小波变换

前提是你 提交于 2019-12-23 02:10:18

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小波变换和motion信号处理(十一)

(十一)scaling function与小波函数的结合

  说到这里,可能你对scaling function以及多解析度分析已经比较理解了。但是,我们还没有涉及到它们在小波变换中的具体应用,也就是还没有回答刚才那个问题:凭空插了一个scaling function到小波basis组合中干嘛。也就是说,我们希望理解scaling function是怎么和小波函数结合的呢,多解析度能给小波变换带来什么样的好处呢。这其实就是是小波变换中的核心知识。理解了这个,后面的小波变换就是纯数学计算了。

好,我们已经知道,对于子空间V0,basis是scaling function:

对应的小波函数是:

ps:在V0中的scaling function和wavelet function的组合:子空间V0中scaling function 8个单位全都是,V1的basis集合等于 根号2分之一乘以(V0 scaling function  V0  wavelet function)。V0中j=0,2的j次幂为basis 分段数,V0中2的0次方为1,scaling function 为一整部分;V1中j=1,V1中的basis 分成2的1次方,2部分。可以通过平移的到。8个单位对应部分相加。scaling function 和 wavelet function 也是对应组合。(如果对应位异号,则两者相减,结果乘以根号2分之一;如果对应位同号,则两者相加,结果乘以根号2分之一。???)

然后子空间V1的basis集合是这俩哥们:

看出什么规律了么?多看几次这三个图,你会惊讶地发现,在V0中的scaling function和wavelet function的组合,其实就是V1中的basis!

继续这样推导,V1本来的的basis是:

然后V1中对应的wavelet function是

他们的组合,本质上也就是V2的basis(参考图2)。你继续推导下去,会得到同样的结论:在scale j的wavelet function,可以被用来将Vj的basis扩展到V(j+1)中去!这是一个非常非常关键的性质,因为这代表着,对任何一个子空间Vj,我们现在有两种方法去得到它的orthonormal basis:

1. 一种就是它本来的basis  ,对任意k。

2. 第二种就是它上一个子空间的basis ,对任意k,以及上一级子空间的wavelet function  ,对任意k。

第二种选择能给我们带来额外的好处,那就是我们可以循环不断地用上一级子空间的scaling function以及wavelet function的组合来作为当前子空间的基。换句话说,如果针对V3这个子空间,它实际上就有四种不同的,但是等价的orthonormal basis:

1. 本级(V3)的scaling function basis set

 ps:应用(V2)的scaling function + wavelet function 推出V3中的scaling function:

从上图可以看出V3中的basis set   为8个,从第一位的1,依次移位,到最后一位的1,总共8个。

V2中第一行的scaling function 对应于第一行的wavelet function ,scaling function 表示值的总共两位,

第一位对应得到的结果是V3中basis set中的第一个,

第二位对应得到的结果是V3中basis set中的第二个,因为在wavelet function中的第二个非零值是负数,所以两组数据对应相减

以此类推,最后得到8个数列。 

2. 上一级(V2)的scaling function + wavelet function;

 

3 . 上上一级(V1)的scaling function + 上上一级(V1)的wavelet function + 上一级(V2)的wavelet function;

 

4. 上上上一级(V0)的scaling function + 上上上一级(V0)的wavelet function + 上上一级(V1)的wavelet function + 上一级(V2)的wavelet function

 
好,看看最后一种选取方式,有没有感到眼熟?对了,它就是我们之前提到的“针对此信号space的哈尔小波basis组合”,参见图1。现在我们知道了,这个scaling function不是凭空插进去的,而是通过不断的嵌套迭代出来的:)

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