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第四章 信号的小波变换与分析
21/8/5
主要内容
小波变换
连续小波变换
离散小波变换与多分辨率分析
离散小波变换的应用
小波变换的概念是由法国从事石油信号处理的工程师
在 年首先提出的,通过物理的直观和信号处理的实际需要经验
的建立了反演公式,当时未能得到数学家的认可。正如 年法国
的热学工程师 提出任一函数都能展开成三角函数的无
穷级数的创新概念未能得到著名数学家 ,
以及 的认可一样。幸运的是,早在七十年代,
表示定理的发现、 空间的原子分解和无条件基的深入研
究为小波变换的诞生做了理论上的准备,而且 !" 还构造
了历史上非常类似於现在的小波基; # 年著名数学家 $ 偶
然构造出一个真正的小波基,并与 合作建立了构造小波基
的统一方法及其多尺度分析之后,小波分析才开始蓬勃发展起来,
其中比利时女数学家 %&"'( 撰写的《小波十讲 )*+(+
+,-(. 》对小波的普及起了重要的推动作用。它与 变换、
视窗 变换( /" 变换)相比,这是一个时间和频率的局网
域变换,因而能有效的从信号中提取资讯,通过伸缩和平移等运算
功能对函数或信号进行多尺度细化分析( (0(( ),解
决了 变换不能解决的许多困难问题,从而小波变化被誉为
“数学显微镜”,它是调和分析发展史上里程碑式的进展。
小波分析是当前应用数学和工程学科中一个迅速发展的
新领域,经过近 10 年的探索研究,重要的数学形式化体系已
经建立,理论基础更加扎实。与 Fourier 变换相比,小波变换
是空间 ( 时间 ) 和频率的局部变换,因而能有效地从信号中提
取信息。通过伸缩和平移等运算功能可对函数或信号进行多尺
度的细化分析,解决了 Fourier 变换不能解决的许多困难问题。
小波变换联系了应用数学、物理学、计算机科学、信号与信息
处理、图像处理、地震勘探等多个学科。数学家认为,小波分
析是一个新的数学分支,它是泛函分析、 Fourier 分析、样调
分析、数值分析的完美结晶;信号和信息处理专家认为,小波
分析是时间—尺度分析和多分辨分析的一种新技术,它在信号
分析、语音合成、图像识别、计算机视觉、数据压缩、地震勘
探、大气与海洋波分析等方面的研究都取得了有科学意义和应
用价值的成果。
小波 (Wavelet) 这一术语,顾名思义,“小波”就是小的波形。
所谓“小”是指它具有衰减性;而称之为“波”则是指它的波动
性,其振幅正负相间的震荡形式。与 Fourier 变换相比,
小波变换是时间 ( 空间 ) 频率的局部化分析,它通过伸缩
平移运算对信号 ( 函数 ) 逐步进行多尺度细化,最终达到
高频处时间细分,低频处频率细分,能自动适应时频信号
分析的要求,从而可聚焦到信号的任意细节,解决了 Fouri
er 变换的困难问题,成为继 Fourier 变换以来在科学方法
上的重大突破。有人把小波变换称为“数学显微镜”。
主要适应突变信号和非平稳信号
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