【doc】提升小波变换及其在信号去噪中的应用.doc

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【doc】提升小波变换及其在信号去噪中的应用

提升小波变换及其在信号去噪中的应用 第20卷第1期 2005年3月 大连水产学院 JOURNALOFDAUANFISHERIESUNIVERSrI V0】.20No.1 Mal.2005 文章编号:1000—9957(2005)O1—0051—06 提升小波变换及其在信号去噪中的应用 郭显久,何东钢,吕显强 (大连水产学院信息工程学院,辽宁大连116023) 摘要:介绍了提升方法(1iftingScheme)的基本原理,给出了用提升方法构造传统小波的实现方法, 并将目前常用的小波转换成提升小波.同时还将提升小波应用到信号去噪中,并进行了数值仿真试 验,结果表明,在去噪后信号的信噪比相近的情况下,提升小波与传统小波相比,其优点在于计算简 单,编程容易,速度快. 关键词:提升方法;小波变换;Lament多项式;信号去噪 中图分类号:Tit301.6文献标识码:A 小波变换是2O世纪8O年代后期发展起来的应用数学分支,并在近十几年里得到了快速的发展, 由于其具有良好的时频局部特性和多分辨分析特性,小波变换在语音,图像,通信,医学雷达,地 震,化工,湍流分析等领域都有应用,因此,小波变换是信号处理的前沿课题,也是多学科关注的热 点.提升方法(1iftingscheme)是Sweldens和Daubechies等学者于20世纪9O年代中期提出的关于小 波构造的一种新方法¨J,后来,该方法被推广到了第二代小波中.第二代小波不一定是由某一母小 波通过膨胀和平移得到,它们的定义非常灵活,也许定义在某一区间,也许定义在不规则的网格 上J.在二维空间中,小波的定义更加灵活,它不是简单地,有规律地划分二维平面,而是定义在 某一曲面上C51. 第一代小波的研究工具主要是Fourier分析,即从频域来分析问题.而提升小波则是直接在时 (空)域分析问题,使问题变得更加简单,并且可以将所有传统小波都通过提升方法构造出来.用提 升小波实现滤波还有运算速度快,不需要额外内存,可实现整数小波变换等特点.在本文中,作者用 提升方法构造传统小波,并将构造后的提升小波用于信号去噪中. 1提升方法 设信号s=(s),k∈Z,s∈R,将s分解成偶数采样点s.=(s)和奇数采样点s.=(s), e为偶数点下标,o为奇数点下标,这种分解称为懒惰小波变换(1azywavelettransform).由于信号s 的各采样点之间存在一定的相关性,因此可以通过s.估计s.,即s.=P(),这就是提升方法中的预 测.如果信号之间的相关性很大,那么预测效果会很好,用s.粗略地表示s不会丢失很多信息,这意 味着可以扔掉一部分信息,如s.,以达到简练表达的目的.为了完全重建信号s,只能扔掉包含在s. 中的关于的那部分信息,而保留二者的差值部分y,即y=s.一P(s.).但是,在这样一种新的表 示形式中,可能会丢失信号的某些特征,而这些特征又是人们所期望的有用信息,如信号的均值.为 了恢复这些特征,在提升方法中又引人另外一种操作——修正操作.即用新得到的来修正s.,修 正结果用A表示,即A=s.+(y).简单地说,一个规范的提升方法由3个步骤组成:分解 (Split),预测(Predict)和修正(Update). 收稿日期:2004-08-30 基金项目:辽宁省教育厅资助项目(202130889) 作者简介:郭显久(1963一),男,副教授,博士生.E—mail:@dlftredtrcn 52大连水产学院第2O卷 提升方法的前向变换为 r(s,s.)=S(s), {y=s.一P(s),(1P){y=s.一), LA=s+U(y), 其中:P,U为预测算子和修正算子;A在小波的多辨分析中被称之为小波系数和尺度系数.提升 方法的实现步骤如图1的左半部分所示. 图1提升方法的前向和逆向变换的实现步聚 Fig,1Theliftingscheme:forwardandinversetransform 如果得到了前向变换,就可得到逆向变换,这只需改变前向变换公式中的加减符号即可得到,如 图1的右半部分所示,这是提升方法的又一个特点.逆向变换的公式如下: rs=A—U(y), {s.=y+P(s.),(2) ts=(s,s.), 实现提升方法的关键是寻找合理的预测算子和修正算子]. 2用提升方法构造传统小波 2.1离散小波变换 离散小波变换的一个基本概念是滤波器组,包括分析滤波器组{无,罾}和综合滤波器组{h,g}. 前向小波变换是把信号s通过低通滤波器无和高通滤波器吾进行滤波,然后向下抽样,得到低频信号 A和高频信号y,各自的信息量只为原来信号s的一半.由A和y重建s的过程(即逆向小波变换) 是:首先对A和向上抽样,然后各自通过低通滤波器h和高通滤波器g,再把滤波后的两个信号相 加即可.其示意图见图2.

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