File Coverage

blib/lib/Math/DWT/UDWT.pm
Criterion Covered Total %
statement 8 135 5.9
branch 0 32 0.0
condition 0 3 0.0
subroutine 3 6 50.0
pod 3 3 100.0
total 14 179 7.8


line stmt bran cond sub pod time code
1             package Math::DWT::UDWT;
2              
3 1     1   13345 use 5.006;
  1         2  
4 1     1   4 use strict;
  1         1  
  1         17  
5 1     1   3 use warnings;
  1         4  
  1         812  
6              
7              
8             =head1 NAME
9              
10             Math::DWT::UDWT - Pure Perl 1-D Undecimated Discrete Wavelet Transform.
11              
12             =head1 VERSION
13              
14             Version 0.01_1
15              
16             =cut
17              
18             our $VERSION = '0.01_1';
19              
20              
21             =head1 SYNOPSIS
22              
23             This module implements a pure Perl version of the 1-D Undecimated Discrete Wavelet Transform (UDWT), also known as the "stationary" Discrete Wavelet Transform, because it is shift-invariant.
24              
25             Do not look here for efficiency - only implementation. It is designed to be a reference for others who would like to see wavelets in action. It is based off of MATLAB code from Ivan Selesnick's website at L.
26              
27             use Math::DWT::UDWT;
28              
29             # new object with Math::DWT::Wavelet::Symmlet module loaded
30             # as wavelet; specifically, Symmlet5
31             my $udwt = Math::DWT::UDWT->new('Symmlet',5);
32              
33             @signal=@signal[0..509];
34             my $x = \@signal; # can be any length - not just 2^n
35              
36             # performs one iteration of the UDWT on $x
37             my $coeffs = $udwt->udwt($x);
38              
39             # notice how the UDWT returns more data than it took in
40             # this is due to the linear convolution used right now.
41             print scalar(@{$coeffs->[0]}); # 265
42             print scalar(@{$coeffs->[1]}); # 265
43              
44             # test Perfect Reconstruction
45             my $y=$udwt->iudwt($coeffs);
46              
47             my $maxerr=0;
48             foreach my $i (0 .. scalar(@x)-1) {
49             my $err = abs($x[$i] - $y->[$i]);
50             $maxerr = $err if ($err > $maxerr);
51             }
52             print "$maxerr\n"; # prints 7.92255150372512e-12 (close to 0)
53              
54              
55             =cut
56              
57            
58              
59              
60             =head1 SUBROUTINES/METHODS
61              
62             =head2 new(WAVELET,VAR)
63              
64             =head2 new(WAVELET)
65              
66             =head2 new()
67              
68             Create a new UDWT object with the wavelet WAVELET and variable VAR.
69              
70             =cut
71              
72             sub new {
73 0     0 1   my $class=shift;
74 0           my $self={};
75 0           my $wavelet=shift;
76 0           my $var=shift;
77              
78 0           my $wname; my $w;
79 0           my ($lo_d,$hi_d,$lo_r,$hi_r);
80 0 0         if (defined($wavelet)) {
81 0           $wname="Math::DWT::Wavelet::$wavelet";
82 0           require "Math/DWT/Wavelet/$wavelet.pm";
83 0           $w=$wname->new($var);
84              
85 0           ($lo_d,$hi_d,$lo_r,$hi_r)=@{$w->filters()};
  0            
86             }
87              
88 0           $self={ lo_d=>$lo_d,
89             hi_d=>$hi_d,
90             lo_r=>$lo_r,
91             hi_r=>$hi_r };
92              
93 0           bless $self,$class;
94 0           return $self;
95             };
96              
97            
98              
99             =head2 udwt(SIGNAL,LEVEL,LO-PASS,HI-PASS)
100              
101             =head2 udwt(SIGNAL,LEVEL)
102              
103             =head2 udwt(SIGNAL)
104              
105             This performs the forward Undecimated Discrete Wavelet Transform on SIGNAL using LO-PASS and HI-PASS as filters. The process is repeated LEVEL times. If the filters are omitted, it uses the filters set in the wavelet when the udwt object was created. LEVEL defaults to 1.
106              
107             The structure of $coeffs is the same as in Math::DWT, i.e., the first LEVEL arrayrefs are iterative arrays of detail coefficients, and the last arrayref is the remaining array of scaling coefficients.
108              
109              
110             =cut
111              
112             sub udwt {
113 0     0 1   my $self=shift;
114 0           my ($x,$level,$lo,$hi)=@_;
115              
116 0 0 0       if (!defined($level)|| $level == 0) {
117 0           $level = 1;
118             };
119              
120 0 0         if (!defined($lo)) {
121 0           $lo = $self->{lo_d};
122             };
123 0 0         if (!defined($hi)) {
124 0           $hi = $self->{hi_d};
125             };
126              
127 0           my @out;
128              
129             # normalize
130              
131 0           my @LO=@{$lo};
  0            
132 0           my @HI=@{$hi};
  0            
133 0           my @X=@{$x};
  0            
134              
135 0           foreach (@LO) { $_=$_/sqrt(2); }
  0            
136 0           foreach (@HI) { $_=$_/sqrt(2); }
  0            
137              
138 0           my $Nlo=scalar(@LO);
139 0           my $Nhi=scalar(@HI);
140              
141 0           my $N=scalar(@X);
142              
143 0           for (my $j=1;$j<=$level;$j++) {
144 0           my $L=scalar(@X);
145 0           my $M=2**($j-1);
146 0           my @lo_tmp;
147             my @hi_tmp;
148              
149 0           for (my $k=0;$k<=$Nhi-1;$k++) {
150 0           for (my $i=1;$i<=$L;$i++) {
151 0           my $a=0;
152 0 0         if (!defined($hi_tmp[$M*$k+$i-1])) {
153 0           $hi_tmp[$M*$k+$i-1]=0;
154             }
155 0 0         if (defined($X[$i-1])) {
156 0           $a=$X[$i-1];
157             };
158 0           $hi_tmp[$M*$k+$i-1]=$hi_tmp[$M*$k+$i-1] + $HI[$k]*$a;
159             };
160             };
161 0           for (my $k=0;$k<=$Nlo-1;$k++) {
162 0           for (my $i=1;$i<=$L;$i++) {
163 0           my $a=0;
164 0 0         if (!defined($lo_tmp[$M*$k+$i-1])) {
165 0           $lo_tmp[$M*$k+$i-1]=0;
166             }
167 0 0         if (defined($X[$i-1])) {
168 0           $a=$X[$i-1];
169             };
170 0           $lo_tmp[$M*$k+$i-1]=$lo_tmp[$M*$k+$i-1] + $LO[$k]*$a;
171             };
172             };
173            
174 0           $out[$j-1]=\@hi_tmp;
175              
176 0           @X=@lo_tmp;
177              
178             }
179 0           $out[$level]=\@X;
180              
181 0 0         if (wantarray()) {
182 0           return (@out);
183             };
184 0           return \@out;
185             }
186            
187              
188             =head2 iudwt(COEFFICIENTS,LEVEL,LO-PASS,HI-PASS)
189              
190             =head2 iudwt(COEFFICIENTS,LEVEL)
191              
192             =head2 iudwt(COEFFICIENTS)
193              
194             Inverse Undecimated Discrete Wavelet Transform. Same options as for Math::DWT::idwt.
195              
196             =cut
197              
198             sub iudwt {
199 0     0 1   my $self=shift;
200 0           my ($w,$J,$lo,$hi)=@_;
201              
202 0           my @counts;
203              
204 0 0         if (!defined($J)) { $J=1; }
  0            
205              
206 0           for (my $i=0;$i
207 0           push @counts, scalar(@{$w->[$i]});
  0            
208             };
209              
210 0 0         if (!defined($lo)) {
211 0           $lo = $self->{lo_r};
212             };
213 0 0         if (!defined($hi)) {
214 0           $hi = $self->{hi_r};
215             };
216              
217 0           my @LO=@{$lo};
  0            
218 0           my @HI=@{$hi};
  0            
219              
220 0           foreach (@LO) { $_=$_/sqrt(2);}
  0            
221 0           foreach (@HI) { $_=$_/sqrt(2);}
  0            
222              
223 0           my $Nlo=scalar(@LO);
224 0           my $Nhi=scalar(@HI);
225              
226 0           my $N=$Nlo+$Nhi;
227              
228 0           my $y;
229             my @tmpy;
230              
231 0           for (my $i=0;$i<$counts[$J];$i++) {
232 0           push @{$y}, $w->[$J]->[$i];
  0            
233             };
234              
235 0           for (my $j=$J;$j>=1;$j--) {
236 0           my $M=2**($j-1);
237 0           my @lo=@{$y};
  0            
238              
239 0           my @hi;
240 0           for (my $i=0; $i<$counts[$j-1];$i++) {
241 0           push @hi, $w->[$j-1]->[$i];
242             };
243              
244 0           my $Llo=scalar(@lo);
245 0           my $Lhi=scalar(@hi);
246              
247 0           my @ylo;
248             my @yhi;
249              
250             #for(my $i=0;$i<$Llo+$M*($Nlo-1);$i++) {
251             #push @ylo, 0;
252             #};
253             #for(my $i=0;$i<$Lhi+$M*($Nhi-1);$i++) {
254             #push @yhi, 0;
255             #};
256              
257 0           for(my $k=0;$k<=$Nlo-1;$k++) {
258 0           for (my $l=1;$l<=$Llo;$l++) {
259 0           my $a=0;
260 0 0         if (!defined($ylo[$M*$k+$l-1])) {
261 0           $ylo[$M*$k+$l-1]=0;
262             };
263 0 0         if (defined($lo[$l-1])) {
264 0           $a=$lo[$l-1];
265             };
266 0           $ylo[$M*$k+$l-1]=$ylo[$M*$k+$l-1] + $LO[$k] * $a;
267             }
268             }
269 0           for(my $k=0;$k<=$Nhi-1;$k++) {
270 0           for (my $l=1;$l<=$Lhi;$l++) {
271 0           my $a=0;
272 0 0         if (!defined($yhi[$M*$k+$l-1])) {
273 0           $yhi[$M*$k+$l-1]=0;
274             };
275 0 0         if (defined($hi[$l-1])) {
276 0           $a=$hi[$l-1];
277             };
278 0           $yhi[$M*$k+$l-1]=$yhi[$M*$k+$l-1] + $HI[$k] * $a;
279             }
280             }
281              
282 0           my @cur_y;
283 0           for (my $i=0;$i
284 0           push @cur_y, $ylo[$i]+$yhi[$i];
285             }
286              
287 0           $y=\@cur_y;
288              
289 0           my $L=$M*($N/2-1);
290              
291 0           my @tmpyy;
292              
293             #for (my $i=$L-1;$i
294 0           for (my $i=$L;$i
295 0           push @tmpyy, $y->[$i];
296             };
297 0           @tmpy=@tmpyy;
298 0           $y=\@tmpy;
299             };
300 0           return \@tmpy;
301             };
302              
303              
304              
305              
306             =head1 AUTHOR
307              
308             Mike Kroh, C<< >>
309              
310             =head1 BUGS
311              
312             Please report any bugs or feature requests to C, or through
313             the web interface at L. I will be notified, and then you'll
314             automatically be notified of progress on your bug as I make changes.
315              
316             =head1 ACKNOWLEDGEMENTS
317              
318              
319              
320              
321             =head1 LICENSE AND COPYRIGHT
322              
323             Copyright 2016 Mike Kroh.
324              
325             This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
326             under the terms of the the Artistic License (2.0). You may obtain a
327             copy of the full license at:
328              
329             L
330              
331             Any use, modification, and distribution of the Standard or Modified
332             Versions is governed by this Artistic License. By using, modifying or
333             distributing the Package, you accept this license. Do not use, modify,
334             or distribute the Package, if you do not accept this license.
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339              
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341             mark, tradename, or logo of the Copyright Holder.
342              
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344             patent license to make, have made, use, offer to sell, sell, import and
345             otherwise transfer the Package with respect to any patent claims
346             licensable by the Copyright Holder that are necessarily infringed by the
347             Package. If you institute patent litigation (including a cross-claim or
348             counterclaim) against any party alleging that the Package constitutes
349             direct or contributory patent infringement, then this Artistic License
350             to you shall terminate on the date that such litigation is filed.
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354             THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR
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356             YOUR LOCAL LAW. UNLESS REQUIRED BY LAW, NO COPYRIGHT HOLDER OR
357             CONTRIBUTOR WILL BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, OR
358             CONSEQUENTIAL DAMAGES ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THE PACKAGE,
359             EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
360              
361              
362             =cut
363              
364             1; # End of Math::DWT::UDWT