小波分析

小波是一种数学函数,用来把一个函数或信号写成其他更简单的函数来研究。许多信号处理任务都可以用小波变换来看待。非正式地讲,在镜头下可以看到信号,放大率由小波的尺度给出。这样,我们只能看到由所用小波的形状决定的信息。

英文"wavelet"一词是由法国物理学家Jean Morlet和Alex Grossman在20世纪80年代初提出的。他们使用的是法语"ondelette"(意为"小波")。后来,这个词被翻译成英文,把"onde"翻译成"wave",就有了"wavelet"。

小波是来自Hilbert空间ψL 2 ( R )的(复)函数{\displaystyle\psi\in L^{2}(\mathbb {R} )} {\displaystyle \psi \in L^{2}(\mathbb {R} )}。对于实际应用,它应满足以下条件。

它的能量一定是有限的。

∫ - ∞ ∞ | ψ ( t ) | 2 d t < ∞ {\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }|\psi (t)|^{2}dt<\infty }。 {\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }|\psi (t)|^{2}dt<\infty }

它必须满足受理条件。

∫ 0 ∞ | ψ ^ ( ω ) | 2 ω d ω < ∞ {\displaystyle int _{0}^{\infty }{{|{\hat {psi }}(\omega )|^{2}}}。\over { {omega}didomega </infty}。{\displaystyle \int _{0}^{\infty }{{|{\hat {\psi }}(\omega )|^{2}} \over {\omega }}d\omega <\infty }其中ψ ^ {displaystyle {hat {psi }}}{\displaystyle {\hat {\psi }}}ψ {displaystyle {psi}}Fourier变换。 {\displaystyle \psi \,}

零均值条件意味着从受理条件。

∫ - ∞ ∞ ψ ( t ) d t = 0 {\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }\psi (t)dt=0}。 {\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }\psi (t)dt=0}

ψ {displaystyle \psi \,}{\displaystyle \psi \,}函数称为母小波。它的翻译(移位)和稀释(缩放)归一化版本定义如下。

ψ a , b ( t ) = 1 a ψ ( t - b a ) {\displaystyle\psi _{a,b}(t)={\frac {1}{\sqrt {a}}}\psi \left({{t-b} \over {a}}\right)}。 {\displaystyle \psi _{a,b}(t)={\frac {1}{\sqrt {a}}}\psi \left({{t-b} \over {a}}\right)}

原母小波的参数为a=1 {\displaystyle a=1{\displaystyle a=1}}b=0 {\displaystyle b=0{\displaystyle b=0}}。翻译由b {displaystyle b{\displaystyle b}}参数描述,扩张由a {displaystyle aa}参数描述。

小波Zoom
小波

问题和答案

问:什么是小波?
答:小波是一种数学函数,用于将一个函数或信号写成其他更简单的函数,以便于研究。它可以在镜头下看到由小波的比例给定的放大率,让我们只看到由其形状决定的信息。

问:谁提出了 "小波 "这个术语?
答:英文术语 "wavelet "是由法国物理学家Jean Morlet和Alex Grossman在20世纪80年代初提出的,他们使用了法语单词 "ondelette"(意思是 "小波")。后来,这个词被带入英语,将 "onde "翻译成 "波",得到了 "小波"。

问:对于实际应用,小波必须满足什么?
答:在实际应用中,小波必须具有有限的能量,并满足一个可接受的条件。这个可接受性条件指出,它必须具有零平均数,并且满足小于无穷大的频率上的积分。

问:在提到小波时,平移和扩张是什么意思?
答:平移是指母小波沿时间轴的移动,而扩张是指母小波沿时间轴的缩放或拉伸/收缩。这两个参数(平移和扩张)分别用b和a描述。

问:小波的平均值为零是什么意思?
答:零平均值意味着,当对从负无穷到正无穷的所有t值进行积分时,总和应等于0,即∫-∞ψ(t)dt=0。如上所述,这一要求来自于可接受性条件本身。

问:母小波是如何定义的?
答:母小波被定义为原始母小波的翻译(移位)和扩展(缩放)的归一化版本,其参数为'a'=1和'b'=0。

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