小波变换
小波变换及其应用
小波变换及其应用
小波变换是一种数学工具,可以将时间或空间上的信号分解成
不同频率的成分。它广泛应用于信号处理、图像压缩、模式识别、金融分析等领域。本文将介绍小波变换的基本原理、算法和应用。
一、基本原理
小波变换采用一组基函数,称为小波基。小波基是一组具有局
部化和可逆性质的基函数。它们具有一个中心频率和一定的时间
或空间长度,可以表示不同频率范围内的信号。小波基函数可以
表示为:
y(t) = A * ψ(t - τ)/s
其中,y(t)是信号的值,A是尺度系数,ψ是小波基函数,τ是
位移参数,s是伸缩系数。通过改变A、τ、s的值,可以得到不同
频率、不同尺度的小波基。
小波变换的基本思想是将信号分解成不同频率的小波基函数,
在不同尺度上进行分解,得到信号的多尺度表示。具体来说,小
波变换包括两个步骤:分解和重构。
分解:将信号按照不同频率和尺度进行分解,得到信号的局部频谱信息。分解通常采用多层小波分解,每一层分解都包括高频和低频分量的计算。
重构:将小波分解得到的频域信息反变换回时域信号,得到信号的多尺度表示。重构也采用多层逆小波变换,从小尺度到大尺度逐层反变换。
二、算法
小波变换的算法有多种,包括离散小波变换(DWT)、连续小波变换(CWT)和快速小波变换(FWT)等。其中离散小波变换最常用,具有计算速度快、计算量小、精度高等优点。下面简要介绍DWT算法。
离散小波变换是通过滤镜组将信号进行分解和重构的过程。分解使用高通和低通滤波器,分别提取信号的高频和低频成分。重构使用逆滤波器,恢复信号的多尺度表示。
DWT的算法流程如下:
小波变换
小波变换(WT)
一、小波变换的原理
小波(Wavelet)这一术语,顾名思义,“小波”就是小的波形。所谓“小”是指它具有衰减性;而称之为“波”则是指它的波动性,其振幅正负相间的震荡形式。小波变换继承和发展了Garbor 变换的局部化思想它除了窗口大小随频率增高而缩小 以外还存在着离散的正交基等优良的性质小波的原始概念最早是法国的地质学家J.Mrolet 和AGrossman 在70年代分析处理地质数据时引进的(1)。 与Fourier 变换相比,小波变换是时间(空间)频率的局部化分析,它通过伸缩平移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化,最终达到高频处时间细分,低频处频率细分,能自动适应时频信号分析的要求,从而可聚焦到信号的任意细节,解决了Fourier 变换的困难问题,成为继Fourier 变换以来在科学方法上的重大突破。有人把小波变换称为“数学显微镜”。 小波变换在时域和频域都具有很好的局部化性质,较好地解决了时域和频域分辨率的矛盾,对于信号的低频成分采用宽时窗,对高频成分采用窄时窗。
二、小波变换的定义及方法(2)(3)
(1) 基本思想
小波变换的基本思想是:非均匀地划分时间轴和频率轴,通常对高频成分分析时采用相对短的时间窗,对低频成分分析时采用相对长的时间窗。这样就可以在服从式(1)的Heisenberg 不等式前提下,在不同的时频区都能获得比较实用的时间和频率分辨率。 …………….(1) △ t 时间分辨率
△f 频率分辨
(2)定义
小波变换是对一个信号与某个核函数的修正形式乘积的一种积分运算,这个核函数称为小波(小波基)。用作小波基的函数,它必须是可允许的,即满足
第3章小波变换简介
Matrix C is such that: C = [ A(N) | H(N) | V(N) | D(N) | ... H(N-1) | V(N-1) | D(N-1) | ... | H(1) | V(1) | D(1) ] Matrix S is such that:
小波变换简介
傅立叶变换
信号分析是为了获得时间和频率之间的相互关系。 1807年,Joseph Fourier 傅立叶变换以在两个方向上都无限伸展的正弦曲 线波作为正交基函数, 提供了有关频率域的信息, 但有关时间的局部化信息却基本丢失。 原因是对于瞬态信号或高度局部化的信号(如边 缘),由于这些成分并不类似于任何一个傅立叶 基函数,它们的变换系数(频谱)不紧凑的,频 谱上呈现出一幅相当混乱的构成 。
重构与升采样
列 行 Lo_ D 2 ↓1 Lo_ D 列 Hi_ D cAj 行 Hi_ D 2 ↓1 列 Lo_ D 列 Hi_ D (a) 列 cAj+ 1 1 ↑2 Lo_ R 列 cHj+ 1 1 ↑2 Hi_ R 列 cVj+ 1 1 ↑2 Lo_ R 列 cDj+ 1 1 ↑2 Hi_ R (b) 2 ↑1 行 Hi_ R wk eep cAj 2 ↑1 行 Lo_ R 1 ↓2 cDj+ 1 1 ↓2 cVj+ 1 1 ↓2 cHj+ 1 1 ↓2 cAj+ 1
小波变换
cD1 ~500 coefs S ~1000 coefs
cA1 ~500 coefs
0
~500 zeros
谢谢大家!
ˆ (0) (t )dt 0
此式表明 (t ) 中不含直流,只含有交流
,即具有震荡性,故称为“波”,为了 使 (t ) 具有局部性,即在有限的区间之 外很快衰减为零,还必须加上一个衰减 c ( t ) , 0, c 0 1 条件: 1 t 衰减条件要求小波具有局部性,这种局部 性称为“小”,所以称为小波。
3.小波变换与傅里叶变换的比较
(1)克服第一个不足:小波系数不仅像傅立叶系 数那样,是随频率不同而变化的,而且对于同一个频 率指标j, 在不同时刻 k,小波系数也是不同的。 (2)克服第二个不足:由于小波函数具有紧支撑 的性质即某一区间外为零。这样在求各频率水平不同 时刻的小波系数时,只用到该时刻附近的局部信息。 从而克服了上面所述的第二个不足。 (3)克服第三个不足:通过与加窗傅立叶变换的 “时间—频率窗”的相似分析,可得到小波变换的 “时间—频率窗”的笛卡儿积。小波变换的“时间--频 率窗”的宽度,检测高频信号时变窄,检测低频信号 时变宽。这正是时间--频率分析所希望的。根据小波变 换的 “时间—频率窗” 的宽度可变的特点,为了克服 上面所述的第三个不足,只要不同时检测高频与低频 7 信息,问题就迎刃而解了。
小波变换ppt课件
信号特征提取
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多尺度特征提取
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小波变换能够将信号分解到不同的频率和时间尺度,从而 提取出信号的多尺度特征,为后续分析提供丰富的信息。
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非平稳特征提取
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对于非平稳信号,小波变换能够捕捉到其随时间变化的特 性,从而提取出重要的非平稳特征。
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自相关特征提取
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小波变换能够检测到信号的自相关性质,从而提取出反映 信号内在关系的特征,有助于理解和分析信号的本质。
05
小波变换在图像处理中的应用
图像压缩
02
小波变换在图像处理中的应用
探讨小波变换在图像处理领域的应用,如图像压缩、图像增强等。
03
实际应用中的挑战与解决方案
分析小波变换在实际应用中面临的挑战,并提出相应的解决方案。
THANKS
感谢观看
。
02
小波变换的基本原理
一维小波变换
定义与性质
小波变换是一种信号处理方法, 它通过伸缩和平移小波函数来分 析信号。一维小波变换能够有效
地提取信号的局部特征。
应用场景
一维小波变换广泛应用于信号去 噪、压缩感知、图像处理等领域。
第四章小波变换
.语音增强算法研究p58
4.1小波理论
4.1.1小波变换的定义
4.1. 2小波去噪原理.
4.2小波包变换语音增强方法
4.2.1 小波包变换语音增强方法原理
4 2. 2 Bark尺度小波包分解
4.2.3闽值函数
4.2.4 实验仿真
4.3小波包变换和听觉掩蔽效应的语音增强方法
4.3. 1小波包变换和听觉掩蔽效应的语音增强方法原理
4.3. 2实验仿真
第四章小波包语音增强算法
小波(Wavelets)分析的起源可以追溯到20世纪初,在20世纪80年代后期开始形成一个新兴的数学分支。小波变换是调和分析这一数学领域半个世纪以来的工作结晶,是傅里叶变换发展史上的里程碑式的进展,近些年来成为国外众多学者共同关注的热点。它在傅里叶变换的基础上发展而来,但又有极大不同。传统的信号处理方法是建立在傅立叶变换的基础上,而傅立叶分析使用的是一种全局的变换,要么完全在时域,要么完全在频域,因此无法表达信号的时频局域性质,而这种性质恰恰是非平稳信号(如语音信号)最根本和最关键的性质。小波分析是建立在泛函分析、傅立叶分析、样条分析及调和分析基础上的新的分析处理工具它又称为多分辨分析,在时域和频域同时具有良好配局部化特性,常被誉为信号分析的“数学显微镜”。小波变换在时频两域都具有表征信号局部特征的能力,它克服了短时傅立叶变换固定分辨率的缺点,在信号的高频部分,可以获得较好的时间分辨率,在信号的低频部分可以获得较高的频率分辨率,这就使指小波变换具有对信号的自适应性。它能有效地从信号中提取信息,通过伸缩和平移等运算功能对信号进行多尺度细化分析。小波分析是目前国际上公认的信号信息获取与处班领域的高新技术,是信号处理的前沿课题,其中小波去噪也是小波分析的主要应用之一,对语音增强的研究不可避免的要利用小波这一有效工具。
小波变换
小波变换
111040698 杨阳
小波变换(wavelet transform)是傅立叶变换的发展,中间经历了窗口傅立叶变换。
原始数据一般是时间或空间信号,在时空上有最大分辨率。时空信号经傅立叶变换后得到频率信号,在频域上有最大分辨率,但其本身并不包含时空定位信息。窗口傅立叶变换通过对时空信号进行分段或分块进行时空-频谱分析,但由于其窗口的大小是固定的,不适用于频率波动大的非平稳信号。而小波变换可以根据频率的高低自动调节窗口大小,是一种自适应的时频分析方法,具有多分辨分析功能。
傅立叶变换与小波变换
傅立叶变换(Fourier transform)是法国科学家Joseph Fourier发表于1822年的他在用无穷三角级数求解热传导偏微分方程时所提出的一种数学方法,它可将时空信号变换成频率信号。
鉴于傅立叶变换不含时空定位信息,(1971年的诺贝尔物理学奖获得者)匈牙利人Dennis Gabor于1946年提出窗口傅立叶变换(window Fourier transform)。可以用于时频分析,但是窗口大小是固定的。
1984年法国的物理学家Jean Morlet和A. Grossman,在进行石油勘探的地震数据处理分析时,又提出了具有可变窗口的自适应时频分析方法——小波变换(wavelet transform)。
傅立叶变换
傅立叶变换(Fourier transform)是1807年法国科学家Joseph Fourier在研究热力学问题时所提出来的一种全新的数学方法,当时曾受到数学界的嘲笑与抵制,后来却得到工程技术领域的广泛应用,并成为分析数学的一个分支——傅立叶分析。
小波变换
赵迪迪
1
1
2
小波及其数学原理
快速小波变换算法
3
小波在图像处理中的应用
2
1
小波及其数学原理
• 小波的概念
• 多分辨率wenku.baidu.com析
小波及其数学原理 • 小波函数的构建
1
• 小波序列展开 • 离散小波变换
3
小波的概念
小波是定义在有限区间上且其平均值为零的一种函数。 傅立叶分析是把一个信号分解成各种不同频率的正弦波,小波分析是把一个信号分解成一系列的小波, 这些小波都是通过将原始小波经过移位和缩放之后得到的。
������������ ������������ (������)
其中,������������ 是具有实数值的展开系数,������������ 是具有实数值的展开函数。如果展开形式是唯一的,即对于 任何指定的 ������ ������ 只有一个 ������������ 序列与之相对应,那么 ������������ (������) 称为基函数。可展开的函数组成了一个函数空间, 被称展开集合的闭生空间,表示为
������������,������ ������ , ������������,������ ������ =0
然后可以将所有的可度量的、平方可积函数空间表示如下:
������2 ������ = ������ ������0 ⨁������ ������0 ⨁������ ������0+1 ⨁…
小波变换简介及其应用领域
小波变换简介及其应用领域
引言:
小波变换(Wavelet Transform)是一种用于信号分析和处理的数学工具,它在
各个领域都有着广泛的应用。本文将简要介绍小波变换的原理和基本概念,并探讨其在图像处理、音频处理和压缩等领域的应用。
一、小波变换的原理和基本概念
小波变换是一种时频分析方法,它通过将信号分解成不同尺度和频率的小波基
函数来描述信号的特征。与傅里叶变换相比,小波变换具有更好的时域和频域局部性,能够更好地捕捉信号的瞬态特征。
小波变换的基本概念包括尺度和平移,其中尺度表示小波基函数的频率特性,
平移表示小波基函数在时间轴上的位置。通过不同尺度和平移的组合,可以得到一系列小波基函数,它们可以用来分析和表示信号的不同频率成分。
二、小波变换在图像处理中的应用
小波变换在图像处理领域有着广泛的应用。通过对图像进行小波变换,可以将
图像分解成不同频率的子带图像,从而实现图像的多尺度分析。这种分解可以用于图像去噪、边缘检测、纹理分析等任务。
另外,小波变换还可以用于图像压缩。传统的JPEG压缩算法使用离散余弦变
换(DCT)来对图像进行频域压缩,但是在压缩比较高的情况下,会出现压缩失真。而小波变换可以提供更好的时频局部性,能够更好地保留图像的细节信息,从而实现更高质量的图像压缩。
三、小波变换在音频处理中的应用
小波变换在音频处理中也有着重要的应用。通过对音频信号进行小波变换,可
以实现音频的时频分析和特征提取。这对于音频信号的识别、分类和音频效果处理等任务非常有用。
此外,小波变换还可以用于音频的压缩编码。与图像压缩类似,小波变换可以
数字信号处理中的小波变换方法
数字信号处理中的小波变换方法在数字信号处理领域,小波变换(Wavelet Transform)被广泛应用于信号的分析和处理。它是一种非平稳信号分析的有效工具,具有时频局部化特性和多分辨率分析能力。本文将介绍小波变换的原理、常用方法以及在数字信号处理中的应用。
一、小波变换的原理
小波变换是一种基于小波函数的信号分析方法,通过在时间和频率上对信号进行多尺度分解,将信号分解为不同频率成分。小波函数是一组具有特定性质的函数,可以用于描述信号的时频特征。
小波变换的数学表达式为:
$$ \psi_{a,b}(t) = \frac{1}{\sqrt{a}}\psi\left(\frac{t-b}{a}\right) $$
其中,$\psi(t)$为小波函数,$a$和$b$为尺度参数和平移参数,$\psi_{a,b}(t)$表示对信号进行尺度为$a$、平移为$b$的小波变换。
二、常用的小波变换方法
1. 连续小波变换(Continuous Wavelet Transform,CWT)
连续小波变换是小波变换最基本的形式,它对信号进行连续尺度的分解,能够提取信号在不同频率下的时域特征。连续小波变换具有良好的时频局部化性质,但计算复杂度较高。
2. 离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT)
离散小波变换是对连续小波变换的离散化处理,通过有限个尺度和平移参数对信号进行分解。离散小波变换可以通过滤波器组实现,具有快速计算和多分辨率特性。常用的离散小波变换方法有基于Mallat 算法的一维和二维离散小波变换。
小波变换
概念
小波:在有限时间范围内变化且其平均值为零的数学函数
特点: 1)具有有限的持续时间和突变的频率和振幅
2)在有限的时间范围内,它的平均值等于零
例如
小波变换:一个函数在空间和时间上进行局部化的一种数学变换
特点:1)通过平移母小波(mother wavelet)获得信号的时间信息
通过缩放母小波的宽度(或称尺度)获得信号的频率特性
2)对母小波的平移和缩放操作是为计算小波的系数,这些系数代表局部信号和小波 之间的相互关系
连续小波变换(continuous wavelet transform ,CWT)
原理:用母小波通过移位和缩放后得到的一系列小波表示一个信号,一系列小波可用作表示
一些函数的基函数。
(,)()(,,)C scale position f t scale position t dt ψ+∞
-∞=⎰
该式含义: 1)小波变换是信号f (t )与被缩放和平移的小波函数Ψ之积在信号存在的整个期
间里求和
2) CWT 变换的结果是许多小波系数C ,这些系数是缩放因子(scale)和位置
(position)的函数
CWT 的变换过程示例: 可分如下5步
1) 小波ψ (t )和原始信号f (t )的开始部分进行比较
2) 计算系数C ——该部分信号与小波的近似程度;C 值越高表示信号与小波相似程度越高
3) 小波右移k 得到的小波函数为ψ (t-k ) ,然后重复步骤1和2,……直到信号结束
4) 扩展小波,如扩展一倍,得到的小波函数为ψ (t/2)
5) 重复步骤1~4
离散小波变换(discrete wavelet transform ,DWT)
小波变换原理公式
小波变换原理公式
小波变换是一种在信号处理和图像处理中常用的分析方法,它可以将信号或图像分解为不同频率的分量,并提供了一种灵活的时间-频率分析方式。小波变换原理公式为:
W(a,b) = ∫f(t)ψ*[(t-b)/a]dt
其中,W(a,b)表示小波系数,f(t)表示原始信号,ψ(t)表示小波基函数,a和b分别表示尺度因子和平移因子。小波基函数是一组特定形状的函数,可以用于分析不同频率范围内的信号。
小波变换的核心思想是将信号与小波基函数进行内积运算,从而得到不同频率分量的权重。通过改变尺度因子和平移因子,可以对信号进行多尺度分析,从而获取信号在不同时间和频率上的特征信息。小波变换具有多尺度分析、局部分析和时频局部性等特点,适用于处理非平稳信号和非局部信号。相比于傅里叶变换和短时傅里叶变换等传统的频域分析方法,小波变换能够提供更加丰富的时间-频率信息,并具有更好的时域和频域局部性。
小波变换的基本步骤包括小波基函数的选择、尺度因子和平移因子的确定、小波系数的计算以及逆小波变换的实现。在实际应用中,常用的小波基函数有Haar小波、Daubechies小波、Symlet小波等,不同的小波基函数适用于不同类型的信号。
小波变换在信号处理和图像处理中具有广泛的应用。在信号处理中,小波变换可以用于信号的压缩、滤波、去噪和特征提取等任务。在图像处理中,小波变换可以用于图像的压缩编码、边缘检测、纹理分析和图像增强等任务。此外,小波变换还可以应用于语音处理、生物医学信号分析、金融时间序列分析等领域。
小波变换是一种强大的信号处理工具,它通过将信号分解为不同频率的分量,提供了一种灵活的时间-频率分析方法。小波变换原理公式为W(a,b) = ∫f(t)ψ*[(t-b)/a]dt,通过改变尺度因子和平移因子,可以对信号进行多尺度分析,获取信号的时间-频率特征。小波变换在信号处理和图像处理中有广泛的应用,可以用于压缩、滤波、去噪、特征提取等任务。
小波变换原理公式
小波变换原理公式
小波变换是一种信号处理和数据分析的方法,它可以将信号分解成不同尺度的频率成分。小波变换的原理公式如下:
W(a, b) = ∫f(t)ψ*[(t-b)/a]dt
其中,W(a, b)表示小波系数,a和b分别表示尺度参数和平移参数。f(t)是原始信号,ψ(t)是小波基函数。
小波变换的原理可以通过对其公式进行解释。首先,尺度参数a控制小波基函数的压缩或扩展程度,即决定了小波基函数在时间轴上的拉伸。当a较大时,小波基函数会被拉伸,从而对应较低频率的成分;而当a较小时,小波基函数会被压缩,对应较高频率的成分。平移参数b则决定了小波基函数在时间轴上的平移,即决定了小波基函数的起始位置。通过改变平移参数b,可以对不同时间段的信号进行分析。
小波变换的过程可以分为两个步骤:分解和重构。首先,通过不同尺度和平移参数的组合,对原始信号进行分解,得到一系列小波系数。这些小波系数表示了不同频率和时间范围的信号成分。然后,通过逆小波变换,将这些小波系数重构成原始信号。
小波变换具有多尺度分析的特点,可以对信号的局部特征进行捕捉。相比于傅里叶变换,小波变换更适用于非平稳信号的分析,因为小
波基函数在时间和频率上都有局部性。
小波变换在许多领域都有广泛的应用。在信号处理中,小波变换可以用于信号去噪、特征提取、边缘检测等。在图像处理中,小波变换可以用于图像压缩、图像增强等。在金融分析中,小波变换可以用于股票价格预测、风险管理等。在生物医学领域,小波变换可以用于心电信号分析、脑电信号分析等。
小波变换是一种强大的信号处理和数据分析工具,其原理公式提供了一种理论基础。通过对尺度和平移参数的调节,可以对不同频率和时间范围的信号成分进行分析和提取。小波变换在许多领域都有广泛的应用,为解决实际问题提供了有效的工具和方法。
小波变换公式推导
小波变换公式推导
1、定义小波函数:小波函数ψ(t)是一个具有零平均值的振荡函数,它在时间域和频率域都是局部化的。
2、小波变换的积分形式:对于信号f(t),其连续小波变换(CWT)定义为
其中,a是尺度参数,控制小波的宽度;b是平移参数,控制小波的位置。
3、小波函数的性质:小波函数需要满足一定的条件,如可容许性条件,以确保小波变换的存在性和唯一性。
4、逆变换:连续小波变换的逆变换为
其中,Cψ是一个与ψ有关的常数。
5、离散小波变换:在实际应用中,常常使用离散小波变换(DWT),它是对连续小波变换的尺度和平移参数进行离散化得到的。
6、多分辨率分析:小波变换的一个重要特性是多分辨率分析,它允许我们在不同的尺度上观察信号,从而揭示信号的局部特征。
7、小波基的选择:在实际应用中,需要选择适合信号特点的小波基函数,如Haar小波、Daubechies小波等。
8、快速小波变换:为了提高计算效率,可以使用快速小波变换(FWT)算法,它利用了小波变换的某些性质来减
少计算量。
小波变换的原理及使用方法
小波变换的原理及使用方法
引言:
小波变换是一种数学工具,可以将信号分解成不同频率的成分,并且能够捕捉
到信号的瞬时特征。它在信号处理、图像处理、模式识别等领域有着广泛的应用。本文将介绍小波变换的原理和使用方法。
一、小波变换的原理
小波变换是一种基于基函数的变换方法,通过将信号与一组小波基函数进行卷
积运算来实现。小波基函数具有局部化的特点,可以在时域和频域中同时提供信息。小波基函数是由一个母小波函数通过平移和缩放得到的。
小波变换的数学表达式为:
W(a,b) = ∫ f(t) ψ*(a,b) dt
其中,W(a,b)表示小波变换的系数,f(t)表示原始信号,ψ(a,b)表示小波基函数,a和b分别表示缩放因子和平移因子。
二、小波变换的使用方法
1. 信号分解:
小波变换可以将信号分解成不同频率的成分,从而实现信号的频域分析。通过
选择合适的小波基函数,可以将感兴趣的频率范围突出显示,从而更好地理解信号的特征。在实际应用中,可以根据需要选择不同的小波基函数,如Haar小波、Daubechies小波等。
2. 信号压缩:
小波变换可以实现信号的压缩,即通过保留主要的小波系数,将信号的冗余信
息去除。这样可以减小信号的存储空间和传输带宽,提高数据的传输效率。在图像压缩领域,小波变换被广泛应用于JPEG2000等压缩算法中。
3. 信号去噪:
小波变换可以有效地去除信号中的噪声。通过对信号进行小波变换,将噪声和
信号的能量分布在不同的频率区间中,可以将噪声系数与信号系数进行分离。然后,可以通过阈值处理或者其他方法将噪声系数置零,从而实现信号去噪。
小波变换基本方法
小波变换基本方法
小波变换是一种时频分析方法,它将信号分解为不同频率的组成部分。它有很多基本方法,以下是其中几种常用的方法。
1.离散小波变换(DWT):
离散小波变换是小波变换最常用的方法之一、它将信号分解为不同的
频带。首先,信号经过低通滤波器和高通滤波器,并下采样。然后,重复
这个过程,直到得到所需的频带数。这样就得到了信号在不同频带上的分
解系数。这种方法的好处是可以高效地处理长时间序列信号。
2.连续小波变换(CWT):
连续小波变换是在时间和尺度两个域上进行分析的方法。它使用小波
函数和尺度来描述信号的局部变化。CWT得到的结果是连续的,可以提供
非常详细的时频信息。然而,CWT的计算复杂度较高,不适用于处理长时
间序列信号。
3.基于小波包的变换:
小波包变换是一种对信号进行更细粒度分解的方法。它通过在每个频
带上进行进一步的分解,得到更详细的时频信息。小波包变换比DWT提供
更多的频带选择,因此可以更准确地描述信号的时频特征。
4.奇异谱分析(SSA):
奇异谱分析是一种基于小波变换的信号分析方法,它主要用于非平稳
信号的时频分析。它通过将信号分解成一组奇异函数,然后通过对奇异函
数进行小波变换得到奇异谱。奇异谱可以用于描述信号在频域上的变化。5.小波包压缩:
小波包压缩是一种利用小波变换进行信号压缩的方法。它通过选择一
个适当的小波基函数和分解层次来减少信号的冗余信息。小波包压缩可以
用于信号压缩、特征提取和数据降维等应用。
以上是小波变换的几种基本方法,每种方法都有其适用的领域和特点。在实际应用中,可以根据需求选择合适的方法来进行信号分析和处理。
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《医学图像处理》实验报告
实验十:小波变换
日期: 2014年05月06日
摘要
本次实验的实验目的及主要内容是:
一维小波变换和反变换
二维小波变换和反变换
二维小波细节置零、去噪
一、技术讨论
1.1实验原理
小波变换的原理:是指一组衰减震动的波形,其振幅正负相间变化为零,是具有一定的带宽和中心频率波组。小波变换是用伸缩和平移小波形成的小波基来分解(变换)或重构(反变换)时变信号的过程。不同的小波具有不同带宽和中心频率,同一小波集中的带宽与中心频率的比是不变的,小波变换是一系列的带通滤波响应。它的数学过程与傅立叶分析是相似的,只是在傅立叶分析中的基函数是单频的调和函数,而小波分析中的基函数是小波,是一可变带宽内调和函数的组合。
小波去噪的原理:利用小波变换把含噪信号分解到多尺度中,小波变换多采用二进型,然后在每一尺度下把属于噪声的小波系数去除,保留并增强属于信号的小波系数,最后重构出小波消噪后的信号。其中关键是用什么准则来去除属于噪声的小波系数,增强属于信号的部分。
1.2实验方法
1)dwt函数(实现1-D离散小波变换)
[cA,cD]=dwt(X,’wname’)使用指定的小波基函数‘wname’对信号X进行分解,cA和cD分别是近似分量和细节分量;
[cA,cD]=dwt(X,Lo_D,Hi_D)用指定的滤波器组Lo_D,Hi_D对信号进行分解
2)idwt函数(实现1-D离散小波反变换)
X=idwt(cA,cD,’wname’)
X=idwt(cA,cD,Lo_R,Hi_R)
X=idwt(cA,cD,’wname’,L)
X=idwt(cA,cD,Lo_R,Hi_R,L)
由近似分量cA和细节分量cD经过小波反变换,选择某小波函数或滤波器组,L为信号X中心附近的几个点
3)dwt2函数(实现2-D离散小波变换)
[cA,cH,cV,cD]=dwt2(X,’wname’)
[cA,cH,cV,cD]=dwt2(X,’wname’)
cA近似分量,cH水平细节分量,cV垂直细节分量,cD对角细节分量
4)idwt2函数(实现2-D离散反小波变换)
X=idwt2(cA,cH,cV,cD,’wname’)
X=idwt2(cA,cH,cV,cD,Lo_R,Hi_R)
X=idwt2(cA,cH,cV,cD,’wname’,S)
X=idwt2(cA,cH,cV,cD,Lo_R,Hi_R,S)
二、结果与讨论
2.1实验结果
一维小波变换的结果
图一
(a)
(b)
(a)此时size值取4,f为{1,4,-3,0,}
(b)此时size值取6,f为{1,4,-3,0,8,3} 二维小波变换的结果:
图二、正变换结果
(a ) (b )
反变换结果(利用正变换结果进行反变换)
(c ) (d )
置零处理结果:(三个细节分别置零处理)
图三 右下角置0
(a )original pic (b )zero
(c ) wave result (d )change
图四 左下角置0
(a )original pic (b )zero
(c )wave result (d )change
图五右上角置0
(a)original pic (b)zero
(c)wave result (d)change 去噪结果:
图六去噪结果
(a)original pic (b)zero
(c )wave result (d )change
2.2实验讨论
1)一维小波变换原理是将信号分解为高频和低频两列信号,对于实验中的一维信号,实验结果图一验证了这一结果,即将信号分解为高频和低频。
2)对于二维小波变换,信号将图像信息分解为高频和低频信息。正变换是将图像分解为高频、低频信息,图二(b )是对(a )进行分解的结果,(b )的右上角、左上角以及左下角均为高频信息,左上角为低频信息。而(d )是根据(c )的高频、低频信息进行重构的结果。
3)对于置零处理,分别对图像右下角、左下角以及左上角进行置零的时候,原图应该出现横向细节、垂直细节以及对角线细节被清理的后果,从图三到图五来看,可知由于图片选择问题,从当今结果不能清晰表达出来。
4)去噪是将小波变换结果的高频细节全部置零,得到的图像将比之前清晰,从图六可以简单得出此结论。
附录(实验代码)
.pro程序如下:
#-------------------------------------------------
#
# Project created by QtCreator 2014-05-08T21:26:01
#
#-------------------------------------------------
QT += core
QT -= gui
TARGET= shiyanshi
CONFIG += console
CONFIG -= app_bundle
TEMPLATE = app
SOURCES+= main.cpp
INCLUDEPATH+=d:\Qt\opencv2.2\include\opencv\
d:\Qt\opencv2.2\include\opencv2\
d:\Qt\opencv2.2\include
LIBS+=d:\Qt\opencv2.2\lib\libopencv_calib3d220.dll.a\
d:\Qt\opencv2.2\lib\libopencv_contrib220.dll.a\
d:\Qt\opencv2.2\lib\libopencv_core220.dll.a\
d:\Qt\opencv2.2\lib\libopencv_features2d220.dll.a\
d:\Qt\opencv2.2\lib\libopencv_flann220.dll.a\
d:\Qt\opencv2.2\lib\libopencv_gpu220.dll.a\
d:\Qt\opencv2.2\lib\libopencv_highgui220.dll.a\
d:\Qt\opencv2.2\lib\libopencv_imgproc220.dll.a\
d:\Qt\opencv2.2\lib\libopencv_legacy220.dll.a\
d:\Qt\opencv2.2\lib\libopencv_ml220.dll.a\
d:\Qt\opencv2.2\lib\libopencv_objdetect220.dll.a\
d:\Qt\opencv2.2\lib\libopencv_video220.dll.a
HEADERS += \
I:/【快盘下载】实验十小波变换/头文件/targetver.h \
I:/【快盘下载】实验十小波变换/头文件/stdafx.h \
I:/【快盘下载】实验十小波变换/头文件/sdkddkver.h \
.cpp程序
一、一维小波变换
#include "stdafx.h"
#include "cv.h"
#include "highgui.h"
#include
#include
#include
#include