浅谈学习小波分析

所谓"小"是指它具有衰减性,而称之为"波"则是指它的波动性,其振幅正负相间的震荡形式。它通过伸缩平移运算

“小波”就是小的波形。所谓”小”是指它具有衰减性,而称之为”波”则是指它的波动性,其振幅正负相间的震荡形式。与Fourier变换相比,小波变换是时间(空间)频率的局部化分析,它通过伸缩平移运算对信号逐步进行多尺度细化,最终达到高频处时间细分。

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而低频处频率的细分,能自动适应时频信号分析的要求,从而可聚焦到信号的任意细节,解决了Fourier变换的困难问题,成为继Fourier变换以来在科学方法上的重大突破。

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小波函数源于多分辨分析,其基本思想是将扩中的函数f(t)表示为一系列逐次逼近表达式,其中每一个都是f(t)动经过平滑后的形式,它们分别对应不同的分辨率。它可以用于边界的处理与滤波、时频分析、信噪分离与提取弱信号、求分形指数、信号的识别与诊断以及多尺度边缘检测等领域。

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在学习傅里叶变换的时候我们接触过周期信号的傅里叶变换。傅里叶级数的直观感受就是任意一个周期信号可以用N个正余弦叠加来表示。这些正余弦的频率和幅度各异。每一个余弦信号都有着自己固定的频率和幅值。在傅里叶变换之后,对应频域上不同频率的幅值不同。

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但傅里叶变换存在以下不足:

1、傅立叶变换的三种形式中的傅立叶系数都是常数,不随时间t变化,因而只能处理频谱成分不变的平稳信号。相反的,在处理非平稳信号时会带来很大误差,甚至与实际情况大相径庭。

2、求傅立叶系数是全时间域T上的加权平均,局部突变信息被平均掉了,局部突变信息的作用很难反映出来。在处理、捕捉突变信号的时候,由于差别比较大,如故障信号,导致灵敏度很差。

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由于傅立叶变换上的不足,必须进一步改进方法,克服不足点,这就导致了小波分析的产生。小波级数是两重求和,小波系数的指标不仅有频率的指标 ,而且还有时间的指标。也就是说,小波系数不仅像傅立叶系数那样,是随频率不同而变化的,而且对于同一个频率指标,在不同时刻,小波系数也是不同的。

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与傅立叶变换相比,小波变换是时间和频率的局部变换,因而能有效地从信号中提取信息。通过伸缩和平移等运算功能可对函数或信号进行多尺度的细化分析,解决了傅里叶变换不能解决的许多困难问题。

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从图像处理的角度看,小波变换的优点:

1、小波分解可以覆盖整个频域

2、小波变换通过选取合适的滤波器,可以极大的减小或去除所提取得不同特征之间的相关性

3、小波变换具有”变焦”特性,在低频段可用高频率分辨率和低时间分辨率,在高频段,可用低频率分辨率和高时间分辨率。

4、小波变换实现上有快速算法。

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小波变换的学习方法:

1. 首先对小波分析有一个大致的了解,建立感性认识。

2. 对信号与系统和数字信号处理两个领域有大致的了解。

3. 学习泛函分析,掌握相关概念,建立数学基础。认为小波分析难的人,都认为小波分析难在数学上,其真正原因是这部分学习者缺失了泛函分析方面的基础,而大部分小波分析的教程又都假设读者具备这方面的基础。

4. 开始具体的小波分析理论学习。

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这样就对小波分析有了一定的了解,可以根据具体应用深入下去了。

从数学上讲,小波分析与傅里叶分析的原理相同,归为函数逼近,或者函数”展开”。傅里叶分析以三角函数为基底,小波分析以小波基函数为基底。三角函数的优势在于光滑性,小波基函数的主要优点是多尺度和紧支撑。

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从信号处理的角度来看,傅里叶分析更适合光滑性比较好的信号,小波分析在处理奇异信号优势明显。经过多年年的沉淀,傅里叶分析与小波已经找准了各自的位置,可以尝试,但不必对任何一者的期望过高。

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学习是一个漫长的过程,学习的目的要尽可能地放远,放大。学习做实验,不是非得三次就成功,而是学习知识,思考,练习,创新的过程。

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慢慢的你会发现,在学习中体验到最快乐的那个点,不是最终得到结果的那一刻,而是在不断的失败中,当发现自己寻找到好的方法,或者解决掉一个难题时,那是最快乐。因为那个时刻,你在乎的不是结果,而是这个过程带给你的思考,带给你的方法,带给你的沉淀和积累。

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