图信号
图信号(Graph Signal)的构造方法为在一张图的顶点上赋予值,故在讨论一个图信号时,必须先有一张图。
图信号与离散时间信号相对应,分别是图信号处理和数字信号处理的处理对象。
图信号的指标域为图的顶点集合。与离散时间信号不同,因为图的性质,指标不一定有前后的方向性,故一般而言不能将图信号的指标域比拟作时间。然而,为了与数字信号处理中的概念相呼应,有时还是会将其称作时域。
与离散时间信号的关系
所有有限维的离散时间信号皆可用图信号来表示,例如
- 一维的离散时间信号可看作一个图信号,其中使用的图为一条道路。
- 二维的离散时间信号可看作一个图信号,其中使用的图为一栅格。
更高维离散时间信号亦可用高维栅格来表示。
图信号处理
图信号处理(英语:Graph Signal Process, GSP),是与数字信号处理类似,但处理对象为图信号的一个信号处理的分支。
图信号处理的目的为测量及分析图信号,发展初期,数学家与工程师从图论傅里叶变换开始,仿照数字信号处理中现有的处理工具,试图做出对应的图信号处理版本。然而当时域从普通的整数改变成图,因诸多的不确定性,并无法将所有可使用的工具完整地推广至图信号处理版本(见下例)。
图信号处理的数学理论基础为谱图理论(英语:Spectral graph theory)。
图信号处理的域
图信号处理领域和数字信号处理领域相似,工程师在时域、频域、小波域中研究图信号,但这些域的形象与数字信号处理中使用到的皆有些微差别,例如:
- 时域:图信号的时域为一图的顶点集。在视觉化图信号时,最容易的方法是直接视觉化此图。但在要作图信号处理的数学运算时,会先将图的顶点编号,再依序排列信号值,故运算式中的图信号往往还是以向量的方式出现。
- 频域:图信号的频域与一般数字信号相同的是其指标域皆为频率;不同的是图信号的频域不一定由间隔相同的一连串频率值所构成,故无法直接对应到有限的整数集合。
时域与频域的对应关系由图论傅里叶变换定义,同一张图下,不同的图论傅里叶变换定义出的频域未必相同。
相关理论工具
现阶段图信号处理的理论工具皆与数字信号处理有对应关系:
- 图位移(Graph-Shift)(对应一般信号的单位移动)
- 线性非移变系统(Linear-Shift-invariant-system)(对应线性时不变系统)
- 图论Z变换(对应Z变换)
- 图论傅里叶变换(对应离散傅里叶变换)
- 图论小波变换(对应小波变换)
- 流形采样定理(Sampling theorem on manifold)
- 图粗糙化(graph coarsening)