小波及连续小波变换 常用的基本小波 时频分析 连续小波变换的计算 小波变换的分类

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一、 一阶线性微分方程及其解法 二、 一阶线性微分方程的简单应用 三、 小结及作业 §6.2 一阶线性微分方程.
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第五节 函数的微分 一、微分的定义 二、微分的几何意义 三、基本初等函数的微分公式与微分运算 法则 四、微分形式不变性 五、微分在近似计算中的应用 六、小结.
第二章 导数与微分 习题课 主要内容 典型例题 测验题. 求 导 法 则求 导 法 则 求 导 法 则求 导 法 则 基本公式 导 数 导 数 微 分微 分 微 分微 分 高阶导数 高阶微分 一、主要内容.
目录 上页 下页 返回 结束 习题课 一、导数和微分的概念及应用 二、导数和微分的求法 导数与微分 第二章.
2.8 函数的微分 1 微分的定义 2 微分的几何意义 3 微分公式与微分运算法则 4 微分在近似计算中的应用.
第八章 第四节 机动 目录 上页 下页 返回 结束 一个方程所确定的隐函数 及其导数 隐函数的微分法.
一、会求多元复合函数一阶偏导数 多元复合函数的求导公式 学习要求: 二、了解全微分形式的不变性.
2.6 隐函数微分法 第二章 第二章 二、高阶导数 一、隐式定义的函数 三、可微函数的有理幂. 一、隐函数的导数 若由方程 可确定 y 是 x 的函数, 由 表示的函数, 称为显函数. 例如, 可确定显函数 可确定 y 是 x 的函数, 但此隐函数不能显化. 函数为隐函数. 则称此 隐函数求导方法.
5.4 微 分 一、微分概念 二、微分的运算法则与公式 三、微分在近似计算上的应用. 引例 一块正方形金属片受热后其边长 x 由 x 0 变到 x 0  x  考查此薄片的面积 A 的改变情况  因为 A  x 2  所以金属片面 积的改变量为  A  (x 0 
2.5 函数的微分 一、问题的提出 二、微分的定义 三、可微的条件 四、微分的几何意义 五、微分的求法 六、小结.
第二章 导数与微分 一. 内 容 要 点 二. 重 点 难 点 三. 主 要 内 容 四. 例 题与习题.
第二章 导数与微分. 二、 微分的几何意义 三、微分在近似计算中的应用 一、 微分的定义 2.3 微 分.
第二节 换元积分法 一、第一类换元积分 法(凑微分法) 二、第二类换元积分法. 问题 解决方法 利用复合函数,设置中间变量. 过程令 一、第一类换元积分法(凑微分法)
全微分 教学目的:全微分的有关概念和意义 教学重点:全微分的计算和应用 教学难点:全微分应用于近似计算.
2.3 函数的微分. 四川财经职业学院 课前复习 高阶导数的定义和计算方法。 作业解析:
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恰当方程(全微分方程) 一、概念 二、全微分方程的解法.
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第五节 微积分基本公式 、变速直线运动中位置函数与速度 函数的联系 二、积分上限函数及其导数 三、牛顿—莱布尼茨公式.
一、原函数与不定积分 二、不定积分的几何意义 三、基本积分公式及积分法则 四、牛顿—莱布尼兹公式 五、小结
第二节 微积分基本公式 1、问题的提出 2、积分上限函数及其导数 3、牛顿—莱布尼茨公式 4、小结.
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第四章 函数的积分学 第六节 微积分的基本公式 一、变上限定积分 二、微积分的基本公式.
§5.3 定积分的换元法 和分部积分法 一、 定积分的换元法 二、 定积分的分部积分法 三、 小结、作业.
第5章 定积分及其应用 基本要求 5.1 定积分的概念与性质 5.2 微积分基本公式 5.3 定积分的换元积分法与分部积分法
第三节 函数的求导法则 一 函数的四则运算的微分法则 二 反函数的微分法则 三 复合函数的微分法则及微分 形式不变性 四 微分法小结.
第三节 格林公式及其应用(2) 一、曲线积分与路径无关的定义 二、曲线积分与路径无关的条件 三、二元函数的全微分的求积 四、小结.
§5 微分及其应用 一、微分的概念 实例:正方形金属薄片受热后面积的改变量..
第二章 导数与微分 第二节 函数的微分法 一、导数的四则运算 二、复合函数的微分法.
全 微 分 欧阳顺湘 北京师范大学珠海分校
第三章 导数与微分 习 题 课 主要内容 典型例题.
2-7、函数的微分 教学要求 教学要点.
第7章 离散信号的频域分析 离散Fourier级数 离散Fourier变换 第3章 连续信号的频域分析 连续Fourier级数
§5 微分及其应用 一、微分的概念 实例:正方形金属薄片受热后面积的改变量..
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第三章 多维随机变量及其分布 §2 边缘分布 边缘分布函数 边缘分布律 边缘概率密度.
计算机数学基础 主讲老师: 邓辉文.
§2 求导法则 2.1 求导数的四则运算法则 下面分三部分加以证明, 并同时给出相应的推论和例题 .
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第一章 函数与极限.
第二十二章 曲面积分 §1 第一型曲面积分 §2 第二型曲面积分 §3 高斯公式与斯托克斯公式.
概 率 统 计 主讲教师 叶宏 山东大学数学院.
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正切函数的图象和性质 周期函数定义: 一般地,对于函数 (x),如果存在一个非零常数T,使得当x取定义域内的每一个值时,都有
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1.设A和B是集合,证明:A=B当且仅当A∩B=A∪B
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第三章 函数的微分学 第二节 导数的四则运算法则 一、导数的四则运算 二、偏导数的求法.
学习任务三 偏导数 结合一元函数的导数学习二元函数的偏导数是非常有用的. 要求了解二元函数的偏导数的定义, 掌握二元函数偏导数的计算.
第一部分:概率 产生随机样本:对分布采样 均匀分布 其他分布 伪随机数 很多统计软件包中都有此工具 如在Matlab中:rand
第15讲 特征值与特征向量的性质 主要内容:特征值与特征向量的性质.
2019/5/21 实验一 离散傅立叶变换的性质及应用 实验报告上传到“作业提交”。 11:21:44.
连续小波变换.
2019/5/20 第三节 高阶导数 1.
第二节 函数的极限 一、函数极限的定义 二、函数极限的性质 三、小结 思考题.
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第三节 函数的微分 3.1 微分的概念 3.2 微分的计算 3.3 微分的应用.
第四节 向量的乘积 一、两向量的数量积 二、两向量的向量积.
第四章 函数的 积分学 第七节 定积分的换元积分法     与分部积分法 一、定积分的换元积分法 二、定积分的分部积分法.
三角 三角 三角 函数 余弦函数的图象和性质.
§2 自由代数 定义19.7:设X是集合,G是一个T-代数,为X到G的函数,若对每个T-代数A和X到A的函数,都存在唯一的G到A的同态映射,使得=,则称G(更严格的说是(G,))是生成集X上的自由T-代数。X中的元素称为生成元。 A变, 变 变, 也变 对给定的 和A,是唯一的.
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小波及连续小波变换 常用的基本小波 时频分析 连续小波变换的计算 小波变换的分类

小波及连续小波变换 设函数 ,并且 ,即 ,则称 为一个基本小波或母小波。 (连续)小波函数 a和b的意义 性质: 线性性质 平移不变性 ……….

小波及连续小波变换 设函数 , 若 则称 为一个允许小波。 允许条件与 几乎是等价条件.

常用的基本小波 Haar小波

常用的基本小波 2. Daubechies小波 D4尺度函数与小波 D6尺度函数与小波

常用的基本小波 3、双正交小波 双正交B样条小波(5-3)、 (9-7)小波滤波器 bior2.2, bior4.4 (7-5)小波滤波器:

常用的基本小波 4. Morlet小波 Morlet小波不存在尺度函数; 快速衰减但非紧支撑. Morlet小波是Gabor 小波的特例。

常用的基本小波 5. 高斯小波 这是高斯函数的一阶导数,在信号与图象的边缘提取中具有重要的应用。 主要应用于阶梯型边界的提取。 5. 高斯小波 这是高斯函数的一阶导数,在信号与图象的边缘提取中具有重要的应用。 主要应用于阶梯型边界的提取。 特性: 指数级衰减,非紧支撑;具有非常好的时间频率局部化; 关于0轴反对称。

常用的基本小波 6. Marr小波 (也叫墨西哥草帽小波) 这是高斯函数的二阶导数,在信号与图象的边缘提取中具有重要的应用。 主要应用于屋脊型边界和Dirac边缘的提取。 特性: 指数级衰减,非紧支撑;具有非常好的时间频率局部化; 关于0轴对称。

常用的基本小波 7. Meyer小波 它的小波函数与尺度函数都是在频域中进行定义的。具体定义如下:

常用的基本小波 8. Shannon小波 在时域,Shannon小波是无限次可微的,具有无穷阶消失矩,不是紧支的,具有渐近衰减性但较缓慢;在频域,Shannon小波是频率带限函数,具有好的局部化特性。

常用的基本小波 9. Battle-Lemarie样条小波 Battle-Lemarie线性样条小波及其频域函数的图形

时频分析 1. Fourier分析简介 Fourier变换没有反映出随时间变换的频率,也就是说,对于频域中的某一频率,我们不知道这个频率是在什么时候产生的。因此,Fourier分析缺乏信号的局部化分析能力 。 2. 短时Fourier变换 短时Fourier变换的基本思想是:把信号划分成许多小的时间间隔,用Fourier变换分析每个时间间隔,以便确定在该时间间隔内的频谱信息。

窗口Fourier变换 非平凡函数 称为窗函数, 如果 窗口Fourier变换: 大致反映了 在时刻 b、频率为 的"信号成分"的相对含量。 通常我们用 作为窗函数 的宽度的度量。 窗口Fourier变换: 大致反映了 在时刻 b、频率为 的"信号成分"的相对含量。

窗口Fourier变换 给出了 在 的时间窗 内的局部化信息。

短时Fourier变换 若 及其Fourier变换 都是窗口函数 ,则称 为短时Fourier变换。 特别地,当窗口函数取Gaussian函数时, 相应的短时Fourier变换称为Gabor变换。 同时给出了 在时间窗 和频率窗 内的局部化信息。 时间-频率窗 的特性:不变的宽度 和固定的窗面积 测不准原理: 应用上的局限性:不太适合分析非平稳信号。

小波时频分析 小波分析能够提供一个随频率改变的时间-频率窗口。 假设 是任一基本小波,并且 与 都是窗函数, 它们的中心 与半径分别为 和 不妨设 和尺度 a都是正数。 , , 。 给出了 在时间窗 内的局部化信息。 给出了 在频域窗 内的局部化信息。

小波时频分析 若用 作为频率变量 内的局部化信息, 即小波变换具有时—频局部化特征。 窗宽: 面积: 的宽度是 宽度的 倍. 检测信号 ,则 给出了信号 在时间—频率平面( 平面)中一个矩形的时间—频率窗 内的局部化信息, 即小波变换具有时—频局部化特征。 窗宽: 面积: 的宽度是 宽度的 倍. 检测信号 的高频成分需用 具有比较小的 的分析小波 . 这时时间窗会自动 变窄,并在高频区域对信号进行细节分析.

各种变换的比较 小波变换的特性 Fourier变换的特性 分解种类:时间-尺度或时间-频率  分解种类: 频率 分析函数:具有固定震荡次数的时间有限的波。 小波函数的伸缩改变其窗口大小。 变量: 尺度,小波的位置 信息:窄的小波提供好的时间局部化及差的频率 局部化,宽的小波提供好的频率局部化 及差的时间局部化。 适应场合:非平稳信号 Fourier变换的特性  分解种类: 频率  分析函数: 正弦函数,余弦函数  变量: 频率  信息: 组成信号的频率 适应场合: 平稳信号  算法复杂度: 短时Fourier变换的特性 分解种类:时间-频率 分析函数:由三角震荡函数复合而成的时间有限的波 变量:频率,窗口的位置 信息: 窗口越小,时间局部化越好,其结果是滤掉低频成分; 窗口越大,频率局部化越好, 此时时间局部化较差. 适应场合:次稳定信号

连续小波变换的计算 数值近似积分法、快速算法(包括Mellin算法,斜交投影算法等) 在Matlab小波工具箱中,用cwt()函数计算连续小波变换。 连续小波变换的结果的显示方式: 灰度表示,三维表示

连续小波变换与离散小波变换在分析信号时的优缺点 2, 4, 8, 16 , 32 1,2,…, 32

小波变换的分类 中 离散小波及离散(参数)小波变换: 二进小波及二进小波变换 三个变量均为连续变量, 通过对它们施加不同的 离散化条件对小波及小波变换进行分类。下面介绍两种最重要的分类: 离散小波及离散(参数)小波变换: 二进小波及二进小波变换 只对a,b离散化 : 只对a离散化

离散小波及离散(参数)小波变换 令参数 , ,其中 ,则离散(参数)小波为: 在这种情况下,常用 记 ,即 相应于离散小波 的离散(参数)小波变换为: 重构问题: 在满足什么条件下,可以由离散小波变换 重构原信号? 可以验证,离散(参数)小波变换不具有平移不变性(习题6.4)。

离散小波及离散(参数)小波变换的进一步讨论 尺度离散化: 实际工作中最常见的情况是,将尺度 a按照二进尺度离散化,此时a 取值为 位移离散化: 当a=2-J (也就是j =J时),b可以某一基本间隔b0做均匀采样. b0应适当选择使信息仍能覆盖全b轴而不丢失(如不低于Nyquist采样率). 每经过一次小波变换, 其采样间隔扩大一倍,由此可见此时a-b平面内的采样点如下图所示.

离散小波及离散(参数)小波变换的进一步讨论 即对于分辨率j, b以采样间隔1/2jb0做均匀采样.此时, 变为 ,为简化书写,通常认为b0=1, 也就是把b轴用b0加 以归一.并记 问题: 如何利用db2小波的支撑解释突变点的支撑区间? [2.7890625,2.828125]

连续二进小波变换 二进小波的构造及一些常用的二进小波 离散二进小波变换的快速算法 二维二进小波变换及其快速算法

二进小波及二进小波变换 在连续小波变换中,令参数 ,而参数b仍取连续值. , 则有二进小波: 这时, 的二进小波变换定义为: 重构问题: 在满足什么条件下,可以由二进小波变换 重构原信号?

二进小波及二进小波变换 卷积定义: 假定小波函数 为实函数, 尺度符号改用 表示,相应于 的连续 小波变换记为 当 . 时, 连续二进小波变换为: 其中, 重构问题: 在满足什么条件下,可以由二进小波变换 重构原信号? 注意与当前文献中各种定义的区别.

二进小波及二进小波变换 ,且 设函数 ,如果存在正常数 与 ,使得 满足 使得原信号可由二进小波变换得到重构: 二进小波及其稳定性条件 二进小波变换的稳定性条件 则 二进小波及其重构小波 二进小波变换具有平移不变性 且存在 满足 二进小波是允许小波 离散小波是二进小波 使得原信号可由二进小波变换得到重构:

二进小波的构造 目标: 构造可用于快速计算的具有有限长的二进小波滤波器. 若 则 是 的一个重构小波。 为二进小波 设 都是有限滤波器, 目标: 构造可用于快速计算的具有有限长的二进小波滤波器. 设 都是有限滤波器, 是其频域表示 ; 都是能量有限的函数,且满足 若 则 是 的一个重构小波。 为二进小波

二进小波的构造 较简单的情况: 正交二进小波 非正交二进小波 二进对偶尺度函数与对偶小波 问题讨论: 是二进小波 且 =

一些常用的二进小波 例7.1 非正交的二次样条二进小波[一般求解过程参阅指定参考文献,吴爱弟等 ] 令 例7.1 非正交的二次样条二进小波[一般求解过程参阅指定参考文献,吴爱弟等 ] 令 为二次盒样条函数的Fourier变换: 取 是一个二进小波(验证!).

一些常用的二进小波 图7-1 非正交二次二进样条小波 画图方法讨论:1)分析mallat著作中采用的方法;2)用upcoef画图的合理性。

一些常用的二进小波 例7.2 正交的二次样条二进小波 令 为二次盒样条函数的Fourier变换: 问题: 已知 其中,当 时 求解g(z)?

一些常用的二进小波 正交的二次二进样条小波

一些常用的二进小波 例7.2 正交的三次样条二进小波 令 为三次盒样条函数的Fourier变换: 类似地,可以求出h 和g : ; 例7.2 正交的三次样条二进小波 令 为三次盒样条函数的Fourier变换: 类似地,可以求出h 和g : ; 另一个解[扬福生著,P151]: 问题: 是否都正确?这同样涉及到上面提到的一般求解问题. 能否给出任意m 次样条二进小波的求解公式?

一些常用的二进小波 正交的三次二进样条小波(利用对称的数据) 正交的三次二进样条小波(利用1/2对称的数据) 相同?

一些常用的二进小波 例7.3 零对称和反对称二进样条小波的构造 阶中心B样条的定义。记 称 为 阶中心B样条。 m+1 阶中心B样条 与 例7.3 零对称和反对称二进样条小波的构造 阶中心B样条的定义。记 称 为 阶中心B样条。 m+1 阶中心B样条 与 m次盒样条 的区别与联系: 当m为奇数时, 当m为偶数时, 由 向右平移1/2得到。 以下分偶数阶和奇数阶中心B样条介绍零对称和反对称二进小波的构造方法。

一些常用的二进小波 例7.3 零对称和反对称二进样条小波的构造(续)  以偶数阶中心B样条为基础的二进样条小波 n维实数组 例7.3 零对称和反对称二进样条小波的构造(续)  以偶数阶中心B样条为基础的二进样条小波 n维实数组 零反对称的二进样条小波 零对称的二进样条小波

一些常用的二进小波 零反对称二进样条小波 由 构造的 零对称二进样条小波

一些常用的二进小波 例7.3 零对称和反对称二进样条小波的构造(续)  以奇数阶中心B样条为基础的二进样条小波 非 周期 解决方法: 例7.3 零对称和反对称二进样条小波的构造(续)  以奇数阶中心B样条为基础的二进样条小波 非 周期 解决方法: 零反对称的二进样条小波 零对称的二进样条小波

一些常用的二进小波 由 构造的 零对称二进样条小波 零反对称二进样条小波

一些常用的二进小波 Marr小波作为二进小波 [注意: 与教材上相差一个系数] 利用滤波器进行计算时的滤波器系数如下(作为二进小波) [注意: 与教材上相差一个系数] 利用滤波器进行计算时的滤波器系数如下(作为二进小波) [扬福生著,P148]: 0 0.4317 0.7118 1 0.2864 -0.2309 2 0.0450 -0.1120 3 -0.0393 -0.0226 4 -0.0132 0.0062 5 0.0032 0.0039 问题: 这些滤波器系数是如何计算得到的? 更正: 应该是关于零对称的系数?

一些常用的二进小波 为什么不是关于零对称的?

离散二进小波变换的快速算法 小波变换的尺度为: 介绍如何利用二进小波变换处理离散信号的输入序列,以及如何采用滤波器组 进行快速计算。 如何理解采样间距为1的离散信号的二进小波变换? 为表述方便,令 小波变换的尺度为: 小波变换的尺度为: 由于 s=2j, 因此,相应的分辨率j为: 由于 s=2j, 因此,相应的分辨率j为:

离散二进小波变换的快速算法 介绍如何利用二进小波变换处理离散信号的输入序列,以及如何采用滤波器组 进行快速计算。 如何理解采样间距为1的离散信号是一个被平滑的连续函数的均匀采样? 设 是采样间距为1的离散信号, 则存在 使得

离散二进小波变换的快速算法 ,在整数格点上,二进小波系数由下式给出: 离散二进小波变换的定义: 对任意 ,记 对 则对任意尺度 ,离散信号序列 称为 的离散二进小波变换。 快速算法的基本求解思想: 将离散的问题转化为连续的问题处理,然后给出离散的处理结果.

离散二进小波变换的快速算法 讨论: 在Matlab中,二进小波变换没有对应的实现函数,需要自己编写. 与第4章中的相应算法相比,推导过程不同. 注意分解与重构滤波器的不同符号.

离散二进小波变换的快速算法 a) b)

二维二进小波变换的一般概念 通过两个小波 和 定义 ,这里假设这两个小波都是 实函数。 则对任意的函数 , 在尺度 和位置 的小波变换 由两个分量来定义,即 我们称函数集合 为 的二维 二进小波变换。

二维二进小波变换的一般概念 若存在 和 ,使得 则存在重构小波 ,其Fourier变换满足 使得 称这两个小波 和 为二维二进小波.

二维可分离二进小波变换构造的一般框架 周期 周期 和 是 重构小波。 问题: 如何验证 和 满足稳定性条件?

常用的二维可分离二进小波变换 例7.4 由非正交的二次样条二进小波,构造可分离的二维二进小波 取 ,则 ;当 时, 例7.4 由非正交的二次样条二进小波,构造可分离的二维二进小波 取 ,则 ;当 时, 例7.5 由正交的二次样条二进小波,构造可分离的二维二进小波 取 ,则 与以前的问题相似,这里的关键是如何求解l(z)? 书上给出的是正交的三次样条二进小波对应的{ln}.

常用的二维可分离二进小波变换 例7.6 由零对称和反对称二进小波构造可分离的二维二进小波 取 实数组 则利用对称二进小波 及其重构小波 例7.6 由零对称和反对称二进小波构造可分离的二维二进小波 取 实数组 则利用对称二进小波 及其重构小波 所构造的 是一个对称的二维二进小波。 相应地,利用反对称二进小波 及其重构小波 所构造的 是一个反对称的二维二进小波。

二维离散二进小波变换及其快速算法 介绍采样间距为1的规范化离散图像的二进小波变换: 设 是采样间隔为1 的二维离散信号,则存在一个二维函数 ,使得 对任意 ,记 对 ,在整数网格点 上,二进小波系数由下式给出: 则对任意尺度 ,离散信号序列 称为 的离散二维二进小波变换。

二维离散二进小波变换及其快速算法 例7.4中二维二进小波变换的快速实现: 式(7.36),(7.37),(7.38)的时域表示:

二维离散二进小波变换及其快速算法 例7.4中二维二进小波变换的快速实现: 分解算法 (7.39) 的时域表示为: 重构算法

二维离散二进小波变换及其快速算法 例7.5中二维二进小波变换的快速实现:

补选习题 提供Matlab中小波时频分析的仿真例子. 要求: 必须真正理解解题思想及过程,并详细描述之.

习题说明 补充选做习题 7.1题可以参考相关资料[上载网络学堂] 7.6题搞清循环卷积的概念 考虑用upcoef()进行二进小波做图的合理性, 考虑小波的支撑(提示:通过小波方程应该可以求出.) 补充选做习题 1. 例7.2中所提出的求解方法问题 2. 例7.4中{ln}的求解问题.

思考题 1. Marr二进小波滤波器的求解问题 2. 正交的m次二进样条小波的一般求解公式问题. 3. 例7.4~7.6中二维二进小波稳定性条件的验证问题. 4. 能否给出定理7.3中二维二进小波稳定性条件成立的一个充分条件.