基于小波变换的钢轨超声探伤数据压缩研究

发布时间：2017-10-28 15:15

  本文关键词：基于小波变换的钢轨超声探伤数据压缩研究

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【摘要】：本论文对基于小波变换的钢轨超声探伤数据压缩方案进行了研究。超声检测技术是目前运用最广的无损检测技术,被运用于无损检测的各个领域,尤其是钢轨探伤。但是钢轨超声探伤原始数据的数据量非常庞大,需要占用大量的存储资源,一定程度上限制了钢轨超声探伤的发展。所以,钢轨超声探伤数据高效高保真压缩方案的研究,对于钢轨探伤技术的发展有着重要意义。论文分析了超声探伤信号的特征和数学模型,进一步探讨了常见的数据压缩方法。采用压缩率和相对均方根误差作为标准来衡量压缩效果,研究了适用于钢轨超声探伤信号压缩小波基的寻找方法和压缩方案。进而进一步采用编码的方式,研究了编码的对于小波压缩效果的提升。首先,定性比较各种小波基的数学特点,根据对小波压缩比较重要的特性(消失矩、紧支性等)对小波基进行了初步筛选,得出了20多种小波基。之后引入压缩后余留能量系数作为评判标准,进一步筛选出了3种适合超声信号压缩的小波基。最后通过数据压缩实验和压缩效果评价参数,得出了Coif5是超声信号压缩中最优的小波基函数。通过实验得出了各个分解层数下的压缩比和相对误差,由于压缩比和失真存在一定的对立关系,根据控制变量法的思想,调整量化阈值进行了多次压缩实验,最终确定了小波压缩的最佳分解层数为6,此时小波压缩压缩率为5.571%,相对均方根误差1.19%。在小波压缩的基础上,引入熵编码对小波压缩进行补充,在没有引入失真的情况下改善了压缩效果。比较了算术编码和LZW编码等几种常见的编码方式及其改进编码方式,以压缩比和运算时间为评价指标,选择使用自适应算术编码作为编码压缩方式。最后对实际的钢轨探伤数据进行了综合压缩实验,使用小波压缩结合编码压缩的方式取得了良好的压缩效果,压缩率为2.919%,相对均方根误差1.19%。各项压缩指标优于现行的超声压缩算法,对应压缩率为4.46%,相对均方根误差为5.31%。
【关键词】：钢轨探伤 超声检测 小波变换 数据压缩 小波基
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB559
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 课题的背景以及研究意义12-13
• 1.2 数据压缩的发展与研究现状13-15
• 1.3 论文的主要内容及其安排15-17
• 1.3.1 主要研究内容和目标15-16
• 1.3.2 论文结构和安排16-17
• 第二章 钢轨超声数据压缩概述17-23
• 2.1 钢轨超声探伤数据的特点17
• 2.2 超声探伤信号的特性17-19
• 2.2.1 超声探伤信号的数学模型17-18
• 2.2.2 超声探伤信号的特性18-19
• 2.3 数据压缩方法简介19-21
• 2.3.1 数据无损压缩19-20
• 2.3.2 数据有损压缩20-21
• 2.4 数据压缩性能评价方法21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 小波压缩理论23-38
• 3.1 小波变换简介23
• 3.2 连续小波变换23-24
• 3.3 离散小波变换24-25
• 3.4 多分辨率分析25-28
• 3.4.1 由理想滤波器组引入多分辨率分析26-27
• 3.4.2 由函数空间引入多分辨率分析27-28
• 3.5 小波变换的Mallat快速算法28-30
• 3.6 提升小波变换30-31
• 3.7 小波压缩原理31-33
• 3.8 小波压缩过程33-37
• 3.9 本章小结37-38
• 第四章 超声探伤数据的小波压缩38-50
• 4.1 数据来源38-39
• 4.2 最优小波基的确定39-44
• 4.2.1 通过数学特性筛选小波基40-41
• 4.2.2 通过保留能量系数筛选小波基41-42
• 4.2.3 通过压缩实验筛选小波基42-44
• 4.3 最优量化方式的确定44-45
• 4.4 最优分解层数的确定45-47
• 4.5 不同数据的小波分解47-48
• 4.6 小波压缩实验48
• 4.7 本章小结48-50
• 第五章 超声探伤数据的编码压缩50-67
• 5.1 编码理论50-51
• 5.2 Huffman编码51-52
• 5.3 游程编码52-53
• 5.4 算术编码53-56
• 5.4.1 传统算术编码53-54
• 5.4.2 自适应算术编码54-56
• 5.5 LZW编码56-58
• 5.5.0 传统LZW编码56-57
• 5.5.1 LZW查找方式改进57-58
• 5.5.2 LZW字典的优化58
• 5.6 编码压缩实验58-64
• 5.6.1 自适应算术编码性能的提升59-60
• 5.6.2 改进LZW编码的性能提升60-61
• 5.6.3 编码算法的比较61-64
• 5.7 总体综合压缩实验64-66
• 5.8 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 全文总结67-68
• 6.2 进一步研究展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-76
• 攻读硕士期间发表论文及成果76

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