小波包變換入門——MATLAB


小波包變換的優勢:(大部分書上 網上都有,我就簡單摘了點過來) 
由於正交小波變換只對信號的低頻部分做進一步分解,而對高頻部分也即信號的細節部分不再繼續分解,所以小波變換能夠很好地表征一大類以低頻信息為主要成分的信號,但它不能很好地分解和表示包含大量細節信息(細小邊緣或紋理)的信號,如非平穩機械振動信號、遙感圖象、地震信號和生物醫學信號等。與之不同的是,小波包變換可以對高頻部分提供更精細的分解,而且這種分解既無冗余,也無疏漏,所以對包含大量中、高頻信息的信號能夠進行更好的時頻局部化分析。

研究了兩天,發現如果從頭開始研究需要的時間太長,而且如果想真正弄懂小波,還需要了解泛函的知識並且硬着頭皮去看那些枯燥的公式。由於我們科研只要明白個大概,能夠找到合適的工具來使用,就可以了。因為之前我弄懂傅里葉變換的時候,也是從先會用再到逐漸深入理解的,所以這次我還是先從會用開始。研究了兩天之后,發現我小波變換沒弄懂什么,小波包先會用了。由於我痛苦的搜了整個網,慢慢理解了一些東西,所以把有用的幾個部分拿過來,結合MATLAB,給和我一樣想入門的同學一個參考。

首先,小波包的一些基本的基本要弄懂,就是小波包是從原始信號,分級向下分解。如下圖所示。 
這就是小波包樹,其中節點的命名規則是從 (1,0)開始,叫1號,(1,1)是2號,,,,依此類推,(3,0)是7號,(3,7)是14號。每個節點都有對應的小波包系數,這個系數決定了頻率的大小,也就是說頻率信息已經有了,但是時域信息在哪里呢? 那就是 order。 這個order就是這些節點的順序,也就是頻率的順序。 
比如,節點的排序是 1,2,3,,,,14,那么頻率就按先1號的頻率變化,后2號的,再3號的,,,然后14號的。 

 

 

來看一個實例: 
采樣頻率為1024Hz,采樣時間是1秒,有一個信號s是由頻率100和200Hz的正弦波混合的,我們用小波包來分解。 
clear all 
clc 
fs=1024; %采樣頻率 
f1=100; %信號的第一個頻率 
f2=300; %信號第二個頻率 
t=0:1/fs:1; 
s=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t); %生成混合信號

[tt]=wpdec(s,3,’dmey’); %小波包分解,3代表分解3層,像圖1那樣,’dmey’使用meyr小波 
plot(tt) %這個就是畫出圖1那個圖,可以用鼠標在上面點 
wpviewcf(tt,1); %畫出時間頻率圖,如圖2 

 

 

現在開始解釋:x軸很簡單,就是1024個點,對應1秒,每個點就代表1/1024秒,x軸詭異一下,最后一個數就是1.y軸上顯示的數字對應於 圖1 中的節點,從下面開始,順序是7號節點,8號,10號,9號,,,,11號節點,這個順序是這么排列的,這是小波包自動排列的,不用管。只要知道怎么查看這個order就可以了。然后,y軸是頻率啊,怎么不是100Hz和300Hz呢?原因就是MATLAB這里沒有顯示頻率,顯示的是order,頻率我們要自己算,怎么算呢。我們的采樣頻率是1024Hz,根據采樣定理,奈奎斯特采樣頻率是512Hz,我們分解了3層,最后一層就是2^3=8個頻率段,每個頻率段的頻率區間是512/8=64Hz,對吧,那看圖2,顏色重的地方一個是在8那里,一個在13那里,8是第二段,也就是65-128Hz之間,13是第五段,也就是257-320Hz之間。這樣就說通了,正好這個原始信號只有兩個頻率段,一個100一個300。如果我們不是分解了3層,而是更多層,那么每個頻率段包含的頻率也就越窄,圖上有顏色的地方也會更細,也就是說更精細了,大家可以自己試試。將3改為6試試。由於原始信號的頻率在整個1秒鍾內都沒有改變,所以有顏色的地方是一個橫線。

再看一個實例:

有如下的一個信號,該信號的頻率從25Hz左右增長到103Hz,信號長度是256,fs就定為256Hz,也是采樣1秒。我們用上面的代碼來分析這個信號,不過這次分解層數選為4層,也就是有2^4=16個頻率段。每個頻段是 128/16=8Hz. 這個時候就明白了前面講到的order的重要性了吧。如果排序不是按照15 16 18 17 21,,23那個順序拍的,就不可能出現這個隨時間而頻率增大的圖了。從圖上還可以看出,頻率從第三個,也就是24Hz(3*8),一路走高到13個,也就是13*8=104Hz,正好和信號的圖示一樣,頻率逐漸增大。 

 

 

 

 

轉載:http://blog.sina.com.cn/s/blog_8fc890a20101ecn7.html#cmt_2779060


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