function [u, u_hat, omega] = VMD(signal, alpha, tau, K, DC, init, tol)
% Input and Parameters:
% ---------------------
% Input Parameters:
% signal:要分解的时域信号
% alpha: 惩罚因子,也称平衡参数
% tau:噪声容忍度
% K:分解的模态数
% DC:直流分量
% init:初始化中心频率
% 0 = all omegas start at 0
% 1 = all omegas start uniformly distributed
% 2 = all omegas initialized randomly
% tol:收敛准则容忍度;通常在1e-6左右。
%
% Output Parameters:
% u:分解模式的集合
% u_hat:模式的频谱
% omega:估计模式中心频率
%---------- Preparations
% 输入信号的周期和采样频率
save_T = length(signal);
fs = 1/save_T;
% 通过镜像扩展信号
T = save_T;
f_mirror(1:T/2) = signal(T/2:-1:1);
f_mirror(T/2+1:3*T/2) = signal;
f_mirror(3*T/2+1:2*T) = signal(T:-1:T/2+1);
f = f_mirror;
% 时域0到T(镜像信号)
T = length(f);
t = (1:T)/T;
% Spectral Domain discretization
freqs = t-0.5-1/T;
% 最大迭代数
N = 500;
% For future generalizations: individual alpha for each mode
Alpha = alpha*ones(1,K);
% Construct and center f_hat
f_hat = fftshift((fft(f)));
f_hat_plus = f_hat;
f_hat_plus(1:T/2) = 0;
% matrix keeping track of every iterant // could be discarded for mem
u_hat_plus = zeros(N, length(freqs), K);
% Initialization of omega_k
omega_plus = zeros(N, K);
switch init
case 1
for i = 1:K
omega_plus(1,i) = (0.5/K)*(i-1);
end
case 2
omega_plus(1,:) = sort(exp(log(fs) + (log(0.5)-log(fs))*rand(1,K)));
otherwise
omega_plus(1,:) = 0;
end
% if DC mode imposed, set its omega to 0
if DC
omega_plus(1,1) = 0;
end
% start with empty dual variables
lambda_hat = zeros(N, length(freqs));
% other inits
uDiff = tol+eps; % update step
n = 1; % loop counter
sum_uk = 0; % accumulator
% ----------- Main loop for iterative updates
while ( uDiff > tol && n < N ) % not converged and below iterations limit
% update first mode accumulator
k = 1;
sum_uk = u_hat_plus(n,:,K) + sum_uk - u_hat_plus(n,:,1);
% update spectrum of first mode through Wiener filter of residuals
u_hat_plus(n+1,:,k) = (f_hat_plus - sum_uk - lambda_hat(n,:)/2)./(1+Alpha(1,k)*(freqs - omega_plus(n,k)).^2);
% update first omega if not held at 0
if ~DC
omega_plus(n+1,k) = (freqs(T/2+1:T)*(abs(u_hat_plus(n+1, T/2+1:T, k)).^2)')/sum(abs(u_hat_plus(n+1,T/2+1:T,k)).^2);
end
% update of any other mode
for k=2:K
% accumulator
sum_uk = u_hat_plus(n+1,:,k-1) + sum_uk - u_hat_plus(n,:,k);
% mode spectrum
u_hat_plus(n+1,:,k) = (f_hat_plus - sum_uk - lambda_hat(n,:)/2)./(1+Alpha(1,k)*(freqs - omega_plus(n,k)).^2);
% center frequencies
omega_plus(n+1,k) = (freqs(T/2+1:T)*(abs(u_hat_plus(n+1, T/2+1:T, k)).^2)')/sum(abs(u_hat_plus(n+1,T/2+1:T,k)).^2);
end
% Dual ascent
lambda_hat(n+1,:) = lambda_hat(n,:) + tau*(sum(u_hat_plus(n+1,:,:),3) - f_hat_plus);
% loop counter
n = n+1;
% converged yet?
uDiff = eps;
for i=1:K
uDiff = uDiff + 1/T*(u_hat_plus(n,:,i)-u_hat_plus(n-1,:,i))*conj((u_hat_plus(n,:,i)-u_hat_plus(n-1,:,i)))';
end
uDiff = abs(uDiff);
end
%------ Postprocessing and cleanup
% discard empty space if converged early
N = min(N,n);
omega = omega_plus(1:N,:);
% Signal reconstruction
u_hat = zeros(T, K);
u_hat((T/2+1):T,:) = squeeze(u_hat_plus(N,(T/2+1):T,:));
u_hat((T/2+1):-1:2,:) = squeeze(conj(u_hat_plus(N,(T/2+1):T,:)));
u_hat(1,:) = conj(u_hat(end,:));
u = zeros(K,length(t));
for k = 1:K
u(k,:)=real(ifft(ifftshift(u_hat(:,k))));
end
% remove mirror part
u = u(:,T/4+1:3*T/4);
% recompute spectrum
clear u_hat;
for k = 1:K
u_hat(:,k)=fftshift(fft(u(k,:)))';
end
end
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