A Panorama on Multiscale Geometric Representations, Intertwining Spatial, Directional and Frequency Selectivity

The richness of natural images makes the quest for optimal representations in image processing and computer vision challenging. The latter observation has not prevented the design of image representations, which trade off between efficiency and complexity, while achieving accurate rendering of smooth regions as well as reproducing faithful contours and textures. The most recent ones, proposed in the past decade, share an hybrid heritage highlighting the multiscale and oriented nature of edges and patterns in images. This paper presents a panorama of the aforementioned literature on decompositions in multiscale, multi-orientation bases or dictionaries. They typically exhibit redundancy to improve sparsity in the transformed domain and sometimes its invariance with respect to simple geometric deformations (translation, rotation). Oriented multiscale dictionaries extend traditional wavelet processing and may offer rotation invariance. Highly redundant dictionaries require specific algorithms to simplify the search for an efficient (sparse) representation. We also discuss the extension of multiscale geometric decompositions to non-Euclidean domains such as the sphere or arbitrary meshed surfaces. The etymology of panorama suggests an overview, based on a choice of partially overlapping "pictures". We hope that this paper will contribute to the appreciation and apprehension of a stream of current research directions in image understanding.Comment: 65 pages, 33 figures, 303 reference

NOVEL OFDM SYSTEM BASED ON DUAL-TREE COMPLEX WAVELET TRANSFORM

The demand for higher and higher capacity in wireless networks, such as cellular, mobile and local area network etc, is driving the development of new signaling techniques with improved spectral and power efficiencies. At all stages of a transceiver, from the bandwidth efficiency of the modulation schemes through highly nonlinear power amplifier of the transmitters to the channel sharing between different users, the problems relating to power usage and spectrum are aplenty. In the coming future, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technology promises to be a ready solution to achieving the high data capacity and better spectral efficiency in wireless communication systems by virtue of its well-known and desirable characteristics. Towards these ends, this dissertation investigates a novel OFDM system based on dual-tree complex wavelet transform (D

Introduction to frames

This survey gives an introduction to redundant signal representations called frames. These representations have recently emerged as yet another powerful tool in the signal processing toolbox and have become popular through use in numerous applications. Our aim is to familiarize a general audience with the area, while at the same time giving a snapshot of the current state-of-the-art

H^∞-Optimal Fractional Delay Filters

Fractional delay filters are digital filters to delay discrete-time signals by a fraction of the sampling period. Since the delay is fractional, the intersample behavior of the original analog signal becomes crucial. In contrast to the conventional designs based on the Shannon sampling theorem with the band-limiting hypothesis, the present paper proposes a new approach based on the modern sampled-data $H^{infty}$ optimization that aims at restoring the intersample behavior beyond the Nyquist frequency. By using the lifting transform or continuous-time blocking the design problem is equivalently reduced to a discrete-time $H^{infty}$ optimization, which can be effectively solved by numerical computation softwares. Moreover, a closed-form solution is obtained under an assumption on the original analog signals. Design examples are given to illustrate the advantage of the proposed method

Wavelets and Subband Coding

First published in 1995, Wavelets and Subband Coding offered a unified view of the exciting field of wavelets and their discrete-time cousins, filter banks, or subband coding. The book developed the theory in both continuous and discrete time, and presented important applications. During the past decade, it filled a useful need in explaining a new view of signal processing based on flexible time-frequency analysis and its applications. Since 2007, the authors now retain the copyright and allow open access to the book

Discrete Wavelet Transforms

The discrete wavelet transform (DWT) algorithms have a firm position in processing of signals in several areas of research and industry. As DWT provides both octave-scale frequency and spatial timing of the analyzed signal, it is constantly used to solve and treat more and more advanced problems. The present book: Discrete Wavelet Transforms: Algorithms and Applications reviews the recent progress in discrete wavelet transform algorithms and applications. The book covers a wide range of methods (e.g. lifting, shift invariance, multi-scale analysis) for constructing DWTs. The book chapters are organized into four major parts. Part I describes the progress in hardware implementations of the DWT algorithms. Applications include multitone modulation for ADSL and equalization techniques, a scalable architecture for FPGA-implementation, lifting based algorithm for VLSI implementation, comparison between DWT and FFT based OFDM and modified SPIHT codec. Part II addresses image processing algorithms such as multiresolution approach for edge detection, low bit rate image compression, low complexity implementation of CQF wavelets and compression of multi-component images. Part III focuses watermaking DWT algorithms. Finally, Part IV describes shift invariant DWTs, DC lossless property, DWT based analysis and estimation of colored noise and an application of the wavelet Galerkin method. The chapters of the present book consist of both tutorial and highly advanced material. Therefore, the book is intended to be a reference text for graduate students and researchers to obtain state-of-the-art knowledge on specific applications

Model-based Filtering of Interfering Signals in Ultrasonic Time Delay Estimations

This work presents model-based algorithmic approaches for interference-invariant time delay estimation, which are specifically suited for the estimation of small time delay differences with a necessary resolution well below the sampling time. Therefore, the methods can be applied particularly well for transit-time ultrasonic flow measurements, since the problem of interfering signals is especially prominent in this application

Model-based Filtering of Interfering Signals in Ultrasonic Time Delay Estimations

In dieser Arbeit werden modellbasierte algorithmische Ansätze zur Interferenz-invarianten Zeitverschiebungsschätzung vorgestellt, die speziell für die Schätzung kleiner Zeitverschiebungsdifferenzen mit einer notwendigen Auflösung, die deutlich unterhalb der Abtastzeit liegt, geeignet sind. Daher lassen sich die Verfahren besonders gut auf die Laufzeit-basierte Ultraschalldurchflussmessung anwenden, da hier das Problem der Interferenzsignale besonders ausgeprägt ist. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Frage, wie mehrere Messungen mit unterschiedlichen Zeitverschiebungen oder Prozessparametern zur Unterdrückung der Interferenzsignale in Ultraschalldurchflussmessungen verwendet werden können, wobei eine gute Robustheit gegenüber additivem weißen Gauß\u27schen Rauschen und eine hohe Auflösung erhalten bleiben sollen. Zu diesem Zweck wird ein Signalmodell angenommen, welches aus stationären Interferenzsignalen, die nicht von wechselnden Zeitverschiebungen abhängig sind, und aus Zielsignalen, die den Messeffekt enthalten, besteht. Zunächst wird das Signalmodell einer Ultraschalldurchflussmessung und sein dynamisches Verhalten bei Temperatur- oder Zeitverschiebungsschwankungen untersucht. Ziel ist es, valide Simulationsdatensätze zu erzeugen, mit denen die entwickelten Methoden sowohl unter der Prämisse, dass die Daten perfekt zum Signalmodell passen, als auch unter der Prämisse, dass Modellfehler vorliegen, getestet werden können. Dabei werden die Eigenschaften der Signalmodellkomponenten, wie Bandbreite, Stationarität und Temperaturabhängigkeit, identifiziert. Zu diesem Zweck wird eine neue Methode zur Modellierung der Temperaturabhängigkeit der Interferenzsignale vorgestellt. Nach der Charakterisierung des gesamten Messsystems wird das Signalmodell -- angepasst an die Ultraschalldurchflussmessung -- als Grundlage für zwei neue Methoden verwendet, deren Ziel es ist, die Auswirkungen der Interferenzsignale zu reduzieren. Die erste vorgeschlagene Technik erweitert die auf der Signaldynamik basierenden Ansätze in der Literatur, indem sie die Voraussetzungen für die erforderliche Varianz der Zeitverschiebungen abschwächt. Zu diesem Zweck wird eine neue Darstellung von mehreren Messsignalen als Punktwolken eingeführt. Die Punktwolken werden dann mithilfe der Hauptkomponentenanalyse und B-Splines verarbeitet, was entweder zu Interferenz-invarianten Zeitverschiebungsschätzungen oder geschätzten Interferenzsignalen führt. In diesem Zusammenhang wird eine neuartige gemeinsame B-Spline- und Registrierungsschätzung entwickelt, um die Robustheit zu erhöhen. Der zweite Ansatz besteht in einer regressionsbasierten Schätzung der Zeitverschiebungsdifferenzen durch das Erlernen angepasster Signalunterräume. Diese Unterräume werden effizient durch die Analytische Wavelet Packet Transformation berechnet, bevor die resultierenden Koeffizienten in Merkmale transformiert werden, die gut mit den Zeitverschiebungssdifferenzen korrelieren. Darüber hinaus wird ein neuartiger, unbeaufsichtigter Unterraum-Trainingsansatz vorgeschlagen und mit den konventionellen Filter- und Wrapper-basierten Merkmalsauswahlmethoden verglichen. Schließlich werden beide Methoden in einem experimentellen Ultraschalldurchflussmesssystem mit einem hohen Maß an vorhandenen Interferenzsignalen getestet, wobei sich zeigt, dass sie in den meisten Fällen den Methoden aus der Literatur überlegen sind. Die Qualität der Methoden wird anhand der Genauigkeit der Zeitverschiebungsschätzung bewertet, da die Grundwahrheit für die Interferenzsignale nicht zuverlässig bestimmt werden kann. Anhand verschiedener Datensätze werden die Abhängigkeiten von den Hyperparametern, den Prozessbedingungen und, im Falle der regressionsbasierten Methode, dem Trainingsdatensatz analysiert