本节介绍使用小波工具箱进行1-D临界采样小波分析的功能™ 软件
工具箱为一维信号分析提供了这些功能。有关更多信息,请参阅参考页。
函数名 |
意图 |
---|---|
自动小波信号去噪(推荐) |
|
自动小波图像去噪(推荐) |
|
小波1-D或2-D去噪的惩罚阈值 |
|
小波1-D使用Birgé-Massart战略的阈值 |
|
小波去噪和压缩 |
|
自动小波去噪 |
|
阈值设置管理器 |
在本节中,您将学习如何
加载信号
对信号执行单级小波分解
根据系数构造近似值和细节
显示近似和细节
用小波逆变换重新生成信号
执行信号的多级小波分解
提取近似和细节系数
重建3级近似值
重建1,2和3级详细信息
显示多级分解的结果
从3级分解中重建原始信号
从信号中清除噪声
细化分析
压缩信号
显示信号的统计和直方图
由于您可以从命令行或使用“小波分析器”应用程序执行分析,因此本节将介绍每种方法。
最后一小节讨论如何在磁盘和图形工具之间交换信号和系数信息。
这个例子涉及一个真实世界的信号-在3天的过程中测量的电消耗。该信号特别有趣,因为在进行测量时,监测设备出现缺陷时会引入噪声。小波分析有效地去除了噪声。
加载信号并选择用于小波分析的部分。
加载Leleccum.;s=leleccum(1:3920);l_s=长度(s);
对信号执行单级小波分解。
使用该信号对信号进行单级分解db1
小波。
[ca1,cd1] = dwt(s,“db1”);
这将生成级别1近似值的系数(cA1
和细节(CD1.
)。
构造来自系数的近似和细节。
构建1级近似和细节(A1
和D1
)从系数cA1
和CD1.
类型
a1 = upcoef('一种',cA1,“db1”,1,l_s);d1 = upcoef('D',cd1,“db1”,1,l_s);
或
A1 = IDWT(CA1,[],“db1”,l_s);D1 = IDWT([],CD1,“db1”,l_s);
显示近似和细节。
显示级别的结果 - 一个分解,键入
子图(1,2,1);情节(A1);标题(“近似A1”)子地块(1,2,2);地块(D1);标题(“详图D1”)
使用逆小波变换再生信号。
要查找逆变换,请输入
A0=idwt(cA1,cD1,“db1”,l_s);err = max(abs(s-a0))
执行信号的3级分解(再次使用db1
小波),类型
[C,L]=wavedec(s,3,“db1”);
第三级分解的所有分量(即第三级近似值和前三级细节)的系数被串联返回到一个向量C中。向量L给出每个分量的长度。
ca3 = appcoef(c,l,'db1',3);
CD3 = Detcoef(C,L,3);CD2 = Detcoef(C,L,2);CD1 = Detcoef(C,L,1);
或
[CD1,CD2,CD3] =替代物(C,L,[1,2,3]);
要从中重建level 3近似值,请执行以下操作:C
类型
A3 = WRCOEF('A',C,L,'DB1',3);
重建1,2和3级的细节C
类型
d1 = wrcoef('d',c,l,'db1',1);d2 = wrcoef('d',c,l,'db1',2);d3 = wrcoef('d',c,l,'db1',3);
显示3级分解的结果,键入
子图(2,2,1);绘图(A3);标题('近似a3')子图(2,2,2);绘图(D1);标题(“细节D1”)子图(2,2,3);绘图(D2);标题('细节D2')子图(2,2,4);绘图(D3);标题('细节D3')
从3级分解重构原始信号。
从小波分解结构重建原始信号,键入
a0 = waverec(c,l,'db1');err = max(abs(s-a0))
使用小波去除信号中的噪声需要识别哪些分量包含噪声,然后在没有这些分量的情况下重建信号。
在本例中,我们注意到,随着越来越多的高频信息从信号中滤除,连续近似变得越来越少噪声。
3级近似,A3
,它与原始信号之间的比较非常清晰。
将近似值与原始信号进行比较,键入
子地块(2,1,1);地块;标题(“原始”);轴线偏离子地块(2,1,2);地块(A3);标题(“三级近似”);轴线偏离
当然,在丢弃所有高频信息的过程中,我们也丢失了原始信号的许多最清晰的特征。
让我们再次查看我们的3级分析的细节。
显示细节D1
那D2
和D3
类型
子图(3,1,1);绘图(D1);标题('细节1');轴关闭子图(3,1,2);绘图(D2);标题(“细节2”);轴关闭子图(3,1,3);绘图(D3);标题('细节3');轴关闭
大多数噪声发生在信号的后一部分,详细信息显示其最大的活动。如果我们通过限制其最大值限制细节的力量,怎么办?这将产生削减噪音的效果,同时留下细节不受他们的大部分持续时间。但是有更好的方法。
注意CD1.
那CD2.
和CD3.
我们只是MATLAB®向量,所以我们可以直接操纵每个向量,将每个元素设置为向量峰值或平均值的一部分。然后我们可以重建新的细节信号D1
那D2
和D3
从阈值的系数。
要对信号进行去噪,请使用ddencmp.
命令计算默认参数和WDENCMP.
命令执行实际的去噪,键入
[thr,sorh,KEEPAP]=ddencmp('den','wv',s);clean=wdencmp('gbl',C,L,'db1',3,thr,sorh,KEEPAP);
注意WDENCMP.
使用分解的结果(C
和L.
)我们已经计算过了。我们还指定了我们使用的db1
小波进行原始分析,并指定全局阈值选项“gbl”
. 看见ddencmp.
和WDENCMP.
在参考页面中,有关使用这些命令的更多信息。
显示原始和去噪信号,键入
子批次(2,1,1);图则(s(2000:3920);;标题(“原件”)子标段(2,1,2);地块(清洁(2000:3920));标题(“去噪”)
我们在这里只绘制了信号的嘈杂后半部分。请注意,我们如何消除噪音,而不会影响原始信号的清晰细节。这是小波分析的强度。
虽然使用命令行功能去除信号中的噪声可能会很麻烦,但该软件的小波分析器应用程序包含一个易于使用的去噪功能,包括自动阈值。
有关去噪过程的更多信息可以在以下部分中找到:
小波去噪与非参数函数估计在小波工具箱用户指南
一维小波方差自适应阈值在小波工具箱用户指南
在本节中,我们将探讨与前一节相同的耗电信号,但我们将使用小波分析仪应用程序对信号进行分析和去噪。
笔记
使用小波分析仪应用程序来表示不再推荐信号。用小波信号丹机反而。
启动一维小波分析工具。
在MATLAB提示符中,键入小波分析仪
。
这小波分析仪出现。
点击小波1-D菜单项。
1-D信号数据的离散小波分析工具出现。
加载一个信号。
在matlab命令提示符下,键入
加载lececcum;
Leleccum.
多变的。点击好啊导入电气消耗信号。为了开始我们的分析,让我们使用db1
小波,就像我们在中使用命令行函数一样使用命令行进行一维分析。
在右上部分小波1-D工具,选择db1
小波和单级分解。
点击分析按钮。
暂停计算后,工具将显示分解。
放大相关细节。
使用小波分析仪应用的一个优点是您可以轻松放大信号的任何部分,并更详细地检查。
拖动橡皮筋盒(通过按住鼠标左键)在要放大的信号的一部分上。在这里,我们选择了原始信号的嘈杂部分。
点击x +按钮(位于屏幕底部)以水平缩放。
这小波1-D工具缩放所有显示的信号。
另一个缩放控制更多或更少您对其预期的内容。这X-例如,按钮可水平缩小。历史记录功能可跟踪信号的所有视图。单击左箭头按钮可返回到以前的缩放级别。
再次,我们将使用图形工具使用命令行函数来模拟前一节中所做的内容。使用使用的3级别分解信号db1
小波:
选择3.从数量右上角的菜单,然后单击分析再次按钮。
进行分解后,您将看到新分析出现在小波1-D工具。
选择分解的不同视图
这显示模式菜单(中间右)允许您选择不同的小波分解视图。
您可以根据每次会话更改默认显示模式。从中选择所需的模式查看>默认显示模式子菜单。
笔记
这压缩和去噪窗户从窗户打开小波1-D工具将继承当前系数可视化属性(茎或彩色块)。
根据您选择的显示模式,您可以通过以下方式访问其他显示选项更多显示选项按钮。
这些选项包括抑制各种组件显示的能力,以及选择是否显示原始信号以及细节和近似值的能力。
消除信号中的噪音。
小波分析器应用程序具有一个带有预定义阈值策略的去噪选项。这使得从信号中去除噪声非常容易。
笔记
不再推荐去噪选项。用小波信号丹机反而。
打开去噪工具:单击去噪按钮,位于窗口的中间,在下面分析按钮。
这小波1-D去噪窗口出现。
虽然有多种选项可用于微调去噪算法,但我们将接受软固定形式阈值和未宏的白噪声的默认值。这无标度白噪声
选项对应于设置乘法阈值输入参数scal
属于瓦登
到'一'
.选择缩放白噪声
对应于'sln'
和非白噪声
对应于“mln”
。有关更多信息,请参阅瓦登
。
点击继续去噪按钮。
去噪后的信号显示为叠加在原始信号上。该工具还绘制了两个信号的小波系数。原始细节系数显示在显示屏的左侧。为了在所有尺度上对分解级别进行时间对齐,在每个尺度上复制小波系数,以说明缺失的时间点再次,随着比例变得粗糙,系数呈现阶梯状外观。
放大原始信号和去噪信号的绘图,以便更仔细地查看。
拖动有关区域周围的橡皮筋盒,然后单击XY +按钮。
这去噪窗户可以放大你的视野。默认情况下,原始信号显示为红色,去噪信号显示为黄色。
解雇小波1-D去噪窗口:单击关闭按钮。
你不可能拥有去噪和压缩Windows同时打开,所以关闭了小波1-D去噪窗口继续。当更新合成信号将出现对话框,单击不。如果你点击是的, 这合成信号然后可用小波1-D主窗口。
细化分析。
图形工具使您可以随时易于改进分析。到目前为止,我们研究了3级分析使用db1
。让我们通过使用的电气消耗信号进行优化db3
小波在5级。
从列表中选择5数量右上角的菜单,然后选择db3
从子波菜单。点击分析按钮。
压缩信号。
图形界面工具具有具有自动或手动阈值的压缩选项。
提出压缩窗口:单击压紧按钮,位于窗口的中间,在下面分析按钮。
这压缩窗口出现。
虽然您始终可以选择按级别阈值,但在这里,我们将利用全局阈值功能快速轻松地进行压缩。
笔记
如果您想尝试手动阈值,请选择按级别的阈值化选项从位于右上角的菜单中小波1-D压缩窗口。然后,位于该菜单下方的滑块控制与级别相关的阈值,由水平穿过窗口左侧图形的黄色虚线表示。也可以使用鼠标左键直接拖动黄色虚线。
点击压紧按钮,位于右侧。
在计算暂停后,电消耗信号以红色重新显示,压缩版本叠加为黄色。下面,我们放大了,仔细看看信号的嘈杂部分。
您可以看到压缩过程删除了大部分噪声,但保留了99.99%的信号能量。
来自小波1-D压缩工具,单击残差按钮。这更多关于小波1-D压缩的残差窗口出现。
显示的统计数据包括趋势(平均值、模式、中位数)和离散度(范围、标准偏差)的测量值。此外,该工具还提供频率分布图(直方图和累积直方图)以及时间序列图:自相关函数和频谱。对于小波1-D去噪工具。
解雇小波1-D压缩窗口:单击关闭按钮。当。。。的时候更新合成信号将出现对话框,单击不。
显示统计数据。
您可以查看有关信号及其组件的各种统计信息。
来自小波1-D工具,单击统计数据按钮。
这小波一维统计此时会出现一个窗口,默认情况下显示原始信号的统计信息。
选择要检查其统计信息的合成信号或信号组件。单击相应的选项按钮,然后单击显示统计数据按钮。在这里,我们选择使用100个频带而不是30来检查合成信号,这是默认值:
显示的统计数据包括趋势(平均值、模式、中位数)和离散度(范围、标准差)的度量。
此外,该工具还提供频率分布图(直方图和累积直方图)。您可以使用直方图来自纽扣的按钮小波1-D窗户。
点击近似选项按钮。将出现一个菜单,从中选择要检查的近似级别。
选择级别1,然后再次单击显示统计数据按钮。统计显示为1级近似值。
这小波1-D图形界面工具允许您从磁盘和MATLAB工作区导入信息,并将信息导出到磁盘和MATLAB工作区。
可以从中保存合成信号、系数和分解小波1-D磁盘的工具,可以在其中操作信息,然后稍后将其重新称为图形工具。
保存合成信号。您可以在计算机中处理信号小波1-D工具,然后将处理的信号保存到MAT文件(扩展垫
或其他)。
例如,加载示例分析:文件>示例分析>基本信号>在5级DB3→SINES的总和,并对原始信号执行压缩或去噪操作。当你关闭时去噪或压缩窗口,单击更新合成信号是的在对话框中。
然后,来自小波1-D工具,选择文件>保存>信号菜单选项。
出现一个对话框允许您为MAT文件选择一个文件夹和文件名。对于此示例,请选择名称合成词
。
要将信号加载到您的工作区,只需键入
装载合成器;
当使用除全局阈值的方法获得合成信号时,保存的结构是
谁是
姓名 | 尺寸 | 字节 | 班级 |
---|---|---|---|
合成词 |
1x1000 |
8000 |
双重的 大堆 |
三角洲 |
1x5 |
580 |
单元阵列 |
Wname. |
1x3 |
6. |
CHAR阵列 |
合成信号由变量给出合成词
。此外,由小波名称给出去噪或压缩过程的参数(Wname.
)和所包含的水平相关阈值三角洲
变量,它是长度5的单元阵列(与分解的水平相同)。
为了一世
从1到5,thrParams{i}
包含阈值间隔的较低和上限,阈值(因为允许间隔相关阈值,请参阅小波系数的一维自适应阈值化)。
例如,对于1级,
ThrParams {1} ANS = 1.0E + 03 * 0.0010 1.0000 0.0014
使用全局阈值方法获得合成信号时,所保存的结构是
姓名 | 尺寸 | 字节 | 班级 |
---|---|---|---|
合成词 |
1x1000 |
8000 |
双阵列 |
瓦尔瑟 |
1x1. |
8. |
双阵列 |
Wname. |
1x3 |
6. |
CHAR阵列 |
变量在哪里瓦尔瑟
包含全局阈值:
valthr valthr = 1.2922
保存离散小波变换系数。这小波1-D该工具允许您将离散小波变换(DWT)的系数保存到磁盘。工具箱在当前文件夹中使用您选择的名称创建MAT文件。
要从本分析保存DWT系数,请使用菜单选项文件>保存>系数。
出现一个对话框,允许您指定用于存储系数的文件夹和文件名。
考虑实例分析:
文件>示例分析>基本信号> DB1在5级→Cantor Curve。
将小波系数保存到文件后康托垫
,在工作区中加载变量:
加载cantor whos
姓名 | 尺寸 | 字节 | 班级 |
---|---|---|---|
女主角 |
1x2190 |
17520 |
双阵列 |
渴望 |
1x7 |
56. |
双阵列 |
三角洲 |
0x0 |
0. |
双阵列 |
Wname. |
1x3 |
6. |
CHAR阵列 |
变量女主角
包含离散小波系数。更准确地说,在上面的例子中女主角
是串联系数的1×2190向量,并且渴望
是一个向量,给出了每个组件的长度女主角
。
变量Wname.
包含小波名称和三角洲
由于合成信号不存在,因此为空。
节省分解。这小波1-D该工具允许您将离散小波分析的整个数据集保存到磁盘。“工具箱”在当前文件夹中创建一个MAT文件,其名称由您选择,后跟扩展名WA1
(小波分析1-D)。
打开小波1-D工具并加载示例性分析:
文件>示例分析>基本信号>在5级DB3→SINES的总和
要保存此分析中的数据,请使用菜单选项文件>保存>分解。
出现一个对话框,允许您指定用于存储分解数据的文件夹和文件名。输入名称WDECEX1D.
。
将分解数据保存到文件后wdecex1d.wa1.
,将变量加载到您的工作区中:
加载wdecex1d.wa1 -mat whos
姓名 | 尺寸 | 字节 | 班级 |
---|---|---|---|
女主角 |
1x1023 |
8184 |
双阵列 |
data_name. |
1x6 |
12. |
CHAR阵列 |
渴望 |
1x7 |
56. |
双阵列 |
三角洲 |
0x0 |
0. |
双阵列 |
wave_name. |
1x3 |
6. |
CHAR阵列 |
笔记
在内部执行去噪或压缩时,也可以使用“保存”选项小波1-D工具。在小波1-D去噪窗口,您可以节省去噪和分解。相同的持有小波1-D压缩窗这样,您就可以在去噪和压缩窗口中保存许多不同的试验,而无需返回主窗口小波1-D在微调过程中的窗口。
笔记
在保存合成信号时,将分解或系数置于MAT文件时,垫
没有必要文件扩展名。您可以为每个级别单独保存近似值或立即保存它们。
这小波1-D工具允许您以多种格式将一维小波分析导出到MATLAB工作区。
例如,加载示例分析Freqbrk.
信号
小波1-D分析负载后,选择文件 - >导出到工作区
。
你有选择
出口信号
- 此选项导出合成信号矢量。
出口系数
- 此选项导出结构阵列中的小波和缩放系数,簿记载体和分析小波的向量。小波和缩放系数和簿记向量与输出相同波东
。
出口分解
- 此选项与此选项相同出口系数
除了它还包含分析信号的名称。
导出所有近似值
-此选项导出一个L×N矩阵,其中L是数量并且n是输入信号的长度。矩阵的每一行是投影到相应级别的近似空间。例如,矩阵的第一行是投影到级别1的近似空间。
导出所有细节
-此选项导出一个L×N矩阵,其中L是数量并且n是输入信号的长度。矩阵的每一行是对应级别的细节(小波)空间投影。例如,矩阵的第一行是投影到1级的细节空间。
您可以将信号、系数或分解加载到小波分析器应用程序中。您加载的信息可能是以前从应用程序导出的,然后在工作区中进行操作,也可能是最初从命令行生成的信息。
在任何一种情况下,您都必须遵守小波1-D工具,否则在尝试加载信息时将导致错误。
加载信号。将在MATLAB工作区中构建的信号加载到小波1-D工具,将信号保存在Mat文件中(扩展垫
或其他)。
例如,假设您设计了一个名为的信号暖玛
并希望在未来的时间里对其进行分析小波1-D工具。
拯救温暖的温莎
工作区变量疟玛必须是向量。
Sizwarma =尺寸(瓦拉)sizwarma = 1 1000
将此信号加载到小波1-D工具,使用菜单选项文件>加载>信号。
出现一个对话框,可允许您选择要加载的相应的MAT文件。
笔记
文件中遇到的第一个一维变量被视为信号。变量按字母顺序检查。
加载离散小波变换系数。将离散小波变换系数加载到小波1-D工具时,必须首先将适当的数据保存在MAT文件中,该文件必须至少包含两个变量女主角
和渴望
。
变量女主角
必须是DWT系数的向量(针对不同级别连接)和变量渴望
指定每个组件的长度的向量女主角
以及原始信号的长度。
在构建或编辑工作空间中的相应数据后,键入
保存myfile coefs wongs
使用文件>加载>系数菜单选项从小波1-D工具将数据加载到图形工具中。
出现一个对话框,允许您选择数据所在的文件夹和文件。
加载分解。将离散小波变换分解数据加载到小波1-D在图形界面中,必须首先将适当的数据保存在MAT文件中(扩展名为WA1
或其他)。
MAT文件包含以下变量。
变量 | 地位 | 描述 |
---|---|---|
女主角 |
要求的 |
级联DWT系数的向量 |
渴望 |
要求的 |
矢量指定组分的长度 |
wave_name. |
要求的 |
指定用于分解的小波名称的字符向量(例如。, |
data_name. |
可选的 |
指定分解名称的字符向量 |
在构建或编辑工作空间中的相应数据后,键入
保存myfile coefs longs wave_name
使用文件>加载>分解菜单选项从小波1-D将分解数据加载到图形工具中的工具。
出现一个对话框,允许您选择数据所在的文件夹和文件。
笔记
加载信号时,来自MAT文件的分解或系数,此文件的扩展是免费的。这垫
扩展不是必需的。