为什么高通滤波器会导致离散小波变换 (DWT) 下采样?

信息处理 小波 奈奎斯特 载重吨
2022-02-05 12:59:28

根据维基百科对离散小波变换的描述,信号产生一组:

  • 近似系数(低通:通过平均+下采样)
  • 细节系数(高通:与小波卷积+下采样)

载重吨 1 级

这个过程在近似系数上级联:

级联

为什么要对信号的高频部分进行下采样以及如何保留信息?可以重建吗?奈奎斯特定理会导致信息丢失吗?


我看过的资料来源:

3个回答

假设原始采样率为Fs并且过滤器是完美的砖墙半带过滤器。低通滤波后的频率内容来自0Fs4. 由于新的带宽,采样率可以降低到Fs/2.

对于高通滤波器,频率成分位于范围内Fs4Fs2. 范围内没有内容0Fs4. 在这种情况下,我们也可以将采样率降低 2 倍。下采样导致频率内容在Fs4Fs2别名到范围内0Fs4,但是因为在这个范围内没有频率内容,由于高通滤波器,我们没有丢失任何信息。

整个想法是每一层都将图像信息分成两半,每一半可以用前一层的一半系数来表示。

否则,你不会做太多的分解,对吗?

所以,因为你只需要一半的系数(其余的都是多余的),你只需要保留一半的系数。这就是抽取阶段所做的。

经典的离散小波变换被严格抽取。换句话说,它应该保留“样本”的数量。换言之,除了数据边界效应外,小波系数的数量应该与数据样本的数量相同。

更一般地说,一个临界采样的分析多频带滤波器组M渠道(M=2对于 DWT)由M过滤器Hm并行,然后是下采样因子km, 这样m{1M}1/km=1.

可逆滤波器组需要存在完美的合成滤波器组。它由M过滤器Gm并行,组合到一个输出上,前面是相应的上采样因子km. 因此,输入和输出具有相同的全局样本数。但信息不会丢失,只有在某些条件下HmGm被满足。

当然,与M=1,不需要二次采样(无混叠),但如果 H1是不可逆的,你会失去信息。此外,如果H1是 FIR,是逆不是(不重要的情况除外)。

小波的神奇之处在于M=2,有很多对 FIR 滤波器,即使你将它们的输出下采样2并创建混叠,存在 FIR 合成滤波器组。因此,2 倍下采样会在低通和高通滤波器输出上产生混叠(实际上,高通输出会转移到频谱的较低部分)。但是合成滤波器组可以消除这种混叠。

最后,对于一些精挑细选的分析合成滤波器,即使中间出现混叠,也最终被消除,奈奎斯特仍然满足。