一种信号压缩感知方法及设备的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种信号压缩感知方法，包括：向编码端的各支路发送该支路的测量信息，其中，该支路的测量信息用于表示该支路测量输入信号的测量数据量，以使所述编码端的各支路根据该支路的所述测量数据量确定该支路的测量参数；接收所述编码端的各支路发送的第一测量数据，其中，所述第一测量数据是发送该测量数据的支路根据该支路的所述测量参数对所述输入信号进行测量后得到的数据；根据所述编码端的各支路发送的第一测量数据，进行基于加权混合范数的联合信号重建，并获得所述输入信号的重建信号。相应地，本发明实施例还提供了一种信号压缩感知装置。本发明实施例可以提高对输入信号重建的准确性。
【专利说明】一种信号压缩感知方法及设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种信号压缩感知方法及设备。
【背景技术】
[0002] 由于压缩感知（Compressive Sensing, CS)技术的高效信息处理方式可显著降低 信息获取开销，同时还可以较高的概率正确地恢复原稀疏信号，该技术目前已吸引了学术 界和工业界的密切关系，以及在实际系统中具有广泛的应用前景。其中，CS技术主要包含采 样操作和量化操作以及重建操作，即先对输入信号进行采样操作得到采样信号，再对该采 样信号进行量化操作得到量化信号，最后根据量化信号重建输入信号。在实际应用中，对输 入信号进行测量的测量数据量受硬件条件以及信道传输条件等因素制约，通常是受限的， 其中，对输入信号进行测量的测量数据量等于量化操作中的量化比特数与采样操作中的采 样点个数的乘积。
[0003] 当测量数据量一定时，量化操作中的量化比特数的增加或减少都有可能影响对输 入信号的重建的准确性，因为当测量数据量一定时，一味地增加(或者减少）量化比特数会 导致采样点个数的相应减少(或者增加)，而减少量化比特数或采样点个数均可能降低所获 测量数据的可靠性和有效性，因此随意选定量化比特数或者采样点个数均会对输入信号的 重建的准确性造成不利影响。且在实际应用中是通过编码端的多条支路对输入信号进行采 样操作和量化操作，由于各条支路中测量数据量以及采用的量化比特数和采样点个数可能 是不同的也可能是相同的，而译码端一味地假定各条支路采用的是相同的测量数据量、相 同的量化比特数和相同采样点个数，且根据各条支路发送的量化信号和采样矩阵对输入信 号进行重建，以得到重建信号。由于译码端重建信号时是假定各条支路采用的是相同的测 量数据量、相同的量化比特数和相同采样点个数，而实际操作中各条支路的测量数据量、量 化比特数和采样点个数可能是不同的，这样势必会影响对输入信号重建的准确性。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例提供了一种信号压缩感知方法及设备，可以提高对输入信号重建的 准确性。
[0005] 第一方面，本发明实施例提供的一种信号压缩感知方法，包括：
[0006] 向编码端的各支路发送该支路的测量信息，其中，该支路的测量信息用于表示该 支路测量输入信号的测量数据量，以使所述编码端的各支路根据该支路的所述测量数据量 确定该支路的测量参数；
[0007] 接收所述编码端的各支路发送的第一测量数据，其中，所述第一测量数据是发送 该测量数据的支路根据该支路的所述测量参数对所述输入信号进行测量后得到的数据；
[0008] 根据所述编码端的各支路发送的第一测量数据，进行基于加权混合范数的联合信 号重建，并获得所述输入信号的重建信号，其中，所述加权混合范数是基于所述编码端的各 支路的权重值的混合范数，其中，所述编码端的各支路的权重值是根据该支路的第一测量 数据包含的量化比特数、量化值个数以及测量数据量而计算出的值。
[0009] 在第一种可能的实现方式中，所述向编码端的各支路发送该支路的测量信息之 后，所述接收所述编码端的各支路发送的第一测量数据之前，所述方法还包括：
[0010] 接收所述编码端的各支路发送的所述测量参数，其中，所述测量参数包括量化比 特数和采样点个数；
[0011] 根据所述编码端的各支路发送的所述量化比特数和所述采样点个数生成各条所 述支路的策略参数，并向所述编码端的各支路发送该支路的策略参数；其中，所述支路的策 略参数用于所述支路整理该支路的第二测量数据，所述支路的第二测量数据为所述支路根 据该支路的所述测量参数对所述输入信号进行测量的结果；其中，所述第一测量数据为所 述支路根据所述策略参数对所述第二测量数据进行整理后的测量数据。
[0012] 结合第一方面的上述任一实现方式，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所 述根据所述编码端的各支路发送的第一测量数据，进行基于加权混合范数的联合信号重 建，并获得所述输入信号的重建信号，包括：
[0013] 通过如下公式建立基于加权混合范数的联合信号重建所需的目标函数：
[0014]
【权利要求】
1. 一种信号压缩感知方法，其特征在于，包括： 向编码端的各支路发送该支路的测量信息，其中，该支路的测量信息用于表示该支路 测量输入信号的测量数据量，以使所述编码端的各支路根据该支路的所述测量数据量确定 该支路的测量参数； 接收所述编码端的各支路发送的第一测量数据，其中，所述第一测量数据是发送该测 量数据的支路根据该支路的所述测量参数对所述输入信号进行测量后得到的数据； 根据所述编码端的各支路发送的第一测量数据，进行基于加权混合范数的联合信号重 建，并获得所述输入信号的重建信号，其中，所述加权混合范数是基于所述编码端的各支路 的权重值的混合范数，其中，所述编码端的各支路的权重值是根据该支路的第一测量数据 包含的量化比特数、量化值个数以及测量数据量而计算出的值。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向编码端的各支路发送该支路的测量 信息之后，所述接收所述编码端的各支路发送的第一测量数据之前，所述方法还包括： 接收所述编码端的各支路发送的所述测量参数，其中，所述测量参数包括量化比特数 和采样点个数； 根据所述编码端的各支路发送的所述量化比特数和所述采样点个数生成各条所述支 路的策略参数，并向所述编码端的各支路发送该支路的策略参数；其中，所述支路的策略参 数用于所述支路整理该支路的第二测量数据，所述支路的第二测量数据为所述支路根据该 支路的所述测量参数对所述输入信号进行测量的结果；其中，所述第一测量数据为所述支 路根据所述策略参数对所述第二测量数据进行整理后的测量数据。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述编码端的各支路发送的第 一测量数据，进行基于加权混合范数的联合信号重建，并获得所述输入信号的重建信号，包 括： 通过如下公式建立基于加权混合范数的联合信号重建所需的目标函数：
其中，所述J为所述编码端的支路的条数，Sl，L，h分别表示所述编码端的J条支路所 对应的J个列向量，所述支路的对应列向量用于表不所述输入信号与该支路对应的未知待 重建信号，所述列向量均为NX 1的列向量，sn，j表不Sp L, sT组成的J个列向量中第η行第 j列的元素，％为所述编码端的第j条支路的权重值； 所述根据所述编码端的各支路发送的第一测量数据，进行基于加权混合范数的联合信 号重建，并获得所述输入信号的重建信号，进一步包括： 根据所述目标函数以及所述编码端的各支路发送的第一测量数据，进行基于加权混合 范数最小化和多支路整体约束下的联合信号重建：
s. t.:
其中，S.t. :{}内包含约束条件，[yiT，L，y/]TS所述编码端的J条支路的所有第一测 量数据包含的量化信号，τ表示对向量的转置操作，L，&为所述编码端的J条支路的所有 第一测量数据包含的采样矩阵，diag表示对多个采样矩阵的对角排列操作，| | | |2表示二范 数，ε为预先设置的误差约束参数，
表示求解在满足约束 条件下令目标函数达到最小值时的所述编码端的J条支路所对应的J个未知待重建列向量 Sl，L，sT，求解后获得重建结果
所述根据所述编码端的各支路发送的第一测量数据，进行基于加权混合范数的联合信 号重建，并获得所述输入信号的重建信号，进一步包括： 通过如下公式对所述重建结果进行列向量的平均化处理以获得所述输入信号的重建 信号：
其中，avg表示对J个列向量
，进行列向量的平均化处理。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，
其中，为所述编码端的第j条支路的量化比特数，M」为与所述编码端的第j条支路 对应的第一测量数据包含的量化值个数，L为与所述编码端的第j条支路对应的第一测量 数据包含的测量数据量。
5. -种信号压缩感知方法，其特征在于，包括： 接收译码端发送的测量信息，其中，所述测量信息用于表示测量输入信号的测量数据 量； 根据所述测量数据量确定用于测量所述输入信号的第一测量参数，其中，所述第一测 量参数包括量化比特数和采样点个数； 根据所述采样点个数对所述输入信号进行采样操作得到采样信号，并根据所述量化比 特数对所述采样信号进行量化操作，以得到第一测量数据； 将所述第一测量数据发送所述译码端，以使所述译码端根据所述译码端接收的包含所 述第一测量数据的测量数据，进行基于加权混合范数的联合信号重建，并获得所述输入信 号的重建信号。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述采样点个数对所述输入信号 进行采样操作得到采样信号，并根据所述量化比特数对所述采样信号进行量化操作，以得 到第一测量数据，包括： 根据所述采样点个数对所述输入信号进行采样操作得到采样信号，并根据所述量化比 特数对所述采样信号进行量化操作得到第二测量数据； 接收所述译码端发送的策略参数，根据所述策略参数对所述第二测量数据进行整理得 到第一测量数据，其中，所述策略参数是所述译码端根据所述译码端接收的测量参数生成 的策略参数，所述译码端接收的测量参数包含所述第一测量参数。
7. 如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述根据所述测量数据量确定用于测量 所述输入信号的第一测量参数，包括： 从与所述测量数据量对应的多个第一测量参数中选择出预先计算为最优的第一测量 参数。
8. -种信号压缩感知装置，其特征在于，包括：第一发送单元、第一接收单元和计算单 元，其中： 所述第一发送单元，用于向编码端的各支路发送该支路的测量信息，其中，该支路的测 量信息用于表示该支路测量输入信号的测量数据量，以使所述编码端的各支路根据该支路 的所述测量数据量确定该支路的测量参数； 所述第一接收单元，用于接收所述编码端的各支路发送的第一测量数据，其中，所述第 一测量数据是发送该测量数据的支路根据该支路的所述测量参数对所述输入信号进行测 量后得到的数据； 所述计算单元，用于根据所述编码端的各支路发送的第一测量数据，进行基于加权混 合范数的联合信号重建，并获得所述输入信号的重建信号，其中，所述加权混合范数是基于 所述编码端的各支路的权重值的混合范数，其中，所述编码端的各支路的权重值是根据该 支路的第一测量数据包含的量化比特数、量化值个数以及测量数据量而计算出的值。
9. 如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 第二接收单元，用于接收所述编码端的各支路发送的测量参数，其中，所述测量参数包 括量化比特数和采样点个数； 第二发送单元，用于根据所述编码端的各支路发送的所述量化比特数和所述采样点个 数生成各条所述支路的策略参数，并向所述编码端的各支路发送该支路的策略参数；其中， 所述支路的策略参数用于所述支路整理该支路的第二测量数据，所述支路的第二测量数据 为所述支路根据该支路的所述测量参数对所述输入信号进行测量的结果；其中，所述第一 测量数据为所述支路根据所述策略参数对所述第二测量数据进行整理后的测量数据。
10. 如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述计算单元还用于通过如下公式建 立基于加权混合范数的联合信号重建所需的目标函数：
其中，所述J为所述编码端的支路的条数，Sl，L，h分别表示所述编码端的J条支路所 对应的J个列向量，所述支路的对应列向量用于表不所述输入信号与该支路对应的未知待 重建信号，所述列向量均为NX 1的列向量，sn，j表不Sp L, sT组成的J个列向量中第η行第 j列的元素，％为所述编码端的第j条支路的权重值； 所述计算单元还用于根据所述目标函数以及所述编码端的各支路发送的第一测量数 据，进行基于加权混合范数最小化和多支路整体约束下的联合信号重建：
s. t.:
其中，S.t. :{}内包含约束条件，[yiT，L，y/]TS所述编码端的J条支路的所有第一测量 数据包含的量化信号，τ表示对向量的转置操作，L，&为所述编码端的J条支路的所有第 一测量数据包含的采样矩阵，diag表示对多个采样矩阵的对角排列操作，|| ||2表示二范 数，ε为预先设置的误差约束参数，
表示求解在满足约束 条件下令目标函数达到最小值时的所述编码端的J条支路所对应的J个未知待重建列向量 Sl，L，sT，求解后获得重建结果
所述计算单元还用于通过如下公式对所述重建结果进行列向量的平均化处理以获得 所述输入信号的重建信号：
其中，avg表示对J个列向量.
/进行列向量的平均化处理。
11. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，
其中，为所述编码端的第j条支路的量化比特数，M」为与所述编码端的第j条支路 对应的第一测量数据包含的量化值个数，L为与所述编码端的第j条支路对应的第一测量 数据包含的测量数据量。
12. -种信号压缩感知装置，其特征在于，包括：接收单元、确定单元、操作单元和发送 单元，其中： 所述接收单元，用于接收译码端发送的测量信息，其中，所述测量信息用于表示测量输 入信号的测量数据量； 所述确定单元，用于根据所述测量数据量确定用于测量所述输入信号的第一测量参 数，其中，所述第一测量参数包括量化比特数和采样点个数； 所述操作单元，用于根据所述采样点个数对所述输入信号进行采样操作得到采样信 号，并根据所述量化比特数对所述采样信号进行量化操作，以得到第一测量数据； 所述发送单元，用于将所述第一测量数据发送所述译码端，以使所述译码端根据所述 译码端接收的包含所述第一测量数据的测量数据，进行基于加权混合范数的联合信号重 建，并获得所述输入信号的重建信号。
13. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述操作单元还用于根据所述采样点个 数对所述输入信号进行采样操作得到采样信号，并根据所述量化比特数对所述采样信号进 行量化操作得到第二测量数据；以及用于接收所述译码端发送的策略参数，根据所述策略 参数对所述第二测量数据进行整理得到第一测量数据，其中，所述策略参数是所述译码端 根据所述译码端接收的测量参数生成的策略参数，所述译码端接收的测量参数包含所述第 一测量参数。
14. 如权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述确定单元还用于从与所述测量 数据量对应的多个第一测量参数中选择出预先计算为最优的第一测量参数。
【文档编号】H03M7/30GK104218953SQ201310208271
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月30日 优先权日:2013年5月30日
【发明者】王悦 申请人:华为技术有限公司