小波的几个术语及常见的小波基介绍说课材料
小波的几个术语及常见的小波基介绍解析
小波的几个术语及常见的小波基介绍本篇是这段时间学习小波变换的一个收尾，了解一下常见的小波函数，混个脸熟，知道一下常见的几个术语，有个印象即可，这里就当是先作一个备忘录，以后若有需要再深入研究。
一、小波基选择标准小波变换不同于傅里叶变换，根据小波母函数的不同，小波变换的结果也不尽相同。
现实中到底选择使用哪一种小波的标准一般有以下几点：1、支撑长度小波函数Ψ(t)、Ψ(ω)、尺度函数φ(t)和φ(ω)的支撑区间，是当时间或频率趋向于无穷大时，Ψ(t)、Ψ(ω)、φ(t)和φ(ω)从一个有限值收敛到0的长度。
支撑长度越长，一般需要耗费更多的计算时间，且产生更多高幅值的小波系数。
大部分应用选择支撑长度为5~9之间的小波，因为支撑长度太长会产生边界问题，支撑长度太短消失矩太低，不利于信号能量的集中。
这里常常见到“紧支撑”的概念，通俗来讲，对于函数f(x)，如果自变量x在0附近的取值范围内，f(x)能取到值；而在此之外，f(x)取值为0，那么这个函数f(x)就是紧支撑函数，而这个0附近的取值范围就叫做紧支撑集。
总结为一句话就是“除在一个很小的区域外，函数为零，即函数有速降性”。
2、对称性具有对称性的小波，在图像处理中可以很有效地避免相位畸变，因为该小波对应的滤波器具有线性相位的特点。
3、消失矩在实际中，对基本小波往往不仅要求满足容许条件，对还要施加所谓的消失矩（Vanishing Moments）条件，使尽量多的小波系数为零或者产生尽量少的非零小波系数，这样有利于数据压缩和消除噪声。
消失矩越大，就使更多的小波系数为零。
但在一般情况下，消失矩越高，支撑长度也越长。
所以在支撑长度和消失矩上，我们必须要折衷处理。
小波的消失矩的定义为，若其中，Ψ(t)为基本小波，0<=p<N。
则称小波函数具有N阶消失矩。
从上式还可以得出，同任意n-1阶多项式正交。
在频域内表示就是Ψ(ω)在ω=0处有高阶零点（一阶零点就是容许条件）。
小波分析基础学习资料
6、Meyer小波
SKIP
不是小波的例
RETURN
3、傅立叶变换与时频分析[4] 我们知道，任何复杂的周期信号f(t)可以用简单的调和振荡函
数表示成如下形式：
f (t) a0 2
(ak cosk 0t bk sin k 0t)
i1
(1.4)
这就是著名的傅立叶级数，cosk 0t和sin k 0t 都是简单的调和 振荡函数，直观讲都是正弦波。ak和bk 是函数f(t)的傅立叶系数，
f (t) ci gi (t)
(1.2)
i1
其中
ci f (t), gi (t)
f (t)gi (t)dt
gk (t), gl (t)
gk (t)gl (t)dt kl，k,l Z (1.3)
对于给定信号f(t)，关键是选择合适的基gi(t) ，使得f(t)在这 组基下的表现呈现出我们需要的特性，但是如果某一个基不
f (t)
c j,k j,k (t)
j Zk Z
(1.14)
其中c j,k f (t), j,k (t)
f (t) j,k (t)dt (1.15)
二、小波变换的定义及特点
定义1 [1]函数 (t) L2(R) 称为基本小波，如果它满足以下的“允 许”条件：
以下三个特性： 任何复杂的信号f(t)，都能由一个母函数 (t) 经过伸缩和平移产生的基 底的线性组合表示；
信号用新的基展开的系数要能反映出信号在时域上的局部化特性； 新的基函数 (t) 及其伸缩平移要比三角基sint更好地匹配非平稳信号。
历史上，Haar第一个找到了这样一个基函数，这就是非常著名但又 及其简单的Haar小波。
T
lim f (t)
小波基础知识 PPT课件
设T : X
军事电子对抗与武器的智能化；计算机分 类与识别；音乐与语言的人工合成；医学 成像与诊断；地震勘探数据处理；大型机 械的故障诊断等方面；例如，在数学方面， 它已用于数值分析、构造快速数值方法、 曲线曲面构造、微分方程求解、控制论等。 在信号分析方面的滤波、去噪声、压缩、 传递等。在图象处理方面的图象压缩、分 类、识别与诊断，去污等。在医学成像方 面的减少B超、CT、核磁共振成像的时间， 提高分辨率等。
2
2
3
V,ej
2
v2
2
j 1
3 2
v1
1 2
v2
3 2
v1
1 2
v2
3 2
[
v1
2
v2
2]
3 2
V
定义、定理及证明
1. (巴拿赫)Banach空间与Hibert（西耳伯特） 空间
由于F(0) = 0,故 =0
2. 线性算子与同构
我们只考虑可分的Hilbert空间。
1986年著名数学家Y.Meyer偶然构造出一个真正的 小波基，并与S.Mallat合作建立了构造小波基的 同样方法及其多尺度分析之后，小波分析才开始 蓬勃发展起来，其中比利时女数学家 I.Daubechies撰写的《小波十讲（Ten Lectures on Wavelets）》对小波的普及起了重要的推动作 用。它与Fourier变换、窗口Fourier变换（Gabor 变换）相比，这是一个时间和频率的局域变换， 因而能有效的从信号中提取信息，通过伸缩和平 移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析 （Multiscale Analysis），解决了Fourier变换 不能解决的许多困难问题，从而小波变化被誉为 “数学显微镜”，它是调和分析发展史上里程碑 式的进展。
小波的几个术语及常见的小波基介绍
小波的几个术语及常见的小波基介绍Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】小波的几个术语及常见的小波基介绍本篇是这段时间学习小波变换的一个收尾，了解一下常见的小波函数，混个脸熟，知道一下常见的几个术语，有个印象即可，这里就当是先作一个备忘录，以后若有需要再深入研究。
一、小波基选择标准小波变换不同于傅里叶变换，根据小波母函数的不同，小波变换的结果也不尽相同。
现实中到底选择使用哪一种小波的标准一般有以下几点：1、支撑长度小波函数Ψ(t)、Ψ(ω)、尺度函数φ(t)和φ(ω)的支撑区间，是当时间或频率趋向于无穷大时，Ψ(t)、Ψ(ω)、φ(t)和φ(ω)从一个有限值收敛到0的长度。
支撑长度越长，一般需要耗费更多的计算时间，且产生更多高幅值的小波系数。
大部分应用选择支撑长度为5~9之间的小波，因为支撑长度太长会产生边界问题，支撑长度太短消失矩太低，不利于信号能量的集中。
这里常常见到“紧支撑”的概念，通俗来讲，对于函数f(x)，如果自变量x在0附近的取值范围内，f(x)能取到值；而在此之外，f(x)取值为0，那么这个函数f(x)就是紧支撑函数，而这个0附近的取值范围就叫做紧支撑集。
总结为一句话就是“除在一个很小的区域外，函数为零，即函数有速降性”。
2、对称性具有对称性的小波，在图像处理中可以很有效地避免相位畸变，因为该小波对应的滤波器具有线性相位的特点。
3、消失矩在实际中，对基本小波往往不仅要求满足容许条件，对还要施加所谓的消失矩（Vanishing Moments）条件，使尽量多的小波系数为零或者产生尽量少的非零小波系数，这样有利于数据压缩和消除噪声。
消失矩越大，就使更多的小波系数为零。
但在一般情况下，消失矩越高，支撑长度也越长。
所以在支撑长度和消失矩上，我们必须要折衷处理。
小波的消失矩的定义为，若其中，Ψ(t)为基本小波，0<=p<N。
则称小波函数具有N阶消失矩。
小波的几个术语及常见的小波基介绍
小波的几个术语及常见的小波基介绍本篇是这段时间学习小波变换的一个收尾，了解一下常见的小波函数，混个脸熟，知道一下常见的几个术语，有个印象即可，这里就当是先作一个备忘录，以后若有需要再深入研究。
一、小波基选择标准小波变换不同于傅里叶变换，根据小波母函数的不同，小波变换的结果也不尽相同。
现实中到底选择使用哪一种小波的标准一般有以下几点：1、支撑长度小波函数Ψ(t)、Ψ(ω)、尺度函数φ(t)和φ(ω)的支撑区间，是当时间或频率趋向于无穷大时，Ψ(t)、Ψ(ω)、φ(t)和φ(ω)从一个有限值收敛到0的长度。
支撑长度越长，一般需要耗费更多的计算时间，且产生更多高幅值的小波系数。
大部分应用选择支撑长度为5~9之间的小波，因为支撑长度太长会产生边界问题，支撑长度太短消失矩太低，不利于信号能量的集中。
这里常常见到“紧支撑”的概念，通俗来讲，对于函数f(x)，如果自变量x在0附近的取值范围内，f(x)能取到值；而在此之外，f(x)取值为0，那么这个函数f(x)就是紧支撑函数，而这个0附近的取值范围就叫做紧支撑集。
总结为一句话就是“除在一个很小的区域外，函数为零，即函数有速降性”。
2、对称性具有对称性的小波，在图像处理中可以很有效地避免相位畸变，因为该小波对应的滤波器具有线性相位的特点。
3、消失矩在实际中，对基本小波往往不仅要求满足容许条件，对还要施加所谓的消失矩（Vanishing Moments）条件，使尽量多的小波系数为零或者产生尽量少的非零小波系数，这样有利于数据压缩和消除噪声。
消失矩越大，就使更多的小波系数为零。
但在一般情况下，消失矩越高，支撑长度也越长。
所以在支撑长度和消失矩上，我们必须要折衷处理。
小波的消失矩的定义为，若其中，Ψ(t)为基本小波，0<=p<N。
则称小波函数具有N阶消失矩。
从上式还可以得出，同任意n-1阶多项式正交。
在频域内表示就是Ψ(ω)在ω=0处有高阶零点（一阶零点就是容许条件）。
《小波分析概述》课件
泛函分析
泛函分析是研究函数空间和算子的性 质及其应用的数学分支。
小波分析在泛函分析的框架下，将函 数空间表示为小波基的线性组合，从 而能够更好地研究函数空间的性质和 算子的行为。
03
小波变换的算法实现
《小波分析概述》ppt课件
目录
• 小波分析的基本概念 • 小波变换的数学基础 • 小波变换的算法实现 • 小波分析在图像处理中的应用 • 小波分析在信号处理中的应用 • 小波分析的未来发展与挑战
01
小波分析的基本概念
小波的定义与特性
小波的定义
小波是一种特殊的数学函数，具有局 部特性和可伸缩性，能够在时间和频 率两个维度上分析信号。
一维小波变换算法
一维连续小波变换算法
01
基于连续小波基函数的变换方法，通过伸缩和平移参数实现信
号的多尺度分析。
一维离散小波变换算法
02
将连续小波变换离散化，便于计算机实现，通过二进制伸缩和
平移实现信号的多尺度分析。
一维小波包变换算法
03
基于小波包的概念，对信号进行更精细的分解，提供更高的频
率分辨率和时间分辨率。
图像增强
图像平滑
小波分析能够去除图像中的噪声 ，实现平滑处理，提高图像的视 觉效果。
细节增强
通过调整小波变换的参数，可以 突出图像中的某些细节，增强图 像的对比度和清晰度。
边缘检测
小波变换能够快速准确地检测出 图像中的边缘信息，有助于后续 的图像分析和处理。
图像识别
特征提取
小波变换可以将图像分解成不同频率的子带，提取出与特定任务 相关的特征，为后续的图像识别提供依据。
小波分析知识点总结
小波分析知识点总结小波分析的基本思想是利用小波函数对信号进行分解，得到不同尺度和频率的成分，然后对这些成分进行分析。
小波函数通常具有局部化特性，能够反映信号的局部特征，在时域和频域上都具有一定的分辨率，因此可以更准确地描述信号的时频特性。
小波分析主要包括小波变换、小波系数的选择、小波包分析、小波域滤波等内容。
下面将从这些方面对小波分析进行介绍。
1. 小波变换小波变换是小波分析的核心内容，它将信号分解成不同尺度和频率的成分。
小波变换包括连续小波变换和离散小波变换两种形式。
连续小波变换将信号分解成不同尺度和频率的成分，并且可以实现任意精细程度的分解。
但是由于小波函数是连续的，计算复杂度较高，因此应用较为有限。
离散小波变换是将连续小波变换进行离散化处理，从而降低计算复杂度。
离散小波变换可以通过小波分解和小波重构过程来实现信号的分解和重构，具有较好的实用性和计算效率。
小波变换具有多重分辨率分析的特点，可以在不同尺度和频率上对信号进行分析，具有较好的时频局部化特性。
2. 小波系数的选择小波系数对信号的分解和重构效果具有重要影响。
通常情况下，小波系数是由小波函数的形状和尺度决定的，不同的小波函数对信号的分解和重构效果有一定的影响。
常用的小波函数包括哈尔小波、Daubechies小波、Meyer小波、Gabor小波等。
这些小波函数具有不同的形状和尺度特性，可以适用于不同类型的信号。
在选择小波系数时，需要考虑信号的特点和分析的目的，选择合适的小波函数和尺度参数，以实现更好的分解效果。
3. 小波包分析小波包分析是小波变换的一种扩展形式，它能够对信号进行更为细致的分解。
小波包分析将信号进行逐层分解，得到更为丰富的频率成分，能够更准确地描述信号的时频特性。
小波包分析通常采用二叉树结构进行信号分解，在每层分解中都能够获得更为细致的频率分量。
小波包分析可以实现任意精细程度的频率分解，能够更充分地利用小波函数的局部化特性，对信号进行更为全面的时频分析。
第十二讲 小波基构造与常用小波 ppt课件
其输出信号的相位特性，除一常数外，与延时为 的输入信号 f (x )
的相位特性完全一致。也就是说，当滤波器具有线性相位时，输出信
ppt课件
9
号将不产生相位畸变。
原始信号
非畸变信号
畸变信号
ppt课件
10
2 常用小波
Haar 小波 Mexican hat 小波 Morlet 小波 Meyer 小波 Daubechies 小波系 Coiflet 小波系 Biorthogonal 小波系
k0
N k
k
1xk
ppt课件
24
3.3 构造步骤(二)
利用欧拉公式转化为含 e j 的各次幂的多项式，然后以 z e j 代替，
从而得到关于 z 的多项式 M (z) ，其中 M (z) 具有以下形式
M
(z)
a0
1 2
N 1
an (zn
n 1
zn)
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ppt课件
11
2.1 Haar小波
Haar 小波是一个最早应用也是最简单的具有紧支撑的正交小波 函数，其定义如下：
1, 0x1/ 2 (x) 1, 1/ 2x1
0 其它
ppt课件
12
2.2 墨西哥帽小波
ppt课件
29
求得 M (z) 0 的两个实根为
z1,2 2 3
因为
c
1 2
|
a1
|
1 2
，可得
m()
e j c(
z1
z1 )
1
e j
(
2 3)
2 2 3
1 2e j 1
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小波的几个术语及常见的小波基介绍小波的几个术语及常见的小波基介绍本篇是这段时间学习小波变换的一个收尾，了解一下常见的小波函数，混个脸熟，知道一下常见的几个术语，有个印象即可，这里就当是先作一个备忘录，以后若有需要再深入研究。
一、小波基选择标准小波变换不同于傅里叶变换，根据小波母函数的不同，小波变换的结果也不尽相同。
现实中到底选择使用哪一种小波的标准一般有以下几点：1、支撑长度小波函数Ψ(t)、Ψ(ω)、尺度函数φ(t)和φ(ω)的支撑区间，是当时间或频率趋向于无穷大时，Ψ(t)、Ψ(ω)、φ(t)和φ(ω)从一个有限值收敛到0的长度。
支撑长度越长，一般需要耗费更多的计算时间，且产生更多高幅值的小波系数。
大部分应用选择支撑长度为5~9之间的小波，因为支撑长度太长会产生边界问题，支撑长度太短消失矩太低，不利于信号能量的集中。
这里常常见到“紧支撑”的概念，通俗来讲，对于函数f(x)，如果自变量x在0附近的取值范围内，f(x)能取到值；而在此之外，f(x)取值为0，那么这个函数f(x)就是紧支撑函数，而这个0附近的取值范围就叫做紧支撑集。
总结为一句话就是“除在一个很小的区域外，函数为零，即函数有速降性”。
2、对称性具有对称性的小波，在图像处理中可以很有效地避免相位畸变，因为该小波对应的滤波器具有线性相位的特点。
3、消失矩在实际中，对基本小波往往不仅要求满足容许条件，对还要施加所谓的消失矩（Vanishing Moments）条件，使尽量多的小波系数为零或者产生尽量少的非零小波系数，这样有利于数据压缩和消除噪声。
消失矩越大，就使更多的小波系数为零。
但在一般情况下，消失矩越高，支撑长度也越长。
所以在支撑长度和消失矩上，我们必须要折衷处理。
小波的消失矩的定义为，若其中，Ψ(t)为基本小波，0<=p<N。
则称小波函数具有N阶消失矩。
从上式还可以得出，同任意n-1阶多项式正交。
在频域内表示就是Ψ(ω)在ω=0处有高阶零点（一阶零点就是容许条件）。
4、正则性在量化或者舍入小波系数时，为了减小重构误差对人眼的影响，我们必须尽量增大小波的光滑性或者连续可微性。
因为人眼对“不规则”(irregular)误差比“平滑”误差更加敏感。
换句话说，我们需要强加“正则性”(regularity)条件。
也就是说正则性好的小波，能在信号或图像的重构中获得较好的平滑效果，减小量化或舍入误差的视觉影响。
但在一般情况下，正则性好，支撑长度就长，计算时间也就越大。
因此正则性和支撑长度上，我们也要有所权衡。
消失矩和正则性之间有很大关系，对很多重要的小波（比如，样条小波，Daubechies 小波等）来说，随着消失矩的增加，小波的正则性变大，但是，并不能说随着小波消失矩的增加，小波的正则性一定增加，有的反而变小。
5、相似性选择和信号波形相似的小波，这对于压缩和消噪是有参考价值的。
二、常见的小波基以下列出的15种小波基是Matlab中支持的15种。
Mexican小波函数Haar Daubechies Biorthogonal Coiflets Symlets MorletMeyerHat小波缩写名haar db bior coif sym morl mexh meyr 表示形式haar db N biorNr.Nd coif N sym N morl mexh meyr 举例haar db3bior2.4coif3sym2morl mexh meyr1、Haar小波Haar，一般音译为“哈尔”。
Haar函数是小波分析中最早用到的一个具有紧支撑的正交小波函数，也是最简单的一个小波函数，它是支撑域在t∈[0,1]范围内的单个矩形波。
Haar小波在时域上是不连续的，所以作为基本小波性能不是特别好。
在Matlab中输入命令waveinfo('haar')可得到如下信息：General characteristics: Compactlysupportedwavelet, the oldest and the simplestwavelet.scaling function phi = 1 on [0 1] and 0otherwise.wavelet function psi = 1 on [0 0.5], = -1on [0.5 1] and 0 otherwise.Family HaarShort name haarExamples haar is the same as db1Orthogonal yesBiorthogonal yesCompact support yesDWT possibleCWT possibleSupport width 1Filters length 2Regularity haar is not continuousSymmetry yesNumber of vanishingmoments for psi 12、Daubechies(dbN)小波(紧支集正交小波)Daubechies，一般音译为“多贝西”。
Daubechies小波是由世界著明的小波分析学者Ingrid Daubechies(一般音译为英格丽·多贝西)构造的小波函数，我们一般简写成dbN，N是小波的阶数。
小波函数Ψ(t)和尺度函数φ(t)中的支撑区为2N-1，Ψ(t)的消失矩为N。
dbN小波具有较好的正则性，即该小波作为稀疏基所引入的光滑误差不容易被察觉，使得信号重构过程比较光滑。
dbN小波的特点是随着阶次（序列N）的增大消失矩阶数越大，其中消失矩越高光滑性就越好，频域的局部化能力就越强，频带的划分效果越好，但是会使时域紧支撑性减弱，同时计算量大大增加，实时性变差。
另外，除N=1外，dbN小波不具有对称性（即非线性相位），即在对信号进行分析和重构时会产生一定的相位失真。
dbN没有明确的表达式（除了N=1外，N=1时即为Haar小波）。
在Matlab中输入命令waveinfo('db')可得到如下信息：General characteristics: Compactlysupportedwavelets with extremal phase and highest number of vanishing moments for a given support width. Associated scaling filtersare minimum-phase filters.Family DaubechiesShort name dbOrder N N strictly positive integer Examples db1 or haar, db4, db15Orthogonal yesBiorthogonal yesCompact support yesDWT possibleCWT possibleSupport width 2N-1Filters length 2NRegularity about 0.2 N for large N Symmetry far fromNumber of vanishingmoments for psi N3、Symlet(symN)小波(近似对称的紧支集正交小波)Symlet小波函数是IngridDaubechies提出的近似对称的小波函数，它是对db函数的一种改进。
Symlet小波系通常表示为symN (N=2,3,…,8)。
symN小波的支撑范围为2N-1，消失矩为N，同时也具备较好的正则性。
该小波与dbN小波相比，在连续性、支集长度、滤波器长度等方面与dbN小波一致，但symN小波具有更好的对称性，即一定程度上能够减少对信号进行分析和重构时的相位失真。
在Matlab中输入命令waveinfo('sym')可得到如下信息：General characteristics: Compactlysupported wavelets withleast asymmetry and highest number ofvanishing momentsfor a given support width.Associated scaling filters are nearlinear-phase filters.Family SymletsShort name symOrder N N = 2, 3, ...Examples sym2, sym8Orthogonal yesBiorthogonal yesCompact support yesDWT possibleCWT possibleSupport width 2N-1Filters length 2NRegularitySymmetry near fromNumber of vanishingmoments for psi N4、Coiflet(coifN)小波根据R.Coifman的要求，Daubechies构造了Coiflet小波，它具有coifN (N=1,2,3,4,5)这一系列。
Coiflet的小波函数Ψ(t)的2N阶矩为零，尺度函数φ(t)的2N-1阶矩为零。
Ψ(t)和φ(t)的支撑长度为6N-1。
Coiflet的Ψ(t)和φ(t)具有比dbN更好的对称性。
在Matlab中输入命令waveinfo('coif')可得到如下信息：General characteristics: Compactlysupportedwavelets with highest number of vanishingmoments for both phi and psi for a givensupport width.Family CoifletsShort name coifOrder N N = 1, 2, ..., 5Examples coif2, coif4Orthogonal yesBiorthogonal yesCompact support yesDWT possibleCWT possibleSupport width 6N-1Filters length 6NRegularitySymmetry near fromNumber of vanishingmoments for psi 2NNumber of vanishingmoments for phi 2N-15、Biorthogonal(biorNr.Nd)小波为了解决对称性和精确信号重构的不相容性，引入了双正交小波，称为对偶的两个小波分别用于信号的分解和重构。