主要内容

modwt

最大重叠离散小波变换

描述

例子

w= modwt (x的最大重叠离散小波变换(MODWT)xx可以是实值或复数向量或矩阵。如果x是一个矩阵,modwt对列进行操作xmodwt计算小波变换到下一级地板(log2(长度(x)))如果x是一个向量地板(log2(大小(x, 1)))如果x是一个矩阵。默认情况下,modwt使用具有四个消失矩的Daubechies最小非对称小波(“sym4”)和定期边界处理。

例子

w= modwt (xwname使用正交小波,wname,用于MODWT。

例子

w= modwt (x瞧,嗨使用缩放过滤器,,小波滤波器,,以计算MODWT。这些滤波器必须满足正交小波的条件。不能同时指定两者wname还有一对滤光片,

例子

w= modwt (___列弗将MODWT计算到指定级别,列弗,使用前面语法中的任何参数。

例子

w= modwt (___、“反射”)使用反射边界处理计算MODWT。其他输入可以是以前语法中的任何参数。在计算小波变换之前,modwt在终端端对称地将信号扩展到信号长度的两倍。小波数和尺度系数modwt返回值等于输入信号长度的两倍。缺省情况下,信号是周期性扩展的。

您必须输入整个字符向量“反射”.如果您添加了一个名为的小波“反射”使用Wavelet Manager,必须在使用此选项之前重命名该小波。“反射”可以放置在输入参数列表中的任何位置后x

例子

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使用默认值获取心电信号的MODWTsym4小波下降到最大水平。数据取自Percival & Walden(2000),第125页(数据最初由华盛顿大学的William Constantine和Per Reinhall提供)。

负载wecg;wtecg = modwt (wecg);谁wtecg
名称大小字节类属性wtecg 12x2048 196608 double

前11行wtecg小波系数是否适用于尺度 2 1 2 1 1 .最后一行包含按比例缩放的比例系数 2 1 1 .为尺度绘制细节(小波)系数 2 3.

:情节(wtecg(3))标题(“三级小波系数”

图中包含一个轴对象。标题为Level 3小波系数的轴对象包含一个类型为line的对象。

得到南方涛动指数的MODWT值db2小波下降到最大水平。

负载soi;wsoi = modwt (soi),“db2”);

获得德国马克-美元汇率数据的MODWT使用Fejer-Korovkin长度8尺度和小波滤波器。

负载DM_USD;(瞧,嗨)= wfilters (“fk8”);wdm = modwt (DM_USD,嗨);

获取心电信号的小波变换(MODWT) 2 4 ,相当于第4级。使用默认的sym4小波。数据取自Percival & Walden(2000),第125页(数据最初由华盛顿大学的William Constantine和Per Reinhall提供)。

负载wecg;wtecg = modwt (wecg 4);谁wecgwtecg
名称大小字节类属性wecg 2048x1 16384 double wtecg 5x2048 81920 double

的行大小wtecg是L+1,在本例中,level (L)是4。列的大小与输入样本的数量相匹配。

使用反射边界处理获得心电信号的MODWT。使用默认的sym4小波变换,得到低至4级的变换。数据取自Percival & Walden(2000),第125页(数据最初由华盛顿大学的William Constantine和Per Reinhall提供)。

负载wecg;wtecg = modwt (wecg 4“反射”);谁wecgwtecg
名称大小字节类属性wecg 2048x1 16384 double wtecg 5x4096 163840 double

wtecg有4096列,是输入信号长度的两倍,wecg

加载23通道脑电图数据Espiga3[3].通道按柱状排列。采样频率为200hz。

负载Espiga3

计算最大重叠离散小波变换至最大水平。

wt = modwt (Espiga3);

获得信号能量的平方,并将其与所有级别的小波系数求和得到的能量平方进行比较。使用对数平方能量,因为在一个分量中能量不成比例的大。

sigN2 = vecnorm (Espiga3)。^ 2;wtN2 =总和(挤压(vecnorm (wt 2 2)。^ 2));栏(收、日志(sigN2))散射(收、日志(wtN2),“填充”“SizeData”, 100)α(0.75)传说(信号能量的“小波系数中的能量”...“位置”“西北”)包含(“通道”) ylabel (“ln(平方能源)”

图中包含一个轴对象。axis对象包含两个类型为bar, scatter的对象。这些对象代表信号能量,小波系数中的能量。

这个例子演示了MODWT和MODWTMRA函数之间的区别。MODWT将信号的能量划分为细节系数和比例系数。MODWTMRA将信号投射到小波子空间和缩放子空间上。

选择sym6小波。加载并绘制心电图信号。心电信号的采样频率是180赫兹。数据取自Percival和Walden(2000),第125页(数据最初由华盛顿大学的William Constantine和Per Reinhall提供)。

负载wecgt =(0:元素个数(wecg) 1) / 180;西弗吉尼亚州=“sym6”;情节(t, wecg)网格标题(['信号长度= 'num2str(元素个数(wecg))))包含(“时间(s)”) ylabel (“振幅”

图中包含一个轴对象。标题为Signal Length = 2048的axis对象包含一个类型为line的对象。

取信号的MODWT。

西弗吉尼亚州wtecg = modwt (wecg);

输入数据是函数的样本 f x 评估在 N 许多的时间点。该函数可以表示为尺度函数的线性组合 ϕ x 和小波 ψ x 在不同的规模和翻译: f x k 0 N - 1 c k 2 - J 0 / 2 ϕ 2 - J 0 x - k + j 1 J 0 f j x 在哪里 f j x k 0 N - 1 d j k 2 - j / 2 ψ 2 - j x - k J 0 为小波分解的层数。第一个和是信号的粗尺度近似,而 f j x 是连续尺度上的细节。MODWT返回 N 许多系数 c k J 0 × N 许多细节系数 d j k 的扩张。在每一行wtecg包含不同刻度的系数。

当对一个长度信号进行MODWT时 N ,有 地板上 日志 2 N -多个分解级别(默认)。每一层都产生详细系数。缩放系数只在最终关卡返回。在这个例子中,since N 2 0 4 8 J 0 地板上 日志 2 2 0 4 8 1 1 和行数wtecg J 0 + 1 1 1 + 1 1 2

MODWT将能量划分为不同的尺度和比例系数: | | X | | 2 j 1 J 0 | | W j | | 2 + | | V J 0 | | 2 在哪里 X 为输入数据, W j 细节系数是否按比例 j , V J 0 是最后一级的比例系数。

计算每个尺度的能量,并评估它们的总和。

energy_by_scales = (wtecg。^ 2,2)总和;水平= {“D1”'D2'“D3”“D4”“D5”“D6”“D7”D8的“D9”“D10”“这里”“A11”};Energy_Table =表(级别,Energy_By_scales);DISP(Energy_Table)
水平energy_by_scales  _______ ________________ {' D1} 14.063 20.612{“D2”}{D3的}37.716 25.123 {D4的}{}“D5”17.437 {D6的}8.9852 1.2906 {D7的}{D8的}4.7278 {D9的}12.205 76.428 {D10的}{‘这里’}76.268 3.4192{“A11”}
energy_total = varfun (@sum energy_table (:, 2))
energy_total =表格sum_energy_by_scales  ____________________ 298.28

通过计算信号的能量,并将其与所有尺度上的能量之和进行比较,确定MODWT是节能的。

energy_ecg =总和(wecg。^ 2);马克斯(abs (energy_total.sum_energy_by_scales-energy_ecg))
ans = 7.4402平台以及

取信号的MODWTMRA。

西弗吉尼亚州mraecg = modwtmra (wtecg);

modwtmra返回该功能的投影 f x 到各种子空间和最终尺度空间。也就是MODWTMRA返回 k 0 N - 1 c k 2 - J 0 / 2 ϕ 2 - J 0 x - k J 0 许多 f j x 评估在 N 许多的时间点。在每一行mraecg是一个投影 f x 到另一个子空间上。这意味着可以通过添加所有投影来恢复原始信号。这是在MODWT的情况下为true。把系数加进去wtecg将要恢复原始信号。

选择时间点,添加投影 f x 在那个时间点进行评估,并与原始信号进行比较。

time_point = 1000;abs(总和(mraecg (:, time_point)) -wecg (time_point))
ans = 3.0846 e-13

确认,与MODWT不同,MODWTMRA不是一种能量保存转换。

energy_ecg =总和(wecg。^ 2);energy_mra_scales = (mraecg。^ 2,2)总和;energy_mra =总和(energy_mra_scales);马克斯(abs (energy_mra-energy_ecg))
ans = 115.7053

MODWTMRA是信号的零相位滤波。功能将按时间顺序排列。通过绘制原始信号和其中一个投影来证明这一点。为了更好地说明对齐方式,请放大。

情节(t, wecg“b”)举行:情节(t, mraecg (4),“- - -”)举行网格传说xlim (8 [4]) (“信号”“投影”“位置”“西北”)包含(“时间(s)”) ylabel (“振幅”

图中包含一个轴对象。轴对象包含两个类型为line的对象。这些对象代表信号,投影。

使用相同刻度的MODWT系数制作类似的曲线。请注意,功能不会是时对齐的。modwt是输入的零相位滤波。

情节(t, wecg“b”)举行:情节(t, wtecg (4),“- - -”)举行网格传说xlim (8 [4]) (“信号”“系数”“位置”“西北”)包含(“时间(s)”) ylabel (“振幅”

图中包含一个轴对象。轴对象包含两个类型为line的对象。这些对象代表信号,系数。

输入参数

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输入信号,指定为向量或矩阵。如果x是一个矢量,x必须至少有两个元素。如果x是矩阵的行维数x必须至少为2。

数据类型:|
复数的支持:金宝app是的

分析小波,具体如下:

  • “哈雾”——Haar小波

  • 的数据库N-极值相位Daubechies小波N消失的时刻,N是一个从1到45的正整数。

  • “信谊N- Symlets小波与N消失的时刻,N是一个从2到45的正整数。

  • “头巾N- Coiflets小波与N消失的时刻,N是从1到5的正整数。

  • 的颗N- Fejér-Korovkin小波与N系数,N = 4,6,8,14,1822

过滤器,指定为一对偶数长度实值向量。是缩放过滤器吗为小波滤波器。滤波器必须满足正交小波的条件。的长度必须是相等的。看到wfilters额外的信息。不能同时指定两个小波wname和过滤对瞧,嗨

转换级别,指定为小于或等于的正整数地板(log2 (N)),在那里N =长度(x)如果x是向量还是n =尺寸(x,1)如果x是一个矩阵。如果未指定的,列弗默认为地板(log2 (N))

输出参数

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MODWT变换xw包含的小波系数和末级尺度系数x.如果x是一个矢量,w是一个列弗+ 1 -N矩阵。如果x是一个矩阵,w是一个列弗+ 1 -N——- - - - - -数控数组,数控列数是多少xN等于输入信号长度,除非你指定“反射”边界处理,在这种情况下N是输入信号长度的两倍。的k数组的第一行,w,包含尺度2的小波系数k(小波尺度2k1)).最后,(列弗+1)第一行包含比例2的比例系数列弗

算法

MODWT的标准算法直接在时域实现循环卷积。该MODWT的实现在傅里叶域执行循环卷积。在j层的小波和缩放滤波器系数是通过对DFT的乘积进行离散傅里叶反变换(DFT)来计算的。乘积中的DFT是信号的DFT和信号的DFTj水平小波或缩放滤波器。

HkGk表示长度N分别采用小波变换和尺度变换滤波器。让j表示水平和N表示样本量。

j级小波滤波器定义为

1 N k 0 N 1 H j k e 2 π n k / N

在哪里

H j k H 2 j 1 k 国防部 N 0 j 2 G 2 k 国防部 N

j级缩放滤波器为

1 N k 0 N 1 G j k e 2 π n k / N

在哪里

G j k 0 j 1 G 2 k 国防部 N

参考

Percival, Donald B.和Andrew T. Walden。时间序列分析的小波方法.统计和概率数学的剑桥系列。剑桥 ;纽约:剑桥大学出版社,2000。

帕西瓦尔,唐纳德·B.和哈罗德·o·莫夫杰尔德。用小波分析潮下海岸海平面波动。美国统计协会杂志92年,没有。439(1997年9月):868-80。https://doi.org/10.1080/01621459.1997.10474042。

[3]台面,赫克托耳。“适用于模式检测的小波”。在模式识别、图像分析及应用研究进展, Alberto Sanfeliu、Manuel Lazo编辑Cortés, 3773:933-44。柏林,海德堡:施普林格柏林,海德堡,2005。https://doi.org/10.1007/11578079_96。

扩展功能

介绍了R2015b