第十二讲 小波基构造与常用小波
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小波的几个术语及常见的小波基介绍本篇是这段时间学习小波变换的一个收尾,了解一下常见的小波函数,混个脸熟,知道一下常见的几个术语,有个印象即可,这里就当是先作一个备忘录,以后若有需要再深入研究。
一、小波基选择标准小波变换不同于傅里叶变换,根据小波母函数的不同,小波变换的结果也不尽相同。
现实中到底选择使用哪一种小波的标准一般有以下几点:1、支撑长度小波函数Ψ(t)、Ψ(ω)、尺度函数φ(t)和φ(ω)的支撑区间,是当时间或频率趋向于无穷大时,Ψ(t)、Ψ(ω)、φ(t)和φ(ω)从一个有限值收敛到0的长度。
支撑长度越长,一般需要耗费更多的计算时间,且产生更多高幅值的小波系数。
大部分应用选择支撑长度为5~9之间的小波,因为支撑长度太长会产生边界问题,支撑长度太短消失矩太低,不利于信号能量的集中。
这里常常见到“紧支撑”的概念,通俗来讲,对于函数f(x),如果自变量x在0附近的取值范围内,f(x)能取到值;而在此之外,f(x)取值为0,那么这个函数f(x)就是紧支撑函数,而这个0附近的取值范围就叫做紧支撑集。
总结为一句话就是“除在一个很小的区域外,函数为零,即函数有速降性”。
2、对称性具有对称性的小波,在图像处理中可以很有效地避免相位畸变,因为该小波对应的滤波器具有线性相位的特点。
3、消失矩在实际中,对基本小波往往不仅要求满足容许条件,对还要施加所谓的消失矩(Vanishing Moments)条件,使尽量多的小波系数为零或者产生尽量少的非零小波系数,这样有利于数据压缩和消除噪声。
消失矩越大,就使更多的小波系数为零。
但在一般情况下,消失矩越高,支撑长度也越长。
所以在支撑长度和消失矩上,我们必须要折衷处理。
小波的消失矩的定义为,若其中,Ψ(t)为基本小波,0<=p<N。
则称小波函数具有N阶消失矩。
从上式还可以得出,同任意n-1阶多项式正交。
在频域内表示就是Ψ(ω)在ω=0处有高阶零点(一阶零点就是容许条件)。
小波的几个术语及常见的小波基介绍本篇是这段时间学习小波变换的一个收尾,了解一下常见的小波函数,混个脸熟,知道一下常见的几个术语,有个印象即可,这里就当是先作一个备忘录,以后若有需要再深入研究。
一、小波基选择标准小波变换不同于傅里叶变换,根据小波母函数的不同,小波变换的结果也不尽相同。
现实中到底选择使用哪一种小波的标准一般有以下几点:1、支撑长度小波函数Ψ(t)、Ψ(ω)、尺度函数φ(t)和φ(ω)的支撑区间,是当时间或频率趋向于无穷大时,Ψ(t)、Ψ(ω)、φ(t)和φ(ω)从一个有限值收敛到0的长度。
支撑长度越长,一般需要耗费更多的计算时间,且产生更多高幅值的小波系数。
大部分应用选择支撑长度为5~9之间的小波,因为支撑长度太长会产生边界问题,支撑长度太短消失矩太低,不利于信号能量的集中。
这里常常见到“紧支撑”的概念,通俗来讲,对于函数f(x),如果自变量x在0附近的取值范围内,f(x)能取到值;而在此之外,f(x)取值为0,那么这个函数f(x)就是紧支撑函数,而这个0附近的取值范围就叫做紧支撑集。
总结为一句话就是“除在一个很小的区域外,函数为零,即函数有速降性”。
2、对称性具有对称性的小波,在图像处理中可以很有效地避免相位畸变,因为该小波对应的滤波器具有线性相位的特点。
3、消失矩在实际中,对基本小波往往不仅要求满足容许条件,对还要施加所谓的消失矩(Vanishing Moments)条件,使尽量多的小波系数为零或者产生尽量少的非零小波系数,这样有利于数据压缩和消除噪声。
消失矩越大,就使更多的小波系数为零。
但在一般情况下,消失矩越高,支撑长度也越长。
所以在支撑长度和消失矩上,我们必须要折衷处理。
小波的消失矩的定义为,若其中,Ψ(t)为基本小波,0<=p<N。
则称小波函数具有N阶消失矩。
从上式还可以得出,同任意n-1阶多项式正交。
在频域内表示就是Ψ(ω)在ω=0处有高阶零点(一阶零点就是容许条件)。
研究生课程答题纸研究生学院一、详细归纳正交小波基的性质和构造过程。
(20分)二、运用小波包的方法,在MATLAB中对tieda_noise.bmp图片进行降噪处理,要求列出程序(处理过程)、降噪结果及降噪的理论依据。
(30分)三、课程论文:综述小波变换理论与工程应用方面的研究进展,要求包括题目、摘要、引言、正文、结论、参考文献,每个课程论文均不少于2000字。
(20分)四、平时成绩,包括出勤、课堂练习、课后作业。
(30分)第一题 正交小波基的构造和性质本题中,滤波器n g 代表高通滤波器)(1n h ;滤波器n h 代表低通滤波器)(0n h ;一、 由尺度函数构造正交小波基1.由正交尺度函数{}Z k k t ∈-)(φ构造正交小波基,构造步骤如下: (1)选择)(t φ或)(ωΦ使{}Z k k t ∈-)(φ为一组正交基。
(2)求)(n h :>-=<)(),()(k t t n h φφ (1-1)或)()2()(ωωωΦΦ=H (1-2) (3)由)(n h 求)(n g :1)1()(+-⋅-=n n h n g (1-3)或)()(πωωω+=-H e G j (1-4)(4)由)(n g ,)(t φ构造正交小波基函数)(t ψ:∑-=nn n t g t )()(,1φψ (1-5)或)2()2()(ωωωΦ⋅=ψG (1-6)例1 .Haar 小波的构造 选择尺度函数⎪⎩⎪⎨⎧<≤=其他,010,1)(t t φ显然{}Z k k t ∈-)(φ为一正交归一基,则⎪⎩⎪⎨⎧==-=⎰其他,01,0,21)2()(2n n t x dt h n φφ 由式(1-3)⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=-==⋅-=+-其他,01,210,21)1()(1n n h n g n n可得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧<≤-<≤==-=--其他,0121,1210,1)(21)(21)(1,10,1t t t t t φφψ 例2.由尺度函数为Riesz 基时构造正交小波基函数要找到一个多分辨率分析的尺度函数)(t φ,使它的整数平移构成一个正交系列,有时候不太方便。