小波分析算法资料整理总结
(完整word版)小波分析-经典
时间序列—小波分析时间序列（Time Series ）是地学研究中经常遇到的问题。
在时间序列研究中，时域和频域是常用的两种基本形式。
其中,时域分析具有时间定位能力，但无法得到关于时间序列变化的更多信息；频域分析（如Fourier 变换)虽具有准确的频率定位功能，但仅适合平稳时间序列分析.然而，地学中许多现象(如河川径流、地震波、暴雨、洪水等)随时间的变化往往受到多种因素的综合影响,大都属于非平稳序列，它们不但具有趋势性、周期性等特征，还存在随机性、突变性以及“多时间尺度"结构，具有多层次演变规律.对于这类非平稳时间序列的研究,通常需要某一频段对应的时间信息，或某一时段的频域信息.显然，时域分析和频域分析对此均无能为力。
20世纪80年代初，由Morlet 提出的一种具有时—频多分辨功能的小波分析(Wavelet Analysis ）为更好的研究时间序列问题提供了可能,它能清晰的揭示出隐藏在时间序列中的多种变化周期，充分反映系统在不同时间尺度中的变化趋势,并能对系统未来发展趋势进行定性估计.目前,小波分析理论已在信号处理、图像压缩、模式识别、数值分析和大气科学等众多的非线性科学领域内得到了广泛的应。
在时间序列研究中，小波分析主要用于时间序列的消噪和滤波，信息量系数和分形维数的计算，突变点的监测和周期成分的识别以及多时间尺度的分析等。
一、小波分析基本原理1. 小波函数小波分析的基本思想是用一簇小波函数系来表示或逼近某一信号或函数。
因此，小波函数是小波分析的关键，它是指具有震荡性、能够迅速衰减到零的一类函数，即小波函数)R (L )t (2∈ψ且满足:⎰+∞∞-=0dt )t (ψ (1）式中，)t (ψ为基小波函数，它可通过尺度的伸缩和时间轴上的平移构成一簇函数系：)abt (a)t (2/1b ,a -=-ψψ 其中,0a R,b a,≠∈ (2） 式中,)t (b ,a ψ为子小波；a 为尺度因子，反映小波的周期长度；b 为平移因子，反应时间上的平移。
小波分析
小波分析小波分析是一种在信号处理领域中常用的数学工具。
它可以分析和处理各种类型的信号，包括音频、图像和视频等。
小波分析的概念来源于法国数学家Jean Morlet在20世纪80年代提出的一种数学理论，经过不断的发展和改进，如今已成为信号处理中不可或缺的技术之一。
小波分析的基本思想是将信号分解成不同尺度和频率的小波基函数。
这些小波基函数可以看作是时间和频率的局部性的权衡。
相比于传统的傅里叶分析和傅立叶变换方法，小波分析更加适用于处理非平稳信号，因为它允许信号在时间和频率上的变化。
小波分析的核心概念是小波变换，它将信号分解成不同频率的小波分量，并用小波系数表示。
这些小波系数可以提供关于信号的时间和频率信息。
小波变换可以通过离散小波变换（DWT）或连续小波变换（CWT）来实现。
DWT适用于离散信号，而CWT适用于连续信号。
小波分析有许多优点。
首先，它可以提供更精确的时间和频率信息。
由于小波基函数具有局部性，它们可以更好地捕捉信号的瞬时特性。
其次，小波分析可以有效地处理非平稳信号。
传统的傅里叶变换方法基于信号是稳态的假设，对于非平稳信号的处理效果会相对较差。
而小波分析通过局部分析的方式，可以更好地处理非平稳信号。
此外，小波分析还可以提供多分辨率分析的能力。
通过对小波系数的分层表示，可以在不同的分辨率下对信号进行分析，从而可以同时关注信号的整体结构和细节。
在实际应用中，小波分析有广泛的应用。
在音频和音乐领域，小波分析可以用于音频信号的压缩、去噪和特征提取等方面。
在图像和视频领域，小波分析可以用于图像压缩、边缘检测和运动分析等。
此外，小波分析还可以应用于金融领域的数据分析、生物医学信号的处理和地震信号的分析等。
总的来说，小波分析是一种强大的信号处理技术，它可以提供更精确和全面的信号分析。
小波分析在不同领域有广泛的应用，并且随着技术的发展和创新，其应用范围还会不断扩大。
通过深入研究和应用小波分析，我们可以更好地理解和处理各种类型的信号，为我们的生活和工作带来更大的便利和效益。
小波算法原理
小波算法原理小波算法是一种数学工具，用于信号分析和压缩。
它是一种基于时间和频率的分析方法，能够将信号分解成不同尺度和频率的成分，从而更好地理解信号的特征和结构。
小波变换是小波分析的核心方法，它基于一组小波函数，通过对信号进行卷积运算，得到信号的小波系数。
小波函数是一种特殊的函数，具有局部性和多尺度分辨率的特点，可以有效地描述信号的时域和频域特征。
在小波变换中，信号被分解成低频部分和高频部分。
低频部分代表信号的趋势和慢变化信息，而高频部分则代表信号的细节和快速变化信息。
通过迭代地进行分解，可以得到不同尺度和频率的小波系数。
这些小波系数包含了信号在不同尺度和频率上的能量分布情况，可以提供信号的时间-频率局部特征。
小波变换的另一个重要概念是小波包。
小波包是对小波系数进行进一步分解和重构的方法，可以得到更精细的频率分量。
小波包将信号分解成多个频带，并通过对每个频带进行进一步的分解和重构，得到更多尺度和频率的小波系数。
小波算法的主要应用之一是信号压缩。
由于小波变换在时域和频域上都具有局部性，可以提取信号的局部特征，因此在信号压缩中具有较好的效果。
小波压缩算法通过对信号的小波系数进行阈值处理，将能量较小的系数设为零，从而减少信号的冗余信息，实现信号的压缩。
小波算法还可以用于信号的去噪和特征提取。
由于小波变换能够提供信号在不同尺度和频率上的能量分布情况，因此可以通过对小波系数进行阈值处理，将能量较小的系数设为零，实现信号的去噪。
同时，由于小波变换具有良好的时频局部特性，可以提取信号的瞬时频率和瞬时幅度信息，用于信号的特征提取和模式识别。
总结起来，小波算法是一种基于时间和频率的信号分析方法，通过小波变换和小波包分解，可以将信号分解成不同尺度和频率的成分，从而更好地理解信号的特征和结构。
小波算法在信号压缩、信号去噪和特征提取等方面具有广泛应用，是一种重要的数学工具。
小波分析方法
20小波去噪(1) Nhomakorabea21
小波去噪(2)
22
基于小波的图像融合
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基于小波的图像融合实例(1)
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基于小波的图像融合实例(2)
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基于小波的图像融合实例(3)
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基于小波的图像融合实例(4)
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基于小波的图像融合实例(5)
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IR-Fusion技术
IR-Fusion技术可实时将红外图像和可见光图像以像素对像 素的方式融合并显示成一个图像。据称,IR-Fusion是唯一 允许用户在相机屏幕上就可对图像进行操作的技术。该技 术的出现使用户可以发现类似红外热像仪一般不能检测到 的问题。
R
f (t ) (
1 t b W ( a , b ) ( )dadb f 2 a a R R
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8.2 小波的应用领域 • 模式识别——指纹，人脸
• 语音识别——语音特征提取
• 地震勘探——异常信号捕捉 • 数据压缩——选用高消失距的小波基 • 故障诊断——检测突变信号 • 医疗监护——检测异常生理信号
• 信号降噪——一维信号降噪
• 图像降噪——二维信号降噪
• 数据融合
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小波应用 一维小波分解ca1,cd1
14
一维小波分解ca3,cd3,cd2,cd1
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一维小波分解 S=a1+d1
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一维小波分解 S=a3+d3+d2+d1
17
二维小波分解
18
二维小波分解与重建
19
基于小波的奇异性分析
8 小波分析方法
8.1 小波分析与傅里叶变换的比较 8.2 小波应用
小波分析与应用
小波分析与应用小波分析是一种数学工具，用于研究信号和数据的频率特性和时域特性。
它的发展源于20世纪70年代，随着数字信号处理和数据分析的普及，小波分析也逐渐得到广泛的应用。
本文将探讨小波分析的基本原理、算法和应用领域。
一、小波分析的基本原理小波分析是一种时频分析方法，它可以将信号分解为不同频率的成分，并且可以根据需要在时域和频域之间进行转换。
小波分析与傅里叶分析相比，不仅可以提供信号的频率信息，还可以提供信号的时域信息，因此在研究非平稳信号和脉冲信号方面具有很大的优势。
小波分析的基本原理是将信号与一组小波函数进行相关计算，通过对小波函数的不同尺度和平移进行变换，可以得到信号在不同频率下的时域表示。
小波分析中使用的小波函数可以是多种形式，常用的有Morlet小波、Daubechies小波和Haar 小波等，每种小波函数有不同的频率特性和时域特性，可根据信号的特点选择合适的小波函数。
二、小波分析的算法小波分析的算法主要包括离散小波变换(DWT)和连续小波变换(CWT)两种。
离散小波变换是指将信号离散化后进行小波分解的过程。
首先，将信号进行一系列的低通滤波和高通滤波操作，得到两个低频和高频信号序列。
然后，将低频信号继续进行低通和高通滤波，得到更低频的信号序列和更高频的信号序列。
这个过程可以一直进行下去，直到得到满足要求的分解层数。
最后，将分解得到的低频和高频序列进行逆变换，得到重构后的信号。
连续小波变换是指将信号连续地与小波函数进行相关计算，得到信号的时频表示。
连续小波变换具有尺度不变性和平移不变性的特点，可以对不同尺度和平移位置下的信号成分进行分析。
然而，连续小波变换计算复杂度高，在实际应用中往往采用离散小波变换进行计算。
三、小波分析的应用领域小波分析因其在时频分析和信号处理中的优势，得到了广泛的应用。
以下是小波分析在不同领域的应用示例：1. 信号处理：小波分析可以用于去噪、压缩和特征提取等信号处理任务。
小波分析小结（小编整理）
小波分析小结（小编整理）第一篇：小波分析小结小波分析的形成小波分析是一门数学分支，是继Fourier变换之后新的时频域分析工具。
小波理论的形成经历了三个发展阶段：Fourier变换阶段：Fourier变换是将信号在整个时间轴上进行积分，它将信号的时域特征和频域特征联系起来，分别进行分析。
设信号f(t)，其Fourier变换为：F(ω)=⎰f(t)e-iωtdt-∞∞F(ω)确定了f(t)在整个时间域上的频谱特性。
但Fourier变换不能对信号从时域和频域结合起来分析，它是一种全局变换，在时间域上没有任何分辨率。
例：f(t)=1,(-2<=t<=2)，其Fourier变换对应图如下：短时Fourier变换阶段：短时Fourier变换即加窗Fourier变换，其思想是把信号分成许多小的时间间隔，用Fourier分析每个时间间隔，以确定该间隔存在的频率，达到时频局部化目的。
其表达式为：Gf(ω,τ)=〈f(t),g(t-τ)ejωt〉=⎰f(t)g(t-τ)e-jωtdtR式中，g(t)为时限函数，即窗口函数，e-jωt起频限作用，Gf(ω,τ)大致反映了f(t)在τ时、频率为ω的信号成分含量。
由上式，短时Fourier变换能实现一定程度上的时频局部化，但窗口函数确定时，窗口大小和形状固定，所得时频分辨率单一。
小波分析阶段：为了克服上述缺点，小波变换应运而生。
小波变换在研究信号的低频成分时其窗函数在时间窗长度上增加，即在频率宽上减小；在研究信号的高频成分时其窗函数在时间窗长度上减小，而在频率宽上增加。
对信号可以进行概貌和细节上的分析。
小波的定义：∝(ω)，若满足设ψ(t)∈L2(R)（为能量有限的空间信号），其Fourier变换为ψ容许条件：|ψ(ω)|2⎰-∞|ω|dω<+∞∞∝∝(0)=∞ψ(t)dt=0，说明ψ(t)具有波动则称ψ(t)为母小波，由容许条件可得：ψ⎰-∞性，在有限区间外恒为0或快速趋近于0.t-12以Marr小波ψ(t)=(1-t)e2为例，如下图：2π2将母小波进行伸缩平移所得小波系列称为子小波，定义式如下:ψb,a(t)=1t-bψ(),a>0aa其中a为伸缩因子，b为平移因子。
小波分析基础学习资料
? 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。
(1.9)
称 f?(? ) 为f(t)的傅立叶变换，反变换公式为
? f (t ) ? ?? f?(? )e i? t d? ??
(1.10)
有了傅立叶变换，我们可以很容易地将时域信号 f(t)转换到频 域 f?(? )上，于是信号的频率特性一目了然，并且与傅立叶级数 一样，傅立叶变换将一段信号的主要低频能量都集中在频率信 号的前面几项，这种能量集中性有利于进一步的处理。在过去 200年里，傅立叶分析在科学与工程领域发挥了巨大的作用， 但傅立叶分析也有不足，主要表现在以下两点：
数表示成如下形式：
? f (t) ?
a0 2
?
??
(ak cos k? 0t ? bk sin k? 0t)
i?1
(1.4)
这就是著名的傅立叶级数，cos k? 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，
可由以下公式计算：
?2
ak ? T
(1.13)
构成L2(R)的一个规范正交基。故任何一个能量有限信号 f(t)? L2(R) 可以分解为
?? f (t) ?
c j,k? j,k (t)
j? Z k? Z
? 其中c j,k ??
f (t),? j,k (t) ??
小波分析法
小波分析法
小波分析法是近些年迅速发展的一门分析工具。
小波分析法源自它的发明者尤塔·贝克（Inventor Yuriy Buck）于1987年提出，他提出小波变换并发展出一个方便用于研究各种类型时间序列信号及其特性的算法。
从此，小波分析法就变成了由计算机代替人工实施物理信号分析的重要工具。
小波分析法有利于科学家们研究各种物理现象，有助于他们精确强大的来对物
理实体进行分析和建模，例子如高等教育领域的模拟和分析。
有了小波分析法所提供的这种分析框架，科研人员们得以更好的把握和理解这些系统物理现象。
尤其在高等教育领域，小波分析法能够很好地分析出更好的结构及其处理方案，有效地评估和控制在系统运行过程中存在的不稳定因素。
此外，小波分析法也可以用于识别特定动作和信号特性，实现识别以及记忆。
例如可以应用于语音识别、回声测量仪行为分析等识别，以及用于还原复杂信号的恢复。
在高等教育领域，小波分析法可以用于分析大量的资料和数据，把复杂的数据进行有效地拆分，从而优化高等教育分析结果。
综上所述，小波分析法可以为高等教育提供全面、准确的分析技术，无论是数
据收集、统计分析、识别信号特性等等，小波分析法都可以提供强大的工具。
因此，小波分析法对于高等教育行业具有十分重要的意义，并将在未来发挥更大的作用。
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一、小波分析基本原理：
信号分析是为了获得时间和频率之间的相互关系。
傅立叶变换提供了有关频率域的信息，但有关时间的局部化信息却基本丢失。
与傅立叶变换不同，小波变换是通过缩放母小波（Mother wavelet）的宽度来获得信号的频率特征，通过平移母小波来获得信号的时间信息。
对母小波的缩放和平移操作是为了计算小波系数，这些小波系数反映了小波和局部信号之间的相关程度。
相关原理详见附件资料和系统设计书。
注：小波分析相关数学原理较多，也较复杂，很多中文的著作都在讨论抽象让非数学相关专业人难理解的数学。
本人找到了相对好理解些的两个外文的资料：
Tutorial on Continuous Wavelet Analysis of Experimental Data.doc
Ten.Lectures.of.Wavelets.pdf
二、搜索到的小波分析源码简介
（仅谈大体印象，还待继续研读）：
１、83421119WaveletVCppRes.rar
源码类型：VC++程序
功能是：对简单的一维信号在加上了高斯白噪声之后进行Daubechies小波、Morlet小波和Haar小波变换，从而得到小波分解系数；再通过改变分解得到的各层高频系数进行信号的小波重构达到消噪的目的。
说明：在这一程序实现的过程中能直观地理解信号小波分解重构的过程和在信号消噪中的重要作用，以及在对各层高频系数进行权重处理时系数的选取对信号消噪效果的影响。
但这是为专业应用写的算法，通用性差。
２、WA.FOR（南京气象学院常用气象程序中的小波分析程序）
源码类型：fortran程序
功能是：对简单的一维时间序列进行小波分析。
说明：用的是墨西哥帽小波。
程序短小，但代码写得较乱，思路不清，还弄不明白具体应用。
３、中科院大气物理学所.zip（原作者是美国Climate Diagnostics Center的C. Torrence 等）源码类型：fortran和matlab程序各一份
功能是：气象应用。
用小波分析方法对太平洋温度的南方涛动指数进行分析。
说明：用的是Morlet和墨西哥帽小波。
程序编写规范，思路清晰，但这是为专业应用写的算法，通用性差。
４、Morlet小波变换源程序.rar
源码类型：matlab程序
功能是：对简单的一维时间序列进行小波分析。
说明：用的是墨西哥帽小波。
程序短小，但代码写得较乱，思路不清，还弄不明白具体应用。
５、Morlet小波计算函数封装源程序.rar
源码类型：matlab程序
功能是：对一维时间序列信号进行连续小波变换程序。
说明：用的是Morlet小波。
程序短小，代码调用了matlab内置函数wave，并使用了卷积进行求解，源码中的多个参数的选择和设置原理和依据还弄不明白。
６、计算关于时间序列数据的的小波变换fortran程序.rar
源码类型：fortran程序
功能是：对简单的一维时间序列进行小波变换。
说明：用的是DOG小波、Morlet小波、Paul小波。
程序较长，代码写得较乱，还弄不明白具体应用。
三、小波分析底层基本算法实现的困难：
１、小波分析中用的小波基函数的种类很多，选择不同基小波函数的，变换内核的计算实现方法不同。
２、小波分析的应用领域非常多，不同的应用领域的小波算法框架不同。
３、小波分析的输入输出参数较多，但在应用时灵活度不强，对不同小波基函数和不同的应用有着不同的参数选择和设定方法，同时表现出不同的性质。
因而，很多时候小波在不同的实际应用时的算法和编码实现有差别非常大。
从目前本人收集到的５个小波分析源程序的分析来看，这６个源程序的具体实现思路、参数选择和设置各不相同。
总之，很难设定一个比较标准通用的小波分析底层算法。