小波分析及小波包分析
小波分解和小波包分解
⼩波分解和⼩波包分解这篇⽂章介绍了⼩波分解和⼩波包分解。
⼩波分解（wavelet transform ）⼩波傅⾥叶变换的基本⽅程是sin 和cos ，⼩波变换的基本⽅程是⼩波函数(basic wavelet)，不同的⼩波在波形上有较⼤的差异，相似的⼩波构成⼀个⼩波族(family)。
⼩波具有这样的局部特性:只有在有限的区间内取值不为0。
这个特性可以很好地⽤于表⽰带有尖锐， 不连续的信号。
⼩波变换其中 表⽰变换得到的⼩波系数，W 是正交矩阵。
是输⼊信号。
正交矩阵构造特定的⼩波函数（basic wavelet ）由⼀组特定的⼩波滤波系数(wavelet filter coefficients)构成。
当选定了⼩波函数，其对应的那组⼩波滤波器系数就知道。
⽤⼩波滤波器系数构造不同维度的低通滤波器和⾼通滤波器（下⾯的例⼦中W 就是由这些系数构造出来的）。
低通滤波器可以看作为⼀个平滑滤波器(smoothing filter)。
这两个滤波器，低通和⾼通滤波器，⼜分别被称为尺度(scaling)和⼩波滤波器(wavelet filter)。
⼀旦定义好了这两个滤波器，通过递归分解算法(也称为⾦字塔算法(pyramid algorithm),树算法(tree algorithm)将得到⽔平多分辨率表⽰的信号。
树算法原始信号通过低通滤波器得到低频系数 (approximate coefficients), 通过⾼通滤波器得到⾼频系数（detail coefficients ）。
把第⼀层的低频系数作为信号输⼊，⼜得到⼀组approximate coefficients 和detail coefficients 。
再把得到的approximate coefficients 作为信号输⼊，得到第⼆层的approximate coefficients 和detail coefficients 。
以此类推，直到满⾜设定的分级等级。
小波包、多小波及第二代小波
M
因此，很容易得到小波子空间的各种分解如下： jW
3121++⊕=jjjUUW
72625242++++⊕⊕⊕=jjjjjUUUUW
M
121221.
+
+
++
+⊕⊕⊕=lllljljljjUUUWL 4.14
M
文本框:
jW空间分解的子空间序列可以写作，；mljlU+
+
212,,1,0.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱlmLjl,,2,1L=；。子空间
序列的标准正交基为：
L,2,1=jmljlU+
+
2
{}Znntwljmljl∈.+.
+
+.:)2(2)(
22/)( 4.15
当和时，子空间序列简化为，相应的正交基简化为0=l0=mmljlU+
+
2jjWU=1{})2(2)2(22/
在感兴趣的频率点上尽可能地提高频域分辨率，在感兴趣的时间点上尽可能地提高时间分辨率，这样当用
滤波器组对信号进行分解时，短时Fourier变换的等带宽或小波变换的恒-Q带宽都不一定合适，应该按信
号特性选择相应组合的滤波器组，这就是小波包(Wave1et Packet)。
小波包的概念是由M.V.WickerhaMser，R.R.Coifman等人在小波变换的基础上，根据实际应用的需求
()()0,122=.+ktWtwll
4.1.2 小波包分解
现在令、L,2,1=lL,2,1=j，并对式(4.11)进行迭代分解，有
小波分析的语音信号噪声消除方法
小波分析的语音信号噪声消除方法小波分析是一种有效的信号处理方法，可以用于噪声消除。
在语音信号处理中，噪声常常会影响语音信号的质量和可理解性，因此消除噪声对于语音信号的处理非常重要。
下面将介绍几种利用小波分析的语音信号噪声消除方法。
一、阈值方法阈值方法是一种简单而有效的噪声消除方法，它基于小波变换将语音信号分解为多个频带，然后通过设置阈值将各个频带的噪声成分消除。
1.1离散小波变换（DWT）首先，对语音信号进行离散小波变换（DWT），将信号分解为近似系数和细节系数。
近似系数包含信号的低频成分，而细节系数包含信号的高频成分和噪声。
1.2设置阈值对细节系数进行阈值处理，将细节系数中幅值低于设定阈值的部分置零。
这样可以将噪声成分消除，同时保留声音信号的特征。
1.3逆变换将处理后的系数进行逆变换，得到去噪后的语音信号。
1.4优化阈值选择为了提高去噪效果，可以通过优化阈值选择方法来确定最佳的阈值。
常见的选择方法有软阈值和硬阈值。
1.4.1软阈值软阈值将细节系数进行映射，对于小于阈值的细节系数，将其幅值缩小到零。
这样可以在抑制噪声的同时保留语音信号的细节。
1.4.2硬阈值硬阈值将细节系数进行二值化处理，对于小于阈值的细节系数，将其置零。
这样可以更彻底地消除噪声，但可能会损失一些语音信号的细节。
二、小波包变换小波包变换是对离散小波变换的改进和扩展，可以提供更好的频带分析。
在语音信号噪声消除中，小波包变换可以用于更精细的频带选择和噪声消除。
2.1小波包分解将语音信号进行小波包分解，得到多层的近似系数和细节系数。
2.2频带选择根据噪声和语音信号在不同频带上的能量分布特性，选择合适的频带对语音信号进行噪声消除。
2.3阈值处理对选定的频带进行阈值处理，将噪声成分消除。
2.4逆变换对处理后的系数进行逆变换，得到去噪后的语音信号。
三、小波域滤波小波域滤波是一种基于小波变换的滤波方法，通过选择合适的小波函数和滤波器来实现噪声消除。
断路器振动信号处理方法
断路器振动信号处理方法在研究的初期，时域包络法、短时能量、短时谱、人工神经网络法等方法被引入到断路器振动诊断中。
随着断路器振动诊断研究的深入发展，除了在原有的方法上进行改进之外，越来越多的新方法被吸纳采用，如细化频谱分析、小波分析、小波包分析、希尔伯特变换、信息端、分形方法、相空间重构等。
(1)时域法时域分析法可以直接从时域振动信号中获取振动事件的发生时刻、振动幅值及其他表示时域波形变化的指标作为特征参数错误!未找到引用源。
o包括包络分析法、短时能量法等。
利用包络分析(Envelope Analysis)方法，可以获得振动事件发生的时刻，如电磁铁动作、触头接触、缓冲器撞击等信息，而且包络幅值还能反映出不同时段振动事件的剧烈程度。
短时能量法(Short Time Energy, STE)对时域信号序列的平方变换进行窗函数滤波，得到能量函数序列再进行后续分析。
(2)频域法频域法将时域的振动信号变换为频域数据，根据各频率成分的分布和变化来进行故障诊断，例如包络谱分析、细化频谱分析等。
包络谱分析对信号包络进行频谱分析，可得到信号包络的频域表示，即包络谱(Envelope Spectrum)。
从而，可以进一步从频域表达信号特征，对高压断路器的状态进行诊。
细化频谱分析(Zoom Spectrum Analysis)采用选带分析方法增加选定频段的谱线密度，有效地改善了频率分辨率。
将线性调频Z变换(Chirp ZTransform, CZT)引入断路器振动信号分析中，并对快速傅里叶变换(FFT)、细化FFT (ZoomFFT)、线性调频z变换进行了比较分析。
(3)时频法时频法将时域信号变换到时频综合平面上，保持了信号的局部特征，特别适合于对非平稳信号进行分析•。
时频法对时域振动信号的时间和频率信息同时进行提取，是断路器机械故障振动诊断研究的主要方法，包括短时傅里叶变换、小波分析、小波包分析、经验模态分解((Empirical Mode Decomposition, EMD)、希尔伯特变换、振荡子波分解等方法。
Matlab中的小波变换与小波包分析方法详解
Matlab中的小波变换与小波包分析方法详解引言近年来，小波变换在信号处理领域中得到了广泛的应用。
小波变换是一种能够捕捉信号时频特性的有效工具，可以用来分析、压缩和去噪各种类型的信号。
本文将详细介绍Matlab中的小波变换和小波包分析方法，以帮助读者更好地理解和应用这一强大的信号处理技术。
一、小波变换（Wavelet Transform）小波变换是一种将信号分解成不同尺度的基函数的技术。
与传统的傅里叶变换相比，小波变换具有更好的时频局部化特性。
Matlab中提供了丰富的小波分析工具箱，可以方便地进行小波变换的计算。
1.1 小波基函数小波基函数是小波变换的基础。
不同类型的小波基函数适用于不同类型的信号。
在Matlab中，我们可以使用多种小波基函数，如Daubechies小波、Haar小波和Morlet小波等。
1.2 小波分解小波分解是指将信号分解成多个尺度的小波系数。
通过小波分解，我们可以获取信号在不同尺度上的时频特性。
Matlab中提供了方便的小波分解函数，例如'dwt'和'wavedec'。
1.3 小波重构小波重构是指根据小波系数重新构建原始信号。
通过小波重构，我们可以恢复原始信号的时域特性。
在Matlab中，可以使用'idwt'和'waverec'函数进行小波重构。
二、小波包分析（Wavelet Packet Analysis）小波包分析是对小波变换的进一步扩展，它允许对信号进行更精细的分解和重构。
小波包分析提供了一种更灵活的信号分析方法，能够获得更详细的时频特性。
2.1 小波包分解小波包分解是指将信号分解成具有不同频带的小波包系数。
与小波分解相比，小波包分解提供了更高的分辨率和更详细的频谱信息。
在Matlab中，可以使用'wavedec'函数进行小波包分解。
2.2 小波包重构小波包重构是根据小波包系数重新构建原始信号。
小波包变换和小波变换
小波包变换和小波变换小波包变换和小波变换是一种信号分析和处理的方法，它们可以将信号分解成不同尺度和频率的成分，并可以分析和处理这些成分。
下面将对小波包变换和小波变换进行解释。
1. 小波包变换：小波包变换是在小波变换的基础上发展而来的一种方法。
小波包变换将信号分解成多个子带，并对每个子带进行进一步的分解。
相比于小波变换，小波包变换提供了更高的频率分辨率和更细的频率划分。
小波包变换的核心思想是使用不同的小波基函数对信号进行分解。
通过选择不同的小波基函数，可以获得不同尺度和频率的信号成分。
小波包变换可以通过反复迭代的方式，不断将信号分解成更细的频率带，进一步提高频率分辨率。
在每一级分解中，信号被分解成低频和高频两部分，低频部分可以继续进行进一步的分解。
小波包变换的优势在于能够提供更详细的频域信息，可以更好地分析信号的特征和结构。
它在信号处理、图像处理等领域有着广泛的应用，例如信号去噪、特征提取等。
2. 小波变换：小波变换是一种将信号分解成不同频率成分的方法。
通过小波变换，我们可以将信号从时域转换到频域，同时可以分析信号的时间和频率特性。
小波变换的基本思想是使用小波基函数对信号进行分解。
小波基函数是一种具有局部性质的函数，它能够在时域和频域中同时提供较好的分辨率。
通过选择不同的小波基函数，可以获得不同频率范围内的信号成分。
小波变换通过对信号进行连续的分解和重构，可以分析信号的频域特性。
小波变换有多种变体，其中最常用的是离散小波变换（DWT）。
离散小波变换将信号分解成多个尺度和频率的子带，通过这些子带可以分析信号的不同频率成分。
离散小波变换具有高效性和局部性，可以在信号处理中广泛应用，例如信号去噪、压缩等。
总结：小波包变换是在小波变换的基础上发展的一种方法，它能够提供更高的频率分辨率和更细的频率划分。
小波包变换通过选择不同的小波基函数，将信号分解成多个子带，并对每个子带进行进一步的分解。
相比之下，小波变换是将信号分解成不同频率成分的方法，通过选择不同的小波基函数，可以获得不同频率范围内的信号成分。
使用小波变换进行数据可视化与分析的方法与技巧
使用小波变换进行数据可视化与分析的方法与技巧数据可视化和分析在当今信息时代中扮演着重要的角色。
它们帮助我们理解和解释大量的数据，并从中发现有价值的信息。
在数据可视化和分析的过程中，小波变换是一种强大而灵活的工具。
本文将介绍使用小波变换进行数据可视化与分析的方法与技巧。
一、小波变换的基本概念小波变换是一种信号分析方法，它将信号分解成不同尺度的小波函数。
小波函数是一组基函数，它们具有局部化的特性，能够更好地描述信号的局部特征。
小波变换可以将信号分解成低频和高频部分，从而提取出信号的不同特征。
二、小波变换的数据可视化方法1. 小波包分解小波包分解是小波变换的一种扩展形式，它将信号分解成更多的子带。
通过对信号进行小波包分解，可以更细致地揭示信号的特征。
在数据可视化中，可以将小波包分解后的子带进行可视化，以展示信号的不同频率成分。
2. 小波包能量谱小波包能量谱是一种用于分析信号能量分布的方法。
通过计算每个小波包子带的能量，可以得到信号在不同频率上的能量分布情况。
在数据可视化中，可以将小波包能量谱以图形的形式展示出来，以便更直观地观察信号的能量分布。
3. 小波包熵小波包熵是一种用于衡量信号复杂度的指标。
通过计算每个小波包子带的熵值，可以得到信号的复杂度分布情况。
在数据可视化中，可以将小波包熵以图形的形式展示出来，以便更加清晰地观察信号的复杂度分布。
三、小波变换的数据分析方法1. 小波分析小波分析是一种用于分析信号时频特性的方法。
通过对信号进行小波分析，可以得到信号在不同时间和频率上的变化情况。
在数据分析中，可以利用小波分析的结果，找出信号中的突变点、周期性变化等特征。
2. 小波包分析小波包分析是一种用于分析信号频率特性的方法。
通过对信号进行小波包分析，可以得到信号在不同频率上的变化情况。
在数据分析中，可以利用小波包分析的结果，找出信号中的频率成分、频率变化等特征。
3. 小波相关分析小波相关分析是一种用于分析信号相关性的方法。
小波分析在故障诊断中的应用
小波分析在故障诊断中的应用摘要：小波分析技术具有多分辨率及良好的时域特性，为机械故障诊断提供了一条有效途径，本文以齿轮故障诊断为例，简要分析了小波分析技术在故障诊断中的应用。
关键词：小波分析；故障诊断；齿轮箱小波分析由于具有良好的时频局部化性能，已经在信号分析、图像处理、语音合成、故障诊断、地质勘探等领域取得一系列重要应用。
其多分辨率分析不仅应用于数字信号处理和分析、信号检测和噪声抑制，而且各种快速有效的算法也大大促进了小波分析在实际系统中的应用，使得小波及相关技术在通信领域中的应用也得到了广泛的研究，已逐步用于通信系统中的信号波形设计、扩频特征波形设计、多载波传输系统等。
被誉为数学显微镜的小波分析技术，为机械故障诊断中的非平稳信号分析、弱信号提取、信噪分离等提供了一条有效的途径，国内外近年来应用小波分析进行机械故障诊断的研究发展十分迅速，但就目前应用现状来看，还存在一些问题，限制了小波分析优良性质的发挥[1]。
一、小波分析理论小波分析方法具有对低频信号在频域里有较高分辨率，对高频信号在时域里也有较高的分辨率的特点，具有可调窗口的时频局部分析能力，弥补了傅立叶变换和快速傅立叶变换的不足。
目前，一般认为离散小波分析、多分辨率分析、连续小波分析及后来发展的小波包分析等都是小波理论的不同方面，是在小波理论发展的过程中不断繁衍产生的，这些方面都在故障诊断的应用中得到了体现。
㈠多分辨率分析小波分解相当于一个带通滤波器和一个低通滤波器，每次分解总是把原信号分解成两个子信号，分别称为逼近信号和细节信号，每个部分还要经过一次隔点重采样，再下一层的小波分解则是对频率的逼近部分进行类似的分解。
如此分解N次即可得到第N层(尺度N上)的小波分解结果。
在工程应用中，利用多分辨率分析可以对信号进行分解重构，不仅可以达到降噪的的目的，还可以识别在含噪声信号中有用信号的发展趋势。
㈡小波包分析小波包分解是从小波分析延伸出来的一种信号进行更加细致的分析与重构的方法。
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小波分析及小波包分析
在利用matlab做小波分析时，小波分解函数和系数提取函数的结果都是分解系数。
我们知道，复杂的周期信号可以分解为一组正弦函数之和，及傅里叶级数，而傅里叶变换对应于傅里叶级数的系数；同样，信号也可以表示为一组小波基函数之和，小波变换系数对应于这组小波基函数的系数。
多尺度分解是按照多分辨分析理论，分解尺度越大，分解系数的长度越小（是上一个尺度的二分之一）。
我们会发现分解得到的小波低频系数的变化规律和原始信号相似，但要注意低频系数的数值和长度与原始信号以及后面重构得到的各层信号是不一样的。
小波分解：具体实现过程可以分别设计高通滤波器和低通滤波器，得到高频系数和低频系数，并且每分解一次数据的长度减半。
小波重构，为分分解的逆过程，先进行增采样，及在每两个数之间插入一个0，与共轭滤波器卷积，最后对卷积结果求和。
在应用程中，我们经常利用各层系数对信号进行重构（注意虽然系数数少于原信号点数，但是重构后的长度是一样的），从而可以有选择的观看每一频段的时域波形。
从而确定冲击成分所在频率范围。
便于更直观的理解，小波分解，利用各层系数进行信号重构过程我们可以认为是将信号通过一系列的不同类型的滤波器，从而得到不同频率范围内的信号，及将信号分解。
小波消噪:运用小波分析进行一维信号消噪处理和压缩处理，是小波分析的两个重要的应用。
使用小波分析可以将原始信号分解为一系列的近似分量和细节分量，信号的噪声主要集中表现在信号的细节分量上。
使用一定的阈值处理细节分量后，再经过小波重构就可以得到平滑的信号。
小波常用函数
[C,L]=wavedec(s,3,'db1');%用小波函数db1对信号s进行3尺度分解
其中C为分解后低频和高频系数，L存储低频和高频系数的长度。
X=wrcoef(‘type’,C,L,’wname’,N)%对一维小波系数进行单支重构，其中N表示对第几层的小波进行重构
X=wrcoef(‘a’,C,L,’wname’,3)%对第三层的低频信号进行重构，如果a变为d的话，表示对低频分量进行重构。
注意重构后数据的长度于原来数据的长度一致。
ca1=appcoef(C,L,'db1',1);%从前面小波3尺度分解结构[C,L]中提取尺度1的低频系数
高频系数提取类似。
选择合适的阈值，小波分解后，重构可以达到去除噪声的目的。
小波包分解，可以将信号分在不同的频带，且不同的频带宽度是一样的。
小波分析，只将低
频分量进行分解，高频分量将不再分解，及频段的长短不一。
小波包分析的常用函数
t=wpdec(y,3,'db1','shannon');%小波分解，三次分解，共分成8个频段，其中y表示原始信号，八段信号分别表示表示为[3,0],[3,1][3,2][3,3][3,4][3,5][3,6][3,7]
rcfs=wprcoef(t,[3,i]);%利用相应的频段进行小波重构，如果采样频率为4096的话，则每一段表示256hz，当i取0，表示利用0-256hz频段的系数进行小波重构。
cfs21=wpcoef(t,[3,i]);%提取小波的系数，将每一短系数平方相加，即可得到每一段的能量，可以画出能量分布图。
总之小波和小波包最简单的理解就是把它当做滤波器来看，将信号利用不同类型的滤波器，分成不同频段的信号，实现细化信号的目的。
以上只是最近学习小波和小波包的一点学习心得，自己做个记录，不求对人有用，但求学有所得。
/s/blog_7ca994b80100ss20.html。