离散小波变换输出:系数或 FIR 滤波信号?

信息处理 过滤器 小波 算法 载重吨
2022-02-18 13:33:05

我有一个关于离散小波变换计算的理论问题,具体使用 MATLAB。

根据这个关于 MATLAB 算法的视频教程:https ://it.mathworks.com/videos/understanding-wavelets-part-2-types-of-wavelet-transforms-121281.html

DWT算法对信号应用低通和高通滤波器,使用适当的滤波器获得低频信号和高频信号。这对我来说很有意义,因为应用滤波器(例如 FIR 滤波器)(即使用 MATLAB 中的 FILTER 函数)的输出是另一个信号。

但是,查看 Maltab 中函数 DWT 或 WAVEDEC 的文档,看起来 DWT 的第 j 步的输出不是另一个信号,而是 cAj 和 cDj 系数,低频和高频-然后可以重建频率信号。

所以我的问题是:应用于信号的滤波器是什么?为什么它提供系数而不是另一个信号?DWT 的应用和 FIR 滤波器的应用有什么区别?

换句话说,我似乎应用了一个滤波器(带有一些系数)来查找其他系数,而不是另一个信号……这对我来说并不是 100% 清楚。也许我误解了一些基本概念,你能澄清一下吗?

1个回答

在一个级别的 DWT 中,低通或高通的每个输出确实可以被视为信号。因此,这些信号中的每一个都被二次采样 2 倍,并且相同的两个滤波器二次采样在低通输出上迭代数次(小波分解)L水平。不同分支的每个最终输出仍然可以单独被视为“信号”,但对于输入信号,它们只有一起才有意义。系数是它们的传统名称。老实说,我不知道它最初出现在哪里。

每个都代表一定规模的信息,它们并不真正属于同一个领域它们是从多分辨率分析投影到嵌套小波子空间的信号。它们完全属于全球转型。换句话说:观察到的值是具有大量小波足迹的信号(尤其是因为二次采样)。单独分析它们(不考虑小波投影)在理论上是危险的,甚至被称为“小波罪”或“小波犯罪”,例如参见:小波变换:只有样本可用时如何计算初始系数?(Strang 和 Nguyen,小波和滤波器组,1996 年,第 232 页)。然而,人们往往会以实际效率犯罪,而对于正交非冗余变换,它往往不会太糟糕。

无论如何,由于 DWT 方案的可逆性,您将通过以下方式获得“更真实”的信号:保持一些系数(将其他系数设置为零),尤其是每个“单独的子带系数集”,并执行(唯一)逆 DWT对于每个 L+1子带系数集。从那些L+1倒置,你得到L+1原始域中的重构信号,其总和产生原始信号(小波的线性)。

当使用小波基、小波框架等的并集时,“小波犯罪”通常会变得更加严格。至于MODWT,我不会(还)肯定我完全理解这个概念。它的设置类似于未抽取的、移位不变的循环旋转或冗余离散小波。虽然 DWT 生成N系数N- 采样信号,无论电平如何,MODWT 生成大约(L+1)N系数。据我所知,MODWTMRA为 DWT 做了与上述类似的工作:将冗余小波系数投影回原始域,以便它们的总和返回原始信号。旁注:对于冗余变换,逆不是唯一的。