张慧小波分析

小波分析论文

姓名蒋喜尧

学号 1107110222

学院理学院

班级信息与计算科学11-2班

指导教师张慧

2014年11月

一.小波分析应用发展现状

1小波分析在信号与图像处理上的应用

电子信息技术是六大高新技术中重要的领域，它的重要方面是信号与图像处理．信号与图像处理的目的：准确地分析与诊断，编码压缩与量化。快速传递与储存。精确的重构(或恢复)．信号与图像处理可以统一地看作是信号处理(图像可以看作是二维信号1．对于信号与图像来说，由于要传递和储存，就需要快速传输．在同等通信容量下，如果信号与图像数据可以压缩后再传输．可使数据量变小，如用普通的电话线传输图像信息．这样我们就要寻找高压缩比的方法，且压缩后的信号与图像有合适的噪音比，在压缩传输后还要恢复原信号，且保持原图像特征不变．基于小波分析的压缩方法很多，比较成功的有小波包最好基方法，小波域纹理模型方法，小波变换零树压缩．小波变换向量量化压缩等．

1．1小波分析在常规滤波方面的应用

在信号分析中。当对信号进行采样后，就得到了在一个大的有限频带中的一个信号，对这个信号进行小波分析，就是把采到的信号分成两个信号。高频部分和低频部分，再对低频信号分解．这样就完成了滤波和检测的工作．常用的几种滤波有低通滤波、高通滤波、带通滤波等．低通滤波要求保持原信号中某个特定的低频范围的信号，正交小波的Mallat算法和正交小波包的分解对低通滤波是行之有效的．高通滤波要求保留信号中的高频量。去换特定的低频量，仍用正交小波包的分解、正交小波包的分解在频域方面表现，保留信号分解中对应于高频量的数据。用零代替低频量所对应的数据．这样就方便地实现了高通滤波．带通滤波要求保留信号的某个特定频带，据正交小波(包)分析方法在频域方面的表现，可实现非常细致的、清晰的带通滤波，若干频段的信息混叠后传输，小波(包)分析方法可把它们有效地分离出来．

1．2小波分析在消噪方面的应用

由于小波和小波包分解可以把一个信号分解为不同的频段信号。实际采集的型号中常含有白噪音，只有作消噪处理。才能有效地表现原信号中的有用信息．第一种是强制消噪处理方法．该方法把小波分解结构中的高频系数全部变为0值．即把各个尺度或几个尺度的高频部分全部滤掉，然后再对信号进行重构处理。重构后的信号也比较平滑，但容易丢失原信号中有用的高频分量．第二种是门限消噪处理方法，该方法要根据经验或某种依据设定门限值。对信号小波分解中的最高频系数用门限值处理。即大于门限值的部分保留。低于门限值的系数变为0值，随着分解层次的增加，门限值可按倍减小．

1．3小波分析在平稳信号消噪中的应用

平稳信号通常表现为低频信号，但实际上采集的信号中往往混有噪音，希望消噪并清晰地表现周期信号，因为这种周期信号是低频的，相关过程能较好地表现周期性，这种特点在小波分解分量中有一定的表现．时频受限信号中含有白噪音也是常见的，对于这类时频受限信号的消噪问题，可将接受信号作细致的小波包分解，将频限之外的信号全部去掉．达到初步消噪的目的．保留的频限内的接受信号中的噪声信号．可用门限滤波法或相关消噪法．

1．4小波分析在语言信号基音提取和压缩存储中的应用

语言信号的基音提取是语音分析处理中的一个关键问题．可根据不同基音表现去识别不同语音的特征，可利用基音作语言合成，也可以利用基音表现对原语言信号作压缩储存处理．语音信号的频带不超过

20千赫兹，它可以看作是一个非平稳信号，用正交小波包分解容易

找到语音信号的各种特征，根据这些特征来确定提取基音的办法．

2在工程技术等方面的应用

2．1在医学上的应用

小波分析在医学中的应用包括在B超、CT、核磁共振及心电图等方面．例如CT，在二维医学图像中，由拍照得到的图像重构原始器官，完全依赖于目标函数的线积分，但是在很多场合下．人们只关心图像中的局部区域，局部值并不由超平面上局部相应的线积分唯一确定。但是该区域外的线积分对此影响不大．利用小波的时频局部性以及Randon变换的一些性质，可以确定抽取哪些局部信息使获得图像可靠地重构．给出达到一定逼近精确度的误差界限．

2．2电子地图与卫星导航定位

对于电子地图来说。关键的技术是对交通地图要有大压缩比的压缩存储以及方便快捷的局部显示方法，对地图用小波分解的方法进行多层次分解．

2．3其他应用

小波分析还可应用于计算机视觉、计算机图形、曲线设计、远程宇宙的研究与生物医学等方面．如小波用于曲面表示．可使用双正交三次B样条小波张量积型的积，对于曲线的小波表示，它呈现出许多优点，例如，它的约束模型从属于一个二次能量泛函，消除了曲线的一些不必要的扰动．使用曲面与体的构造还可使用球面上的小波技术．

二.小波分析发展历史简述

1910年，Haar提出了L2(R)中第一个小波规范正交基，即Haar正交基。

1936年，Littlewood和Paley对傅立叶级数建立了二进制频率分量分组理论，（即L-P理论：按二进制频率成分分组，其傅立叶变换的相位并不影响函数的大小和形状），这是多尺度分析思想的最早起源。1952年～1962年，Calderon等人将L-P理论推广到高维，建立了奇异积分算子理论。

1965年，Calderon发现了著名的再生公式，给出了抛物型空间上H1的原子分解。

1974年，Coifman实现了对一维空间和高维空间的原子分解。

1976年，Peetre在用L-P理论对Besov空间进行统一描述的同时，给出了Besov空间的一组基。

1981年，Stromberg引入了Sobolev空间Hp的正交基，对Haar正交基进行了改造，证明了小波函数的存在性。

1981年，法国地球物理学家Morlet提出了小波的正式概念。

1985年，法国数学家Meyer提出了连续小波的容许性条件及其重构公式。

1984年～1988年，Meyer、Battle和Lemarie分别给出了具有快速衰减特性的小波基函数：Meyer小波、Battle-Lemarie样条小波。1987年，Mallat将计算机视觉领域中的多尺度分析思想引入到小波分析中，提出了多分辨率分析的概念，统一了在此前的所有具体正交小波的构造，给出了构造正交小波基的一般方法，提出了快速小波变换（即Mallat算法）。