本書的目的主要是向讀者展示傅里葉分析和小波的許多基礎(chǔ)知識(shí)以及在信號(hào)分析方面的應(yīng)用。全書分為8章和3個(gè)附錄,第0章是學(xué)習(xí)第1章至第7章的準(zhǔn)備知識(shí),即內(nèi)積空間;第1章講解傅里葉級(jí)數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí);第2章講解傅里葉變換;第3章介紹離散傅里葉變換以及快速傅里葉變換;第4章至第7章討論小波;附錄部分則介紹稍微復(fù)雜的一些技術(shù)主題、部分習(xí)題解答以及演示概念或產(chǎn)生圖形的MATLAB代碼。
適讀人群 :本書可作為高等學(xué)校電子信息、電氣工程、地球物理等專業(yè)信號(hào)處理領(lǐng)域的教材,也可供相關(guān)技術(shù)人員參考。
詳細(xì)內(nèi)容包括:
傅里葉級(jí)數(shù)、傅里葉變換和離散傅里葉變換。
連續(xù)小波和二維小波。
哈爾、香農(nóng)和線性樣條小波。
多分辨率分析理論基礎(chǔ)。
MATLAB代碼及在信號(hào)處理中的應(yīng)用。
Daubechies小波的構(gòu)造、平滑性和計(jì)算問題。
高維小流的分辨與重構(gòu)、小波變換。
譯 者 序
本書的特色十分鮮明:它是一本工科高年級(jí)本科生或研究生能看得懂的書。譯者從1998年開始給通信與信息系統(tǒng)等專業(yè)研究生開設(shè)“小波變換及其應(yīng)用”課程,候選的國內(nèi)外教材先后不下十余本,均存在同一個(gè)問題:這些小波書籍太數(shù)學(xué)化了,需要實(shí)變函數(shù)論等知識(shí)才能閱讀,而一般工科學(xué)生并不具備,因此學(xué)起來往往有畏懼的情緒。同時(shí),小波理論又在許多工程領(lǐng)域取得了豐碩的成果,令廣大工程技術(shù)人員們不得不躍躍欲試。本書作者Albert Boggess博士現(xiàn)任得克薩斯A&M大學(xué)數(shù)學(xué)系主任、教授,多年來一直從事傅里葉分析和小波理論的教學(xué)工作,其豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和成果完全地展示在本書中,能遇到這樣的書籍實(shí)屬難得。
本書可明顯地分為兩個(gè)部分:第1章至第3章探討傅里葉分析,第4章至第7章探討小波分析。前者存在的原因有二,一是在小波分析中要經(jīng)常引用傅里葉分析的有關(guān)內(nèi)容,二是本書的傅里葉分析部分不僅基本理論介紹得很清楚,而且還有大量引人入勝的背景材料,這在國內(nèi)常見的書籍中是少見的。
譯者2002年9月見到此書的英文版,閱后感覺甚好,馬上在當(dāng)年的教學(xué)中采用,學(xué)生一致反映不錯(cuò),這當(dāng)是意料之中的事。授課結(jié)束,手頭也有了厚厚一摞翻譯稿,于是就有了把它變成鉛字出版的念頭。幸得電子工業(yè)出版社的大力支持,得以現(xiàn)在的面目呈現(xiàn)給各位讀者。原書只有少量的錯(cuò)誤,已在譯文中改正并指出。
“小波”這個(gè)名詞早已有之,但一直在純數(shù)學(xué)的王國里游蕩了近一個(gè)世紀(jì),有些艱深晦澀的氣息在所難免?擅黠@看出,本書的作者在字里行間處處想消除這種氣息,而且最終也確實(shí)做到了。若作為純粹的小波理論研究之用,本書顯然有些淺顯,建議另謀它書;若作為小波理論的應(yīng)用,結(jié)合相應(yīng)的工程背景,本書是夠用的。況且,時(shí)至今日,小波理論在許多工程領(lǐng)域的應(yīng)用已有了相應(yīng)的“定式”,若教師在給工科學(xué)生講授小波理論過程中,能結(jié)合具體的應(yīng)用,定會(huì)給學(xué)習(xí)過程帶來無窮樂趣,同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的信心。
譯者不是數(shù)學(xué)專業(yè)出身,初涉小波“高貴”的殿堂,純粹是為了某工程項(xiàng)目以及后來教學(xué)工作的需要。若有任何錯(cuò)誤,敬請讀者包涵并指正。
全書由芮國勝、康健翻譯。感謝2001級(jí)和2002級(jí)研究生中參加聽課的所有同學(xué),特別是碩士生邱風(fēng)、高學(xué)強(qiáng)和博士生王曉東還具體參與了部分文稿的錄入和校對(duì)工作。數(shù)學(xué)教研室主任時(shí)寶教授最后敲定了一些術(shù)語的譯法,康錫章教授通覽了全書并提出了許多好的建議,在此一并對(duì)他們表示衷心的感謝。
ALBERT BOGGESS(艾伯特�9�9博格斯): 美國加州大學(xué)伯克利分校教授, 主要從事數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的教學(xué)與研究工作, 發(fā)表論文多篇, 專項(xiàng)多部.
芮國勝, 海軍航空工程學(xué)院電子工程系, 教授. 主要從事數(shù)字信號(hào)處理的教學(xué)與研究工作, 發(fā)表論文多篇, 出版譯著三部.
目 錄
第0章 內(nèi)積空間 1
0.1 引言 1
0.2 內(nèi)積的定義 1
0.3 空間和 空間 3
0.3.1 定義 3
0.3.2 收斂與一致收斂 6
0.4 Schwarz不等式與三角不等式 9
0.4.1 實(shí)內(nèi)積空間的證明 9
0.4.2 復(fù)內(nèi)積空間的證明 10
0.4.3 三角不等式的證明 10
0.5 正交 11
0.5.1 定義與例子 11
0.5.2 正交投影 13
0.5.3 Gram-Schmidt正交化方法 17
0.6 線性算子及其伴隨算子 19
0.6.1 線性算子 19
0.6.2 伴隨算子 20
0.7 最小二乘和線性預(yù)測編碼 22
0.7.1 數(shù)據(jù)的最佳擬合線 22
0.7.2 通用最小二乘算法 25
0.7.3 線性預(yù)測編碼 27
0.8 習(xí)題 30
第1章 傅里葉級(jí)數(shù) 35
1.1 引言 35
1.1.1 歷史回顧 35
1.1.2 信號(hào)分析 36
1.1.3 偏微分方程 36
1.2 傅里葉級(jí)數(shù)的計(jì)算 38
1.2.1 在區(qū)間 上 38
1.2.2 其他區(qū)間 40
1.2.3 余弦和正弦展開 43
1.2.4 例子 46
1.2.5 傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)指數(shù)形式 53
1.3 傅里葉級(jí)數(shù)的收斂定理 57
1.3.1 Riemann-Lebesgue引理 57
1.3.2 連續(xù)點(diǎn)處的收斂性 59
1.3.3 間斷點(diǎn)處的收斂性 64
1.3.4 一致收斂 67
1.3.5 依平均收斂 70
1.4 習(xí)題 77
第2章 傅里葉變換 85
2.1 傅里葉變換的通俗描述 85
2.1.1 傅里葉逆定理 85
2.1.2 例子 88
2.2 傅里葉變換的性質(zhì) 92
2.2.1 基本性質(zhì) 92
2.2.2 卷積的傅里葉變換 98
2.2.3 傅里葉變換的伴隨算子 100
2.2.4 Plancherel定理 100
2.3 線性濾波器 101
2.3.1 時(shí)不變?yōu)V波器 101
2.3.2 因果性和濾波器設(shè)計(jì) 106
2.4 采樣定理 110
2.5 不確定性原理 113
2.6 習(xí)題 117
第3章 離散傅里葉分析 121
3.1 離散傅里葉變換 122
3.1.1 離散傅里葉變換的定義 122
3.1.2 離散傅里葉變換的性質(zhì) 123
3.1.3 快速傅里葉變換 126
3.1.4 傅里葉變換的FFT近似 131
3.1.5 應(yīng)用1――參數(shù)辨識(shí) 132
3.1.6 應(yīng)用2――常差分方程的離散化 133
3.2 離散信號(hào) 134
3.2.1 時(shí)不變和離散線性濾波器 134
3.2.2 Z變換和轉(zhuǎn)移函數(shù) 136
3.3 離散信號(hào)與MATLAB 140
3.4 習(xí)題 142
第4章 Haar小波分析 147
4.1 小波的由來 147
4.2 Haar小波 148
4.2.1 Haar尺度函數(shù) 148
4.2.2 Haar尺度函數(shù)的基本性質(zhì) 152
4.2.3 Haar小波 153
4.3 Haar分解和重構(gòu)算法 157
4.3.1 分解 157
4.3.2 重構(gòu) 162
4.3.3 濾波器和流程圖 166
4.4 小結(jié) 168
4.5 習(xí)題 170
第5章 多分辨率分析 173
5.1 多分辨率框架 173
5.1.1 定義 173
5.1.2 尺度關(guān)系 176
5.1.3 相應(yīng)的小波和小波空間 179
5.1.4 分解和重構(gòu)公式 182
5.1.5 小結(jié) 184
5.2 分解和重構(gòu)的實(shí)現(xiàn) 185
5.2.1 分解算法 185
5.2.2 重構(gòu)算法 190
5.2.3 用小波進(jìn)行信號(hào)處理的一般過程 192
5.3 傅里葉變換準(zhǔn)則 195
5.3.1 尺度函數(shù) 195
5.3.2 頻域的正交性 197
5.3.3 頻域的尺度方程 199
5.3.4 構(gòu)建尺度函數(shù)的迭代步驟 203
5.4 習(xí)題 207
第6章 Daubechies小波 211
6.1 Daubechies小波的構(gòu)造 211
6.2 分類、矩和平滑性 215
6.3 計(jì)算問題 218
6.4 二進(jìn)點(diǎn)上的尺度函數(shù) 219
6.5 習(xí)題 223
第7章 其他小波主題 225
7.1 計(jì)算復(fù)雜度 225
7.1.1 小波算法 225
7.1.2 小波包 226
7.2 高維小波 227
7.3 相應(yīng)的分解和重構(gòu)算法 232
7.3.1 轉(zhuǎn)移函數(shù)解釋 236
7.4 小波變換 238
7.4.1 小波變換的定義 239
7.4.2 小波變換的逆公式 241
附錄A 技術(shù)問題 245
附錄B 部分習(xí)題解答 257
附錄C MATLAB程序 273
參考文獻(xiàn) 279