hào)原信號(hào)x(t)x(t),(b)a=2(b)a=2,(c)a=128(c)a=128第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)68 例例9.7.2 9.7.2 仍然使用例仍然使用例9.7.19.7.1的信號(hào)的信號(hào)“noissin”noissin”,對(duì)其作對(duì)其作CWTCWT時(shí)時(shí)a a分別取分別取1010,3030,6060,9090,120120及及150150。所得到的圖所得到
30、的圖9.7.29.7.2是在各個(gè)尺度下的小波系數(shù)的灰是在各個(gè)尺度下的小波系數(shù)的灰度圖。顏色越深,說明在該尺度及該位移(水平度圖。顏色越深,說明在該尺度及該位移(水平軸)處的小波系數(shù)越大。此例旨在說明對(duì)小波變軸)處的小波系數(shù)越大。此例旨在說明對(duì)小波變換的結(jié)果具有不同的表示方式。換的結(jié)果具有不同的表示方式。第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)69Absolute Values of Ca,b Coefficients for a = 10 30 60 90 120 .time (or space) bscales a1002003004005006007008009001000 10 30 6
31、0 90120150圖圖9.7.2 9.7.2 多尺度下小波變換的灰度表示多尺度下小波變換的灰度表示第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)709.8 尺度離散化的小波變換及小波標(biāo)架尺度離散化的小波變換及小波標(biāo)架 對(duì)同一個(gè)信號(hào)對(duì)同一個(gè)信號(hào) ,在,在 “時(shí)頻平面時(shí)頻平面” a-b上,上,給給出幾種不同的表示形式:出幾種不同的表示形式: STFTSTFT: (9.8.19.8.1) GaborGabor變換:變換: (9.8.29.8.2) WVDWVD: (9.8.39.8.3) 小波變換:小波變換: (9.8.49.8.4) )(txdetSTFTgtxtjx),()0(21)()()(,th
32、ctxnmmnnm detWxtxtjx),2()0(21)(dadbtbaWTactxbax)(),(1)(,02第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)719.8.1 尺度離散化的小波變換尺度離散化的小波變換 目前通用的對(duì)目前通用的對(duì)a a離散化的方法是按冪級(jí)數(shù)的形離散化的方法是按冪級(jí)數(shù)的形式逐步加大式逐步加大a a,即令,即令 。若取。若取 ,則,則 (9.8.5)(9.8.5)稱為稱為“半離散化二進(jìn)小波半離散化二進(jìn)小波”,而,而 (9.8.6)(9.8.6)稱為二進(jìn)小波變換。稱為二進(jìn)小波變換。Zjaaaj, 0,0020a)(2(2)(2/,bttjjbj)(),(),(,ttxbjW
33、Tbjxdtbttxjj)(2()(22/第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)72 設(shè):母小波設(shè):母小波 的中心頻率:的中心頻率: ,帶寬:,帶寬: ,當(dāng),當(dāng) 時(shí),時(shí), 的中心頻率變?yōu)榈闹行念l率變?yōu)?,帶寬,帶寬 。若。若 時(shí),時(shí), 的中心頻率和帶寬分別的中心頻率和帶寬分別是:是: , 。從對(duì)信號(hào)作頻域分。從對(duì)信號(hào)作頻域分析的角度,希望當(dāng)析的角度,希望當(dāng)a由由 變成變成 時(shí),時(shí), 和和 在在頻域?qū)?yīng)的分析窗頻域?qū)?yīng)的分析窗 和和 能夠相連。能夠相連。這樣,當(dāng)這樣,當(dāng)j j由由0 0變至無窮時(shí),變至無窮時(shí), 的傅里葉變換可以覆蓋整個(gè)的傅里葉變換可以覆蓋整個(gè) 軸。軸。 )(t0ja2)(,tb
34、j0jj00j22/)(jj212ja)(, 1tbj01j01j2)(121jjj212j)(,tbj)(, 1tbj)( ,)(jj0j0j)( ,)(1j1j01j01j)(,tbj第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)73由由 恢復(fù)恢復(fù) : 設(shè)設(shè) 是是 的對(duì)偶小波,并令的對(duì)偶小波,并令 和和 取類取類似的形式,即似的形式,即 (9.8.7)(9.8.7)這樣,通過對(duì)偶小波,我們希望能重建這樣,通過對(duì)偶小波,我們希望能重建 : (9.8.8)(9.8.8)對(duì)上式作如下變換:對(duì)上式作如下變換:),(bjWTx)(tx)(2( 2)(2/,bttjjbj)(txdbbtbjWTtxjxjj
35、)(2( ),(2)(2/3)( t)(t)(2(),(2)(2/3btbjWTtxjxjj)(),(/bt2bjWT212jxj2j3)(,tbj)(,tbj第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)74由(由(9.1.39.1.3)和()和(9.1.49.1.4)式,有)式,有 (9.8.9)(9.8.9)顯然,若顯然,若 (9.8.10)(9.8.10)則(則(9.8.99.8.9)式的右邊變成)式的右邊變成 的傅里葉反變換,的傅里葉反變換,自自然就是然就是 。deXtxtjjjjjjj)2(2)2(2)(212)(2/2/3deXtjjjj)2()2()(211)2()2(jjj)(X)
36、(tx第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)75 對(duì)于滿足容許條件的小波對(duì)于滿足容許條件的小波 ,當(dāng),當(dāng) 時(shí),其時(shí),其二進(jìn)制小波二進(jìn)制小波 對(duì)應(yīng)的傅里葉變換應(yīng)滿足(對(duì)應(yīng)的傅里葉變換應(yīng)滿足(9.4.49.4.4)式)式的穩(wěn)定性條件。這樣,結(jié)合(的穩(wěn)定性條件。這樣,結(jié)合(9.4.49.4.4)和()和(9.8.109.8.10)式,)式,我們可由下式得到對(duì)偶小波我們可由下式得到對(duì)偶小波 : : (9.8.11) (9.8.11)由于(由于(9.8.119.8.11)式的分母滿足()式的分母滿足(9.4.49.4.4)式,因此有)式,因此有 (9.8.12)(9.8.12)這樣,對(duì)偶小波這樣,對(duì)偶
37、小波 也滿足穩(wěn)定性條件,也即,總可以找也滿足穩(wěn)定性條件,也即,總可以找到到一個(gè)一個(gè)“穩(wěn)定的穩(wěn)定的”對(duì)偶小波對(duì)偶小波 由(由(9.8.89.8.8)式重建出)式重建出 。 )(tZjaj,2)(,tbj)( tjj2)2()()(ABjj1)2(12)( t)( t)(tx第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)76定理定理 9.49.4 : : 如果存在常數(shù)如果存在常數(shù) ,使得,使得 (9.8.13)(9.8.13)則則 (9.8.14)(9.8.14)如果如果 滿足滿足 (9.8.15)(9.8.15)則則 (9.8.16)(9.8.16)0, 0BAB2Aj2j)(222),(21xBbj
38、WTxAxjj)( t 1)2()2(Rjjj)(),(2)(,tjWTtxjxjjdbbtbjWTjxjj)(2( ),(22/3第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)77 定理定理9.49.4指出,若指出,若 的傅里葉變換滿足穩(wěn)定性條件,的傅里葉變換滿足穩(wěn)定性條件,則則 在在 上的小波變換的幅平方的和是有界的。進(jìn)上的小波變換的幅平方的和是有界的。進(jìn)而,而, 和和 的傅里葉變換若滿足(的傅里葉變換若滿足(9.8.159.8.15)式(也即)式(也即(9.8.109.8.10)式),則)式),則 可由(可由(9.8.169.8.16)式重建。)式重建。 若(若(9.8.139.8.13)式的
39、穩(wěn)定性條件滿足,則()式的穩(wěn)定性條件滿足,則(9.3.99.3.9)式的)式的容許條件必定滿足,且容許條件必定滿足,且 (9.8.17)(9.8.17)從而,由連續(xù)小波變換從而,由連續(xù)小波變換 總可以恢復(fù)總可以恢復(fù) ,即,即(9.4.19.4.1)式總是成立式總是成立 )(t)(txZjaj,2)(t)( t)(txBBdA022ln)(2ln),(baWTx)(tx第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)78總結(jié):總結(jié): 若若 滿足容許條件,且再滿足穩(wěn)定性條件,滿足容許條件,且再滿足穩(wěn)定性條件,由二進(jìn)小波變換由二進(jìn)小波變換 總可以重建,也即一個(gè)滿總可以重建,也即一個(gè)滿足穩(wěn)定性條件的對(duì)偶小波足
40、穩(wěn)定性條件的對(duì)偶小波 總是存在的。但是,總是存在的。但是,滿足穩(wěn)定性條件的對(duì)偶小波滿足穩(wěn)定性條件的對(duì)偶小波 不一定是唯一的。不一定是唯一的。如何構(gòu)造如何構(gòu)造“好好”的小波的小波 及得到唯一的對(duì)偶小波及得到唯一的對(duì)偶小波 是小波理論中的重要內(nèi)容。是小波理論中的重要內(nèi)容。 )(t),(bjWTx)( t)( t)( t)(t第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)799.8.2 離散柵格上的小波變換離散柵格上的小波變換 令令 ,可實(shí)現(xiàn)對(duì),可實(shí)現(xiàn)對(duì)a的離散化。若的離散化。若j=0,則,則 。當(dāng)。當(dāng) 時(shí),將時(shí),將a由由 變成變成 時(shí),即時(shí),即是將是將a擴(kuò)大了擴(kuò)大了 倍,這時(shí)小波倍,這時(shí)小波 的中心頻率
41、比的中心頻率比的中心頻率下降了的中心頻率下降了 倍,帶寬也下降了倍,帶寬也下降了 倍。倍。 當(dāng)尺度當(dāng)尺度a分別取分別取 時(shí),對(duì)時(shí),對(duì)b的抽樣間隔的抽樣間隔可以取可以取 這樣,對(duì)這樣,對(duì)a和和b離散化后的離散化后的結(jié)果是:結(jié)果是: (9.8.18)()(,bttbjZjaaj,00j10jaja00a)(,tkj)(, 1tkj0a0a,20100aaa,02001000bababa)()(0002/0,bkataatjjjkjZkjkbtaa0j02j0,)(/第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)80 對(duì)給定的信號(hào)對(duì)給定的信號(hào) 連續(xù)小波變換可變成如下離散連續(xù)小波變換可變成如下離散柵格上的小
42、波變換,即柵格上的小波變換,即 (9.8.19)(9.8.19)此式稱為此式稱為“離散小波變換(離散小波變換(Discrete Wavelet Discrete Wavelet TransformTransform,DWTDWT)”。注意注意: :式中式中t t仍是連續(xù)變量。這樣,仍是連續(xù)變量。這樣,(a,b)(a,b)平面上離散平面上離散 柵格的取點(diǎn)如圖柵格的取點(diǎn)如圖9.8.19.8.1所示。圖中取所示。圖中取 ,尺,尺 度軸取以度軸取以2 2為底的對(duì)數(shù)坐標(biāo)。為底的對(duì)數(shù)坐標(biāo)。)(txdtttxkjWTkjx)()(),(,20a第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)81圖圖9.8.1 DW
43、T9.8.1 DWT取值的離散柵格取值的離散柵格 由該圖可看出小波分析的由該圖可看出小波分析的“變焦距變焦距”作用,即在不作用,即在不同的尺度下(也即不同的頻率范圍內(nèi)),對(duì)時(shí)域的分同的尺度下(也即不同的頻率范圍內(nèi)),對(duì)時(shí)域的分析點(diǎn)數(shù)是不相同的。析點(diǎn)數(shù)是不相同的。 第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)82 記記 ,仿照傅里葉級(jí)數(shù)和,仿照傅里葉級(jí)數(shù)和GaborGabor展開展開那樣來重建那樣來重建 ,即,即 (9.8.20)(9.8.20)該式稱為小波級(jí)數(shù),該式稱為小波級(jí)數(shù), 稱為小波系數(shù),稱為小波系數(shù), 是是 的對(duì)偶函數(shù),或?qū)ε夹〔?。的?duì)偶函數(shù),或?qū)ε夹〔ā?),(,kjWTdxkj)(tx
44、)()()(,tkdtxkj0jkj )(kdj)(,tkj)(,tkj第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)83 對(duì)任一周期信號(hào)對(duì)任一周期信號(hào) ,若周期為,若周期為T T,且,且 ,則可展成傅里葉級(jí)數(shù),即則可展成傅里葉級(jí)數(shù),即 (9.8.21a)(9.8.21a)式中式中 是是 的傅里葉系數(shù),它由下式求出:的傅里葉系數(shù),它由下式求出: (9.8.21b) (9.8.21b) )(tx), 0()(2TLtx)(txTekXtxktjk0)()()(0kXdtetxTkXTTtjk2/2/00)(1)(第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)84 小波級(jí)數(shù)和傅里葉級(jí)數(shù)形式上類似,但其物小波級(jí)
45、數(shù)和傅里葉級(jí)數(shù)形式上類似,但其物理理 概念卻有著明顯的不同:概念卻有著明顯的不同: 傅里葉級(jí)數(shù)的基函數(shù)傅里葉級(jí)數(shù)的基函數(shù) ,是一組正交基,是一組正交基,即即 。 小波級(jí)數(shù)小波級(jí)數(shù) 所用的一族函數(shù)不一定是正交基,所用的一族函數(shù)不一定是正交基,甚至不一定是一組甚至不一定是一組“基基”;Zketjk,0)(,210201kkeetjktjk)(,tkj第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)85對(duì)傅里葉級(jí)數(shù)來說,基函數(shù)是固定的,且分析和對(duì)傅里葉級(jí)數(shù)來說,基函數(shù)是固定的,且分析和重建的基函數(shù)是一樣的,即重建的基函數(shù)是一樣的,即 都是(差一負(fù)都是(差一負(fù)號(hào));對(duì)小波級(jí)數(shù)來說,分析所用的函數(shù)是可變號(hào));對(duì)
46、小波級(jí)數(shù)來說,分析所用的函數(shù)是可變的,且分析和重建的,且分析和重建 所用的函數(shù)是不相同的,所用的函數(shù)是不相同的,即分析時(shí)是即分析時(shí)是 ,而重建時(shí)是,而重建時(shí)是 ;在傅里葉級(jí)數(shù)中,時(shí)域和頻域的分辨率是固定不在傅里葉級(jí)數(shù)中,時(shí)域和頻域的分辨率是固定不變的,而小波級(jí)數(shù)在變的,而小波級(jí)數(shù)在a,ba,b軸上的離散化是不等距的,軸上的離散化是不等距的,這正體現(xiàn)了小波變換這正體現(xiàn)了小波變換“變焦變焦”和和“恒恒Q”Q”性的特點(diǎn)。性的特點(diǎn)。tjke0)(,tkj)(,tkj)(,tkj第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)86將連續(xù)小波變換改變成離散小波變換的疑問:將連續(xù)小波變換改變成離散小波變換的疑問:
47、一族小波函數(shù)一族小波函數(shù) ,在空間,在空間 上是否是完上是否是完備的?所謂完備,是指對(duì)任一備的?所謂完備,是指對(duì)任一 ,它都可以,它都可以由這一組函數(shù)(即由這一組函數(shù)(即 )來表示;)來表示; 如果如果 是完備的,那么是完備的,那么 對(duì)的表示對(duì)的表示 是否有是否有信息的冗余?信息的冗余? 如果如果 是完備的,那么對(duì)是完備的,那么對(duì)a和和b的抽樣間隔如何的抽樣間隔如何選取才能保證對(duì)選取才能保證對(duì) 的表示不存在信息的冗余?的表示不存在信息的冗余?Zkjtkj,),(,)(2RL)()(2RLtx)(,tkj)(,tkj)(,tkj)(tx)(,tkj)(tx第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)
48、879.8.3 9.8.3 小波標(biāo)架理論介紹小波標(biāo)架理論介紹u 標(biāo)架的基本理論,其要點(diǎn)是:標(biāo)架的基本理論,其要點(diǎn)是: 若若 是是HilbertHilbert空間中的一組向量,對(duì)給定的空間中的一組向量,對(duì)給定的 若存在常數(shù)若存在常數(shù) ,滿足,滿足 (9.8.22)(9.8.22) 則則 構(gòu)成了一個(gè)標(biāo)架;構(gòu)成了一個(gè)標(biāo)架; 若若A=BA=B,則稱,則稱 為緊標(biāo)架,若為緊標(biāo)架,若A=B=1A=B=1,則,則 成一正交基成一正交基 定義標(biāo)架算子定義標(biāo)架算子S S為為 (9.8.23)(9.8.23)則則 (9.8.24)(9.8.24)記記 為的對(duì)偶函數(shù)族,則為的對(duì)偶函數(shù)族,則 也構(gòu)成一個(gè)標(biāo)架,標(biāo)架界也
49、構(gòu)成一個(gè)標(biāo)架,標(biāo)架界分別為分別為 和和 ; n)()(2RLtxBA0222,xBxxAnn n n nnnnxSx,nnnnnnSxSxx11,nnS1n1B1A第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)88 用標(biāo)架來表征一個(gè)信號(hào)用標(biāo)架來表征一個(gè)信號(hào) ,也即對(duì),也即對(duì) 作分解時(shí),作分解時(shí),標(biāo)架標(biāo)架 可給出完備的且是穩(wěn)定的表示,但這種表可給出完備的且是穩(wěn)定的表示,但這種表示是冗余的,即示是冗余的,即 之間是線性相關(guān)的,因此之間是線性相關(guān)的,因此 不是唯一的。對(duì)信號(hào)的冗余表示有時(shí)并不一定是不是唯一的。對(duì)信號(hào)的冗余表示有時(shí)并不一定是壞事,它在表示的穩(wěn)定性、對(duì)噪聲的魯棒性壞事,它在表示的穩(wěn)定性、對(duì)噪聲
50、的魯棒性(robustnessrobustness)方面都優(yōu)于正交基;)方面都優(yōu)于正交基; 標(biāo)界邊界標(biāo)界邊界B B和之和之A A比值,即比值,即B/AB/A稱為冗余比。在實(shí)稱為冗余比。在實(shí)際工作中,總希望接近于際工作中,總希望接近于1 1,即,即 為緊標(biāo)架。當(dāng)為緊標(biāo)架。當(dāng)A=BA=B時(shí),有時(shí),有 (9.8.25)(9.8.25) nxxn njjA1 第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)89定理定理9.59.5 : : 如果如果 構(gòu)成構(gòu)成 中的一中的一個(gè)標(biāo)架,且標(biāo)架邊界分別為個(gè)標(biāo)架,且標(biāo)架邊界分別為A A和和B B,則母小波須滿足:,則母小波須滿足: (9.8.26a)(9.8.26a)及
51、及 (9.8.26b)(9.8.26b)Zkjkbtaatjjkj,),()(002/0,)(2RLBabdAab2ln)(2ln000200BabdAab2ln)(2ln000200第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)90 以上定理又稱構(gòu)成標(biāo)架以上定理又稱構(gòu)成標(biāo)架 的必要條件。的必要條件。這一條件實(shí)際上即是連續(xù)小波變換中的容許條件。這一條件實(shí)際上即是連續(xù)小波變換中的容許條件。當(dāng)僅當(dāng)僅a a對(duì)取二進(jìn)制離散化,對(duì)取二進(jìn)制離散化,b b保持連續(xù)時(shí),該必要保持連續(xù)時(shí),該必要條件也就是充分條件條件也就是充分條件。)(,tkj第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)91 若若 構(gòu)成緊標(biāo)架,即構(gòu)成緊標(biāo)
52、架,即A=BA=B,那么,其標(biāo)架邊界,那么,其標(biāo)架邊界 (9.8.27)(9.8.27) 若若 構(gòu)成構(gòu)成 中正交基,則中正交基,則 (9.8.28)(9.8.28)(,tkj02000200)(ln2)(ln2dabdabA)(,tkj)(2RL0002022ln)()(abdd第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)92定理定理9.6: 9.6: 定義定義 (9.8.29)(9.8.29)及及 (9.8.30)(9.8.30)如果如果 和和 的選取保證的選取保證 (9.8.31a)(9.8.31a)及及 (9.8.31b)(9.8.31b)則則 是是 中的一個(gè)標(biāo)架。中的一個(gè)標(biāo)架。 、 分別是
53、標(biāo)架界分別是標(biāo)架界A A和和B B的下界與上界。的下界與上界。)()(sup)(j0jj0a1aa02/1000)2()2(bkbkkk0a0bjjaabA0)(inf(1201000j2j0a100ab1B0)(sup() (,tkj)(2RL0A0B第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)93 例例9.8.1 9.8.1 對(duì)(對(duì)(9.6.69.6.6)式給出的墨西哥草帽小)式給出的墨西哥草帽小波,利用(波,利用(9.8.319.8.31)式計(jì)算在)式計(jì)算在a a和和b b取不同步長(zhǎng)時(shí)邊取不同步長(zhǎng)時(shí)邊界界A A和和B B的值,如表的值,如表9.8.19.8.1所示。表中所示。表中 取取 。顯
54、然,。顯然,N N越大,對(duì)越大,對(duì)a a離散化的步長(zhǎng)越小。離散化的步長(zhǎng)越小。jaa0Na/1024 , 3 , 2 , 1N第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)94第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)95第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)96由該表可以看出:由該表可以看出:當(dāng)當(dāng) 時(shí),墨西哥草帽離散化后的時(shí),墨西哥草帽離散化后的 都接近都接近于構(gòu)成一個(gè)緊標(biāo)架,即這時(shí)的于構(gòu)成一個(gè)緊標(biāo)架,即這時(shí)的B/AB/A接近于接近于1 1;同一值同一值N N下,下, 越小,越小,A A和和B B的值越大,因?yàn)檫@時(shí)的值越大,因?yàn)檫@時(shí) 所以它們的值反映了冗余度的大小。顯然,所以它們的值反映了冗余度的大
55、小。顯然, 越小,越小,冗余度越大,自然冗余度越大,自然A A和和B B越大;越大;同一同一N N值下,值下, 越大,越大,B/AB/A的值越大,這就越遠(yuǎn)離緊的值越大,這就越遠(yuǎn)離緊標(biāo)架。若再增加標(biāo)架。若再增加 ,有可能使求出的為負(fù)值,從而,有可能使求出的為負(fù)值,從而使這時(shí)的使這時(shí)的 不再構(gòu)成標(biāo)架。不再構(gòu)成標(biāo)架。75. 00b)(,tnm0bBA 0b0b0b)(,tnm第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)97總結(jié):總結(jié): 總之,以上的標(biāo)架理論及邊界值總之,以上的標(biāo)架理論及邊界值A(chǔ)、B的計(jì)算給我的計(jì)算給我們一個(gè)大致估計(jì)選取們一個(gè)大致估計(jì)選取 的原則,即二者的選取的原則,即二者的選取要保持離散
56、化后的要保持離散化后的 至少要構(gòu)成一個(gè)標(biāo)架,至少要構(gòu)成一個(gè)標(biāo)架,以保證對(duì)信號(hào)穩(wěn)定、完備的表示。但在一般情況以保證對(duì)信號(hào)穩(wěn)定、完備的表示。但在一般情況下,標(biāo)架并不是正交基,除非下,標(biāo)架并不是正交基,除非A=B=1。00,ba)(,tnm第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)98定義定義9.8.19.8.1: 若若 是由母小波是由母小波 通過通過伸縮與移位生成的伸縮與移位生成的 上的上的“稠密稠密”的二維函數(shù)族,的二維函數(shù)族,并且存在常數(shù)和,使得并且存在常數(shù)和,使得 (9.8.32)(9.8.32)對(duì)于所有滿足平方和的序列對(duì)于所有滿足平方和的序列 成立,式中成立,式中 (9.8.33)(9.8.33)則稱則稱 是是 上的一個(gè)上的一個(gè)RieszRiesz基,常數(shù)基,常數(shù)A A、B B分別稱為分別稱為RieszRiesz基的下界和上界?;南陆绾蜕辖?。Zkjtkj,)(,)(t)(2RL22,22,22,kjjkkjkjkjcBccA jkkjkjcc2,22,kjc,Zkjtkj,),(,)(2RL第第9 9章章 小波變換基礎(chǔ)小波變換基礎(chǔ)99 定義中定義中“稠密稠密”的含義是指的含義是指 中的任一函中的任一函數(shù)都可由二維序列數(shù)都可由二維序列 的線性組合來表示。的線性組合來表示。定
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