主要内容

Wavelet Scattering

Simulink 中的小波散射网络建模

自 R2022b 起

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库:
DSP System Toolbox / Feature Extractors

描述

Wavelet Scattering 模块创建了一个框架,用于在 Simulink® 环境中实现小波时间散射。使用此模块从实数值数据中推导低方差特征,然后在机器学习和深度学习应用中使用这些特征。该模块使用预定义的小波滤波器来计算尺度图,并对尺度图应用平均值滤波器以进行特征提取。有关详细信息,请参阅Wavelet Scattering (Wavelet Toolbox)。要在 MATLAB® 中执行小波散射,请使用 waveletScattering (Wavelet Toolbox) 函数。

Wavelet Scattering 模块需要 Wavelet Toolbox™。

示例

端口

输入

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将输入信号指定为向量或矩阵。模块将矩阵中的每列视为一个单独通道。例如,模块将 1×Nchann 行向量视为 Nchann 个单独通道。

当输入数据类型为 single 时,模块以单精度执行内部运算。输入数据类型确定滤波器组中散射分解的精度。

输入帧长度不必与在模块对话框中指定的信号长度匹配。模块使用缓冲区向小波散射算法馈送长度为信号长度(采样) 的帧。如果输入帧大小与信号长度不匹配,则模块以多速率模式运行。

数据类型: single | double

输出

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输出信号,以矩阵或三维数组形式返回。

对于列向量输入,输出维度为 Npath×Nscat,其中 Npath 是散射路径的数量,Nscat 是每条路径中散射系数的数量,或散射系数的分辨率。

对于矩阵输入,输出维度为 Npath×Nscat×Nchann,其中 Nchann 是输入中的列数。

数据类型: single | double

参数

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将以采样为单位的信号长度指定为大于等于 16 的正整数。

输入帧长度不必与信号长度匹配。模块使用缓冲区向小波散射算法馈送长度为信号长度的帧。如果输入帧大小与信号长度不匹配,则模块以多速率模式运行。

数据类型: double

将信号的连续帧之间的叠加(以采样为单位)指定为非负整数。

数据类型: double

使用 Sample rate (Hz) 参数在模块对话框中指定采样率。如果不选中此复选框,则频率以“周期数/采样”为单位,奈奎斯特频率为 ½。

数据类型: Boolean

将采样率(以 Hz 为单位)指定为正标量。

依赖关系

要启用此参数,请选择指定采样率参数。

数据类型: double

将以采样为单位的散射变换不变性尺度指定为正整数。不变性尺度指定散射变换的平移不变性。

如果不指定采样率,则不变性尺度以采样为单位进行测量。如果指定采样率,则不变性尺度以秒为单位进行测量。

不变性尺度不能超出信号长度。如果信号长度为 1000 个采样并且未指定采样率,则不变性尺度的最大值为 1000 个采样。

依赖关系

要启用此参数,请清除指定采样率参数。

数据类型: double

将以采样为单位的散射变换不变性尺度指定为正标量。不变性尺度指定散射变换的平移不变性。

如果不指定采样率,则不变性尺度以采样为单位进行测量。如果指定采样率,则不变性尺度以秒为单位进行测量。默认情况下,不变性尺度是信号长度的一半。

不变性尺度不能超出信号长度。如果信号长度为 1000 个采样并且指定的采样率为 200 Hz,则不变性尺度的最大值为 5。

依赖关系

仅当您选择指定采样率参数时,此参数才会出现。

数据类型: double

将散射滤波器组的质量因子指定为正整数或由单调递减的正整数组成的向量。滤波器组质量因子是每个倍频程的小波滤波器数量。质量因子不能超出 32,并且必须大于或等于 1。

默认情况下,模块创建的小波散射网络有两个滤波器组。第一个滤波器组的质量因子是每倍频程 8 个小波,第二个滤波器组的质量因子是每倍频程 1 个小波。

数据类型: double

指定是否优化散射变换并减少散射路径的数量。

选择此参数时,算法会根据带宽考虑事项减少要计算的散射路径的数量。散射变换排除了不满足以下条件的 2 阶和更高阶散射路径:

中心频率减去第 (i+1) 个滤波器组中小波滤波器的 3-dB 带宽的 ½ 必须与 0 (DC) 加上第 i 个滤波器组中小波滤波器的 3-dB 带宽的 ½ 重叠。

如果不满足此条件,则排除更高阶路径。对于大多数网络,选择减少散射路径的数量参数可以显著减少散射路径数和散射变换的计算复杂度。

数据类型: Boolean

将过采样因子指定为非负整数或 Inf

过采样因子指定每个信号的散射系数在 log2 尺度上按其增大的因子。默认情况下,过采样因子设置为 0,这对应于对系数进行临界下采样。要获得完全非抽样散射变换,请将过采样因子设置为 Inf

过采样因子设置为导致系数多于采样数的值等效于将过采样因子设置为 Inf。提高过采样因子会显著增加散射变换的计算复杂度和内存要求。

如果将过采样因子设置为 2,散射变换为每个散射路径返回的系数量将是临界采样数的 22 倍。

数据类型: double

将要在边界应用的信号扩展方法指定为以下项:

  • 周期性 - 周期性地将信号扩展到长度 2^ceil(log2(N)),其中 N 是信号长度。

  • 反射 - 通过反射将信号扩展到长度 2^ceil(log2(2N)),其中 N 是信号长度。

信号会扩展以匹配小波滤波器的长度。滤波器的长度是 2 的幂。

信号扩展方法适用于内部操作。在返回之前,结果被下采样回原始信号的尺度。

散射系数

指定是否包括零阶系数。

数据类型: Boolean

将应用于散射系数的归一化类型指定为父级。如果指定为父级,则阶数大于 0 的散射系数将按其沿散射路径的父级进行归一化。

将应用于散射系数的变换类型指定为对数

模块特性

数据类型

double | single

直接馈通

no

多维信号

no

可变大小信号

no

过零检测

no

参考

[1] Andén, Joakim, and Stéphane Mallat. “Deep Scattering Spectrum.” IEEE Transactions on Signal Processing 62, no. 16 (August 2014): 4114–28. https://doi.org/10.1109/TSP.2014.2326991.

[2] Mallat, Stéphane. “Group Invariant Scattering.” Communications on Pure and Applied Mathematics 65, no. 10 (October 2012): 1331–98. https://doi.org/10.1002/cpa.21413.

扩展功能

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版本历史记录

在 R2022b 中推出

另请参阅

函数