RU60242U1 - DEVICE FOR CALCULATING A CONTINUOUS TWO-DIMENSIONAL WAVELET TRANSFORM WITH AN ARBITRARY FILTER ANGLE - Google Patents

DEVICE FOR CALCULATING A CONTINUOUS TWO-DIMENSIONAL WAVELET TRANSFORM WITH AN ARBITRARY FILTER ANGLE Download PDF

Info

Publication number
RU60242U1
RU60242U1 RU2006132807/22U RU2006132807U RU60242U1 RU 60242 U1 RU60242 U1 RU 60242U1 RU 2006132807/22 U RU2006132807/22 U RU 2006132807/22U RU 2006132807 U RU2006132807 U RU 2006132807U RU 60242 U1 RU60242 U1 RU 60242U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
calculating
wavelet
output
dimensional
filter
Prior art date
Application number
RU2006132807/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Аркадий Львович Жизняков
Андрей Александрович Фомин
Original Assignee
Аркадий Львович Жизняков
Андрей Александрович Фомин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Аркадий Львович Жизняков, Андрей Александрович Фомин filed Critical Аркадий Львович Жизняков
Priority to RU2006132807/22U priority Critical patent/RU60242U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU60242U1 publication Critical patent/RU60242U1/en

Links

Landscapes

  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

Устройство относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки двумерных сигналов для получения вейвлет образа исследуемого сигнала. В частности, предлагаемое устройство может быть использовано для анализа изображений, выявления особенностей, периодических зависимостей и локальных неоднородностей. Полезная модель направлена на получение частотно-пространственного представления двумерного сигнала с помощью непрерывного двумерного вейвлет преобразования. Указанный технический результат достигается за счет вычисления двумерного вейвлет фильтра с произвольным выбором масштабирующих коэффициентов и угла поворота. Для этого в предлагаемое устройство добавлено два блока вычисления значений функций sin и cos, пять перемножителей, два сумматора и блок вычисления значений вейвлет фильтра, обеспечивающие расчет вейвлет фильтра, повернутого на произвольный угол Θ. Полученный вейвлет фильтр сохраняется в оперативном запоминающем устройстве и используется для вычисления свертки анализируемого сигнала в устройстве для вычисления двумерной свертки.The device relates to automation and computer technology and can be used in digital processing systems of two-dimensional signals to obtain a wavelet image of the signal under study. In particular, the proposed device can be used to analyze images, identify features, periodic dependencies and local heterogeneities. The utility model is aimed at obtaining a frequency-spatial representation of a two-dimensional signal using a continuous two-dimensional wavelet transform. The specified technical result is achieved by calculating a two-dimensional wavelet filter with an arbitrary choice of scaling factors and rotation angle. For this, two blocks for calculating the values of the functions sin and cos, five multipliers, two adders and a block for calculating the values of the wavelet filter, which provide the calculation of the wavelet filter rotated by an arbitrary angle Θ, are added to the proposed device. The obtained wavelet filter is stored in random access memory and used to calculate the convolution of the analyzed signal in the device for calculating two-dimensional convolution.

Description

Устройство относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки двумерных сигналов для получения вейвлет образа исследуемого сигнала.The device relates to automation and computer technology and can be used in digital processing systems of two-dimensional signals to obtain a wavelet image of the signal under study.

В частности, предлагаемое устройство может быть использовано для анализа изображений, выявления особенностей, периодических зависимостей и локальных неоднородностей.In particular, the proposed device can be used to analyze images, identify features, periodic dependencies and local heterogeneities.

Поскольку в памяти ЭВМ двумерные сигналы представляются в виде матриц мгновенных значений, т.е. в дискретной форме, то для получения вейвлет образа подобных сигналов следует применять аналог непрерывного вейвлет преобразования для дискретных сигналов. Для одномерных сигналов оно записывается какSince in the computer memory two-dimensional signals are represented as matrices of instantaneous values, i.e. in discrete form, then to obtain a wavelet image of such signals, an analogue of the continuous wavelet transform for discrete signals should be used. For one-dimensional signals, it is written as

, ,

где s - сигнал, ψ - вейвлет, а - масштабирующий коэффициент, b - величина сдвига вейвлета.where s is the signal, ψ is the wavelet, a is the scaling factor, and b is the wavelet shift.

Вейвлет преобразование дискретных сигналов эквивалентно свертке сигнала с некоторым фильтром. Обычно для разложения сигнала по базису вейвлет функций используется пара фильтров: низкочастотный (или скейлинг функция) φ и высокочастотный (или вейвлет) ψ [3]. Наличие пары фильтров для осуществления вейвлет преобразования присуще, как правило, только ортогональным вейвлетам. Тогда как, базисы на основе непрерывных вейвлетов, как правило, не являются строго ортонормированными, а зачастую применяются базисы, обладающие только свойствами устойчивости и "приблизительной" ортогональности [1]. Поэтому для вычисления непрерывного вейвлет преобразования используется только высокочастотный фильтр ψ.The wavelet transform of discrete signals is equivalent to the convolution of a signal with some filter. Usually, a pair of filters is used to decompose the signal along the basis of wavelet functions: low-frequency (or scaling function) φ and high-frequency (or wavelet) ψ [3]. The presence of a pair of filters for implementing the wavelet transform is inherent, as a rule, only to orthogonal wavelets. Whereas, bases based on continuous wavelets, as a rule, are not strictly orthonormal, and bases that have only stability and “approximate” orthogonality properties are often used [1]. Therefore, to calculate the continuous wavelet transform, only the high-pass filter ψ is used.

Для обобщения одномерного вейвлет преобразования на двумерный случай, применяются различные подходы. Одним из таких подходов является выбор вейвлета ψ∈L2(R) имеющего, либо не имеющего, сферическую симметрию и ввод вращения, наряду со сдвигами и сжатиями. В этом случае вейвлет будет определяться как [2]To generalize the one-dimensional wavelet transform to the two-dimensional case, various approaches are used. One of these approaches is the choice of the wavelet ψ∈L 2 (R) with or without spherical symmetry and rotation input, along with shifts and contractions. In this case, the wavelet will be defined as [2]

где Θ - угол поворота фильтра, RΘ - матрица поворота, которая имеет видwhere Θ is the angle of rotation of the filter, R Θ is the rotation matrix, which has the form

. .

При расчетах нет необходимости вычислять вейвлеты по всем возможным сдвигам b1 и b2. Достаточно вычислить вейвлет при b1=b2=0 и использовать его для свертки. В этом случае (1) примет видIn the calculations there is no need to calculate the wavelets for all possible shifts b 1 and b 2 . It is enough to calculate the wavelet at b 1 = b 2 = 0 and use it for convolution. In this case (1) takes the form

Распространенным примером вейвлета, применяемого для вычисления непрерывного вейвлет преобразования, является "мексиканская шляпа" [4], для двумерного случая этот тип вейвлета записывается как:A common example of a wavelet used to calculate a continuous wavelet transform is the “Mexican hat” [4], for the two-dimensional case this type of wavelet is written as:

где h(x, y), с учетом (2), имеет видwhere h (x, y), taking into account (2), has the form

. .

Поворот вейвлета на угол Θ, осуществляется какThe rotation of the wavelet by the angle Θ is carried out as

ψ(x,y,Θ)=ψ(xcosΘ-ysinΘ,xsinΘ+ycosΘ).ψ (x, y, Θ) = ψ (xcosΘ-ysinΘ, xsinΘ + ycosΘ).

Использование данного подхода для получения двумерного вейвлет фильтра, позволяет конструировать фильтры с различными коэффициентами сжатия по двум направлениям и углом поворота. Что позволяет более качественно обнаруживать локальные неоднородности двумерных сигналов, имеющих неправильную форму и повернутых на произвольный угол.Using this approach to obtain a two-dimensional wavelet filter allows you to design filters with different compression ratios in two directions and the rotation angle. This allows one to better detect local inhomogeneities of two-dimensional signals that have an irregular shape and are rotated by an arbitrary angle.

При этом двумерное непрерывное вейвлет преобразование сигнала, представленного матрицей мгновенных значений может быть получено как результат двумерной свертки сигнала с фильтром.In this case, a two-dimensional continuous wavelet transform of a signal represented by a matrix of instantaneous values can be obtained as a result of a two-dimensional convolution of the signal with a filter.

Известен способ последовательно-параллельного вейвлет преобразования [Авторское свидетельство RU №2249850, МПК 7 G 06 F 17/14, БИ №10, 2005], заключающийся в использовании пары фильтров для вейвлет разложения исходного сигнала, заданного в дискретные отсчеты времени (схема Малла).A known method of series-parallel wavelet transform [Copyright certificate RU No. 22489850, IPC 7 G 06 F 17/14, BI No. 10, 2005], which consists in using a pair of filters for wavelet decomposition of the original signal specified in discrete time samples (Mall scheme) .

Известно устройство быстрого вычисления дискретного вейвлет преобразования A device for the fast calculation of discrete wavelet transform

сигнала с произвольным шагом дискретизации масштабных коэффициентов [Авторское свидетельство RU №2246132, МПК 7 G 06 F 17/14, БИ №4, 2005], основанное на использовании метода вычисления непрерывного вейвлет преобразования путем скалярного произведения исследуемого сигнала и базисных функций.a signal with an arbitrary step of discretization of scale factors [Copyright certificate RU No. 2246132, IPC 7 G 06 F 17/14, BI No. 4, 2005], based on the method of calculating the continuous wavelet transform by means of the scalar product of the signal under study and the basic functions.

Общим недостатком этих устройств является невозможность вычисления двумерного вейвлет преобразования.A common disadvantage of these devices is the inability to calculate a two-dimensional wavelet transform.

Известно устройство для вычисления двумерной свертки [Авторское свидетельство RU №2042209, МПК 6 G 06 Т 1/00, БИ №23, 1995], позволяющее вычислять свертку двумерного сигнала, поступающего на вход устройства, с фильтром, поступающим на второй вход устройства.A device for calculating two-dimensional convolution [Author's certificate RU No. 2042209, IPC 6 G 06 T 1/00, BI No. 23, 1995], which allows to calculate the convolution of a two-dimensional signal input to the device with a filter supplied to the second input of the device.

Это устройство выбрано в качестве прототипа.This device is selected as a prototype.

Техническим результатом, предлагаемого устройства, является возможность вычисления непрерывного двумерного вейвлет преобразования для дискретных сигналов.The technical result of the proposed device is the ability to calculate a continuous two-dimensional wavelet transform for discrete signals.

Указанный технический результат достигается за счет вычисления вейвлет фильтра с произвольным выбором масштабирующих коэффициентов и угла поворота.The specified technical result is achieved by calculating the wavelet filter with an arbitrary choice of scaling factors and rotation angle.

На фигуре представлена схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из устройства управления - блок 1, устройств вычисления значений функций sin и cos (SIN, COS) - блоки 2 и 3 соответственно, пяти перемножителей - блоки 4-8, двух сумматоров - блоки 9 и 10, блока вычисления значений вейвлет фильтра (БВФ) по формуле (3) - блок 11, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) - блок 12, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) - блок 13 и устройства вычисления двумерной свертки - блок 14.The figure shows a diagram of the proposed device. The device consists of a control device - block 1, devices for calculating the values of the functions sin and cos (SIN, COS) - blocks 2 and 3, respectively, five multipliers - blocks 4-8, two adders - blocks 9 and 10, a block for calculating the values of the wavelet filter ( BVF) according to the formula (3) - block 11, random access memory (RAM) - block 12, analog-to-digital converter (ADC) - block 13 and two-dimensional convolution calculation device - block 14.

Принцип работы, предлагаемого устройства, заключается в следующем. С устройства управления значение угла поворота Θ вейвлет фильтра поступает на входы блоков SIN и COS, выходы которых соединены со вторыми входами перемножителей 4, 5 и 6, 7 соответственно, на первые входы которых из устройства управления поступают индексы x и y элементов вейвлет фильтра. Выход перемножителя 5 соединен со входом перемножителя 8, в котором осуществляется умножение входящего значения на (-1). Выходы перемножителей 8 и 6 соединены со входом сумматора 9, на выходе которого формируется индекс х' элемента вейвлет фильтра, повернутого на угол Θ, а на выходе сумматора 10, входы которого соединены с выходами перемножителей 4 и 7, - индекс y' элемента того же The principle of operation of the proposed device is as follows. From the control device, the angle of rotation угла of the wavelet filter is supplied to the inputs of the SIN and COS blocks, the outputs of which are connected to the second inputs of the multipliers 4, 5 and 6, 7, respectively, the first inputs of which from the control device are the indices x and y of the wavelet filter elements. The output of the multiplier 5 is connected to the input of the multiplier 8, in which the input value is multiplied by (-1). The outputs of the multipliers 8 and 6 are connected to the input of the adder 9, at the output of which an index x 'of the wavelet filter element is rotated through an angle Θ, and the output of the adder 10, the inputs of which are connected to the outputs of the multipliers 4 and 7, is the index y' of the element

фильтра.filter.

Выходы сумматоров соединены с первыми двумя входами БВФ, на вторые два входа которого из устройства управления поступают значения масштабирующих коэффициентов a1 и a2. На выходе БВФ формируются значения вейвлет фильтра, повернутого на угол Θ, которые сохраняются в ОЗУ.The outputs of the adders are connected to the first two inputs of the BCF, the second two inputs of which from the control device receive the values of the scaling factors a 1 and a 2 . At the output of the BVF, the values of the wavelet filter are rotated by an angle Θ, which are stored in RAM.

Из ОЗУ матрица значений вейвлета поступает на первый вход устройства двумерной свертки, на второй вход которого с выхода АЦП поступает дискретная выборка отсчетов s(x,y) анализируемого сигнала s(t1,t2), поступающего на вход АЦП. На выходе устройства свертки формируется дискретная выборка преобразованного сигнала W(a1,a2), представляющая собой набор коэффициентов вейвлет преобразования.From RAM, the matrix of wavelet values is fed to the first input of a two-dimensional convolution device, the second input of which from the ADC output receives a discrete sample of samples s (x, y) of the analyzed signal s (t 1 , t 2 ) received at the ADC input. At the output of the convolution device, a discrete sample of the converted signal W (a 1 , a 2 ) is formed, which is a set of wavelet transform coefficients.

Источники информацииInformation sources

1. Воробьев В.И., Грибунин В.Г. Теория и практика вейвлет преобразования. - С.-Пб.: ВУС, 1999. - 204 с.1. Vorobiev V.I., Gribunin V.G. Theory and practice of wavelet transform. - S.-Pb .: VUS, 1999 .-- 204 p.

2. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. - Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2001. - 464 с.2. Finish I. Ten lectures on wavelets. - Izhevsk: Research Center "Regular and chaotic dynamics", 2001. - 464 p.

3. Малла С. Вэйвлеты в обработке сигналов: Пер. с англ. - М.: Мир, 2005. - 671 с., ил.3. Malla S. Wavelets in signal processing: Trans. from English - M .: Mir, 2005 .-- 671 p., Ill.

4. Переберин А. В. О систематизации вейвлет преобразований // Вычислительные методы и программирование. - 2001 г. - Т.2. - С.15-404. Pereberin A. V. On the systematization of wavelet transforms // Computational methods and programming. - 2001 - T.2. - S.15-40

Claims (1)

Устройство вычисления непрерывного двумерного вейвлет-преобразования с произвольным углом поворота фильтра, осуществляющее двумерную свертку анализируемого сигнала с вейвлет-фильтром и содержащие блоки для вычисления двумерной свертки, отличающееся тем, что оно содержит блоки для расчета значений функций sin и cos, на вход которых с выхода устройства управления поступает значение угла поворота Θ фильтра, а выходы блоков соединены со вторыми входами 1-го, 2-го и 3-го, 4-го перемножителей соответственно, на первые входы которых с устройства управления поступают индексы x и y элементов вейвлет-фильтра, причем индекс x поступает на входы 1-го и 3-го перемножителей, а индекс y - на входы 2-го и 4-го перемножителей, причем выход 2-го перемножителя соединен с первым входом 5-го перемножителя, на второй вход которого поступает значение (-1), а выход вместе с выходом 3-го перемножителя соединен со входами 1-го сумматора, с выхода которого на первый вход блока вычисления значений вейвлет-фильтра (БВФ) поступает индекс x' элемента фильтра, а на второй вход поступает индекс y' элемента фильтра с выхода 2-го сумматора, входы которого соединены с выходами 1-го и 4-го перемножителей, кроме того, на 3-й и 4-й входы БВФ поступают значения масштабирующих коэффициентов a1 и а2, а на выходе формируются значения элементов вейвлет-фильтра, повернутого на угол Θ, который сохраняется в оперативном запоминающем устройстве, с выхода которого на первый вход устройства для вычисления двумерной свертки поступает вейвлет-фильтр, а на второй вход с выхода аналого-цифрового преобразователя (АЦП) поступает дискретная выборка отсчетов анализируемого сигнала, поступившего на вход АЦП, и на выходе устройства свертки формируются коэффициенты вейвлет-преобразования.
Figure 00000001
A device for calculating a continuous two-dimensional wavelet transform with an arbitrary angle of rotation of the filter, performing two-dimensional convolution of the analyzed signal with a wavelet filter and containing blocks for calculating two-dimensional convolution, characterized in that it contains blocks for calculating the values of the functions sin and cos, the input of which is output the control device receives the value of the angle of rotation Θ of the filter, and the outputs of the blocks are connected to the second inputs of the 1st, 2nd and 3rd, 4th multipliers, respectively, to the first inputs of which from the device the indices x and y of the elements of the wavelet filter, and the index x goes to the inputs of the 1st and 3rd multipliers, and the index y goes to the inputs of the 2nd and 4th multipliers, and the output of the 2nd multiplier is connected to the first the input of the 5th multiplier, the second input of which receives the value (-1), and the output, together with the output of the 3rd multiplier, is connected to the inputs of the 1st adder, from the output of which the first input of the block for calculating the values of the wavelet filter (BVF) index x 'of the filter element, and the second input receives the index y' of the filter element from output 2- of the adder, the inputs of which are connected to the outputs of the 1st and 4th multipliers, in addition, the values of the scaling factors a 1 and a 2 are received at the 3rd and 4th inputs of the BCF, and the values of the wavelet filter elements are generated at the output, rotated by an angle Θ, which is stored in random access memory, from the output of which a wavelet filter is fed to the first input of the device for calculating two-dimensional convolution, and a discrete sample of samples of the analyzed signal comes to the second input from the output of the analog-to-digital converter (ADC), upivshego the ADC input and the output of the convolution device formed wavelet transform coefficients.
Figure 00000001
RU2006132807/22U 2006-09-12 2006-09-12 DEVICE FOR CALCULATING A CONTINUOUS TWO-DIMENSIONAL WAVELET TRANSFORM WITH AN ARBITRARY FILTER ANGLE RU60242U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006132807/22U RU60242U1 (en) 2006-09-12 2006-09-12 DEVICE FOR CALCULATING A CONTINUOUS TWO-DIMENSIONAL WAVELET TRANSFORM WITH AN ARBITRARY FILTER ANGLE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006132807/22U RU60242U1 (en) 2006-09-12 2006-09-12 DEVICE FOR CALCULATING A CONTINUOUS TWO-DIMENSIONAL WAVELET TRANSFORM WITH AN ARBITRARY FILTER ANGLE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU60242U1 true RU60242U1 (en) 2007-01-10

Family

ID=37761813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006132807/22U RU60242U1 (en) 2006-09-12 2006-09-12 DEVICE FOR CALCULATING A CONTINUOUS TWO-DIMENSIONAL WAVELET TRANSFORM WITH AN ARBITRARY FILTER ANGLE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU60242U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540781C1 (en) * 2013-08-13 2015-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "ИмПро Технологии" Method of direct and inverse fast two-dimensional wavelet-transform

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540781C1 (en) * 2013-08-13 2015-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "ИмПро Технологии" Method of direct and inverse fast two-dimensional wavelet-transform

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Van De Ville et al. Isotropic polyharmonic B-splines: Scaling functions and wavelets
Vyas et al. Multiscale transforms with application to image processing
Heydari et al. An optimization wavelet method for multi variable-order fractional differential equations
Pattichis et al. Analyzing image structure by multidimensional frequency modulation
JP6388713B2 (en) Digital signal processor
Wadhwa et al. Quaternionic representation of the riesz pyramid for video magnification
RU60242U1 (en) DEVICE FOR CALCULATING A CONTINUOUS TWO-DIMENSIONAL WAVELET TRANSFORM WITH AN ARBITRARY FILTER ANGLE
Grigoryan et al. Tensor representation of color images and fast 2D quaternion discrete Fourier transform
Cho et al. Application of wavelet analysis to ecological data
Ji et al. Digital Gabor filters do generate MRA-based wavelet tight frames
Bi et al. A denoising algorithm for quantum remote sensing image data [J]
RU61440U1 (en) DEVICE FOR CALCULATING A TWO-DIMENSIONAL WAVELET TRANSFORM
Haythem et al. Fast Generalized Fourier Descriptor for object recognition of image using CUDA
Ma et al. Multiscale geometric analysis of turbulence by curvelets
CN113066059B (en) Image definition detection method, device, equipment and storage medium
RU61441U1 (en) DEVICE FILTERING FEATURES OF THE IMAGE BASED ON CONTINUOUS WAVELET TRANSFORM
Florack A spatio-frequency trade-off scale for scale-space filtering
Bantikyan Implementation of parallel fast Hartley transform (FHT) using Cuda
Jaya et al. Sequency-based mapped real transform: properties and applications
Singh et al. Wavelet transforms: from classical to new generation wavelets
Aldroubi et al. New Trends in Applied Harmonic Analysis, Volume 2: Harmonic Analysis, Geometric Measure Theory, and Applications
Zaynidinov et al. PIECEWISE-POLYNOMIAL BASIS FUNCTIONS FOR COMPUTING PROBLEMS IN BIOMEDICAL SIGNAL PROCESSING
Postnikov Evaluation of a continuous wavelet transform by solving the Cauchy problem for a system of partial differential equations
Xu et al. Extended conjugate polar fourier transforminconvolution network
CN107807389B (en) Anti-aliasing seismic data encryption method and device

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20070913