基于最大重叠小波变换的多分辨率信号分解和重构算法(Python)

作品简介

算法基于最大重叠离散小波变换理论,采用循环卷积与多孔算法思想,完整实现了信号的多层分解、精确重构及多分辨率分量提取。通过精心设计的滤波器上采样、周期延拓与等效滤波器构造策略,算法在保持平移不变性的同时达到了机器精度级的完美重构,具备良好的数值稳定性和通用性。

算法步骤

① 加载小波基函数,提取尺度滤波器与小波滤波器系数,并执行能量归一化处理;

② 对输入信号进行最大重叠离散小波变换分解:逐层对上一级尺度系数与归一化滤波器实施循环卷积,生成该层小波系数与下一级尺度系数;

③ 将分解所得全部系数按层存储,形成多尺度变换系数矩阵;

④ 逆向变换重构:从最高层尺度系数开始,逐层对当前层小波系数与尺度系数实施循环卷积,恢复下一级尺度系数,最终得到重构信号;

⑤ 多分辨率分析分量计算:对各层小波系数,通过级联上采样与卷积构造等效滤波器,并进行周期化处理,再与对应小波系数执行循环卷积,得到该层细节分量;

⑥ 对最高层尺度系数采用同样方法构造等效低通滤波器并卷积,获得平滑分量;

⑦ 将全部细节分量与平滑分量按层叠放,完成多分辨率分解;

⑧ 数值验证:对比重构信号与原始信号误差,累加多分辨率分量并与原始信号比对,检验完全重构性质。


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