小波变换理论及应用VIP免费

2011-2012学年第一学期2011级硕士研究生考试试卷课程名称：小波变换理论及应用任课教师：考试时间：分钟考核类型：A（）闭卷考试（80%）+平时成绩（20%）；B（）闭卷考试（50%）+课程论文（50%）；C（√）课程论文或课程设计（70%）+平时成绩（30%）。学号：姓名：班级：题号一二三四五六七八九十合计满分20252530100得分一、以图示的方式详细说明连续小波变换（CWT）的运算过程，分析小波变换的内涵；并阐述如何从多分辨率（MRA）的角度构造正交小波基。（20分）二、综述小波变换理论与工程应用方面的研究进展，不少于3000字。（25分）三、运用MATLAB中的小波函数和小波工具箱，分别对taobao.wav语音信号在加噪之后的taobao_noise.wav信号进行降噪处理，要求列出程序、降噪结果及降噪的理论依据。（25分）四、平时成绩。（30分）（一）连续小波变换（CWT）的运算过程及内涵将平方可积空间中任意函数f（t）在小波基下展开，称这种展开为函数f（t）的连续小波变换（ContinueWaveletTransform，简记CWT）其表达式为tabttfabafWd)(*)(||1),(（1.1）其中，aR且a≠0。式（1.19）定义了连续小波变换，a为尺度因子，表示与频率相关的伸缩，b为时间平移因子。其中)(||1)(,abtatba为窗口函数也是小波母函数。从式（1.1）可以得出，连续小波变换计算分以下5个步骤进行。①选定一个小波，并与处在分析时段部分的信号相比较。②计算该时刻的连续小波变换系数C。如图1.5所示，C表示了该小波与处在分析时段内的信号波形相似程度。C愈大，表示两者的波形相似程度愈高。小波变换系数依赖于所选择的小波。因此，为了检测某些特定波形的信号，应该选择波形相近的小波进行分析。图1.5计算小波变换系数示意图③如图1.6所示，调整参数b，调整信号的分析时间段，向右平移小波，重复①～②步骤，直到分析时段已经覆盖了信号的整个支撑区间。④调整参数a，尺度伸缩，重复①～③步骤。⑤重复①～④步骤，计算完所有的尺度的连续小波变换系数，如图1.7所示。图1.6不同分析时段下的信号小波变换系数计算图1.7不同尺度下的信号小波变换系数计算C=0.2247小波变换的实质是用小波（微小的特定波形）与待分析信号波形分段求内积，所得的系数反映了小波与待分析信号的相似度，相似度越高则系数越高。通过改变平移因子b可以实现对信号时频域的分析。通过改变尺度因子可以改变小波与待分析信号的相似度。最后由得到的系数和所选小波的特性可以知道待分析信号的特性或是待分析信号某一时段或频段的特征。（二）从多分辨率（MRA）的角度构造正交小波基从数值计算数据压缩等角度，我们仍希望减小它们的冗余度，提出了寻找正交基的要求。多分辨率的理论是指将信号分解到不同的尺度空间，实现在各个尺度上可以有粗及精地观察。由多分辨率的思想我们可以将任意函数,,(),()jkjkdftt0()ftV分解为细节部分1W和大尺度逼近部分1V,然后将大尺度逼近部分1V进一步分解。如此重复就可以得到任意分辨率上的逼近部分和细节部分。在MRA理论中同一尺度下小波函数和尺度函数分别满足。1212()()()Rftkftkdtkk同一尺度下小波函数,jk同尺度函数,jk正交,,()()0jkjkttdt小波函数()t和尺度函数()t在多分辨率分析中满足方程01,0()()()2()(2)nnnthnthntn11,1()()()2()(2)nnnthnthntn这两个方程就是二尺度方程。利用二尺度方程可以构造出小波母函数，通过伸缩平移就得到整个平方可积空间的基。正交尺度函数{()}kztk构造正交小波基，还有当尺度函数为Riesz基是构造的正交小波基函数。所以说MRA不仅为正交小波基的构造提供了一种简单的方法，而且为正交小波变换的快速算法提供了理论依据。（三）小波变换理论与工程应用方面的研究进展摘要：小波变换作为一种数学理论和方法在科学技术界引起了越来越多的关注和重视。在数学家们看来，基于小波变换的小波分析技术是泛函分析、调和分析、数值分析等半个多世纪以来发展最完美的结晶，是正在发展中的新的数学分支。在工程应用领域，特别是在信号处理、图像处理、模式识别、语音识别、量子物理、地震勘测、流体力学、电磁波、CT成像、机器视觉、机械故障诊断。关键词;小波变换工程应用引言小波分析(wavelet)...