小波变换网文精粹:小波变换和motion信号处理(八)

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小波变换网文精粹:小波变换和motion信号处理(八)

转自:http://www.kunli.info/2011/02/18/fourier-wavelet-motion-signal-2/

八、Haar小波分解示例

        假设我们有这样一个信号:

                    

该信号长度为8,是离散的一维信号。我们要考虑的,就是如何用小波将其展开。为了方便讲解,我们考虑最简单的一种小波,哈尔小波。下面是它的一种母小波:

                    

那如何构建基于这个母小波的基呢?刚才提到了,要缩放,要平移。我们先试试缩放,那就是ψ(2n):

                   

但这样的话,它与自己的内积就不是1了,不符合小波基orthonormal的要求,所以我们要在前面加一个系数根号二,这样我们就得到了另一个哈尔小波的basis function:

                   

        同理,我们可以一直这样推广下去做scale,得到4n,8n,…….下的basis function。当然在这个例子里,我们信号长度就是8,所以做到4n就够了。但推广来说,就是这种scaling对母小波的作用为 ,这是归一化后的表示形式。

        平移的话也很简单,我们可以对母小波进行平移,也可以对scale之后的basis function进行平移。比如对上一幅图中的basis function进行平移,就成了

                    

看得出来,平移后的basis function和母小波以及仅仅scale过的小波,都是正交的,符合小波basis的特点。如果我们用ψ(n)来表示这个mother wavelet,那么这些orthonormal basis函数可以写成:

                    

这里的k是可以看成时域的参数,因为它控制着小波基时域的转移,而j是频域的参数,因为它决定了小波基的频率特性。看到这里,你应该会感觉很熟悉,因为这里的平移和变换本质和刚才对scaling function的平移变换是一模一样的。

        这样,我们就有了针对此信号space的哈尔小波basis组合:

                    

                                                                                                      图1

        可以看出,我们用到了三层频率尺度的小波函数,每往下一层,小波的数量都是上面一层的两倍。在图中,每一个小波基函数的表达形式都写在了波形的下面。

        等等,你可能已经发现了,有问题。这里为什么多了个没有函数表达式的波形呢?这货明显不是wavelet function阿。没错,它是之前提到的scaling function,也就是父小波。然后你可能就会问,为啥这个凭空插了一个scaling function出来呢?明明目标信号已经可以用纯的小波基组合表示了。是,确实是,就算不包括scaling function,这些小波函数本身也组成了正交归一基,但如果仅限于此的话,小波变换也就没那么神奇的功效了。引入这个scaling function,才能引入我们提到的多解析度分析的理论,而小波变换的强大,就体现在这个多解析度上。那在这里,我们怎么用这个多解析度呢?这个哈尔小波basis组合是怎么通过多解析度推导出来的呢?

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