研究生《小波理论及应用》复习题
小波分析考试题(附答案)
《小波分析》试题适用范围：硕士研究生时 间：2013年6月一、名词解释（30分）1、线性空间与线性子空间解释：线性空间是一个在标量域（实或复）F 上的非空矢量集合V ；设V1是数域K 上的线性空间V 的一个非空子集合，且对V 已有的线性运算满足以下条件 （1） 如果x 、y V1，则x ＋y V1； （2） 如果x V1，k K ，则kx V1， 则称V1是V 的一个线∈∈∈∈∈性子空间或子空间。
2、基与坐标解释：在 n 维线性空间 V 中，n 个线性无关的向量，称为 V 的一组n 21...εεε，，，基；设是中任一向量，于是 线性相关，因此可以被基αn 21...εεε，，，线性表出：，其中系数 αεεε，，，，n 21...n 21...εεε，，，n 2111an ...a a εεεα+++=是被向量和基唯一确定的，这组数就称为在基下的坐标，an ...a a 11，，，αn 21...εεε，，，记为 （）。
an ...a a 11，，，3、内积解释：内积也称为点积、点乘、数量积、标量积。
，()T n x x x x ,...,,21=，令，称为x 与y 的内积。
()T n y y y y ,...,,21=[]n n y x y x y x y x +++=...,2211[]y x ,4、希尔伯特空间解释：线性 完备的内积空间称为Hilbert 空间。
线性（linearity ）：对任意f ，g ∈H ，a ，b ∈R ，a*f+b*g 仍然∈H 。
完备（completeness ）：空间中的任何柯西序列都收敛在该空间之内。
内积（innerproduct ）：<f ，g>，它满足：，()T n f f f f ,...,,21=时。
()T n g g g g ,...,,21=[]n n y x y x y x y x +++=...,22115、双尺度方程解释：所以都可以用空间的一个1010,V W t V V t ⊂∈⊂∈）（）（ψϕ）（）和（t t ψϕ1V从图可以明显看出，多分辨分析只是对低频部分进行进一步分解，而高以考虑。
小波变换理论及应用
2011-2012 学年第一学期2011级硕士研究生考试试卷课程名称：小波变换理论及应用任课教师：考试时间：分钟考核类型：A（）闭卷考试（80%）+平时成绩（20%）；B（）闭卷考试（50%）+ 课程论文（50%）；C（√）课程论文或课程设计（70%）+平时成绩（30%）。
一、以图示的方式详细说明连续小波变换（CWT）的运算过程，分析小波变换的内涵；并阐述如何从多分辨率（MRA）的角度构造正交小波基。
（20分）二、综述小波变换理论与工程应用方面的研究进展，不少于3000字。
（25分）三、运用MATLAB中的小波函数和小波工具箱，分别对taobao.wav语音信号在加噪之后的taobao_noise.wav信号进行降噪处理，要求列出程序、降噪结果及降噪的理论依据。
（25分）四、平时成绩。
（30分）（一）连续小波变换（CWT ）的运算过程及内涵将平方可积空间中任意函数f （t ）在小波基下展开，称这种展开为函数f （t ）的连续小波变换（Continue Wavelet Transform ，简记CWT ）其表达式为t a b t t f a b a f W d )(*)(||1),(⎰∞+∞--=ψψ （ 1.1）其中，a ∈R 且a ≠0。
式（1.19）定义了连续小波变换，a 为尺度因子，表示与频率相关的伸缩，b 为时间平移因子。
其中)(||1)(,a b t a t b a -=ψψ为窗口函数也是小波母函数。
从式（1.1）可以得出，连续小波变换计算分以下5个步骤进行。
① 选定一个小波，并与处在分析时段部分的信号相比较。
② 计算该时刻的连续小波变换系数C 。
如图1.5所示，C 表示了该小波与处在分析时段内的信号波形相似程度。
C 愈大，表示两者的波形相似程度愈高。
小波变换系数依赖于所选择的小波。
因此，为了检测某些特定波形的信号，应该选择波形相近的小波进行分析。
图1.5 计算小波变换系数示意图③ 如图1.6所示，调整参数b ，调整信号的分析时间段，向右平移小波，重复①～②步骤，直到分析时段已经覆盖了信号的整个支撑区间。
浙江大学小波分析及其工程应用考试试卷
浙江大学小波分析及其工程应用考试试卷
1、简述傅里叶变换、短时傅里叶变换以及小波变换之间的异同，并
说明小波变换的必要性。
（10分）
2、小波变换堪称数学显微镜，且二维小波变换除了有显微能力之外，还有极化能力，请说明为什么？（10分）
3、说明小波变换的多分辨率分析和时-频局部化能力，请问该变换为
什么能够随着视野的变化自动调整分辨率以及如何调整？（10分）
4、请结合数学推导进行说明：当小波母函数满足正规性条件时，小
波变换能够凸显被分析的细节信息。
（10分）
5、为什么说小波变换的信息是冗余的？为减少其信息冗余度，可采
用离散栅格的方法予以改善，但会带来信息的失真的弊端，请问该如何尽
量避免这种失真？（10分）
6、请问利用函数空间剖分理论说明从第j-1级到j级分辨率的信号
分解过程，并建立同小波变换之间的关系。
（10分）
7、Mallat算法在小波变换中的地位，如同FFT算法在傅里叶变换中
的地位，具有十分重要的应用。
请结合论文说明信号分解时这种算法的基
本过程，以及如何在论文中实施应用，并列举应用时需要注意的事项。
（10分）
8、基于美林变换的算法，基于CZT的算法和Mallat算法分别适合什
么场合下应用？请结合基于CZT的算法和Mallat算法，谈谈任意尺度密
度下快速小波变换的策略。
（10分）
9、列举双通道多采样滤波器的理想重建条件，请问为什么？（10分）
10、小波变换是信号消噪处理的有效手段，请画出基于小波多分辨率
的信号消噪技术方案框图，并列举两类用于该方案的多尺度信噪分离规则。
（10分）。
小波理论期末试题
我个人的理解：小波分析是傅立叶分析思想的发展与延拓，它自产生以来，就一直与傅立叶分析密切相关，他的存在性证明，小波基的构造以及结果分析都依赖于傅立叶分析，二者是相辅相成的，两者主要的不同点：1、傅立叶变换实质是把能量有限信号f(t)分解到以{exp(jωt)}为正交基的空间上去；小 波变换的实质是把能量有限信号f(t)分解到W-j 和V-j 所构成的空间上去的。
2、傅立叶变换用到的基本函数只有sin(ωt),cos(ωt),exp(jωt)，具有唯一性；小波分 析用到的函数（即小波函数）则具有多样性，同一个工程问题用不同的小波函数进行分析有时结果相差甚远。
小波函数的选用是小波分析运用到实际中的一个难点问题（也是小波分析研究的一个热点问题），目前往往是通过经验或不断地试验（对结果进行对照分析）来选择小波函数。
3、在频域分析中，傅立叶变换具有良好的局部化能力，特别是对于那些频率成分比较简单的确定性信号，傅立叶变换很容易把信号表示成各频率成分的叠加和的形式，如sin(ω1t)+0.345sin(ω2t)+4.23cos(ω3t)，但在时域中傅立叶变换没有局部化能力，即无法从f(t)的傅立叶变换中看出f(t)在任一时间点附近的性态。
事实上，F(w)dw 是关于频率为w 的谐波分量的振幅，在傅立叶展开式中，它是由f(t)的整体性态所决定的。
4、在小波分析中，尺度a 的值越大相当于傅立叶变换中w 的值越小。
5、在短时傅立叶变换中，变换系数S(ω，τ)主要依赖于信号在[τ-δ，τ+δ]片段中的情况，时间宽度是2δ（因为δ是由窗函数g(t)唯一确定的，所以2δ是一个定值）。
在小波变换中，变换系数Wf （a,b ）主要依赖于信号在[b-aΔφ，b+aΔφ）片断中的情况，时间宽度是2aΔφ，该时间的宽度是随尺度a 变化而变化的，所以小波变换具有时间局部分析能力。
6、若用信号通过滤波器来解释，小波变换与短时傅立叶变换不容之处在于：对短时傅立叶变换来说，带通滤波器的带宽Δf 与中心频率f 无关；相反小波变换带通滤波器的带宽Δf 则正比于中心频率f 。
浙江大学小波变换及工程应用复习题
小波分析复习题1、简述傅里叶变换、短时傅里叶变换和以及小波变换之间的异同。
答：三者之间的异同见表2、小波变换堪称“数学显微镜”，为什么？ 答：这主要因为小波变换具有以下特点：1）具有多分辨率，也叫多尺度的特点，可以由粗及精地逐步观察信号；2）也可以看成用基本频率特性为)(ωψ的带通滤波器在不同尺度a 下对信号作滤波；如果)(t ϕ的傅里叶变换是)(ωψ，则)(at ϕ的傅里叶变换为)(||aa ωψ，因此这组滤波器具有品质因数恒定，即相对带宽（带宽与中心频率之比）恒定的特点。
a 越大相当于频率越低。
3）适当的选择基本小波，使)(t ϕ在时域上位有限支撑，)(ωψ在频域上也比较集中，便可以使WT 在时、频两域都具有表征信号局部特征能力，因此有利于检测信号的瞬态或奇异点。
4）如)(t x 的CWT 是),(τa WT x ，则)(λtx 的CWT 是),(λτλλa WT x ；0>λ此定理表明：当信号)(t x 作某一倍数伸缩时，其小波变换将在τ,a 两轴上作同一比例的伸缩，但是不发生失真变形。
基于上述特性，小波变换被誉为分析信号的数学显微镜。
3、在小波变换的应用过程中，小波函数的选取是其应用成功与否的关键所在，请列举一些选择原则。
答：选择原则列举如下：（也即需满足的一些条件和特性） 1）容许条件当⎰∞+∞-∞<=ωωωψϕd c 2)(时才能由小波变换),(τa WT x 反演原函数)(t x ，ϕc 便是对)(t ϕ提出的容许条件，若∞→ϕc ，)(t x 不存在，由容许条件可以推论出：能用作基本小波)(t ϕ的函数至少必须满足0)(0==ωωψ，也就是说)(ωψ必须具有带通性质，且基本小波)(t ϕ必须是正负交替的振荡波形，使得其平均值为零。
2）能量的比例性小波变换幅度平方的积分和信号的能量成正比。
3）正规性条件为了在频域上有较好局域性，要求),(τa WT x 随a 的减小而迅速减小。
小波分析基础及应用期末习题
题1：设{},j V j Z ∈是依尺度函数()x φ的多分辨率分析，101()0x x φ≤<⎧=⎨⎩其它，请利用Haar 尺度关系式将信号()(4)2(41)2(42)(43)f x x x x x φφφφ=+-+---分解为10,0,w w v 分量。
题2：简述信号分解和重构的Mallat 算法（要求写出算法步骤并列出分解重构公式。
）题3：设{},,,φφψψ构成双正交多分辨分析：（1） 写出双正交条件；（2） 写出4个双尺度方程（尺度系数分别为,,,k k k k h h g g ）；（3） 写出尺度系数间的对应关系。
题4：设{},j V j Z ∈是依尺度函数()x φ的正交多分辨率分析，k p 是尺度系数，证明：（1）202k l k l k Z p p δ-∈=∑（2）2||2k k Zp ∈=∑（3）2k k Zp ∈=∑题5：令2C H =,),(),,(),1,0(21233212321-=--==e e e ,H v v v ∈=∀),(21 验证},,{321e e e 是一紧框架,指出其框架界并求出其对偶框架. 题6：列出二维可分离小波的4个变换基。
题3：0()k h k p =已知为低通分解滤波器，11()3.kk h k p -=为高通分解滤波器,写出个双倍平移正交关系等式题6：列出二维可分离小波的4个变换基。
题8：要得到“好”的小波，除要求滤波器0()h n 满足规范、双正交平移性、低通等最小条件外，还可以对0()h n 加消失矩条件来得到性能更优良的小波。
（1） 请写出小波函数()t ψ具有p 阶消失矩的定义条件：（2） 小波函数()t ψ具有p 阶消失矩，要求0()h n 满足等式：（3） 在长度为4的滤波器0()h n 设计中，将下面等式补充完整：222200000000(0)(1)(2)(3)1 (0)(2)(1)(3)0,1 2h h h h h h h h n ⎧+++=⎪⎪⎨+==⎪⎪⎩规范性低通双平移正交阶消失矩。
哈工大硕士课程小波题库
1.从傅立叶变换到小波变换的三个阶段：*）信号加窗；**）基加窗；***）小波基；2.Shannon小波的计算：*）Shannon采样定理；**）采样定理与尺度函数；***）写出Shannon小波的时域和频域表达式；****）写出两个不同的Shannon小波，并说明它们都是正交小波；3.描述MRA；4.分析和说明MRA构造正交小波的关键步骤；5.说明Haar小波是正交小波(直接或MRA)；6.Meyer小波的构造方法；7.构造Daubechies系列小波中的一个或两个；8.给出Malvar小波的构造方法（共有3种）；9.说明正交小波包的思想（空间再分割）；10.正交小波包的定义；11.小波包的频域表达形式；12.小波包的两种正交性；13.小波空间的小波包再分割；14.小波空间的小波包再分割；15.小波算法：分解和合成；矩阵形式；16.小波包算法：分解和合成；矩阵形式；17.MATLAB中的Wavelet Toolbox的使用和理解；18.Gabor变换的时-频分析特性；19.连续小波的时-频分析特性；20.二进小波的时-频分析特性；21.正交小波的时-频分析特性；22.小波包的时-频分析特性；23.Malvar小波的时-频分析特性；24.二维小波分析和图像处理；25.小波采样定理；26.小波与快速算法；27.分数傅立叶变换：*）经典分数傅立叶变换（旋转）；**）加权分数傅立叶变换（置换）；28.小波变换的数值含义分析；29.小波变换的工程含义分析；30.小波变换与局部分析和奇性分析。
1．从傅立叶变换到小波变换的三个阶段*）信号加窗；**）基加窗；***）小波基；傅里叶变换的局限性和Gabor 变换的提出傅里叶变换是一个强有力的数学工具，它具有重要的物理意义，即信号()f x 的傅里叶变换()()⎰+∞∞-ω-=ωx x f F x d e i表示信号的频谱。
正是傅里叶变换的这种重要的物理意义，决定了傅里叶变换在信号分析和信号处理中的独特地位，特别是作为平稳信号分析的最重要的工具。
研究生《小波理论及应用》复习题.doc
2005年研究生《小波理论及应用》复习题1.利用正交小波基建立的采样定理适合于：紧支集且有奇性（函数本身或其导数不连续）的函数（频谱无限的函数）。
Shannon采样定理适合于频谱有限的信号o2.信号的突变点在小波变换域常对于小波变换系数模极值点或过零点。
并且信号奇异性大小同小波变换的极值随尺度的变化规律相对立。
只有在适当尺度下各突变点引起的小波变化才能避免交迭干扰，可以用于信号的去噪、奇异性检测、图象也缘提取、数据压缩等。
3.信号在一点的李氏指数表征了该点的奇异性大小，。
越大，该点的光滑性越小，。
越小，该点的奇异性越大。
光滑点（可导）时，它的cr >1 ；如果是脉冲函数，白噪声时« <0 o4.做出三级尺度下正交小波包变换的二进数图，小波包分解过程？说明小波基与小波包基的区别？5.最优小波包基的概念：给定一个序列的代价函数，然后在小波包基中寻找使代价函数最小的基一一最优基。
6・双通道多采样率滤波器组的传递函数为:［人人 1 A ArU) = y.U)+y2U) = - H(Z)H(Z)+G G)G G) H(Z)H(Z)+G(—Z)G(J X(-J请根据此式给出理想重建条件:为了消除映象X（-z）引起的混迭：//（-Z）//（Z）+G（-Z）G（Z）=0为了使y（z）成为x（z）的延迟，要求：H（z）育（z） + G（z）G（z）= CZ・k（C，K为任一常数）7・正交镜像对称滤波器/z（77）的）与H（e jw）以“彳为轴左右对称。
如果知道QMF的/2（/7）,能否确定gS）=（T）"〃S）, 細=-（-1）乜（司g（“）=（-i）w）8・试列出几种常用的连续的小波基函数Morlet 小波，Marr 小波，Difference of Gaussian (DOG),紧支集样条小波9・试简述海森堡测不准原理，说明应用意义?10. 从连续小波变换到离散小波变换到离散小波框架一双正交小波变换一正交变换、紧支集正交小波变换，其最大的特点是追求变换系数的信息冗余小，含有的信息量越集中。
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2005年研究生《小波理论及应用》复习题
1． 利用正交小波基建立的采样定理适合于：紧支集且有奇性（函数本身或其导数不连续）的函数（频谱无限的函数）。
Shannon 采样定理适合于频谱有限的信号。
2． 信号的突变点在小波变换域常对于小波变换系数模极值点或过零点。
并且信号奇异性大小同小波变换的极值随尺度的变化规律相对立。
只有在适当尺度下各突变点引起的小波变化才能避免交迭干扰，可以用于信号的去噪、奇异性检测、图象也缘提取、数据压缩等。
3． 信号在一点的李氏指数表征了该点的奇异性大小，α越大，该点的光滑性越小，α越小，该点的奇异性越大。
光滑点（可导）时，它的1≥α；如果是脉冲函数，1-=α；白噪声时0≤α。
4． 做出三级尺度下正交小波包变换的二进数图，小波包分解过程？说明小波基与小波包基的区别？
5． 最优小波包基的概念：给定一个序列的代价函数，然后在小波包基中寻找使代价函数最小的基――最优基。
6．
双通道多采样率滤波器组的传递函数为：
()()()()()()()()()()()()()z X z G z G z H z H z X z G z G z H z H z Y z Y z Y -⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=+=∧∧∧∧212121请根据此式给出理想重建条件：
为了消除映象()z X -引起的混迭：()()()()0=-+-∧
∧z G z G z H z H
为了使()z Y 成为()z X 的延迟，要求：()()()()k CZ z G z G z H z H -∧∧=+ （C,K 为任一常数）
7． 正交镜像对称滤波器()()n h n g ,的()jw e G 与()jw e H 以2π=w 为轴左右对称。
如果知道QMF 的()n h ，能否确定()()()n h n g n g ∧
∧,,？ ()()()n h n g n 1-= ，()()()n g n h n 1--=∧
，
()()()n h n g n 1-=∧
8． 试列出几种常用的连续的小波基函数
Morlet 小波，Marr 小波，Difference of Gaussian （DOG ），紧支集样条小波
9． 试简述海森堡测不准原理，说明应用意义？
10． 从连续小波变换到离散小波变换到离散小波框架－双正交小波变换－正交变换、紧支集正交小波变换，其最大的特点是追求变换系数的信息冗余小，含有的信息量越集中。
11． 解释紧支集、双正交、正交小波、紧支集正交小波、光滑性、奇异性。
12． 已知共轭正交滤波器组（CQF ）()n h 请列出()()()n g n h n g ∧
∧,,。
()()()
()()()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=--=-=---=∧∧n h n N g n g n N h n h n N h n g n n 11
13． 共轭正交滤波器()()n g n h ,的()jw e G 与()jw e H 的关系与QMF 情况
一样，但相频特性多了一个共轭关系。
14．正交滤波器()n h 的设计？由CQF 的基本方程()()C z P z P =-+其中()()()z H z H z P -=，即找一个()()()()()111--==++=∏Z H z H Z Z Z Z C z P m m N
m
在每对零点中任取一个组成()z H ，其余值属于()1-Z H ，因而()()
m N i Z Z C z H +∏=-=11 15．请解释小波变换的“变焦距”的特性。
16．写出连续小波变换的定义公式，说明各参数的含义。
写出连续小波反变换的公式。
17．写出小波允许条件，说明物理意义。
18．小波变换与加窗傅立叶变换的本质区别？
19．小波分析中的框架理论及小波框架的意义？将所有离散的小波变换统一起来。
20．在小波理论应用中，如果以提取波形特征信息为出发点，应该选用具有光滑、对称、紧支性好的小波，如果以压缩数据为目的，应该选具有正交、紧支撑性的小波。
21．请作图说明图象压缩中的两维小波变换过程。