加性高斯白噪声 (AWGN) 和未抽取 DWT

信息处理 噪音 小波 高斯 去噪
2022-01-08 07:05:40

DWT 的一个好处是它是一种正交变换。

有说法认为,噪声分量的能量主要集中在高频(细节)部分,分布均匀。噪声分量的能量包含在幅度较小的较多小波系数中,而有用信号的能量集中在较少幅度较大的小波系数中。测井小波去噪及其地质性能

据我了解,这是由于 DWT 的正交性。

高斯白噪声的这种行为是否也成立:

  • 对于未抽取的 DWT(如 SWT 或 MODWT)。
  • 对于冗余形式的 DWT(与未抽取的版本相比) - 例如 DTCWT。

据我了解,它们都不是正交变换。

2个回答

正交变换的一个属性是白噪声在正交变换下保持白色(不相关)(可以说它是白噪声的一个属性)。

通常,此属性有助于导出运算符的属性(事情更简单)。

然而,此属性通常不适用于可能“着色”新基础中的噪声的转换。

DWT 的一个好处是它是一种正交变换

嗯,不完全是。一些标准 DWT 是正交的,但不是全部。在实践中使用的其他是双正交的。这使得计算更加困难。然而,对于足够接近正交的小波变换,将正交结果应用于非严格正交变换往往在实践中起作用。现实世界的噪声很少是完全白色的。但让我们从噪音开始。

未抽取的 DWT 或 DTCWT 属于帧,即一组受某些界限约束的生成向量:对于所有(我正在跳过技术条件),有使得:xXA>0B<

Ax2X2Bx2

其中 (正交性)是一种特殊情况。情况对应于紧框架,最接近的“冗余”等效于正交。在这种(接近)紧凑框架的情况下,事情通常是可以管理的。所以对于噪声部分,噪声系数通常不是白色的,因为一些相关性出现了冗余或非正交性。X2=x2A=B

然而,并不是所有的声音都消失了:

  • 小波帧通常保持一些噪声白化特性,
  • 有时,SWT 可以实现为正交基的联合,可以单独处理,然后重新组合(例如循环旋转),但这有点不理想,就像其他一些冗余变换一样:标量阈值是常见的,但次优,
  • 使用 SWT 仍然可以获得一些技术成果,例如,参见冗余离散小波变换和加性噪声,2005,J. Fowler
  • 对于 DTCWT,你的冗余要少得多,甚至可以得到一个紧凑的框架。好消息是,由于原始/双小波上的希尔伯特变换的特殊特性(及其互相关),您可以非常精确地表达噪声协方差,例如参见Dual-Tree Wavelet Decomposition 中的噪声协方差属性,C . Chaux et al., 2007. 这有助于设计好的块阈值算法,例如用于多通道图像去噪的非线性 Stein Based Estimator , C. Chaux et al., 2008。

所以或多或少,确实,

噪声分量的能量包含在更多幅度较小的小波系数中

现在,让我们专注于信号。正交性对基中的约束有很大影响:第一个向量有个自由度,第二个是等。因此,正交基向量可能不太容易很好地匹配,因此是集中的结构化信号或图像如果放宽正交性,则可以增强投影向量的多样性,并倾向于增加稀疏性,因此或多或少:NN1

有用信号的能量集中在较少幅度较大的小波系数上

但是等等,仅在变换域中,这可能是冗余的,并且与噪声相关。

然而,总而言之,具有一点管理良好的冗余(紧或几乎紧框架)和巧妙的阈值,非关键小波变换对于关键采样 DWT 通常是有益的。更通用的滤波器组也会发生这种情况,例如,参见“合成过采样复杂滤波器组的优化”,2009 年,J. Gauthier 等人。