几种常见小波的应用性能分析

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有 有 有 可以 可以
支撑长度

db dbN db3
有 有 有 可以 可以
2N.1
bior blorNr.Nd
blot2.4
无 有 有 可以 可以 重构:2Nr+1 分解:2Nd+l
coif colfN colf2
有 有 有 可以 可以
sym symN sym2,sym4
有 有 有 可以 可以
mor[ mOEl mot】
‰h r_ninle,i
(a)db4小波的尺度函数、小波函数的图形
0目‘咐h味i啊-m¨目H■fu·db’w,i

W一 —刊 n 0j 0
·0S
(b)db8小渡的尺度函数、小渡函数的图形
圈4 Daubechies小波
1.5 Biorthogonal(biorNr.Nd)小波系
Biorthogonal函数的主要特征表现在具有线性相位性,它主要应用在信号与图像 的重构中。通常的用法是采用一个小波函数进行分解,用另外一个小渡函数进行重构。
Biorthogonal函数系通常表示为biorNr.Nd的形式:
Nr=l
Ndffil.3,5
Nr=2
Nd=2,4,6.8
Nr=3
Nd=l,3,5,7,9
Nr=-4
Nd=4
Nr=5
Nd=5
Nr=6
Nd=8
其中r表示重构,d表示分解。
双正交小波系没有具体的表达式和小渡基.其具体算法参见【5,6】。
这里给出bior2.4和bior4.4小波(分别用于分解与重构)的尺度函数、小波函数、 分解滤波器和重构滤波器的图形(如图5)。
Mexico小波是Gauss函数e1叫2的二阶导数,即
y(r)=—芸石-1,4(1一f2扣叫‘72
(5)
一j
系数的选择主要是保证y(f)的归一化,即M‘=1。这个小波作为广泛使用的Gauss
平滑函数的二阶导数.由于其波形与墨西哥草帽剖面轮廓线相似而得名。在视觉信息
加工研究与边缘检测方面获得了较多得应用.因而也称作Mart小波。Mexico小波是
无 无 无 可以 不可以
rglexb
mcxh mcxh
无 无 无 可以 不可以
6N.1
2N-l
有限长度
有限长度
滤披器长度

对事}:性
对称
2N
近似对称
6N (2Nr十2Nd)+2
不对称
近似对称
2N
近似对称
I-4.41
对称
[-5,卸 对称
参考文献 1胡昌华,张军渡,夏军等.基于MATLAB的系统分析与设计——小披分析.西安:西安电
几种常见小波的应用性能分析
费佩燕 刘曙光 (西安工程科技学院194信箱西安市金花南路19号710 04 8)
Email:L—shuguangeyah00.coil]
摘要本文给出了小渡分析中几种常见小渡函数.并对它们的性质进行了比较。 关键词 小波分析小渡基函数
1几种常见小波
小波选择的灵活性很大.许多函数都可以作为小波,这里介绍具有代表性的几种 小波。
·382·
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(b)blot4.4小坡的尺度函数、小渡函数的图形
图5 Biorthogonal小波
1.6 Colflet(coifN)小波系
Coiflet函数是由Daubechies构造的小波函数,它具有CoifN(N=I,2.3,4, 5)一系列小波函数。Coiflet具有比dbN更好的对称性。从支撑长度的角度看,coifN 具有和db3N和sym3N相同的支撑长度;从消失矩的数目来看,coifN具有和sym2N 相同的消失矩数目。
Coiflet小波系没有具体的表达式和小波基.其具体算法参见【7]。 这里给出coil3和coifs小波的尺度函数,小波函数的图形(如图6)。
1.1 Haar小波Itl
Haar小波是一种正交函数系,它是所有已知子波中最简单的小波,其表达式为:
f1·
0sf<112
yH(f)={一1,
112st<1
10.其它
对于t的平移,Haar小波是正交的,即
E_!I]H(t)gH(t--H)dr=0.
n=啦!越…
(2)
如果引人一个简单的具有正交性的特征函数z(f),其定义域为【oJ)区间 即,=【0J),
·383·
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”6 ∞茑
(a)
“)coit3小波的尺度函数、小渡函数的图形
(b)coifs小波的尺度函数、小波函数的图形
图6 Coiflet小波
1.7 Symlets小波系 Symlets函数系是由Daubechies提出的,它近似对称的小渡函数,是对db函数
州嘲洲=% 墓引
(3)
那么Haar小渡y日(rJ就可以用特征函数z(,)表示如下:
Ⅲ一-|n-|∥n一_笄)(f)- “2咕1越
‘4’
对于一维离散采样信号,小波可以看成是完成差分运算.即给出与观测结果的平均值 不相等部分的差值。Haar小波不是连续可微的,应用有限.一般多作为原理示意或 说明之用。
1.2 14exico草帽小波川
图7 Symlets小波
·384·
2几种小波的应用性能分析
表1几种小波的应用性能分析
小渡函数
Haar
Daubechles
BiorIbogona]
COjnets
Symlets
Mor】ct
Mexicanhat
小波缩写名 表示形式
举傍 正交性 双正空性 紧支性 连续小被变换 离鼓小坎变换
ham" hsar haar
子科技大学出版社,1999 2 Mallat S.Wavelet for a vision.IEEE PTOC.1996,84(4):604-614
3杨福生巾渡变换的工程分析与应用【M】.北京:科学出版社.1999
4赵松年,熊小差.子渡分析与子渡变换【M1.北京:电子工业出版社.1996 5程正兴.小渡分折算法与应用【M】.西安:西安交通大学出版社.1998
卅c竹2÷扣B
(8)
其频谱表达式为:
帅)=去(e-t=l't2_e-2|=l')
(9)
1.3 Morlet小波…
Morlet小波是最常用到的复值小渡,由下式给出
lf,O):4—1/4(e_l哪一e-4 72k。2/2
(10)
通常可近似表示为
Wf)=口-1t4e-iO噼e一一圯tOo≥5
(11)
因为它是复值小波.所以能提取被分析的时间过程或信号的幅值与相位信息。它
本文链接:/Conference_3212376.aspx
·380·
实值小波.它的普遍形式是由Gauss分布的m阶导数给出
哪)叫)”筹一_12)
(6)
其相应的谱为
妒。(∞)=m(iOJ)e1叫。2
(7)
显然使用最广泛的Mexico小波相当于式(6)中m=2的情形 它的11维形式是各向同
性的,因而不能检测信号的不同方向。
用Gauss分布的差形成的DOG小渡是Mexico小波的良好近似.其表达式为:
是很明确的。
·假设尸(y)=。辩_1+‘y‘。其中c,_1“为二项式的系数.则有 k=0
Imo油)12=(cos2 io.i)NP(sin2等)
(12)
1 2N-1
其中mo(∞)=÷∑^le撕 Vz I;0
·小波函数与尺度函数的有效支撑长度为2N.1,小渡函数的消失矩阶数为N;
·dbN大多数不具有对称性;对于有些小波函数.不对称性是非常明显的:
·正则性随序号N的增加而增加{
·函数具有正交性;
Daubechies小波函数提供了比Haar函数更有效的分析和综合。Daubechies系数
·381·
中的小波基为dbN,N为序号.且N=1…10。
Daubechies小波函数具体计算过程见【4】。
db4和db8小波的尺度函数、小波函数的图形如下:
。口l啕fⅢtioq_m
第一作者简介:费佩燕,女,1974年12月生,陕西省西安市人.2001年3月 毕业于西安工程科技学院测控技术与仪器专业.获硕士学位,现正在西安电子科技大 学攻读博士学位。主要从事计算机视觉与模式识别的研究,已发表论文10余篇。
Hale Waihona Puke ·3拍·几种常见小波的应用性能分析
作者: 作者单位:
费佩燕, 刘曙光 西安工程科技学院(西安)
的尺度函数不存在.且不具有正交性。Morlet小波是地球物理过程和流体湍流的分析
研究中经常使用的小波。
1.4 Daubechies(dbN)小波
Daubechies函数是由世界著名的小波分析学者Inrid Danbeellies构造的小波函数,
除了dbl(即Haar小波)外.其它小渡没有明确的表达式,但转换函数h的平方模
的一种改进。Symlets函数系通常表示为symN(N=2,3~.,8)的形式。
与Daubechies相同.Symlets小渡系设有具体的表达式和小波基,其具体算法 参见[8】。这里给出sym4和sym8小波的尺度函数、小波函数的图形:
【a)
(b)
(a)sym4小渡的尺度函数、小波函数的图形 Co)sym8小渡的尺度函数、小渡函数的图形
6 A.Cohen,]ngrid Daubechies and J.C.Feauveau.Biorthogonal Bases of Compactly Supported
Wavelets.Communications On Puce 8nd Applied Mathematics,1992,10(5):485-560 7 Daubechies I,Ten lectures on wavelets.CBMS.SIAM,1994,61:258—261 8 Daubechies I.Ten lectures on wavelets.CBMS.SIAM,1994,61:194-202
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