3.1 连续小波变换
, 的连续小波变换(有时也称为积分小波变换)定义为: (3-1)
或用内积形式: (3-2)
式中
要使逆变换存在, 要满足允许性条件:
(3-3)
式中 是 的傅里叶变换。
这时,逆变换为
(3-4)
这个常数限制了能作为“基小波(或母小波)”的属于 的函数 的类,尤其是若还要求 是一个窗函数,那么 还必须属于 ,即
故 是R中的一个连续函数。由式(8.2-3)可得 在原点必定为零,即
(3-5)
从式(3-5)可以发现小波函数必然具有振荡性。
连续小波变换具有如下性质:
(1)线性; 设 ,则: 。
(2)平移不变性; 若 ,则:
平移不变性是一个很能好的性质,在实际应用中,尽管离散小波变换要用得广泛一些,但在需要有平移不变性的情况下,离散小波变换是不能直接使用的。
(3)伸缩共变性;
若 ,则:
,其中c>0。
(4)冗余性;
连续小波变换中存在信息表述的冗余度。其表现是由连续小波变换恢复原信号的重构公式不是唯一的,小波变换的核函数 存在许多可能的选择。尽管冗余的存在可以提高信号重建时计算的稳定性,但增加了分析和解释小波变换的结果的困难。
3.2连续小波变换的离散化
由于连续小波变换存在冗余,因而有必要搞清楚,为了重构信号,需针对变换域的变量a ,b进行何散化,以消除变换中的冗余,在实际中,常取 ,这时, ,常简写为: 。
变换形式为:
为了能重构信号 ,要求 是 的Riesz基。
一个函数 称为一个R函数,如果 在下述意义上是一个Risez基: 的线性张成在 中是稠密的,并且存在正常数A与B, ,使
对所有二重双无限平方可和序列 成立,即对于 的 成立。
假定 是一个R函数,那么存在 的一个唯一的Riesz基 ,它在意义
上与 对偶。这时,每个 有如式(3-6)的唯一级数表示:
(3-6)
特别地,若 构成 的规范正交基时,有
重构公式为: (3-7)
连续小波变换中的伸缩因子和平移因子都是连续变化的实数,在应用中需要计算连续积分,在处理数字信号时很不方便,主要用于理论分析与论证。在实际问题中的数值计算采用离散形式,即离散小波变换(DWT)。DWT可以通过离散化CWT中的伸缩因子a和平移因子b得到。通常取
带入式子(3-7) (3-8)
中可以得到
(3-9)
上式的小波函数就是离散小波,相应的离散小波变换为:
(3-10)
特殊的,取 ,可得到二进小波:
(3-11)
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