小波分析里,很容易混淆的一个概念就是小波函数(w avelet function)和尺度函数(scaling function)的关系
本文将不涉及小波分析的由来及发展历史,也不谈小波分析应用,本文主要目标仅是试着解释清楚小波函数和尺度函数两者的关系,同时也解释一些小波分析中的其他必要相关概念
当然,要更好理解小波分析,一些傅里叶变换的知识是必要的
我们知道,傅里叶变换分三种不同但又紧密相连的形式: 1,积分傅里叶变换,时域频域都连续; 2,傅里叶级数展开,时域连续,频域离散; 3,离散傅里叶变换,时域频域都离散
同样,在小波分析中,也有三种类似的形式
积分(连续)小波变换(CWT),小波级数展开,以及离散小波变换(DWT)
先看看连续小波变换,连续小波正变换为[1]: (1) 逆变换为: (2) 其中*号表示复共轭, 为小波基函数(basis fu nction)
不同小波基函数,都是由同一个基本小波(basic w avelet)ψ (t),经缩放和平移生成,即: (3) 傅里叶变换把一个信号 f(t)分解为一系列不同频率正弦型信号的叠加,而傅里叶变换系数就代表不同正弦型信号的幅值
其中,所有正弦型基函数都由傅里叶基函数生成
类似于傅里叶基函数,所有小波基函数也由同一个基本小波生成[2]
不同的是,傅里叶基函数是固定的正弦型信号,而基本小波并未指定,需要根据实际的信号形式,在满足基本小波约束条件下进行设计
可以看到,连续小波变换采用积分形式,而实际应用中,我们计算的都是采样后的信号,也需要通过离散形式来处理和表达,所以更加有用的是时域频域都离散的DWT,离散小波变换
但是离散小波变换的计算将引入三个问题: 1,数据冗余
观察式(1),可以看到,小波变换将一个一维信号变换为二维小波系数
同样,若信号是二维,变换后将得到三维小波系数
这反映了小波变换的优点,变换不