<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-4687</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">785803</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2021.785803</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Applied Mathematics and Statistics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>The Design of Matched Balanced Orthogonal Multiwavelets</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Karel et&#x20;al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Matched Balanced Orthogonal Multiwavelets</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Karel</surname>
<given-names>Jo&#xeb;l M.H.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1271554/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>van Steenkiste</surname>
<given-names>Sjoerd</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1498584/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Peeters</surname>
<given-names>Ralf L.M.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/680657/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Department of Data Science and Knowledge Engineering, Maastricht University</institution>, <addr-line>Maastricht</addr-line>, <country>Netherlands</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Dalle Molle Institute for Artificial Intelligence, Scuola Universitaria Professionale Della Svizzera and Universit&#xe0; Della Svizzera Italiana</institution>, <addr-line>Lugano-Viganello</addr-line>, <country>Switzerland</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/285137/overview">Qingtang Jiang</ext-link>, University of Missouri&#x2013;St. Louis, United&#x20;States</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1536963/overview">Lihong Cui</ext-link>, Beijing University of Chemical Technology, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1557555/overview">Ran Lu</ext-link>, Hohai University, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Ralf L.M. Peeters, <email>ralf.peeters@maastrichtuniversity.nl</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Mathematics of Computation and Data Science, a section of the journal Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>20</day>
<month>01</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>7</volume>
<elocation-id>785803</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>27</day>
<month>10</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>24</day>
<month>11</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2022 Karel, van Steenkiste and Peeters.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Karel, van Steenkiste and Peeters</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>The theory of orthogonal multiwavelets offers enhanced flexibility for signal processing applications and analysis by employing multiple waveforms simultaneously, rather than a single one. When implementing them with polyphase filter banks, it has been recognized that balanced vanishing moments are needed to prevent undesirable artifacts to occur, which otherwise compromise the interpretation and usefulness of the multiwavelet analysis. In the literature, several such balanced orthogonal multiwavelets have been constructed and published; but however useful, their choice is still limited. In this work we present a full parameterization of the space of all orthogonal multiwavelets with two balanced vanishing moments (of orders 0 and 1), for arbitrary given multiplicity and degree of the polyphase filter. This allows one to search for matching multiwavelets for a given application, by optimizing a suitable design criterion. We present such a criterion, which is sparsity-based and useful for detection purposes, which we illustrate with an example from electrocardiographic signal analysis. We also present explicit conditions to build in a third balanced vanishing moment (of order 2), which can be used as a constraint together with the earlier parameterization. This is demonstrated by constructing a balanced orthogonal multiwavelet of multiplicity three, having three balanced vanishing moments, but this approach can easily be employed for arbitrary multiplicity.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>wavelet theory</kwd>
<kwd>orthogonal multiwavelets</kwd>
<kwd>balanced vanishing moments</kwd>
<kwd>matched wavelets</kwd>
<kwd>sparsity</kwd>
<kwd>parameterization</kwd>
<kwd>lossless polyphase filters</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>Introduction</title>
<p>Wavelets [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] are a popular signal processing tool, able to provide a time-frequency representation of signals. Though there are various viewpoints on wavelets, here we will restrict ourselves to wavelets from filter banks. Within this class, various desirable properties are possible to achieve, e.g. orthogonality, linear phase, compact support, symmetry and vanishing moments. We will restrict ourselves to orthogonal wavelets with compact support [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]. Vanishing moments induce a degree of smoothness and allow the wavelet transform to be interpreted as a multiscale differential operator, which allows one to measure the regularity of a signal [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. The orthogonality property does not combine well with the other properties of scalar wavelets; for instance there is no compactly supported orthogonal wavelet other than the Haar wavelet that is also symmetric.</p>
<p>In the orthogonal scalar case, if one uses all free parameters to build in as many vanishing moments as possible, the Daubechies wavelets are obtained. If instead only a limited number of vanishing moments is required, there is freedom left for other properties. One can use this freedom also to design matched wavelets for an application, e.g., to promote a sparse representation of a specific prototype signal. In [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>] a parameterization was developed for orthogonal scalar wavelets, which were matched to a prototype signal. This approach was further expanded in [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] by using a parameterization based on lossless systems. In that parameterization, the polyphase filter associated with the orthogonal wavelet is recursively constructed as the transfer matrix of a lossless system using Schur interpolation theory [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>] with rotation matrices and elementary delay operators.</p>
<p>Multiwavelets [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] are a generalisation of scalar wavelets, and consist of a tuple of <italic>r</italic> scalar wavelets. Multiwavelets are more flexible, and can combine properties such as compact support, orthogonality and symmetry. This added flexibility is for example advantageous in multiwavelet denoising, which has been applied in rolling bearing fault detection [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>], and in the load spectrum of computer numerical control lathe [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. Recently, the correspondence between multiwavelet shrinkage and nonlinear diffusion was studied [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]. <italic>We will be addressing orthogonal multiwavelets with compact support generated from filter banks with a complexity (filter order) that can be chosen by the user.</italic> Much of the theory of orthogonal scalar wavelets carries over to orthogonal multiwavelets, but some subtle differences are encountered.</p>
<p>An important difference arises when processing a one-dimensional signal with a multiwavelet. Since the filter bank associated with the multiwavelet is a multi-input multi-output system (MIMO), vectorisation of the input signal is required. A natural vectorisation is obtained by decomposing the signal into its phases. However, arbitrary multiwavelet filters do not preserve this structure throughout the filtering operation. As a result the output channels of the low-pass filter become unbalanced. Moreover, the multiwavelet filter does not guarantee the preservation of polynomial signals by the low-pass filter, even when an appropriate vanishing moment is in place. This further complicates a direct interpretation of the multiwavelet analysis. This &#x201c;balancing problem&#x201d; [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] is caused by the different spectral behaviour of the components of the scaling function that together with the wavelet function define the multiwavelet. Lack of balancing has hampered the use of multiwavelets by the signal processing community, despite the widely recognized potential. An option to overcome this is to first reconstruct a signal from the low-pass outputs, split it into phases, and feed those to the filter bank, but this is an unattractive approach, since it deteriorates computational performance especially with an increasing number of scales.</p>
<p>A more attractive solution is to impose a balancing condition on the scaling function, to complement the vanishing moment condition on the wavelet function. In the literature, there are constructions of balanced multiwavelets [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>] and of balanced multiframelets [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]. However, enforcing such a balancing condition has turned out to become increasingly hard when the order of the vanishing moment grows larger.</p>
<p>The problem of balancing was first formally addressed by Lebrun and Vetterli in [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]. In [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>] necessary and sufficient conditions were provided for a multiwavelet to be <italic>p</italic>-order balanced. These conditions were formalised in [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]. In [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] necessary and sufficient conditions on the zeros of certain filters associated with <italic>p</italic>-order balanced multiwavelets were developed. Both authors include examples of multiwavelets that are balanced up to order two or three<xref ref-type="fn" rid="FN1">
<sup>1</sup>
</xref> for multiplicity <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 2. These multiwavelets were obtained by solving systems of nonlinear polynomial equations using Gr&#xf6;bner&#x20;bases.</p>
<p>The balancing conditions given in [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>] are highly non-linear, and are difficult to satisfy. These conditions were further characterised in [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. In [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] the construction of balanced multiwavelets is simplified by using the lifting scheme. In [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>] balanced multiwavelets with interpolatory property are discussed, for multiscaling functions of multiplicity <italic>r</italic>&#x20;&#x3d;&#x20;2.</p>
<p>From the literature it is found that a parameterization for the construction of multiwavelets balanced up to order <italic>p</italic> with an arbitrary multiplicity <italic>r</italic> is largely lacking. In [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] a parameterization for the construction of zero-order balanced multiwavelets is derived. This was a large step forward in the construction of balanced multiwavelets, and allows for balanced multiwavelet design. A set of directly applicable filter conditions for the construction of balanced multiwavelets for order <italic>p</italic>&#x20;&#x3e; 0 and an arbitrary multiplicity <italic>r</italic>, is not available in the literature.</p>
<p>In this paper we will develop such a parameterization for orthogonal multiwavelets with compact support based on lossless systems, with an arbitrary multiplicity <italic>r</italic>. To this end, we will first introduce multiwavelets from filter banks in <xref ref-type="sec" rid="s2-1">Section 2.1</xref>. Next we will discuss parameterizations of multiwavelets as lossless FIR polyphase filters in <xref ref-type="sec" rid="s2-2">Section 2.2</xref>. Then the balancing concept is investigated from a signal processing viewpoint in <xref ref-type="sec" rid="s2-3">Sections 2.3</xref>&#x2013;<xref ref-type="sec" rid="s2-5">2.5</xref>, and balancing up to and including order 1 is built directly into the parameterization in <xref ref-type="sec" rid="s2-6">Sections 2.6</xref>&#x2013;<xref ref-type="sec" rid="s2-7">2.7</xref>. For order 2, an additional condition is provided in <xref ref-type="sec" rid="s2-8">Section 2.8</xref> in a form which can be used for numerical optimization. The parameterizations describe the free parameters in a form that is suitable to match a multiwavelet filter bank to a prototype signal. For this matching, it is argued in <xref ref-type="sec" rid="s2-9">Section 2.9</xref> that e.g., <italic>L</italic>
<sub>1</sub>-norm minimization or <italic>L</italic>
<sub>4</sub>-norm maximization can be used, as in [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], exploiting conservation of energy due to orthogonality. The effects of the balancing issue is illustrated in <xref ref-type="sec" rid="s3-1">Section 3.1</xref>. Two multiwavelet design examples are provided in <xref ref-type="sec" rid="s3-2">Sections 3.2</xref>, <xref ref-type="sec" rid="s3-3">3.3</xref>, to illustrate the approach and techniques discussed. We will show in this paper how all balanced orthogonal multiwavelets of orders 0 and 1 can be obtained for arbitrary multiplicity <italic>r</italic> and any given polyphase filter order (McMillan degree), which we consider a major step forward in making multiwavelets applicable.</p>
</sec>
<sec sec-type="materials|methods" id="s2">
<title>Materials and Methods</title>
<sec id="s2-1">
<title>Multiwavelets and Multiwavelet Filter Banks</title>
<p>In this section we briefly review the theory of multiwavelets and multiwavelet filter banks, to a large extent based on the work in [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. We will restrict to orthogonal multiwavelets having compact support. Compact support translates into finite impulse response (FIR) filters, whereas orthogonality is captured conveniently when switching from a filter bank description to polyphase filtering: it corresponds to the polyphase FIR filter being para-unitary, i.e. lossless. For lossless filters parameterizations are available in the literature, which offer opportunities to build in additional properties. We will exploit these when addressing vanishing moments and balancing conditions.</p>
<p>A multiresolution structure for the space <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is defined, as usual in wavelet theory, to consist of nested approximation spaces <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub>, which are linear subspaces of <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that &#x2026;, &#x2282; <italic>V</italic>
<sub>&#x2212;1</sub> &#x2282; <italic>V</italic>
<sub>0</sub> &#x2282; <italic>V</italic>
<sub>1</sub> &#x2282; &#x2026;, with intersection <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2229;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and with completeness <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For each <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> we define the detail space <italic>W</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> to be such that <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>&#x2b;1</sub> &#x3d; <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> &#x2295; <italic>W</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> and <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> &#x22a5; <italic>W</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub>. Thus, <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> and <italic>W</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> are orthogonal complements within the enveloping space <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>&#x2b;1</sub>. Furthermore, we assume that this structure is both shift-invariant <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x21d4;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> and scale-invariant <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x21d4;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In orthogonal multiwavelet theory, it is assumed next that there exists a <italic>multiscaling function</italic>. This is a vector of <italic>r</italic> scaling functions <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> of which the entries, together with their integer translates, generate an orthonormal basis of the approximation space <italic>V</italic>
<sub>0</sub>. Thus, for each such multiscaling function we have that <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m9">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> for all integers <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m10">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and all indices <italic>j</italic>, <italic>p</italic>&#x20;&#x2208; {0, 1, &#x2026;, <italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1}. Here <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>
<italic>j</italic>,<italic>k</italic>
</sub> is the Kronecker delta, equal to 1 if <italic>j</italic>&#x20;&#x3d; <italic>k</italic> and equal to 0 otherwise. In this set-up, the orthonormal basis of <italic>V</italic>
<sub>0</sub> is generated by the <italic>r</italic> scaling functions jointly rather than by any single one of them. Because of shift and scale-invariance of the multiresolution structure, the orthonormal basis of <italic>V</italic>
<sub>0</sub>, for each <italic>m</italic>, induces an orthonormal basis of <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> which is constituted by the entries of the vectors in <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Likewise, it is assumed that there exists an associated <italic>multiwavelet function</italic> &#x3a8;(<italic>t</italic>) which together with its integer translates generates an orthonormal basis of the detail space <italic>W</italic>
<sub>0</sub>. This multiwavelet is a vector of <italic>r</italic> wavelet functions <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m12">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, with the property <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m13">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> for all <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m14">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and all <italic>j</italic>, <italic>p</italic>&#x20;&#x2208; {0, 1, &#x2026;, <italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1}. Since <italic>V</italic>
<sub>0</sub> &#x22a5; <italic>W</italic>
<sub>0</sub> it holds that <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m15">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, for all <italic>j</italic>, <italic>p</italic>, <italic>k</italic>, and <italic>&#x2113;</italic>. As before for the spaces <italic>V</italic>
<sub>0</sub> and <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub>, the orthonormal basis of <italic>W</italic>
<sub>0</sub> induces an orthonormal basis of <italic>W</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> which consists of the entries of the vectors in <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>From the fact that <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m17">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>V</italic>
<sub>0</sub> &#x2282; <italic>V</italic>
<sub>1</sub>, it follows that &#x3a6;(<italic>t</italic>) can be represented in terms of the induced basis <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m18">
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> of <italic>V</italic>
<sub>1</sub>. So, there exist unique <italic>r</italic>&#x20;&#xd7; <italic>r</italic> matrix coefficients <italic>C</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>, <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m19">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, for which the multiscaling function &#x3a6;(<italic>t</italic>) satisfies a two-scale vector equation (a refinement equation) called the <italic>dilation equation</italic>:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m20">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Likewise, we have that <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m21">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>W</italic>
<sub>0</sub> &#x2282; <italic>V</italic>
<sub>1</sub>, so it can also be represented uniquely in terms of the same induced basis of <italic>V</italic>
<sub>1</sub>. This implies that there exist unique <italic>r</italic>&#x20;&#xd7; <italic>r</italic> matrix coefficients <italic>D</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>, <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m22">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, which express the multiwavelet &#x3a8;(<italic>t</italic>) in terms of the multiscaling function on <italic>V</italic>
<sub>1</sub> by means of a two-scale vector equation called the <italic>wavelet equation</italic>:<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m23">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>If we also impose that the multiscaling and multiwavelet functions have <italic>compact support</italic> (i.e.,&#x20;they are nonzero only on a finite interval, which makes them localized in space&#x2014;a desirable property of wavelets), it follows that only a finite number of basis functions in the induced basis of <italic>V</italic>
<sub>1</sub> can contribute to representing &#x3a6;(<italic>t</italic>) and &#x3a8;(<italic>t</italic>). As a consequence, the infinite sums in the dilation and wavelet equation become finite sums, and by shifting &#x3a6;(<italic>t</italic>) and &#x3a8;(<italic>t</italic>) appropriately, if necessary, it can be assumed without loss of generality that the index <italic>k</italic> in each sum runs from <italic>k</italic>&#x20;&#x3d; 0 to <italic>k</italic>&#x20;&#x3d; 2<italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1 for some integer <italic>n</italic>&#x20;&#x2265;&#x20;1.<xref ref-type="fn" rid="FN2">
<sup>2</sup>
</xref>
</p>
<p>The finite matrix coefficient sequences {<italic>C</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>&#x7c;<italic>k</italic>&#x20;&#x3d; 0, 1, &#x2026;2<italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1} and {<italic>D</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>&#x7c;<italic>k</italic>&#x20;&#x3d; 0, 1, &#x2026;2<italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1} are used to define two <italic>r</italic>&#x20;&#xd7; <italic>r</italic> polynomial matrices in <italic>z</italic>
<sup>&#x2212;1</sup> according to <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m24">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m25">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. The function <italic>C</italic>(<italic>z</italic>) is the transfer function of a FIR low-pass multiwavelet filter, whereas <italic>D</italic>(<italic>z</italic>) is the transfer function of a FIR high-pass multiwavelet filter. Together they make up an orthogonal FIR filter bank, satisfying the Smith-Barnwell orthogonality conditions [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m26">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m27">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m28">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The converse of what has been presented so far, is also largely true: if one starts from an orthogonal FIR filter bank with <italic>r</italic>&#x20;&#xd7; <italic>r</italic> FIR filters <italic>C</italic>(<italic>z</italic>) and <italic>D</italic>(<italic>z</italic>) satisfying <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eqs 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e5">5</xref>, then this induces a multiresolution structure with orthonormal translation invariant bases generated by the multiscaling and multiwavelet functions satisfying the dilation equation and wavelet equation under relatively mild conditions. What is needed, is what we have assumed earlier, namely that the dilation equation admits a solution and that the spaces eventually span all of <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m29">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The <italic>cascade algorithm</italic> is a tool to compute &#x3a6;(<italic>t</italic>) for a given choice of filter coefficients <italic>C</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>, <italic>k</italic>&#x20;&#x3d; 0, 1, &#x2026;, 2<italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1 by iteration: from a current estimate of &#x3a6;(<italic>t</italic>) a new estimate is computed by substituting the current estimate into the right-hand side of the dilation equation and reading off the new estimate from the resulting left-hand side. This requires a suitable initialisation, which is achieved by the Haar multiwavelet, for which (consistent with our convention) the multiscaling function &#x3a6;(<italic>t</italic>) is given by <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m30">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> on the interval <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>[<italic>i</italic>]</sub>(<italic>t</italic>) &#x3d; 0 elsewhere. Clearly, this Haar multiwavelet is an example of an orthogonal multiwavelet (albeit not a spectacular one, as it simply mimics the scalar Haar wavelet). It is easily verified that orthonormality of the induced basis is preserved in each iteration step and that compact support holds too due to the finite number of terms in the summation; so if the cascade algorithm converges it will produce a feasible solution for &#x3a6;(<italic>t</italic>). If the algorithm happens to not converge, then a multiwavelet interpretation is lacking, but the filter bank may still prove valuable from a signal processing perspective. The cascade algorithm is useful to visualize the multiwavelets which correspond to a chosen filter bank. When discussing balancing conditions, it is instrumental for determining the vector <italic>v</italic>
<sub>0</sub> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e39">Eq.&#x20;39</xref>.</p>
<p>Assume a function (a scalar signal) <italic>s</italic>(<italic>t</italic>) &#x2208; <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>&#x2b;1</sub> to be represented by a sequence of <italic>r</italic>&#x20;&#xd7; 1 vector coefficients {<italic>s</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} in terms of the induced basis of <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>&#x2b;1</sub>:<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m32">
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Since <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>&#x2b;1</sub> &#x3d; <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> &#x2295; <italic>W</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> we can decompose <italic>s</italic>(<italic>t</italic>) into<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m33">
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>in which <italic>a</italic>(<italic>t</italic>) is an approximation signal with coefficient vectors {<italic>a</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} with respect to the induced multiscaling basis in <italic>V</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub>, and <italic>b</italic>(<italic>t</italic>) is a detail signal (orthogonal to <italic>a</italic>(<italic>t</italic>)) with coefficient vectors {<italic>b</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} with respect to the induced multiwavelet basis in <italic>W</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub>:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m34">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m35">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>It now holds that these coefficient vectors can be computed from those of <italic>s</italic>(<italic>t</italic>) as follows:<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m36">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m37">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In digital signal processing terms, the sequences {<italic>a</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} and {<italic>b</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} are obtained from {<italic>s</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} by first filtering {<italic>s</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} with the filters <italic>C</italic>(<italic>z</italic>) and <italic>D</italic>(<italic>z</italic>) (in parallel), and then dyadically down-sampling the resulting sequences: only the even-indexed coefficient vectors are kept (and relabeled), all the odd-indexed coefficient vectors are discarded.<xref ref-type="fn" rid="FN3">
<sup>3</sup>
</xref>
</p>
<p>This process can be reorganized in a more efficient way, by first splitting the coefficient vector sequence {<italic>s</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} into two phases (using down-sampling on the sequence and on a delayed duplicate) and then passing both phases jointly through a suitable polyphase filter <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) to directly produce {<italic>a</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} and {<italic>b</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>}. More generally, if we start from a discrete-time representation of the scalar signal <italic>s</italic>(<italic>t</italic>) as a sequence of scalar values {<italic>f</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} (for instance obtained by regular sampling) and corresponding <italic>z</italic>-transform <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m38">
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, then one can split {<italic>f</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} into 2<italic>r</italic> phases and submit these jointly to the 2<italic>r</italic>&#x20;&#xd7; 2<italic>r</italic> polyphase filter <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>). These 2<italic>r</italic> phases are defined by rewriting <italic>S</italic>(<italic>z</italic>) as:<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m39">
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>0</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where <italic>S</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) denotes the <italic>z</italic>-transform of the <italic>k</italic>-th phase of {<italic>f</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} (<italic>k</italic>&#x20;&#x3d; 0, 1, &#x2026;, 2<italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1). This matches the situation with a coefficient vector sequence {<italic>s</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} if each <italic>s</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> contains the phases 0, 1, &#x2026;, <italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1 of the scalar coefficient sequence {<italic>f</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} for even indices <italic>&#x2113;</italic> and the phases <italic>r</italic>, <italic>r</italic>&#x20;&#x2b; 1, &#x2026;, 2<italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1 for odd indices <italic>&#x2113;</italic>.</p>
<p>The 2<italic>r</italic>&#x20;&#xd7; 2<italic>r</italic> FIR polyphase filter <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) is constructed as:<disp-formula id="e13">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g007.tif"/>
</disp-formula>where <italic>C</italic>
<sub>even</sub>(<italic>z</italic>), <italic>C</italic>
<sub>odd</sub>(<italic>z</italic>), <italic>D</italic>
<sub>even</sub>(<italic>z</italic>), and <italic>D</italic>
<sub>odd</sub>(<italic>z</italic>) are <italic>r</italic>&#x20;&#xd7; <italic>r</italic> polynomial matrices (in <italic>z</italic>
<sup>&#x2212;1</sup>) that split <italic>C</italic>(<italic>z</italic>) and <italic>D</italic>(<italic>z</italic>) into two phases, such that<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m40">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>even</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>odd</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m41">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>even</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>odd</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This architecture is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> and leads to the same approximation coefficients <italic>a</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> and detail coefficients <italic>b</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> as before, where we used double subscripts to anticipate a multiresolution structure with repeated down-sampling and filtering steps later&#x20;on.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>A single scale of a polyphase wavelet transform with <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 3 and a univariate input signal <italic>S</italic>(<italic>z</italic>) that is split into 2<italic>r</italic> phases, yielding <italic>r</italic> approximation components <italic>a</italic>
<sub>1,<italic>&#x2113;</italic>
</sub> and <italic>r</italic> detail components <italic>b</italic>
<sub>1,<italic>&#x2113;</italic>
</sub>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-785803-g001.tif"/>
</fig>
<p>For the 2<italic>r</italic>&#x20;&#xd7; 2<italic>r</italic> polyphase filter <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Eq. 13</xref> the orthogonality conditions of <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eqs 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e5">5</xref> translate into the equivalent condition:<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m42">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This implies that <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) is a lossless FIR filter, with coefficient matrices <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m43">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, for <italic>k</italic>&#x20;&#x3d; 0, 1, &#x2026;, <italic>n</italic>&#x20;&#x2212;&#x20;1.</p>
<p>Complementary to <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Eq. 13</xref>, which expresses <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) in terms of <italic>C</italic>(<italic>z</italic>) and <italic>D</italic>(<italic>z</italic>), the low-pass and high-pass FIR filters <italic>C</italic>(<italic>z</italic>) and <italic>D</italic>(<italic>z</italic>) are reobtained from the polyphase filter <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) by:<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m44">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>Parameterizing Lossless FIR Polyphase Filters</title>
<p>Lossless polyphase filters have a rich structure and have been well studied in the literature. See for instance [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>] for an accessible review of lossless filters and their key properties, including application areas and examples of the various uses they have. The basic property of a discrete-time lossless system, from which its name derives, is that the total energy of the output signals equals the total energy of the input signals, regardless of the signals being used. Here, energy is measured by the sum of squares of the values in the (discrete-time) signals. For <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) this precise property is captured by <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>. The point is that for &#x7c;<italic>z</italic>&#x7c; &#x3d; 1 it holds that <italic>z</italic>
<sup>&#x2212;1</sup> &#x3d; <italic>z</italic>
<sup>&#x2217;</sup> (i.e.,&#x20;the complex conjugate) and since <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) has real coefficients it follows that <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m45">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. This shows that <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) is unitary for all <italic>z</italic> on the unit circle, which causes the conservation of energy property.</p>
<p>For the construction of arbitrary lossless FIR polyphase filters (for given choices of <italic>r</italic> and <italic>n</italic>), the condition of <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref> is not convenient to work with and impose directly. Equating coefficients for all the entries of the corresponding expressions on the left and on the right, can of course be done but does not provide orthogonality conditions in a form suitable for analytic or numerical computation. Instead, there is a body of literature which describes how the class of all 2<italic>r</italic>&#x20;&#xd7; 2<italic>r</italic> lossless systems of a fixed given order can be parameterized, by carrying out a recursion with respect to the system order, known as the tangential Schur algorithm; see [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. This approach is flexible, as it allows the user to build in certain properties: for instance, by making specific choices for some parameters in the general procedure it allows one to parameterize the subclass of lossless FIR filters.</p>
<p>The following theorem was used in [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] to parameterize (real) lossless FIR polyphase filters of a given order; see also [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>] for a similar yet slightly different construction. Here, the order <italic>k</italic> of a lossless FIR polyphase filter <italic>G</italic>
<sup>(<italic>k</italic>)</sup>(<italic>z</italic>) is the <italic>McMillan degree</italic> of this rational matrix. For lossless functions this equals the degree of the denominator of the rational function det(<italic>G</italic>
<sup>(<italic>k</italic>)</sup>(<italic>z</italic>)). For the lossless FIR polyphase filter <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>), the order <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1 traditionally is the <italic>maximum lag</italic> of the filter, which relates to the length of the interval on which the multiwavelet lives. In the scalar case <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 1 these definitions coincide. In the multiwavelet case <italic>r</italic>&#x20;&#x2265; 2 they do not. Generically, the McMillan degree and the maximum lag are the same for the lossless FIR polyphase filters in our class, but for special choices of the unit vectors <italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> they may be different: the maximum lag of <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) is less than its McMillan degree <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1 if and only if <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m46">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> for some <italic>k</italic>&#x20;&#x2208; {1, &#x2026;, <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 2}. We prefer to adopt the McMillan degree definition of the filter order when addressing parameterizations, to avoid having to consider special cases resulting from this mismatch.<xref ref-type="fn" rid="FN4">
<sup>4</sup>
</xref>
</p>
<p>Theorem 3.1. Let <italic>G</italic>
<sup>(<italic>k</italic>)</sup>(<italic>z</italic>) be a real 2<italic>r</italic>&#x20;&#xd7; 2<italic>r</italic> lossless FIR polyphase filter of order <italic>k</italic>&#x20;&#x2265; 1. Then there exists a real 2<italic>r</italic>&#x20;&#xd7; 1 vector <italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> of norm &#x2016;<italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>&#x2016; &#x3d; 1 such that <italic>G</italic>
<sup>(<italic>k</italic>)</sup>(<italic>z</italic>) can be factored as:<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m47">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>where G<sup>(k&#x2212;1)</sup>(z) is a real 2r&#x20;&#xd7; 2r lossless FIR polyphase filter of order k&#x20;&#x2212;&#x20;1.</p>
<p>This theorem shows that a lossless FIR polyphase filter of order <italic>k</italic> can be reduced in <italic>k</italic> iteration steps to a lossless FIR polyphase filter <italic>G</italic>
<sup>(0)</sup>(<italic>z</italic>) of order 0, which is nothing else than a constant orthogonal matrix. We therefore drop the variable <italic>z</italic> for this last filter and simply write&#x20;<italic>G</italic>
<sup>(0)</sup>.</p>
<p>For the polyphase matrix <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) of the filter bank, the recursion makes clear that <italic>G</italic>
<sup>(0)</sup> is in fact equal to the value of <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) at <italic>z</italic>&#x20;&#x3d; 1: <italic>G</italic>
<sup>(0)</sup> &#x3d; <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(1). This will make it more convenient to build in balanced vanishing moments than for the construction described in [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. Generically, there will exist unit vectors <italic>u</italic>
<sub>1</sub>, &#x2026;, <italic>u</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> which allow <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) to be factored as:<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m48">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>To make the parameterization explicit, all the vectors <italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> of norm 1 as well as the orthogonal matrix <italic>G</italic>
<sup>(0)</sup> still can be parameterized in terms of scalar parameters. This is easily achieved. A 2<italic>r</italic>&#x20;&#xd7; 1 unit vector <italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> can be recursively parameterized as <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m49">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> with <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>k</italic>,1</sub> &#x2208; [0, <italic>&#x3c0;</italic>] and <italic>g</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> again a unit vector but of smaller size (2<italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1) &#xd7; 1. For orthogonal matrices it is well-known how they can be parameterized, for instance, with Givens rotations and Householder matrices.<xref ref-type="fn" rid="FN5">
<sup>5</sup>
</xref> When addressing balanced vanishing moments of several orders, this parameterization will be refined further.</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>The Balancing Problem</title>
<p>When processing a signal with a multiwavelet filter bank, the differences in spectral behavior of the <italic>r</italic> components of the multiscaling function may result in unbalanced channels of the low-pass filter. The consequences will further escalate in a multiresolution structure, when the filter bank is repeatedly applied to part of the output (the approximation signals) of a previous filtering step. The imbalance will adversely affect performance in compression and detection applications in signal and image processing, due to the fact that high and low frequencies start to mix. This problem is known as the balancing problem and was pointed out and characterized in detail in [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>].</p>
<p>The balancing problem is first encountered when processing a single scale of a multiwavelet filter bank with a sampled univariate signal as in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>. Assume that the sampled input signal with <italic>z</italic>-transform <italic>S</italic>(<italic>z</italic>) is constant, then all down-sampled signals with <italic>z</italic>-transforms <italic>S</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) will be constant too and in fact be equal. A constant signal is supposed to pass unaltered through the polyphase filter, as the multiwavelet function &#x3a8;(<italic>t</italic>) should pick up details and the multiscaling function &#x3a6;(<italic>t</italic>) the trend (an approximation to the signal); indeed, a constant function is all about trends and has no details. This can be achieved by imposing a <italic>zero-order vanishing moment</italic> on the filter bank, as is commonly done. This is the multiwavelet counterpart to the admissibility condition for scalar wavelets: <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m50">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>However, though each of the low-pass outputs <italic>a</italic>
<sub>1,<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) will then be constant (due to the vanishing moment), their values may differ between components, since the vanishing moment by itself does not enforce coherence between the low-pass output channels. The signals <italic>a</italic>
<sub>1,<italic>&#x2113;</italic>
</sub> can therefore no longer be considered as phases from the constant approximation signal <italic>a</italic>(<italic>t</italic>). Though in itself this is already undesired as it hampers interpretation of the decomposition by the filter, this is further complicated when the signals are reused unaltered in a multiresolution structure. Spurious frequencies will then be introduced and severely compromise the usefulness and interpretability of the multiwavelet analysis. If a reconstruction of the approximation signal <italic>a</italic>(<italic>t</italic>) is done, possibly involving a number of upsampling and inverse filter steps, then this imbalance could be undone after which the signal can be split in 2<italic>r</italic> phases again as in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> for each wavelet scale. But to ensure that the filters will work properly on dyadic halfbands, this will involve extra effort whereas the interpretability of the approximation signals remains unfixed.</p>
<p>From a practical perspective, the approach as illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> is more appealing. Here, intermediate reconstruction and phase splitting between the scales is omitted. The approximation coefficient sequences are directly split into two phases and propagated to the next scale, as is common for scalar wavelets and consistent with the signal processing formulas (10)&#x2013;(11). Without balancing, the consequence of this setup is that for a constant input signal at scale 2 the low-pass output <italic>a</italic>
<sub>2,<italic>&#x2113;</italic>
</sub> will no longer even be constant. This happens despite the fact that the zero-order vanishing moment ensures that constant signals are retained in the approximation low-pass output. With balancing, a constant input signal produces equal output signals <italic>a</italic>
<sub>1,<italic>&#x2113;</italic>
</sub> which remain well-behaved when further propagated to the next&#x20;scale.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Multiresolution structure of a multiwavelet filter bank with <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 3 on a univariate input signal <italic>S</italic>(<italic>z</italic>) and <italic>N</italic> wavelet scales.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-785803-g002.tif"/>
</fig>
<p>This issue generalizes to higher order vanishing moments which aim to have all polynomials up to a given degree in the approximation spaces. Including balanced vanishing moments of each order <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m51">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ensures that every polynomial of degree <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m52">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is annihilated in the high-pass output and retained <italic>as a polynomial</italic> of degree <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m53">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> in the low-pass output.</p>
<p>The <italic>p</italic>-th order vanishing moment condition on the multiwavelet function &#x3a8;(<italic>t</italic>) is given by:<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m54">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>It makes clear that polynomials of degree <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m55">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> are fully suppressed in the detail spaces spanned by the multiwavelet function. The general form of the balancing conditions on the multiscaling function &#x3a6;(<italic>t</italic>) up to order <italic>p</italic> are given by [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. In view of our convention for the dilation and wavelet equation they take the form:<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m56">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Constructing specific orthogonal multiscaling functions which obey both (20) and (21) up to a given order <italic>p</italic> can be straightforward, e.g. by using a concatenation of <italic>r</italic> shifted versions of a Daubechies-<italic>p</italic> scaling function, where each <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>[<italic>j</italic>]</sub>(<italic>t</italic>) has been shifted by &#x2212; <italic>j</italic>/<italic>r</italic>. Then, due to orthogonality of the shifted Daubechies scaling functions, clearly an orthogonal multiscaling function is obtained, which mimics the scalar setup entirely by having the wavelet forms <italic>&#x3c8;</italic>
<sub>[<italic>j</italic>]</sub>(<italic>t</italic>) now capture what is normally achieved by integer translations of a single wavelet. Using such Daubechies-<italic>p</italic> wavelets ensures vanishing moments up to and including order <italic>p</italic>&#x20;&#x2212; 1. Since each component <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>[<italic>j</italic>]</sub>(<italic>t</italic>) of the multiscaling function is just a time-shifted version of the others, it is also balanced.</p>
<p>However, constructing non-trivial orthogonal multiwavelet functions with different (non-shifted) wave forms and balanced vanishing moments up to a given order <italic>p</italic> is not straightforward. To address this question, we proceed as follows. (1) First, we derive vanishing moment conditions on the polyphase filter <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>). (2) Next, we derive additional balancing conditions. (3) We investigate how to satisfy all these conditions, up to a chosen order <italic>p</italic>, by building them into the parameterization of lossless FIR polyphase filters of order <italic>n</italic>. This is achieved for orders 0 and 1, whereas for order 2 the conditions can be brought into a form which can be used for numerical search.</p>
</sec>
<sec id="s2-4">
<title>Vanishing Moment Conditions for Multiwavelets</title>
<p>Let us introduce the <italic>r</italic>&#x20;&#xd7; 1 vectors <italic>v</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> and <italic>w</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> (for <italic>k</italic>&#x20;&#x3d; 0, 1, 2, &#x2026;) by defining:<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m57">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="28.45274pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>These are the <italic>k</italic>-th moments of the multiscaling and multiwavelet functions. From the dilation and wavelet <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eqs 1</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref>, we derive the following relationships. First, integration gives<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m58">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m59">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here it is used that <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m60">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> by substituting <italic>&#x3c4;</italic> &#x3d; 2<italic>t</italic>&#x20;&#x2b;&#x20;<italic>k</italic>.</p>
<p>Next, if we first multiply left and right hand sides of the dilation and wavelet equations by <italic>t</italic> and then integrate, we obtain in a similar fashion:<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m61">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m62">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here it is used that <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m63">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> by writing <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m64">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and substituting <italic>&#x3c4;</italic> &#x3d; 2<italic>t</italic>&#x20;&#x2b;&#x20;<italic>k</italic>.</p>
<p>More generally, if we first multiply left and right hand sides of the dilation and wavelet equations by <italic>t</italic>
<sup>2</sup> and then integrate, we obtain:<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m65">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m66">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here we wrote <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m67">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and substituted <italic>&#x3c4;</italic> &#x3d; 2<italic>t</italic>&#x20;&#x2b; <italic>k</italic> to get <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m68">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. It is clear how this generalizes to arbitrary order <italic>p</italic>, using <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m69">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The vanishing moment conditions up to and including order <italic>p</italic> are:<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m70">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.22636pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.22636pt"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.22636pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>because <italic>w</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> represents the (vector) wavelet coefficient of the polynomial signal <italic>t</italic>
<sup>
<italic>k</italic>
</sup> for the untranslated multiwavelet &#x3a8;(<italic>t</italic>), and these wavelet coefficients should all vanish. The vanishing moment conditions state that the filter coefficients <italic>C</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> and <italic>D</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> (<italic>k</italic>&#x20;&#x3d; 0, 1, &#x2026;, 2<italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1) should be such as to allow these equations to be satisfied for some vectors <italic>v</italic>
<sub>0</sub>, <italic>v</italic>
<sub>1</sub>, &#x2026;, <italic>v</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>, representing the moments of the multiscaling function.</p>
<p>For orders <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 0, <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 1, and <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 2, the vanishing moment conditions above can be rewritten in terms of the filters <italic>C</italic>(<italic>z</italic>) and <italic>D</italic>(<italic>z</italic>). Focusing on the equations involving <italic>C</italic>(<italic>z</italic>) (the other equations with <italic>D</italic>(<italic>z</italic>) are handled entirely analogously) we see from differentiation, that<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m71">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.22636pt"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.22636pt"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>whence<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m72">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.22636pt"/>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.22636pt"/>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The relationship (17) links the filters <italic>C</italic>(<italic>z</italic>) and <italic>D</italic>(<italic>z</italic>) to the polyphase filter <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>). Differentiation after multiplication by any constant vector <italic>v</italic> gives:<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m73">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>which produces at <italic>z</italic>&#x20;&#x3d; 1:<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m74">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>An additional differentiation step yields:<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m75">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>which gives at <italic>z</italic>&#x20;&#x3d; 1:<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m76">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>These results are combined and summarized in the following theorem.</p>
<p>Theorem 3.2. Let the vectors v<sub>k</sub> (k&#x20;&#x3d; 0, 1, 2) be defined as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eq. 22</xref>. The polyphase filter H<sub>p</sub>(z) imposes a vanishing moment of order 0 on the multiwavelet if it holds that:<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m77">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>A vanishing moment of order 1 occurs if:<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m78">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>A vanishing moment of order 2 occurs if:<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m79">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>To have balanced vanishing moments of order up to and including <italic>p</italic>, requires extra conditions on the vectors v<sub>k</sub>, k&#x20;&#x3d; 0, 1, 2, &#x2026;, p. This is addressed&#x20;next.</p>
</sec>
<sec id="s2-5">
<title>Balanced Vanishing Moment Conditions for Multiwavelets</title>
<p>The balancing conditions can be computed from <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Eq. 21</xref> by integration.</p>
<p>For order <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 0 this gives that all entries of <italic>v</italic>
<sub>0</sub> are equal, say with value <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>0</sub>. To find <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>0</sub>, the cascade algorithm is useful. For the Haar multiwavelet in the initialisation step, the scaling function <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>[<italic>j</italic>]</sub>(<italic>t</italic>) is positive and constant on the interval <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of width <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m81">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>; hence, as the basis is orthonormal, this constant value equals <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m82">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula>. The value <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m83">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> therefore initially equals <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m84">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>. At the initialisation step, the vector <italic>v</italic>
<sub>0</sub> already has the required form and therefore it is preserved during the cascade algorithm iterations. It follows that <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m85">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, and so:<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m86">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For order <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 1 it is obtained that <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m87">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> should have the same value, say <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m88">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> for all <italic>j</italic>&#x20;&#x3d; 0, 1, &#x2026;, <italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1. Imposing balancing of order 1 only makes sense when balancing of order 0 is also imposed. Then, with the earlier result <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m89">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, it is obtained that:<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m90">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By inspecting what happens for balanced orthogonal multiwavelets generated from scalar orthogonal wavelets with vanishing moments through shifting, just as explained earlier for the Haar multiwavelet, we find that the value of <italic>&#x3bb;</italic> varies between multiwavelets. It therefore is left as a free parameter.</p>
<p>Next, for order <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 2 it is obtained that <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m91">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> should have the same value, say <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m92">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> for all <italic>j</italic>&#x20;&#x3d; 0, 1, &#x2026;, <italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1. With the earlier results <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m93">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m94">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> we obtain:<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m95">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The parameter <italic>&#x3bc;</italic> is again left&#x20;free.</p>
<p>From a signal processing point of view, if a signal <italic>s</italic>(<italic>t</italic>) is a polynomial in <italic>t</italic> of degree <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m96">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and passed through the multiwavelet filter bank starting from its sampled sequence, then the output channels retain the interpretation of phases of sampled signals.</p>
<p>These additional balancing conditions on the vectors <italic>v</italic>
<sub>0</sub>, <italic>v</italic>
<sub>1</sub> and <italic>v</italic>
<sub>2</sub> can now be combined with the previous vanishing moment conditions. This gives the following result.</p>
<p>Theorem 3.3. (a) The polyphase filter H<sub>p</sub>(z) imposes a balanced vanishing moment of order 0 on the multiwavelet structure if it holds that:<disp-formula id="e42">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g008.tif"/>
</disp-formula>
</p>
<p>(b) Balanced vanishing moments of orders 0 and 1 occur if in addition to the condition of (a) it holds that there exists a constant <italic>&#x3bb;</italic> such that:<disp-formula id="e43">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g009.tif"/>
</disp-formula>
</p>
<p>(c) Balanced vanishing moments of orders 0, 1 and 2 occur if in addition to the conditions of (a) and (b) it holds that there exists a constant <italic>&#x3bc;</italic> such that:<disp-formula id="e44">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g010.tif"/>
</disp-formula>
</p>
<p>The proof of this result is by direct computation, using <xref ref-type="disp-formula" rid="e39">Eqs 39</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e41">41</xref> together with Thm. 3.2. Part (a) of this theorem was shown earlier in the work of [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] and used before in [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]. Parts (b) and (c) are novel characterizations, using the lossless polyphase filter and its derivatives at <italic>z</italic>&#x20;&#x3d;&#x20;1.</p>
</sec>
<sec id="s2-6">
<title>Parameterization of Lossless FIR Polyphase Filters With a Balanced Vanishing Moment of Order 0</title>
<p>A parametrization of lossless FIR polyphase filters with a balanced vanishing moment of order 0 has previously been described in [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. We present it here for completeness and also because some of the techniques and notation will be reused when we address balancing of order 1. In fact, the parameterization in <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Eq. 19</xref> is slightly different from the parameterization used in the literature cited above, but the basic ideas are similar.</p>
<p>From part (a) of Thm. 3.3 we have that for a zero-order balanced vanishing moment, the orthogonal matrix <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(1) must map the vector <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m97">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center"/>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> into the vector <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m98">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center"/>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. This can be achieved with Householder transformation matrices. Let <italic>R</italic>
<sub>1</sub> be the Householder matrix which maps <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m99">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center"/>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m100">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center"/>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and let <italic>R</italic>
<sub>2</sub> be the Householder matrix which maps <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m101">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center"/>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m102">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center"/>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. A Householder matrix <italic>R</italic>
<sub>
<italic>v</italic>,<italic>w</italic>
</sub> which maps a vector <italic>v</italic> into another vector <italic>w</italic> with &#x2016;<italic>w</italic>&#x2016; &#x3d; &#x2016;<italic>v</italic>&#x2016; is orthogonal and symmetric and of the form<disp-formula id="e45">
<mml:math id="m103">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(45)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Clearly <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m104">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. For the matrices <italic>R</italic>
<sub>1</sub> and <italic>R</italic>
<sub>2</sub> we have the explicit forms<disp-formula id="e46">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g011.tif"/>
</disp-formula>
<disp-formula id="e47">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g012.tif"/>
</disp-formula>
</p>
<p>Note that the zero-order condition can be rewritten as<disp-formula id="e48">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g013.tif"/>
</disp-formula>and in this way turns into<disp-formula id="e49">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g014.tif"/>
</disp-formula>
</p>
<p>The matrix <italic>R</italic>
<sub>1</sub>
<italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(1)<italic>R</italic>
<sub>2</sub> is again orthogonal, and it therefore necessarily is of the form<disp-formula id="e50">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g015.tif"/>
</disp-formula>with <italic>Q</italic> an orthogonal matrix of size (2<italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1) &#xd7; (2<italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1). The converse clearly also holds true, which motivates the following result.</p>
<p>Theorem 3.4. All lossless FIR polyphase filters H<sub>p</sub>(z) of order n&#x20;&#x2212; 1 with a balanced vanishing moment of order 0 are obtained as:<disp-formula id="e51">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g016.tif"/>
</disp-formula>where <italic>R</italic>
<sub>1</sub> and <italic>R</italic>
<sub>2</sub> are the fixed Householder matrices given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e46">Eqs 46</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e47">47</xref>, where Q ranges over the set of (2r&#x20;&#x2212; 1) &#xd7; (2r&#x20;&#x2212; 1) orthogonal matrices, and where <italic>u</italic>
<sub>1</sub>, <italic>u</italic>
<sub>2</sub>, &#x2026;, <italic>u</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> ranges over the set of <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1 unit vectors of size 2<italic>r</italic>&#x20;&#xd7;&#x20;1.</p>
<p>Explicit parameterization of the orthogonal matrix <italic>Q</italic> can be done with Givens rotations and Householder matrices as indicated earlier, see <xref ref-type="sec" rid="s2-2">Section 2.2</xref>. There we also showed how a parameterization of the unit vectors <italic>u</italic>
<sub>1</sub>, <italic>&#x2026;</italic>, <italic>u</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> can be obtained. We see that manipulating the vectors <italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> (or increasing their number) does not affect the zero order balancing property as it is fully implied by the structure of <xref ref-type="disp-formula" rid="e51">Eq. 51</xref>. This is conveniently exploited when considering an additional balanced vanishing moment of order 1&#x20;below.</p>
</sec>
<sec id="s2-7">
<title>Parameterization of Lossless FIR Polyphase Filters With Balanced Vanishing Moments of Orders 0 and 1</title>
<p>To build an extra balanced vanishing moment of order 1 into the lossless FIR polyphase filters <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>), retaining the balanced vanishing moment of order 0, the idea is to start from the parameterization in Thm. 3.4 and to refine the structure of the orthogonal matrix <italic>Q</italic> and the unit vectors <italic>u</italic>
<sub>1</sub>, &#x2026;, <italic>u</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> to meet the condition of <xref ref-type="disp-formula" rid="e43">Eq. 43</xref>. The latter condition involves an additional scalar parameter <italic>&#x3bb;</italic>, which can be freed up by premultiplication of all the terms in the equation by the Householder matrix <italic>R</italic>
<sub>1</sub> of <xref ref-type="disp-formula" rid="e46">Eq. 46</xref> as we will now show. In view of the structure of <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(1) &#x3d; <italic>G</italic>
<sup>(0)</sup> given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e50">Eq. 50</xref>, it is useful to first work out the following two matrix-vector products (the horizontal lines are just for clarity):<disp-formula id="e52">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g017.tif"/>
</disp-formula>
</p>
<p>The matrix <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m105">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> results from differentiation of <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Eq. 19</xref> followed by substitution of <italic>z</italic>&#x20;&#x3d; 1, which gives:<disp-formula id="e53">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g018.tif"/>
</disp-formula>
</p>
<p>Using all of this, condition (43) takes the form:<disp-formula id="e54">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g019.tif"/>
</disp-formula>
</p>
<p>The parameter <italic>&#x3bb;</italic> only appears in the top row of this vector equation. Selecting this row admits computation of <italic>&#x3bb;</italic> as:<disp-formula id="e55">
<mml:math id="m106">
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(55)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m107">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the first entry in the unit vector <italic>R</italic>
<sub>1</sub>
<italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>. It is convenient to parameterize these vectors <italic>R</italic>
<sub>1</sub>
<italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> (rather than the unit vectors <italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>) as<disp-formula id="e56">
<mml:math id="m108">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(56)</label>
</disp-formula>for some scalar <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> &#x2208; [0, <italic>&#x3c0;</italic>] and with <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m109">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> a unit vector of size (2<italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1) &#xd7; 1. Then<disp-formula id="e57">
<mml:math id="m110">
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(57)</label>
</disp-formula>whereas, upon division by <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m111">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula>, the remaining part of the balancing condition attains the form<disp-formula id="e58">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g020.tif"/>
</disp-formula>
</p>
<p>Introducing the following (<italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1) &#xd7; 1 vectors <italic>h</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>, for positive integers <italic>r</italic>:<disp-formula id="e59">
<mml:math id="m112">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(59)</label>
</disp-formula>allows us to summarize these findings concisely in the following theorem.</p>
<p>Theorem 3.5.&#x20;All lossless FIR polyphase filters <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) of order <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1 with two balanced vanishing moments, of orders 0 and 1, are obtained as:<disp-formula id="e60">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g021.tif"/>
</disp-formula>where <italic>R</italic>
<sub>1</sub> and <italic>R</italic>
<sub>2</sub> are the fixed Householder matrices given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e46">Eqs 46</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e47">47</xref>, where <italic>Q</italic> is (2r&#x20;&#x2212; 1) &#xd7; (2r&#x20;&#x2212; 1) orthogonal, and where <italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> (<italic>k</italic>&#x20;&#x3d; 1, &#x2026;, <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1) are unit vectors of size 2r&#x20;&#xd7; 1 parameterized as<disp-formula id="e61">
<mml:math id="m113">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(61)</label>
</disp-formula>with scalar <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> &#x2208; [0, <italic>&#x3c0;</italic>], unit vectors <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m114">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> of size (2<italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1) &#xd7; 1, and such that the following condition is satisfied:<disp-formula id="e62">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g022.tif"/>
</disp-formula>with the vectors <italic>h</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> and <italic>h</italic>
<sub>2<italic>r</italic>
</sub> defined as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq.&#x20;59</xref>.</p>
<p>To complete the parameterization of Theorem 3.5, we now show how all tuples of orthogonal Q, unit vectors <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m115">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and scalars <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> can be obtained which make up all the solutions of <xref ref-type="disp-formula" rid="e62">Eq.&#x20;62</xref>.</p>
<p>For h<sub>r</sub> it is straightforward to compute its norm &#x2016;h<sub>r</sub>&#x2016; as<disp-formula id="e63">
<mml:math id="m116">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(63)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 1, we encounter the scalar orthogonal wavelet case, and the vector <italic>h</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> is in fact empty (of size 0, &#xd7;, 1). Balancing is not meaningful then. Indeed the condition reduces to the scalar equation <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m117">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in which <italic>Q</italic> as well as <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m118">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> are all &#xb1;1. Note that the scalars <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m119">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> can all be fixed to 1, because <italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> and therefore also <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m120">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> need only be parameterized up to a sign. For <italic>Q</italic> it is remarked in general that the space of real orthogonal matrices has two connected components, characterized by the determinant which is either 1 or &#x2212; 1. For <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 1, restricting to just one of these components corresponds to using a sign convention for <italic>&#x3c8;</italic>(<italic>t</italic>), which can be performed by fixing a sign for the last row of <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) and therefore the sign of <italic>Q</italic>. Choosing <italic>Q</italic>&#x20;&#x3d; 1 and taking slight differences in parameterization into account, the resulting condition <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m121">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> is entirely consistent, unsurprisingly, with the vanishing moment condition of order 1 reported in [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] or in Proposition 2 in&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>].</p>
<p>Focusing on the multiwavelet case with <italic>r</italic>&#x20;&#x2265; 2, it is noted that &#x2016;<italic>h</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>&#x2016; increases monotonically from <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m122">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.50</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> (at <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 2) to <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m123">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>0.58</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> (for <italic>r</italic>&#x20;&#x2192; <italic>&#x221e;</italic>). It is also noted that <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m124">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> because <italic>Q</italic> is orthogonal.</p>
<p>Writing <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m125">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we see that this is an arbitrary vector of norm <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m126">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, with its direction determined by the unit vector <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m127">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and its norm determined by &#x2009; sin(2<italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>). With a sum of&#x20;<italic>m</italic> such vectors <italic>g</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> one can precisely cover all points in a (2<italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1)-dimensional hyperball of radius <italic>m</italic> centered at the origin.</p>
<p>The idea of the parameterization, is to build the vectors <italic>g</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> one by one, such that the condition remains feasible, i.e.,&#x20;the remaining vectors-to-be-constructed can still be assigned values to meet <xref ref-type="disp-formula" rid="e62">Eq. 62</xref>. Suppose <italic>g</italic>
<sub>1</sub>, &#x2026;, <italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>&#x2212;1</sub> have been chosen and denote (for <italic>&#x2113;</italic> &#x3d; 1, 2, &#x2026;, <italic>n</italic>):<disp-formula id="e64">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g023.tif"/>
</disp-formula>
</p>
<p>Then, for <italic>&#x2113;</italic> &#x3d; 1, 2, &#x2026;, <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 2, the vector <italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> must be chosen such that the vector <italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>&#x2b;1</sub> &#x3d; <italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x2b; <italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> is in (or on) the hyperball (centered at the origin) of radius<disp-formula id="e65">
<mml:math id="m128">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(65)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This still allows the right-hand side of <xref ref-type="disp-formula" rid="e62">Eq. 62</xref>, viz. the expression <italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>&#x2b;1</sub> &#x2b; <italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>&#x2b;1</sub> &#x2b; &#x22ef; &#x2b; <italic>g</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> &#x3d; <italic>q</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>, to eventually land on the hypersphere of vectors with norm &#x2016;<italic>h</italic>
<sub>2<italic>r</italic>
</sub>&#x2016;. For the left-hand side expression <italic>Qh</italic>
<sub>2<italic>r</italic>
</sub>, note that the norm equals &#x2016;<italic>h</italic>
<sub>2<italic>r</italic>
</sub>&#x2016; for every orthogonal <italic>Q</italic>, and that a suitable orthogonal matrix <italic>Q</italic> can always be constructed to make <italic>Qh</italic>
<sub>2<italic>r</italic>
</sub> equal to that landing point (a Householder matrix would do). In fact, all such orthogonal <italic>Q</italic> can be constructed along the same lines as before when constructing <italic>G</italic>
<sup>(0)</sup> for balancing of order 0, as we will demonstrate below in <xref ref-type="disp-formula" rid="e74">Eq. 74</xref>. Note that if one cannot land on that hypersphere the construction is infeasible, since the norm of <italic>Qh</italic>
<sub>2<italic>r</italic>
</sub> is fixed; so this precisely characterizes feasibility. (Note, also, that points inside the hypersphere of radius &#x2016;<italic>h</italic>
<sub>2<italic>r</italic>
</sub>&#x2016; can always be brought to a point on the hypersphere in one step, by adding a single vector <italic>g</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>, since &#x2016;<italic>h</italic>
<sub>2<italic>r</italic>
</sub>&#x2016; &#x3c; 1; therefore one need not consider a constraint on the inside of the hypersphere.)</p>
<p>For <italic>&#x2113;</italic> &#x3d; 1, 2, &#x2026;, <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 2, we proceed as follows. If &#x2016;<italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>&#x2016; &#x2264; <italic>r</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x2212; 1, then <italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> can be any vector of norm <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m129">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, so there are no particular constraints on <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m130">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> (of norm 1) or <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>. Note that <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m131">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, so this is a non-empty set of vectors including the case <italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x3d;&#x20;0.</p>
<p>If &#x2016;<italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>&#x2016; &#x3e; <italic>r</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x2212; 1, then let <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m132">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> denote an arbitrary vector of unit norm and orthogonal to <italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>. The space of such vectors is easily parameterized.<xref ref-type="fn" rid="FN6">
<sup>6</sup>
</xref> Next, note that each vector <italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> can be written uniquely as:<disp-formula id="e66">
<mml:math id="m133">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(66)</label>
</disp-formula>with scalar coefficients <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> (still unrestricted) and <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x2265; 0. For <italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> to be feasible it must hold that: (1) &#x2016;<italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>&#x2016; &#x2264; 1, (2) &#x2016;<italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x2b; <italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>&#x2016; &#x2264; <italic>r</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>. Because <italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> and <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m134">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> are orthogonal to each other, setting <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x3d; 0 gives the maximum range for <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>. Requirement (1) implies: <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m135">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Requirement (2) implies: <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m136">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Combining these two intervals, using &#x2016;<italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>&#x2016; &#x3e; <italic>r</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x2212; 1, it follows that both requirements are met if and only if:<disp-formula id="e67">
<mml:math id="m137">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(67)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Once <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> is chosen, <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> can be chosen non-negative but such that the two conditions remain satisfied. This gives:<disp-formula id="e68">
<mml:math id="m138">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(68)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For <italic>&#x2113;</italic> &#x3d; <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1, choosing the final vector <italic>g</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> (of norm <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m139">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>) is special, in the sense that it must satisfy the equality &#x2016;<italic>q</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> &#x2b; <italic>g</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub>&#x2016; &#x3d; <italic>r</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> &#x3d; &#x2016;<italic>h</italic>
<sub>2<italic>r</italic>
</sub>&#x2016; rather than an inequality as before.</p>
<p>If &#x2016;<italic>q</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub>&#x2016; &#x2264; 1&#x20;&#x2212; <italic>r</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub>, then <italic>q</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> can land on every point of the hypersphere with radius <italic>r</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> by choosing <italic>g</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> as the difference between that point and <italic>q</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub>.</p>
<p>If &#x2016;<italic>q</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub>&#x2016; &#x3e; 1&#x20;&#x2212; <italic>r</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub>, then the hypersphere centered at the origin with radius <italic>r</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> and the hypersphere centered at <italic>q</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> with radius 1 intersect at points <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m140">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> if the following two conditions hold:<disp-formula id="e69">
<mml:math id="m141">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(69)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e70">
<mml:math id="m142">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(70)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Subtracting the first equation from the second leaves a linear equation for <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub>, which gives:<disp-formula id="e71">
<mml:math id="m143">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(71)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This determines the minimal value for <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> to give solutions on the hypersphere for <italic>q</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>. The maximal value for <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> is obtained with <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> &#x3d; 0 and equals <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m144">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>. This implies that all feasible <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m145">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> have<disp-formula id="e72">
<mml:math id="m146">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
<label>(72)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e73">
<mml:math id="m147">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(73)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Finally, to find all feasible orthogonal <italic>Q</italic> once the right-hand side expression <italic>q</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> is constructed to have &#x2016;<italic>q</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>&#x2016; &#x3d; <italic>r</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x2212;1</sub> &#x3d; &#x2016;<italic>h</italic>
<sub>2<italic>r</italic>
</sub>&#x2016;, let <italic>R</italic>
<sub>3</sub> be the Householder matrix which maps <italic>q</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> to <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m148">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and let <italic>R</italic>
<sub>4</sub> be the Householder matrix which maps <italic>h</italic>
<sub>2<italic>r</italic>
</sub> to <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m149">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Then all feasible orthogonal matrices <italic>Q</italic> are obtained as<disp-formula id="e74">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g024.tif"/>
</disp-formula>with <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> an arbitrary orthogonal matrix of size (2<italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 2) &#xd7; (2<italic>r</italic>&#x20;&#x2212;&#x20;2).</p>
</sec>
<sec id="s2-8">
<title>Balanced Vanishing Moments of Orders 0, 1 and 2</title>
<p>Incorporating an additional balanced vanishing moment of order <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 2, requires further refinement of the current parameterization such that condition (44) is also satisfied. As we have not developed a way to incorporate this into a parameterization, we will only show how the condition can be reworked into a form which makes it suitable to be added as a constraint to the parametrization in terms of the parameters used before.</p>
<p>A first step to achieve this, is to free up and remove the parameter <italic>&#x3bc;</italic> by premultiplication of all terms in the condition by the Householder matrix <italic>R</italic>
<sub>1</sub>. The effect of this is that <italic>&#x3bc;</italic> only appears in the term <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, of which just the first entry is nonzero. Therefore, as before for <italic>&#x3bb;</italic> for balancing of order 1, the parameter <italic>&#x3bc;</italic> can be left free and computed afterwards from the equation which corresponds to the first entries on the left and right-hand&#x20;sides.</p>
<p>The actual conditions for balancing of order 2, are then captured by the remaining 2<italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1 equations in which <italic>&#x3bc;</italic> no longer appears. The parameter <italic>&#x3bb;</italic> which does show up in them, should be replaced by its value in terms of the chosen parameters as given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e57">Eq. 57</xref>. This gives the constraints in a form which can readily be used for numerical optimization, using a routine for constrained optimization which admits nonlinear constraints.</p>
</sec>
<sec id="s2-9">
<title>Design Criteria for Matching</title>
<p>For the scalar orthogonal wavelet design case, sparsity of a prototype signal was already advocated in [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. This is appealing for detection and compression purposes. There it was also shown that maximization of sparsity of the vector of all approximation and detail coefficients <italic>w</italic>&#x20;&#x3d; {<italic>w</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>} in the setting with a critically sampled orthogonal wavelet transform, boils down to either: 1) maximization of the variance of the sequence of absolute values &#x7c;<italic>w</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>&#x7c; of the coefficients, or 2) maximization of the variance of the squared wavelet coefficients. This is due to the fact that Parseval&#x2019;s identity holds [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], which makes that the sum of squares of all the wavelet and detail coefficients equals the sum of squares of all the values of the digital signal being processed. This result does obviously not change for orthogonal multiwavelet design. Hence [[<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], Theorem 1], holds in the current setting&#x20;too:</p>
<p>Theorem 3.6.&#x20;Let <italic>w</italic> be the vector of the approximation coefficients at the coarsest scale and the detail coefficients at all scales, resulting from the processing of a signal s by means of an orthogonal multiwavelet filter bank across multiple scales. Then:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1)&#x20;Maximization of the variance of the vector of absolute values {&#x7c;<italic>w</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>&#x7c;} is equivalent to minimization of the <italic>L</italic>
<sub>1</sub>-norm of the vector&#x20;<italic>w</italic>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2)&#x20;Maximization of the variance of the energy vector {&#x7c;<italic>w</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>&#x7c;<sup>2</sup>} is equivalent to maximization of the <italic>L</italic>
<sub>4</sub>-norm of the vector&#x20;<italic>w</italic>.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>For practical applications the latter criterion, <italic>L</italic>
<sub>4</sub>-maximization, is more appealing than the former since it can be combined with weighing both in scale and location [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]. This allows for designing a matched multiwavelet, where each of the components of &#x3a6;(<italic>t</italic>) is forced to focus on a single aspect in a signal (see <xref ref-type="sec" rid="s3-2">Section 3.2</xref> for an example).</p>
<p>If instead of a critically sampled multiwavelet transform an undecimated multiwavelet transform [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>] is used, this has advantages for detection purposes, since due to the redundant representation time-invariance is achieved. The lack of down-sampling, however, causes an abundance of coefficients at coarser scales. To preserve conservation of energy properties for orthogonal multiwavelets, this abundance can be counteracted by dyadic discounting of energies towards coarser scales as in [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. This makes it possible to use adapted versions of the <italic>L</italic>
<sub>1</sub>-minimization and <italic>L</italic>
<sub>4</sub>-maximization criteria for undecimated multiwavelet transforms promoting sparsity.</p>
<p>Another criterion one might consider is entropy. One can quantify the effectiveness of compression algorithms in terms of entropy [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>]. As suggested in [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>], entropy can be used to select an orthogonal wavelet basis, and a similar approach can serve as a design criterion. This is certainly appealing for compression purposes.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>Illustrative Examples</title>
<sec id="s3-1">
<title>Experiment to Illustrate the Balancing Problem</title>
<p>The effects of having unbalanced vanishing moments are easily illustrated by considering what happens if a constant signal is fed into an unbalanced orthogonal multiwavelet filter bank with multiplicity <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 2 and of order <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1&#x20;&#x3d; 3, using the construction scheme in Theorem 3.1, but without balancing. To this end we took <italic>Q</italic>&#x20;&#x3d; <italic>I</italic>
<sub>2<italic>r</italic>&#x2212;1</sub> &#x3d; <italic>I</italic>
<sub>3</sub> and we changed the Householder matrix <italic>R</italic>
<sub>1</sub> to produce a non-constant vector&#x20;<italic>v</italic>
<sub>0</sub>.</p>
<p>When a constant input signal is fed into an orthogonal multiwavelet filter bank with an order 0 unbalanced vanishing moment, as described in <xref ref-type="sec" rid="s3-1">Section 3.1</xref>, the results (depending on the exact choice of coefficients) are as shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref>. What can be observed in the top figure, is that the detail coefficients are all zero for both channels (consistent with the imposed vanishing moments), and the approximation coefficients are constant per channel, but the values are different between the channels. In terms of the notation in <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eqs 8</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">9</xref>, the detail vector coefficients <italic>b</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> are all zero, the approximation vector coefficients <italic>a</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> are all constant, but their entries <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m152">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m153">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> are different.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Top: result of feeding a constant signal into an unbalanced multiwavelet filter bank. Bottom: Consequence of interpreting the output of the two low-pass channels as phases of a signal.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-785803-g003.tif"/>
</fig>
<p>In the bottom figure of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref> it is displayed what the resulting signal looks like if the outputs are nevertheless interpreted as the two phases of a signal.</p>
<p>If the outputs are now processed further with the multiwavelet filter bank for a few more scales, this has the effect that at later scales the constant nature of the original signal is lost and the detail coefficients become nonzero, as demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Result of processing a constant signal with an unbalanced orthogonal multiwavelet filter bank with a vanishing moment of order 0 for three scales.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-785803-g004.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>Example of Multiwavelet Design for ECG Feature Detection</title>
<p>In this section we introduce an example for balanced multiwavelet design. We will employ <italic>L</italic>
<sub>4</sub>-maximization with weighted masking to match the multiwavelet filter bank to a prototype signal. The example evolves around creating a representation for a prototype ECG signal as is commonly encountered in the field of cardiology. The goal of this design is for feature detection to distinguish and detect different complexes in the ECG signal.</p>
<p>Feature detection is an application that makes efficient use of the different components of the multiwavelet. The idea of feature detection via multiwavelets is to design each component of the multiwavelet to detect a specific feature in the signal. Orthogonality between the components of the scaling- and wavelet function allows the multiwavelet to detect up to <italic>r</italic> orthogonal features, which cannot all be accurately detected by a scalar wavelet at the same time. Since features in a signal need not be orthogonal but can be overlapping, making them hard to separate, the multiwavelet approach is fundamentally different from template based approaches. When training orthogonal multiwavelets on different features, the goal is to have them pick up orthogonal aspects from the features that help to distinguish between&#x20;them.</p>
<p>For this application the variance maximizing <italic>L</italic>
<sub>4</sub>-objective function is no longer measured across all the wavelet coefficients. Instead, a time-scale mask is employed for each component of the multiwavelet [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>], and the value of the objective function of a component is only measured on the wavelet coefficients that are in the time-scale mask. In this way, maximization of the criterion forces energy into the masked areas, helping the multiwavelets to focus on the user-selected signal features covered by the time-scale masks. (This same idea is less conveniently pursued with <italic>L</italic>
<sub>1</sub>-minimization, because minimization will force energy out of the masked areas, but while the energy leaks away this does not mean that useful multiwavelets are promoted.)</p>
<p>In this example, the design procedure employs a first-order balanced orthogonal multiwavelet, with focus on the approximation coefficients rather than the detail coefficients, and aiming to detect features by looking at the peaks of the approximation coefficients at masked areas at the coarsest scale <italic>l</italic>&#x20;&#x3d;&#x20;3.</p>
<p>It can be seen from <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref> that the first scaling function mainly represents the QRS-complex on which it was trained, whereas the second scaling function manages to capture the T-wave on which it was trained. By thresholding the approximation coefficients of the first channel the location of the QRS-complex can be obtained. By thresholding the second channel the location of the T-peak is obtained. Both channels can detect the feature that they were designed for independently from one another. This is remarkable, as the T-wave overlaps in spectrum and waveform with the QRS-complex, which carries far more energy. Though the second&#x20;wavelet&#x20;also picks up some energy from the QRS-complex, it still allows to detect the T-peak location with&#x20;simple thresholding. This demonstrates that a matched multiwavelet is a powerful signal processing tool to detect and discriminate between different features in a signal.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Result of designing a multiwavelet with <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 2 for feature detection in the prototype ECG signal. Shown for each wavelet are the values of the approximation coefficients at the coarsest scale, and of the detail coefficients for three increasing scales (from fine to coarse). The first wavelet was trained on the QRS-complex, the second wavelet on the T-wave in the ECG signal.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-785803-g005.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>Example of an Orthogonal Multiwavelet With Compact Support, Multiplicity 3 and Balanced Vanishing Moments of Orders 0, 1, and 2</title>
<p>In this example we show an orthogonal multiwavelet filter with multiplicity <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 3, involving a lossless FIR polyphase filter <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) of order <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1&#x20;&#x3d; 3, with balanced vanishing moments of orders <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 0, <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 1, and <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 2 as a concrete example of multiwavelet design with three balanced vanishing moments. To obtain such a filter, we utilized the parameterization that was introduced in <xref ref-type="sec" rid="s2-7">Section 2.7</xref> for multiwavelets with balanced vanishing moments of orders 0 and 1, and we followed the approach of <xref ref-type="sec" rid="s2-8">Section 2.8</xref>. For <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 3 and <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1&#x20;&#x3d; 3, we first chose random parameters to obtain an initial orthogonal multiwavelet only lacking a second order vanishing moment. From there, constrained optimization was used to adapt the parameters to satisfy condition (44), producing an orthogonal multiwavelet with three balanced vanishing moments.</p>
<p>For this example, the FIR polyphase filter <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) &#x3d; <italic>H</italic>
<sub>0</sub> &#x2b; <italic>H</italic>
<sub>1</sub>
<italic>z</italic>
<sup>&#x2212;1</sup> &#x2b; <italic>H</italic>
<sub>2</sub>
<italic>z</italic>
<sup>&#x2212;2</sup> &#x2b; <italic>H</italic>
<sub>3</sub>
<italic>z</italic>
<sup>&#x2212;3</sup> has the following coefficient matrices <italic>H</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>:<disp-formula id="e75">
<mml:math id="m154">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.5698</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.8165</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0101</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0248</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0105</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0342</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0317</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0070</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.7024</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.6980</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.1093</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0555</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0167</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0051</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0687</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0488</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.5488</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.8164</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0351</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.1002</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.1538</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2415</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0724</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0026</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0577</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0455</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.4025</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.2809</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.6175</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3845</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0170</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0280</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0517</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0043</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.1349</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0645</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(75)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e76">
<mml:math id="m155">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0551</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0351</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0089</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0026</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0170</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0190</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0205</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0109</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0101</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0165</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0270</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0225</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.1108</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0792</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0464</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0487</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0339</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0205</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.4528</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.2714</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.2526</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3512</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4382</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3106</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3402</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.2485</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0335</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0410</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0668</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0795</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0069</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0331</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.4161</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.3877</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0384</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1749</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(76)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e77">
<mml:math id="m156">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0283</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0203</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0104</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0109</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0080</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0053</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0266</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0187</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0077</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0076</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0042</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0024</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0136</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0092</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0020</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0012</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0011</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0013</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.3095</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2110</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0525</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0384</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0127</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0188</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1124</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0831</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0559</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0630</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0558</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0394</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4275</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3234</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.2539</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2942</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.2794</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2014</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(77)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e78">
<mml:math id="m157">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0042</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0029</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0011</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0010</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0004</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0002</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0012</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0008</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0003</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0003</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0001</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0001</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0020</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0014</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0005</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0005</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0002</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0001</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0360</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0251</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0093</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0086</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0037</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0017</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0362</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0252</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0093</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0087</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0037</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0018</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.1926</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1343</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0495</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0462</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0196</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0093</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(78)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Associated with this polyphase filter are the wavelet and scaling functions as shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref>.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Wavelet and scaling functions obtained from the polyphase filter in <xref ref-type="sec" rid="s3-3">Section 3.3</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-785803-g006.tif"/>
</fig>
<p>By definition, the Householder matrices <italic>R</italic>
<sub>1</sub> and <italic>R</italic>
<sub>2</sub> are given by:<disp-formula id="e79">
<mml:math id="m158">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.5774</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.5774</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.5774</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.5774</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.2113</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.7887</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.5774</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.7887</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.2113</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(79)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e80">
<mml:math id="m159">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4082</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4082</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4082</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4082</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4082</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4082</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4082</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.7184</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4082</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.7184</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4082</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.7184</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4082</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.7184</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4082</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2816</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.7184</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(80)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For the example, the orthogonal matrix <italic>Q</italic> and the unit vectors <italic>u</italic>
<sub>1</sub>, <italic>u</italic>
<sub>2</sub> and <italic>u</italic>
<sub>3</sub> which appear in the parameterization of <italic>H</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) have the following values:<disp-formula id="e81">
<mml:math id="m160">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.6826</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.3298</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.3193</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2805</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.4946</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.7291</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2987</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2422</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.2729</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4959</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0378</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.3017</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.7704</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.3463</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.4406</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0139</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.7987</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0961</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.1939</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5613</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0280</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.2703</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.4864</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.8303</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0153</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(81)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e82">
<mml:math id="m161">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0191</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0221</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1660</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0116</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.6349</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.7539</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.22636pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0565</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0586</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0355</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.7850</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.1836</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5850</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.22636pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0209</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0060</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0102</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1808</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1816</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.9663</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(82)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The values of the parameters <italic>&#x3bb;</italic> and <italic>&#x3bc;</italic> encountered for this particular balanced multiwavelet of order 2, are given by:<disp-formula id="e83">
<mml:math id="m162">
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1966</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="28.45274pt"/>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0387</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(83)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The resulting unit vectors <italic>R</italic>
<sub>1</sub>
<italic>u</italic>
<sub>1</sub>, <italic>R</italic>
<sub>1</sub>
<italic>u</italic>
<sub>2</sub>, and <italic>R</italic>
<sub>1</sub>
<italic>u</italic>
<sub>3</sub> are:<disp-formula id="e84">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g025.tif"/>
</disp-formula>
</p>
<p>These vectors <italic>R</italic>
<sub>1</sub>
<italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> (<italic>k</italic>&#x20;&#x3d; 1, 2, 3) are partitioned as <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m163">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m164">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>arccos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m165">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. It holds that<disp-formula id="e85">
<mml:math id="m166">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.6907</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="28.45274pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.5925</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="28.45274pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.5853</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(85)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The vectors <italic>g</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>, which feature in the parameterization for balancing of order 1, are defined as <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m167">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and given by:<disp-formula id="e86">
<mml:math id="m168">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0276</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0069</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0028</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.1518</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1803</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.22636pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0021</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0031</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0341</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0080</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0254</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.22636pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0001</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0005</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0053</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0053</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0.0281</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(86)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The vectors <italic>h</italic>
<sub>3</sub> and <italic>h</italic>
<sub>6</sub> are defined as follows:<disp-formula id="e87">
<mml:math id="m169">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="28.45274pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>18</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(87)</label>
</disp-formula>having norms: <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m170">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>27</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>0.5443</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m171">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>35</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>108</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>0.5693</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. It holds that<disp-formula id="e88">
<inline-graphic xlink:href="fams-07-785803-g026.tif"/>
</disp-formula>
</p>
<p>It is verified by direct computation upon substitution into <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eqs 16</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e51">51</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e42">42</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e43">43</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e44">44</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e62">62</xref> that the orthogonality conditions as well as the three balanced vanishing moment conditions for order <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 0, 1, 2 are all properly satisfied, and entirely consistent with the proposed parameterization.</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="discussion" id="s4">
<title>Discussion</title>
<p>The results in <xref ref-type="sec" rid="s3-1">Section 3.1</xref> show, from a signal processing perspective, the importance of having balanced vanishing moments for multiwavelets. Not having this means that polynomials do not yield zero detail coefficients in subsequent scales, even if the required vanishing moments are built in. The example in <xref ref-type="sec" rid="s3-2">Section 3.2</xref> shows that if the available remaining freedom is used to promote sparsity, this has a benefit for detection purposes. Other design objectives could also be employed. When employing weighing over scales, this also opens the opportunity to use overcomplete representations for shift-invariance. Masking in the time-scale plane allows to focus on selected parts of a prototype signal. When one would switch to a criterion based on the information value, this can be valuable for compression purposes.</p>
<p>In <xref ref-type="sec" rid="s3-3">Section 3.3</xref> a concrete example was worked out for the design of orthogonal multiwavelets with compact support and three balanced vanishing moments (orders 0, 1, and 2) and multiplicity <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 3. Previous examples of orthogonal multiwavelets in the literature with several balanced vanishing moments either had balancing only up to order 1, or multiplicity <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 2; see [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. The Gr&#xf6;bner basis approach used there is a limiting factor for finding matching balanced multiwavelets to applications, because the approach does not allow for excess degrees of freedom. In this paper we advocated a different approach by building an explicit parameterization which allows free parameters to be tuned for various purposes. We have shown how <italic>all</italic> balanced orthogonal multiwavelets of orders 0 and 1 can be obtained for arbitrary multiplicity <italic>r</italic> and any given polyphase filter order (McMillan degree), which we consider a major step forward in making multiwavelets applicable.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s5">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/Supplementary Material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>Author Contributions</title>
<p>JK, SS, and RP together conceived and explored the concept of parameterizing balanced orthogonal multiwavelets with built-in vanishing moment properties. Numerical simulations were implemented and performed by SS. JK, and RP provided the background on multiwavelets, balancing, and parameterisation of lossless systems, and provided cardiac signal data. JK and RP composed the final article based on an initial draft by&#x20;SS.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s7">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s8">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<fn-group>
<fn id="FN1">
<label>1</label>
<p>In those papers, <italic>p</italic>-order balancing is defined to correspond to <italic>p</italic> balanced vanishing moments, of orders 0, 1, &#x2026;, <italic>p</italic>&#x20;&#x2212; 1. In this paper we will call this &#x2018;balanced up to order <italic>p</italic>&#x20;&#x2212; 1.&#x2019;</p>
</fn>
<fn id="FN2">
<label>2</label>
<p>Note that, unlike what is common in most of the literature, we have chosen in our definition of the dilation and wavelet equation above to use functions &#x3a6;(2<italic>t</italic>&#x20;&#x2b; <italic>k</italic>) rather than &#x3a6;(2<italic>t</italic>&#x20;&#x2212; <italic>k</italic>), in line with the convention in [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. This causes no loss of generality, but makes that the multiscaling and multiwavelet functions in &#x3a6;(<italic>t</italic>) and &#x3a8;(<italic>t</italic>) are all compactly supported on the <italic>negative</italic> interval (&#x2212;(2<italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1), 0] as can be quickly derived from (1) and (2). This has the two-fold advantage that we can save on the notation and the number of filters required in the rest of this work, as well as that we can work with causal filters and avoid unnecessary delay or advance operators when switching to a signal processing perspective. Should one switch to using functions &#x3a6;(2<italic>t</italic>&#x20;&#x2212; <italic>k</italic>) on the right-hand side of the dilation and wavelet equations, then the time-reversed functions &#x3a6;( &#x2212; <italic>t</italic>) and &#x3a8;( &#x2212; <italic>t</italic>) are the new solutions in the adapted setting.</p>
</fn>
<fn id="FN3">
<label>3</label>
<p>The convolution sums in <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eqs 10</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e11">11</xref>, involving <italic>s</italic>
<sub>2<italic>&#x2113;</italic>&#x2212;<italic>k</italic>
</sub> rather than <italic>s</italic>
<sub>2<italic>&#x2113;</italic>&#x2b;<italic>k</italic>
</sub>, appear because of the convention we adopted for the dilation and wavelet equation.</p>
</fn>
<fn id="FN4">
<label>4</label>
<p>To compute the McMillan degree of a lossless FIR polyphase filter <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m172">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> with maximum lag <italic>n</italic>&#x20;&#x2212; 1, it is convenient to construct the block-Hankel matrix <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m173">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="smallmatrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center"/>
<mml:mtd columnalign="center"/>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center"/>
<mml:mtd columnalign="center"/>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. The McMillan degree <italic>m</italic> is equal to <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m174">
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The SVD is a particularly suitable tool to determine <italic>m</italic> numerically, because it holds for a lossless system that all the <italic>m</italic> non-zero singular values of <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m175">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> are equal to 1, see&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>].</p>
</fn>
<fn id="FN5">
<label>5</label>
<p>Givens rotations and Householder reflections are commonly used to perform QR-decomposition. When applied to an orthogonal matrix, the upper triangular <italic>R</italic> is in fact diagonal with all entries on its main diagonal equal to &#xb1; 1. The space of orthogonal matrices has two connected components, characterized by the sign of the determinant &#xb1; 1, which is something to take into account when parameterizing this space. Givens rotations all have determinant 1 and are used to create zeros one by one; they involve a single angular parameter. Householder reflections all have determinant &#x2212; 1 and are used to create multiple zeros at once; they involve a vector of norm 1 requiring multiple angular parameters. See [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>]. We will introduce Householder matrices in <xref ref-type="disp-formula" rid="e45">Eq.&#x20;45</xref>.</p>
</fn>
<fn id="FN6">
<label>6</label>
<p>To parameterize all such <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m176">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, if <italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x2260; 0, one may proceed as follows. Define the Householder matrix <italic>P</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> to map the first unit vector <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m177">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> to the vector <italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>/&#x2016;<italic>q</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>&#x2016;. Then the columns 2, 3, &#x2026;, 2<italic>r</italic>&#x20;&#x2212; 1 of <italic>P</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> constitute an orthonormal basis for the space of vectors <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m178">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. All the vectors <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m179">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> are produced as <italic>P</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>
<italic>y</italic> with <italic>y</italic> ranging over all the unit vectors with their first entry equal to 0. Such vectors <italic>y</italic> are recursively generated analogous to <xref ref-type="disp-formula" rid="e56">Eq.&#x20;56</xref>.</p>
</fn>
</fn-group>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Grossmann</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Morlet</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Decomposition of Hardy Functions into Square Integrable Wavelets of Constant Shape</article-title>. <source>SIAM J&#x20;Math Anal</source> (<year>1984</year>) <volume>15</volume>:<fpage>723</fpage>&#x2013;<lpage>36</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/0515056</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Grossmann</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Wavelet Transforms and Edge Detection</article-title>. In: <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>Albeverio</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blanchard</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hazewinkel</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Streit</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>, editors. <source>Stochastic Processes in Physics an Engineering</source>. <publisher-loc>Dordrecht, The Netherlands</publisher-loc>: <publisher-name>D. Reidel Publishing Company</publisher-name> (<year>1988</year>). p. <fpage>149</fpage>&#x2013;<lpage>57</lpage>. <comment>ISBN: 90-277-2659-0</comment>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-94-009-2893-0_7</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Daubechies</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Orthonormal Bases of Compactly Supported Wavelets</article-title>. <source>Comm Pure Appl Math</source> (<year>1988</year>) <volume>41</volume>:<fpage>909</fpage>&#x2013;<lpage>96</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/cpa.3160410705</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mallat</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <source>A Wavelet Tour of Signal Processing: The Sparse Way</source>. <publisher-loc>Amsterdam</publisher-loc>: <publisher-name>Academic Press</publisher-name> (<year>2009</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/B978-0-12-374370-1.X0001-8</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Karel</surname>
<given-names>JMH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Peeters</surname>
<given-names>RLM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Westra</surname>
<given-names>RL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Moermans</surname>
<given-names>KMS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Haddad</surname>
<given-names>SAP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Serdijn</surname>
<given-names>WA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Optimal Discrete Wavelet Design for Cardiac Signal Processing</article-title>. In: <conf-name>Proceeding: 27th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC 2005)</conf-name>; <conf-date>1-4 September, 2005</conf-date>; <conf-loc>Shanghai, China</conf-loc>. <publisher-name>IEEE</publisher-name> (<year>2005</year>). p. <fpage>2769</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/IEMBS.2005.1617046</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Peeters</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karel</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Data Driven Design of an Orthogonal Wavelet with Vanishing Moments</article-title>. In: <conf-name>21st International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems</conf-name>; <conf-loc>Groningen, Netherlands</conf-loc>, <conf-date>2014 7&#x2013;11 July</conf-date> (<year>2014</year>). p. <fpage>1665</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Karel</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Peeters</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Orthogonal Matched Wavelets with Vanishing Moments: A Sparsity Design Approach</article-title>. <source>Circuits Syst Signal Process</source> (<year>2018</year>) <volume>37</volume>:<fpage>3487</fpage>&#x2013;<lpage>514</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00034-017-0716-1</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hanzon</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Olivi</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Peeters</surname>
<given-names>RLM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Balanced Realizations of Discrete-Time Stable All-Pass Systems and the Tangential Schur Algorithm</article-title>. <source>Linear Algebra Appl</source> (<year>2006</year>) <volume>418</volume>:<fpage>793</fpage>&#x2013;<lpage>820</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.laa.2006.03.027</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lebrun</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vetterli</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>High-order Balanced Multiwavelets: Theory, Factorization, and Design</article-title>. <source>IEEE Trans Signal Process</source> (<year>2001</year>) <volume>49</volume>:<fpage>1918</fpage>&#x2013;<lpage>30</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/78.942621</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Strang</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nguyen</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Wavelets and Filter Banks</source>. <publisher-loc>Wellesley, MA.</publisher-loc>: <publisher-name>Wellesley-Cambridge Press</publisher-name> (<year>1996</year>). <comment>ISBN: 978-0961408879</comment>. </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Selesnick</surname>
<given-names>IW</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Multiwavelet Bases with Extra Approximation Properties</article-title>. <source>IEEE Trans Signal Process</source> (<year>1998</year>) <volume>46</volume>:<fpage>2898</fpage>&#x2013;<lpage>908</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/78.726804</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chui</surname>
<given-names>CK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Balanced Multi-Wavelets in $\mathbb R&#x5e;s$</article-title>. <source>Math Comp</source> (<year>2004</year>) <volume>74</volume>:<fpage>1323</fpage>&#x2013;<lpage>45</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/S0025-5718-04-01681-3</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zi</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Wind Turbine Fault Detection Using Multiwavelet Denoising with the Data-Driven Block Threshold</article-title>. <source>Appl Acoust</source> (<year>2014</year>) <volume>77</volume>:<fpage>122</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apacoust.2013.04.016</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pan</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zi</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Wavelet Transform Based on Inner Product in Fault Diagnosis of Rotating Machinery: A Review</article-title>. <source>Mech Syst Signal Process</source> (<year>2016</year>) <volume>70-71</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ymssp.2015.08.023</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wan</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pan</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zi</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Customized Maximal-Overlap Multiwavelet Denoising with Data-Driven Group Threshold for Condition Monitoring of Rolling Mill Drivetrain</article-title>. <source>Mech Syst Signal Process</source> (<year>2016</year>) <volume>68-69</volume>:<fpage>44</fpage>&#x2013;<lpage>67</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ymssp.2015.07.022</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hong</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zuo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Compound Faults Diagnosis Based on Customized Balanced Multiwavelets and Adaptive Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution</article-title>. <source>Measurement</source> (<year>2019</year>) <volume>146</volume>:<fpage>87</fpage>&#x2013;<lpage>100</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.measurement.2019.06.022</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jia</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Improved Multiwavelet Denoising with Neighboring Coefficients of Cutting Force for Application in the Load Spectrum of Computer Numerical Control Lathe</article-title>. <source>Adv Mech Eng</source> (<year>2018</year>) <volume>10</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>11</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/1687814018754674</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alkhidhr</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Correspondence between Multiwavelet Shrinkage and Nonlinear Diffusion</article-title>. <source>J&#x20;Comput Appl Math</source> (<year>2021</year>) <volume>382</volume>:<fpage>113074</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cam.2020.113074</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>On the Design of Multifilter banks and Orthonormal Multiwavelet Bases</article-title>. <source>IEEE Trans Signal Process</source> (<year>1998</year>) <volume>46</volume>:<fpage>3292</fpage>&#x2013;<lpage>303</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/78.735304</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chui</surname>
<given-names>CK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Multivariate Balanced Vector-Valued Refinable Functions</article-title>. In: <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>Haussmann</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jetter</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Reimer</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>St&#xf6;ckler</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>, editors. <source>Modern Developments in Multivariate Approximation</source>. <publisher-loc>Springer Basel AG</publisher-loc>: <publisher-name>Basel</publisher-name>, <volume>Vol. 145</volume> (<year>2003</year>). p. <fpage>71</fpage>&#x2013;<lpage>102</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-0348-8067-1_4</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Compactly Supported Quasi-Tight Multiframelets with High Balancing Orders and Compact Framelet Transforms</article-title>. <source>Appl Comput Harmonic Anal</source> (<year>2021</year>) <volume>51</volume>:<fpage>295</fpage>&#x2013;<lpage>332</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.acha.2020.11.005</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Multivariate Quasi-Tight Framelets with High Balancing Orders Derived from Any Compactly Supported Refinable Vector Functions</article-title>. <source>Sci China Math</source> (<year>2021</year>):<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>30</lpage>. [<comment>Epub ahead of print</comment>]. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11425-020-1786-9</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lebrun</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vetterli</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Balanced Multiwavelets</article-title>. In: <conf-name>1997 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing</conf-name>; <conf-date>21-24 April, 1997</conf-date>; <conf-loc>Munich, Germany</conf-loc>, <volume>3</volume> (<year>1997</year>). p. <fpage>2473</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ICASSP.1997.599579</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lebrun</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vetterli</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Balanced Multiwavelets Theory and Design</article-title>. <source>IEEE Trans Signal Process</source> (<year>1998</year>) <volume>46</volume>:<fpage>1119</fpage>&#x2013;<lpage>25</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/78.668561</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bacchelli</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cotronei</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lazzaro</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>An Algebraic Construction of K-Balanced Multiwavelets via the Lifting Scheme</article-title>. <source>Numer Algorithms</source> (<year>2000</year>) <volume>23</volume>:<fpage>329</fpage>&#x2013;<lpage>56</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/A:1019120621646</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Peng</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Balanced Multiwavelets with Interpolatory Property</article-title>. <source>IEEE Trans Image Process</source> (<year>2011</year>) <volume>20</volume>:<fpage>1450</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIP.2010.2092439</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Peeters</surname>
<given-names>RLM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karel</surname>
<given-names>JMH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Westra</surname>
<given-names>RL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Haddad</surname>
<given-names>SAP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Serdijn</surname>
<given-names>WA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Multiwavelet Design for Cardiac Signal Processing</article-title>. In: <conf-name>Proceeding: 28th Annual International Conference of the IEEE Enigneering in Medicine and Biology Society (EMBC 2006)</conf-name>; <conf-date>30&#x20;August-3 September, 2006</conf-date>; <conf-loc>New York City</conf-loc> (<year>2006</year>). p. <fpage>1682</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/IEMBS.2006.259733</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Karel</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <source>A Wavelet Approach to Cardiac Signal Processing for Low-Power Hardware Applications</source>. <publisher-name>Universitaire Pers Maastricht</publisher-name> (<year>2009</year>). <comment>ISBN: 978-90-5278-887-6</comment>. </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Smith</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barnwell</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Procedure for Designing Exact Reconstruction Filter banks for Tree-Structured Subband Coders</article-title>. <source>IEEE Int Conf Acoust Speech Signal Process</source> (<year>1984</year>) <volume>9</volume>:<fpage>421</fpage>&#x2013;<lpage>4</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ICASSP.1984.1172486</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vaidyanathan</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Theory and Design of M-Channel Maximally Decimated Quadrature Mirror Filters with Arbitrary M, Having the Perfect-Reconstruction Property</article-title>. <source>IEEE Trans Acoust Speech Signal Process</source> (<year>1987</year>) <volume>35</volume>:<fpage>476</fpage>&#x2013;<lpage>92</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TASSP.1987.1165155</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vaidyanathan</surname>
<given-names>PP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Doganata</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The Role of Lossless Systems in Modern Digital Signal Processing: a Tutorial</article-title>. <source>IEEE Trans Educ</source> (<year>1989</year>) <volume>32</volume>:<fpage>181</fpage>&#x2013;<lpage>97</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/13.34150</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Selesnick</surname>
<given-names>IW</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Balanced Multiwavelet Bases Based on Symmetric FIR Filters</article-title>. <source>IEEE Trans Signal Process</source> (<year>2000</year>) <volume>48</volume>:<fpage>184</fpage>&#x2013;<lpage>91</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/78.815488</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nason</surname>
<given-names>GP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Silverman</surname>
<given-names>BW</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The Stationary Wavelet Transform and Some Statistical Applications</article-title>. In: <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>Antoniadis</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oppenheim</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>, editors. <source>Lecture Notes in Statistics: Wavelets and Statistics</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name>, <volume>Vol. 103</volume> (<year>1995</year>). p. <fpage>281</fpage>&#x2013;<lpage>99</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4612-2544-7_17</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shannon</surname>
<given-names>CE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Mathematical Theory of Communication</article-title>. <source>Bell Syst Tech J</source> (<year>1948</year>) <volume>27</volume>:<fpage>379</fpage>&#x2013;<lpage>423</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/j.1538-7305.1948.tb01338.x</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tan</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Optimal Base Wavelet Selection for Ecg Noise Reduction Using a Comprehensive Entropy Criterion</article-title>. <source>Entropy</source> (<year>2015</year>) <volume>17</volume>:<fpage>6093</fpage>&#x2013;<lpage>109</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/e17096093</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Peeters</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Olivi</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hanzon</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Balanced Realization of Lossless Systems: Schur Parameters, Canonical Forms and Applications</article-title>. In: <conf-name>Proceedings of the 15th IFAC SYSID 2009</conf-name>; <conf-date>6-8 July, 2009</conf-date>; <conf-loc>Saint-Malo</conf-loc> (<year>2009</year>). p. <fpage>273</fpage>&#x2013;<lpage>83</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3182/20090706-3-fr-2004.00045</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Golub</surname>
<given-names>GH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Van Loan</surname>
<given-names>CF</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Matrix Computations</source>. <edition>3rd ed.</edition> <publisher-loc>Baltimore, MD</publisher-loc>: <publisher-name>Johns Hopkins University Press</publisher-name> (<year>1996</year>). <comment>ISBN: 0-8018-5413-X</comment>. </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>
