3) конвертация данных структурной индексации для получения исходного сигнала;
4) визуализация данных вейвлет-анализа и структурной индексации для наглядного отображения их результатов.
На сегодняшний день не существует программных продуктов, предоставляющих возможность многомасштабного анализа дискретных сигналов путем структурной индексации.
Однако метод вейвлет-анализа, используемый в системе МАДС для предварительного анализа и являющейся основой данной работы, известен достаточно давно и с появлением электронно-вычислительной техники начали появлятся программные продукты для вейвлет-преобразований дискретных сигналов.
AutoSignal – программа компании Systat Software Inc, которая автоматизирует процесс анализа сигналов /4/. AutoSignal имеет графический интерфейс, позволяющий легко выполнять все операции, от ввода данных до вывода результатов. Существует возможность выбора технологии анализа, подбора соответствующего алгоритма. По результатам проведённого анализа AutoSignal формирует отчёты, содержащие двухмерные и трехмерные графики и краткие статистические обзоры /5/.
AutoSignal позволяет быстро определить все необходимые компоненты в структуре сигнала, для поиска которых обычно требуются навыки программирования и используются математические приложения. AutoSignal содержит огромное количество процедур спектрального анализа:
1) быстрое преобразование Фурье;
2) построение авторегрессионных моделей;
3) построение ARMA-моделей;
4) построение сложных экспоненциальных моделей;
5) анализ собственных частот и вейвлет-анализ.
1.2.2. MatLab Wavelet Toolbox
MatLab Wavelet Toolbox – это открытый, дружественный для пользователя пакет расширения MatLab, позволяющий синтезировать всевозможные алгоритмы обработки информации - данных, сигналов и изображений - с использованием вейвлет-функций /6/. В своей работе пакет широко использует возможности системы MatLab (матричные алгоритмы вычислений, стильную и в тоже время мощную графику) для решения задач анализа (шумоподавления, расфильтровки, сжатия и восстановления): это предоставляет в распоряжение как начинающего, так и профессионального пользователя исчерпывающий набор функций для реализации собственных алгоритмов обработки данных, т.е. написания собственного m-кода, а также средства графического интерфейса (GUI). Можно сказать, пакет Wavelet Toolbox оказывается превосходным средством для решения задач обработки одно- и двумерной информации: действительно, спектр задач, решаемых с использованием пакета, настолько широк, что упоминание таких проблем, как обработка звука, статических изображений и видеокартинок, не говоря уже о передаче данных, исследовании массивов геофизических, сейсмоакустических данных, биомедицинских сигналов и изображений, будет, естественно, далеко не полным.
MatLab Wavelet Toolbox включает обширную библиотека вейвлет-функций (континуальных неортогональных вейвлетов, в том числе комплексных; ортогональных семейств функций, функций Добеши, Койфмана, а также симлетов; биортогональных вейвлетов); широкий набор вейвлет-фильтров /7/.
Основные возможности:
1) всевозможные функции для реализации континуального анализа, дискретного одноуровневого и дискретного многоуровневого анализа;
2) функции анализа и синтеза данных с использованием вейвлет-пакетов;
3) функции для решения задач аппроксимации данных, статистических распределений и т.п.;
4) функции внедрения в пакет собственных вейвлет-функций и работы с ними;
5) набор средств визуализации результатов анализа и синтеза;
6) средства GUI.
1.2.3. Вывод по аналитическому обзору
Список программных продуктов, безусловно, может быть расширен, но все же самые характерные и популярные разработки в него включены.
Однако, несмотря на множество достоинств, они имеют следующие недостатки:
1) не реализуют метод структурной индексации исходных сигналов;
2) обладают высокими требованиями к аппаратному обеспечению;
3) имеют высокую стоимость;
4) понятие вейвлета в них строго детерминировано для реализации уже разработанных алгоритмов.
Этих недостатков лишена система МАДС. Кроме того, ограничения, накладываемые вышеупомянутыми системами на структуру вейвлета, в данной работе сняты: вейвлет по своей сущности здесь ничем не отличается от сигнала. Это открывает перед нами широкое поле для экспериментов, в том числе и по изучению фрактальных свойств сигнала.
Поэтому данная разработка является востребованной в современной индустрии компьютерной обработки сигналов.
Создание системы многомасштабного анализа дискретных сигналов позволит получить новые возможности по выявлению структурных особенностей сигналов, подавлению в них шумов, сжатию данных.
Для оценки эффективности работы системы МАДС можно использовать оценку размера данных до и после сжатия.
Автоматизация процесса многомасштабного анализа дискретных сигналов подразумевает реализацию в системе определенных средств и функций. Следует выделить ряд функциональных особенностей, которыми должна обладать система МАДС:
1) осуществление вейвлет-преобразования исходных сигналов;
2) осуществление структурной индексации исходных сигналов;
3) конвертация результатов структурной индексации для получения исходного сигнала;
4) визуализация данных вейвлет-преобразования и структурной индексации для наглядного отображения их результатов.
Система МАДС предназначена для работы с текстовыми файлами, содержащими данные о различных сигналах. Таким образом, объем информации, обрабатываемый системой, может быть достаточно велик и составлять десятки мегабайт. Эти особенности накладывают ограничения на использование непроизводительных и медленных алгоритмов.
Построение системы многомасштабного анализа дискретных сигналов предполагает модульную структуру. Общий интерфейс и возможность доступа ко всем модулям в составе системы должна обеспечивать оболочка. Из оболочки МАДС вызываются следующие модули: подсистема вейвлет-анализа, подсистема структурной индексации, подсистема конвертации данных структурной индексации в исходный сигнал, подсистема визуализации исходного сигнала и результатов вейвлет-преобразования и структурной индексации. Обмен данными между подсистемами происходит через проект в рамках общей оболочки.
Подсистема вейвлет-анализа служит для вейвлет-преобразования исходного сигнала.
Подсистема структурной индексации предназначена для реализации методов структурной индексации исходного сигнала.
Подсистема конвертации данных структурной индексации служит для преобразования результата структурной индексации, а также для получения из него вновь исходного сигнала.
Подсистема визуализации предназначена для отображения исходного сигнала, результатов работы подсистем вейвлет-анализа, структурной индексации и конвертации данных структурной индексации в виде графического изображения.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
