CN107735953A - 用于在可穿戴装置中进行数据压缩的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于在可穿戴装置中使用压缩感测进行数据压缩的设备和方法。还描述了一种机器可读存储介质，具有存储在其上的指令，所述指令当被执行时使一个或多个处理器执行包括以下各项的操作：从传感器接收输入信号；将所述输入信号转换成数字流；以及在所述数字流的各端用所述数字流的一部分进行对称填充以形成经填充数字流。

Description

用于在可穿戴装置中进行数据压缩的设备和方法
优先权声明
本申请要求于2015年7月3日提交的题为“APPARATUS AND METHOD FOR DATACOMPRESSION IN A WEARABLE DEVICE (用于在可穿戴装置中进行数据压缩的设备和方法)”的印度专利申请序列号3411/CHE/2015的优先权，并且所述印度专利申请通过引用以其全文结合。
背景技术
心电图(ECG)和光电血管容积图(PPG)信号被用在从认证到保健和健康范围内的可穿戴应用中。虽然ECG信号和PPG信号可以根据需要进行测量，但是在身体传感器网络(BSN)中连续感测ECG/PPG信号是一个挑战。生物信号的持续流动监测对于从医疗和运动到生物计量认证范围内的可穿戴应用是重要的。例如，连续的实时ECG监测使得能够监测延长时段(例如几天)的心脏活动，帮助标识和减轻潜在的风险，并且改善患者的健康。运动监测系统已经开始依赖于对生理信号进行连续跟踪来实现实时性能增强。
然而，在自由的生活条件下(例如，在耦合至跑者的无线传感器节点上)对生物电信号进行较长持续时间的实时监测引入了严格的约束，例如增强的电池寿命、无线传感器节点上的高效存储器使用、抗噪性、以及对连续采样信号的非平稳特性的适应性。例如，以500字节/s的速率对ECG信号进行的连续采样导致几个小时跨度内几兆字节的数据。
附图说明
通过以下给出的具体实施方式以及通过本公开的各实施例的附图将更加全面地理解本公开的实施例，然而，本公开的实施例不应被视为将本公开限制于特定实施例，而是仅用于解释和理解。
图1A展示了根据本公开的一些实施例的可穿戴装置的集成，所述可穿戴装置包括具有用于对信号进行连续压缩感测(Compressive Sensing，CS)的设备的一个或多个传感器节点。
图1B展示了根据本公开的一些实施例的具有多个传感器节点的身体传感器网络(BSN)，所述传感器节点具有用于对信号进行连续CS的设备。
图2展示了根据本公开的一些实施例的具有传感器节点的系统，所述传感器节点具有用于对信号进行连续CS的设备。
图3展示了根据本公开的一些实施例的经填充数字流。
图4展示了根据本公开的一些实施例的由用于对信号进行连续CS的设备使用的二进制置换块对角(Binary Permuted Block Diagonal：BPBD)矩阵。
图5展示了根据本公开的一些实施例的用于对信号进行连续CS的方法的流程图。
图6展示了根据本公开的一些实施例的用于对用于信号连续CS的一个或多个配置参数进行动态和/或周期性更新的方法的流程图。
图7展示了根据本公开的一些实施例的用于聚合传感器数据以便对信号进行高效连续CS的系统。
图8A展示了曲线图，示出了干净的输入光电血管容积图(PPG)信号。
图8B展示了曲线图，示出了根据本公开的一些实施例的由传感器节点对图8A的干净PPG信号进行编码的效果。
图8C展示了曲线图，示出了根据本公开的一些实施例的由计算装置对PPG信号的重构。
图9A展示了曲线图，示出了使用提供不连续压缩曲线的典型基于BPBD的编码矩阵对数据的压缩。
图9B展示了曲线图，示出了根据一些实施例使用提供连续压缩曲线的基于BPBD的编码矩阵对数据的压缩。
图10A-B展示了曲线图，示出了以两个不同的压缩比使用百分比均方根差(PRD)对信号的噪声重构。
图11A-B展示了曲线图，示出了根据本公开的一些实施例的压缩比对心电图(ECG)和PPG信号的搏动率准确度的影响。
图12A-B展示了曲线图，示出了在使用由各实施例的设备和/或方法生成的BPBD编码矩阵对ECG和PPG信号进行重构方面优于现有技术的改进。
图13展示了根据本公开的一些实施例的具有机器可读存储介质的传感器节点，所述机器可读存储介质具有用于执行对信号的连续CS的指令。
图14展示了根据一些实施例的具有用于重构连续CS信号的设备和/或机器可执行指令的智能装置或计算机系统或SoC(片上系统)。
具体实施方式
传统上，压缩感测(CS)的过程应用随机高斯感测矩阵来对输入生物电信号(例如，心电图(ECG)信号)进行编码。然而，随机高斯矩阵是密集的并且需要相对较大的具有高计算能力的机载储存器，并且难以嵌入资源受限的无线感测节点。因此，已经提出了具有不同分布和紧凑结构的替代感测矩阵类型。
例如，用于对ECG信号进行CS的Toeplitz感测矩阵、循环感测矩阵和三角感测矩阵已经被研究用于功效和节电。然而，将这些矩阵嵌入资源受限的节点中是具有挑战性的，因为子矩阵的随机元素需要在传感器节点上生成。由于编码逻辑和矩阵结构需要适应采样信号的变化并且针对不同类型的生物信号(例如，ECG信号、光电血管容积图(PPG)信号、EEG(脑电图)信号)进行缩放，所以对这些矩阵的预先计算和存储是不切实际的并且使用有限。
使用二进制置换块对角(BPBD)感测矩阵简化了编码算法的硬件实现。同时，BPBD矩阵用准确的重构提供了较高的感测效率。来自使用BPBD矩阵的先前研究的一个限制是压缩曲线是高度不连续的，具有对可能的压缩比(CR)的约束。例如，对于512个样本的输入信号，使用现有技术的BPBD矩阵的压缩比只能是2、4、8、16......等。这样，使用现有技术的BPBD矩阵的压缩比形成不连续的压缩曲线。压缩比可以如下地表示为输入比特与输出比特之比：
然而，在通过若干传感器对信号进行连续采样的身体传感器网络(BSN)中，需要灵活性以在最佳性能的连续压缩比曲线上的任何点处进行操作，而不受可行压缩设计点的有限集合的约束。
一种用于压缩的机制是离散小波变换(DWT)算法。DWT以低信号损失提供了高压缩。然而，DWT算法在计算上要求高，存储器集约，并且消耗大量的能量。此外，为了在资源受限的无线传感器节点(例如，片上系统(SoC))上嵌入基于DWT的机制，需要克服其他约束，例如低功率的定点实现、将代码嵌入有限存储器中、针对计算准确度使用适当的数据类型、针对功率和运行时间优化算法等。这些挑战使得DWT压缩机制对于这样的应用不那么具有吸引力。
从系统实现的角度来看，动态地选择正确的压缩参数(即针对正在考虑的特定信号和应用动态地选择目标压缩比)是一个挑战。例如，诸如健康和游戏等非关键应用可以承受较高的重构损失，因此，与要求较低重构损失、可允许较低压缩比的医疗应用相较而言允许更高的压缩比。重构损失是指代输入信号(即，未压缩信号)与输出重构信号之间的差异的度量。重构损失可以表示为输入信号与输出信号的百分比差异。
在可穿戴系统中，传感器节点同时对多个生物信号通道进行采样，每个生物信号通道需要压缩，并且设计者必须实时自动地设定每个通道的压缩参数。因此，期望压缩算法适应流动监测中的信号变化，处理BSN上的不同类型的生物信号，并且满足网关装置上的不同应用的信号质量要求。
自由生活条件下的实时诊断以及持续认证会生成大量流数据，所述流数据快速降低传感器节点的电池寿命、使无线带宽饱和、并且需要较大的数据存储装置。通过减少来自传感器节点的数据通信量，例如通过实时压缩，可以实现延长的电池寿命。压缩技术(如基于随机高斯的压缩感测算法)可能不适合在BSN中应用，因为它可能无法嵌入到功率和存储器受限的边缘片上系统中。而且，DWT算法消耗太多的电力，使得电池寿命的长久性成为一个挑战。
一些实施例描述了一种功率高效的技术，所述技术用于在传感器节点上实时递送高压缩连续感测输入信号(例如，诸如ECG/PPG信号的生物信号)以降低数据通信量同时保留信号保真度并同时具有非常低的功耗。在一些实施例中，CS的高效实施例被应用于以功率高效的方式在嵌入式传感器节点上连续压缩输入信号。根据一些实施例，这个连续压缩的输入信号然后在网关装置上被无线地发射和重构。参考作为生物信号(即，与生物相关联的信号)的输入信号来描述各种实施例。然而，实施例不限于此，并且可以应用于对任何类型的信号进行感测。
在一些实施例中，描述了使用连续感测BPBD矩阵连同输入生物信号的对称填充以实现生物信号的高压缩比的编码方案。在一些实施例中，所述编码方案易于嵌入，高度功率有效，并且非常适合于可穿戴应用。此外，根据一些实施例，BPBD编码矩阵可以用于在信号稀疏的任何基础上恢复生物信号。
一些实施例描述了涉及对用于压缩算法的控制参数(例如，压缩比)进行初始设定并将此控制信息发射到传感器节点的网关逻辑(或计算装置)的系统架构。在一些实施例中，传感器节点使用BPBD编码器将生物信号编码到低得多的维度，以在传感器节点上实现高压缩。在一些实施例中，这个经压缩或编码的信号然后被发送到另一计算装置(例如，网关装置)，在那里随后使用线性优化技术以高保真度恢复原始信号。在一些实施例中，对于流动监测，可以取决于采样信号的非平稳状态来周期性地更新所述控制参数(例如，压缩比)。根据各实施例，其他技术效果将明显。
在以下描述中，讨论了大量细节以便提供对本公开的实施例更透彻的解释。然而，对于本领域的技术人员将明显的是，本公开的实施例可在没有这些特定细节的情况下实践。在其他实例中，以框图形式而非详细地示出了众所周知的结构和装置以避免模糊本公开的实施例。
注意，在实施例的对应附图中，使用线条表示信号。某些线条可能更厚从而指示更多的成分信号路径，和/或在一端或多端具有箭头从而指示基本信息流动方向。此类指示并非旨在是限制性的。相反，这些线条与一个或多个示例性实施例结合使用以帮助更容易地理解电路或逻辑单元。如设计需要或偏好所指示的，任何表示的信号实际上可以包括可以在任一方向上传播的一个或多个信号，并且可以使用任何合适类型的信号方案来实施。
在整个说明书中，并且在权利要求书中，术语“连接(connected)”指已连接的物体之间的直接连接(例如，电、机械、或磁性连接)，不存在任何中介装置。术语“耦合(coupled)”指直接或间接连接，例如已连接的物体之间的直接电或机械、或磁性连接，或者通过一个或多个无源或有源中介装置的间接连接。术语“电路”或“模块”可以指被安排成彼此合作以提供期望功能的一个或多个无源和/或有源部件。术语“信号”可以指至少一个电流信号、电压信号、磁信号、或数据/时钟信号。“一个(a)”、“一种(an)”以及“所述(the)”的意义包括复数的指代。“内(in)”的意义包括“内”和“上”。
术语“基本上”、“接近”、“近似”、“靠近”和“约”通常指代在目标值的+/-10％内(除非另有说明)。除非另有说明，使用序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等来描述共同对象，仅仅指示类似对象的不同实例被提及，并且不意在暗示如此描述的对象必须在或者时间上、空间上、排名上、或以任何其他方式处于给定序列中。
为了本公开的目的，短语“A和/或B”以及“A或B”是指(A)、(B)或(A和B)。为了本公开的目的，短语“A、B和/或C”是指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)，或(A、B和C)。
为了实施例的目的，各电路、模块和逻辑块中的晶体管是金属氧化物半导体(MOS)晶体管，所述金属氧化物半导体晶体管包括漏极、元件、栅极、和升压端子。所述晶体管还包括三栅极和鳍型FET晶体管、圆柱体全包围栅场效应管、隧道FET(TFET)、方线、或矩形带状晶体管或实现与碳纳米管或自旋电子装置类似的晶体管功能的其他装置。MOSFET对称的源极和漏极端子即为完全相同的端子并且在此可互换地使用。另一方面，TFET装置具有非对称的源极和漏极端子。本领域的技术人员将理解的是，在不背离本公开的范围的情况下，可以使用其他晶体管(例如，双极结型晶体管-BJT PNP/NPN、BiCMOS、CMOS、eFET等)。
图1A展示了根据本公开的一些实施例的可穿戴装置的集成100，所述可穿戴装置包括具有用于对信号进行连续CS的设备的一个或多个传感器节点。在此示例中，集成100在人和他/她的座驾(在此为自行车)上。然而，实施例不限于此。可穿戴装置的其他场景及其使用可以与各种实施例一起使用。
例如，可以将传感器节点嵌入到一些其他产品(例如，房屋内的墙壁、车辆、衣服、人体等)中，并且可以使用控制器、网关装置或计算装置来进行控制。一些实施例的(多个)传感器节点还可以是可穿戴装置的一部分。术语“可穿戴装置”(或“可穿戴计算装置”)通常指耦合到人的装置。例如，直接附接在人身上或人的衣服上的装置(如传感器、相机、扬声器、麦克风(mic)、智能电话、智能手表等)都在可穿戴装置的范围内。
在一些示例中，可穿戴计算装置可以由诸如AC/DC电源插座的主电源来供电。在一些示例中，可穿戴计算装置可以由电池供电。在一些示例中，可穿戴计算装置可以由基于近场通信(NFC)的专用外部源来供电。所述专用外部源可以提供可以由可穿戴计算装置上的电路系统收集的电磁场。对可穿戴计算装置进行供电的另一种方式是与无线通信(例如WLAN发射)相关联的电磁场。WLAN发射使用远场无线电通信，所述远场无线电通信对于对可穿戴计算装置进行供电而言具有远远大于NFC发射的范围。WLAN发射通常用于与大多数类型的终端计算装置进行无线通信。
例如，可以根据基于具有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)的一个或多个WLAN标准(如由电气工程师协会(IEEE)颁布的标准)来使用WLAN发射。这些WLAN标准可以基于诸如Wi-FiTM的CSMA/CD无线技术，并且可以包括以太网无线标准(包括后代和变体)，所述以太网无线标准与2012年3月发布的IEEE 802.11-2012信息技术标准-系统之间的电信和信息交换-局域网和城域网-特定要求第11部分：WLAN媒体访问控制器(MAC)和物理层(PHY)规范、和/或此标准的后来版本(“IEEE 802.11”)相关联。
继续图1的示例，可穿戴装置的集成100包括头盔上的装置101(例如，相机、麦克风等)、人的手臂上的装置102(例如，血压传感器、血糖传感器、温度传感器、脉搏传感器等)、装置103(例如，可以用作终端控制器的智能手表或有待控制的装置)、装置104(例如，人的衣服口袋中的智能电话和/或平板计算机)、装置105(例如，用于感测或测量轮胎压力的压力传感器、或用于感测从轮胎泄漏的氮气的气体传感器)、装置106(例如，用于测量桨速的加速度计)、装置107(例如，用于另一轮胎的另一压力传感器)。在一些实施例中，可穿戴装置的集成100具有通过无线能量收集机制或其他类型的无线发射机制进行通信的能力。
在一些实施例中，装置102包括提供功率高效技术的传感器节点，所述技术用于在传感器节点上实时递送高压缩连续感测生物信号(例如，ECG/PPG信号)以降低数据通信量同时保留信号保真度并同时具有非常低的功耗。在一些实施例中，由装置102的传感器节点应用高效CS方法，以便在嵌入式传感器节点上连续压缩生物信号并且功率高效地无线发射经压缩的生物信号。在一些实施例中，网关装置(例如，控制器、终端装置、云中的服务器等)根据接收到的经压缩的生物信号数据对最初感测到的生物信号进行重构。在一些实施例中，描述了使用BPBD矩阵连同输入信号的对称填充以实现生物信号(例如，ECG信号和PPG信号)的高压缩比的编码方案。
在一些实施例中，装置102的传感器节点包括用于处理输入生物信号(例如，ECG或PPG信号)的接收器、用于将经处理的输入信号转换成数字流的模数转换器(ADC)、以及可操作用于在所述数字流的各端用所述数字流的一部分进行对称填充以形成经填充数字流的逻辑。在一些实施例中，装置102的传感器节点选择所述数字流的一部分，将所述数字流的所选部分发射到另一装置(例如，网关装置)，并且响应于所述数字流的被发射的所选部分而从所述另一装置接收一个或多个配置参数。在一些实施例中，装置102的传感器节点选择原始生物信号的一部分，将所述原始生物信号的所选部分发射到另一装置(例如，网关装置)，并且响应于所述原始生物信号的所述选定被发射的所选部分而从所述另一装置接收一个或多个配置参数。
在一些实施例中，在所述数字流的各端上进行对称填充之前，装置102的传感器节点使用所述一个或多个配置参数来计算有待填充的元素的数量。在一些实施例中，所述元素的数量确定所述数字流的用于填充的所述部分。在一些实施例中，所述一个或多个配置参数中的至少一个由所述另一装置(例如，网关装置)动态地(例如，在任何时间)提供到装置102的传感器节点。在一些实施例中，所述一个或多个配置参数中的至少一个由所述另一装置(例如，网关装置)周期性地(例如，以规则间隔)提供到装置102的传感器节点。在一些实施例中，所述一个或多个配置参数中的至少一个是压缩比。
在一些实施例中，装置102的传感器节点使用所述一个或多个配置参数来构造编码矩阵，并且然后使用所述编码矩阵对经填充数字流进行编码以生成经压缩的填充数据。在一些实施例中，所述编码矩阵是BPBD矩阵。在一些实施例中，装置102的传感器节点将经压缩的填充数据发射到所述另一装置以进行处理(例如，对输入信号进行解码和重构)。
在一些实施例中，装置102的传感器节点标识至少两个传感器(包括传感器节点的传感器)的类型。例如，装置102的传感器节点判定感测节点是用于接收ECG信号还是用于接收特定类型的PPG信号。在一些实施例中，装置102的传感器节点将关于所述至少两个传感器的类型的信息聚合，并且然后将所聚合的信息发射到网关装置。在一些实施例中，装置102的传感器节点从网关装置接收用于所述至少两个传感器中的每个传感器的配置参数。这样，所述至少两个传感器的编码机制被独立地配置和优化。
在一些实施例中，代替将数字流的所选部分发送到网关装置以接收经优化的一个或多个配置参数，装置102的传感器节点向网关装置发射指示传感器类型(例如，ECG传感器、PPG传感器等)或输入信号类型(例如，ECG信号、PPG信号等)的信号。在一些实施例中，装置102的传感器节点响应于所述被发射的信号而从网关装置接收一个或多个配置参数，其中，所述一个或多个配置参数取决于所述传感器的类型或所述输入信号的类型。
在一些实施例中，所述传感器包括天线和发射器，所述发射器用于经由所述天线将经编码的经填充数字流发射到计算装置(或网关装置)进行处理(例如，根据经编码的信号对最初感测到的信号进行重构)。在一些实施例中，所述计算装置根据所感测到的信号和/或传感器节点类型动态地或周期性地指示所述传感器节点使用特定的压缩比。
图1B展示了根据本公开的一些实施例的具有使用多个传感器节点的BSN的系统120，所述传感器节点具有用于对信号进行连续CS的设备。应指出的是，图1B的与任何其他附图的元件具有相同参考号(或名称)的那些元件可以以与所述的方式相似的任何方式进行操作或起作用，但并不限于此。
BSN是可穿戴计算装置的无线网络。BSN装置可以作为植入物嵌入身体内部，或者可以以固定的位置表面安装在身体上。BSN还可以包括人类可以在不同位置携带的装置。例如，衣服口袋中、手上或各种袋子里可携带的装置可以是BSN的一部分。在此示例性实施例中，BSN包括：EEG(脑电图)和/或眼睛移动传感器121；血压(BP)传感器122；脉搏、血液、呼出气体和颈部移动传感器123；温度、热通量和/或ECG传感器124；身体活动姿势传感器125；脉搏、血液和/或氧气传感器126；血糖传感器127；EMG(肌电图)应变、膝关节运动传感器128；步态传感器129；重量压力传感器130。
EEG传感器121可以用于测量由大脑神经元内的离子电流引起的电压波动。BP传感器122可以包括用于限制血液流动并然后测量由所限制的血液流动引起的压力的硬件。BP传感器122可以使用示波检测机制(例如，使用压电压力传感器)来推断收缩压和舒张压。ECG传感器124可以使用放置在人体各个部分(例如，肢体、胸部等)上的多个电极(例如，10至12个电极)来检测心脏的去极化。EMG传感器128可以检测由肌肉细胞在其在电学或神经方面被激活时所产生的电势。步态传感器129可操作用于测定例如人类肢部的运动模式。BSN中的传感器并不意味着是完整的传感器列表。可以使用比图示更少或更多的传感器来形成BSN。
由BSN中的每个传感器节点(例如，传感器121-130)生成大量的数据。下面的表1展示了用于BSN中的不同传感器的样本数据速率。
表1：来自各传感器的样本速率
在一些实施例中，系统120包括BSN和网关装置131(例如，平板计算机、智能电话、膝上型计算机、云中的计算机等)。在一些实施例中，CS技术被用于BSN中的生物信号的实时功率高效的数据压缩。在一些实施例中，用于CS的编码逻辑驻留在传感器节点上(例如，在传感器121-130上)。在一些实施例中，编码逻辑在将所接收到的生物信号发射到网关装置131之前压缩所接收到的生物信号。在一些实施例中，网关装置131使用线性优化算法来恢复原始生物信号。
图2展示了根据本公开的一些实施例的具有传感器节点的系统200，所述传感器节点具有用于信号的连续CS的设备。应指出的是，图2的与任何其他附图的元件具有相同参考号(或名称)的这些元件可以以与所述的方式相似的任何方式进行操作或起作用，但并不限于此。
在一些实施例中，系统200包括传感器节点201和计算装置210(与网关装置131相同)。在一些实施例中，传感器节点201包括第一天线202(例如，接收天线)、接收器/传感器203、ADC 204、填充逻辑205、编码器206、发射器207、第二天线208(发射天线)、以及有线接口209。在一些实施例中，第一天线202和第二天线208的功能可以相应地组合成单个天线。
在一些实施例中，(多个)天线202/208被提供为传感器节点201的一部分以与其他装置进行通信。在一些实施例中，(多个)天线202/208可以包括一个或多个定向或全向天线，包括单极天线、偶极天线、环形天线、贴片天线、微带天线、共面波天线、或适用于发射射频(RF)信号的其他类型的天线。在一些多输入多输出(MIMO)实施例中，(多个)天线202/208被分开以利用空间分集。
在一些实施例中，接收器/传感器203包括适合用于感测感兴趣的生物信号的感测机制。例如，接收器/传感器203包括用于检测从人体的部位/器官反射的光并将所检测到的光转换成电流的光电二极管。在一些实施例中，接收器/传感器203包括用于将所检测到的电流转换成电压信号的放大器(如跨阻放大器)。在一些实施例中，接收器/传感器203从计算装置210接收一个或多个配置参数(例如，压缩比)。在一些实施例中，接收器/传感器203的输出是模拟信号(也被称为原始数据)。模拟信号是在时间和幅度上均为连续的任何连续信号，以使得信号的时变特征(变量)是某个其他时变量的表示。
在一些实施例中，模拟信号由ADC 204转换成数字流。数字信号或数字流是作为离散值序列(即，量化的离散时间信号)(例如，任意比特流)的表示的物理信号。在一些实施例中，ADC 204的输出还包括数字化的一个或多个配置参数，所述配置参数然后被提供给编码器206。可以使用任何合适的ADC来实现ADC 204。例如，ADC 204为以下各项之一：直接转换ADC(用于闪速ADC)、逐次逼近ADC、斜坡比较ADC、Wilkinson(威尔金森)ADC、积分ADC、增量编码ADC或反斜坡、流水线ADC(也被称为分段量化器)、总和增量ADC(也被称为增量总和ADC)、时间交织ADC、带有中间FM级的ADC、或时间伸展ADC。
在一些实施例中，数字流由填充逻辑205接收，所述填充逻辑操纵所述数字流为编码器206提供经填充数字流。在一些实施例中，填充逻辑205可操作用于在所述数字流的各端用所述数字流的一部分进行对称填充以形成所述经填充数字流。数字流的所述部分可以是例如数字流的预定或可编程数量的初始或结束位。在一些实施例中，在对称地填充在所述数字流的各端上之前，传感器节点201使用所述一个或多个配置参数来计算有待填充的元素的数量。在一些实施例中，所述元素数量确定所述数字流的所述部分。
图3展示了根据本公开的一些实施例的经填充数字流300。在一些实施例中，数字流301(例如，具有0位和1位的传感器数据流)由数字流301的各端上的部分302和303(例如，来自数字流301的3至5位)来填充。返回参考图2，在一些实施例中，传感器节点201选择所述数字流的一部分，将所述数字流的所选部分发射到计算装置210，并且响应于所述数字流的被发射的所选部分而从计算装置210接收一个或多个配置参数。
在一些实施例中，编码器206接收所述经填充数字流并且对所述经填充数字流进行压缩或编码。在一些实施例中，编码器206使用所述一个或多个配置参数来构造编码矩阵，并且然后使用所述编码矩阵对所述经填充数字流进行编码以生成经压缩的填充数据。在一些实施例中，所述编码矩阵同时满足多个严格的约束。
例如，所述编码矩阵满足以下标准：可以紧凑形式嵌入；在低重构误差的情况下递送高压缩性能；在已知诸如ECG和PPG的重要生物信号稀疏的情况下良好地执行所述生物信号；以及提供非常功率高效的电池寿命。在一些实施例中，所述编码矩阵是BPBD矩阵。
图4展示了根据本公开的一些实施例的由用于对信号进行连续CS的编码器206所使用的样本BPBD矩阵400。BPBD矩阵400包括1的子矩阵，所述子矩阵被安排为沿着对角线的块，其中非对角线元素被设定为零。BPBD矩阵400中的子矩阵的元素数量或大小是N/M，其中，‘N’是列并且‘M’是行数。在一些实施例中，‘N’是窗口中的样本数。因此，所述子矩阵的大小本质上是压缩比。
在一些实施例中，使用从计算装置210接收到的目标压缩比控制设置来构造BPBD矩阵400。通常，使用传统BPBD方法的可行压缩点是一，其中窗口中的样本数可被子矩阵大小或压缩比整除。这暗示了对于固定采样窗口大小(即，就来自ADC 204的数字流的位数而言的大小)，仅仅一组不连续的压缩比是可行的。
在一些实施例中，使用了改进方法，所述改进方法使用BPBD矩阵400来实现任何期望的整数压缩比(没有不连续性)。在一些实施例中，样本由填充逻辑205从样本窗口的最后一个元素填充到数字流的输入(即，对称填充)以匹配BPBD矩阵400的尺寸，从而使每个压缩比实现矩阵内积。在其他实施例中，可以使用满足在此讨论的约束的其他类型的编码矩阵。
返回参考图2，在一些实施例中，发射器207将经压缩的填充数据发射到计算装置210以进行处理(例如，对输入信号进行解码和重构)。发射器207可以使用任何已知的发射方案。例如，发射器207根据基于CSMA/CD的一个或多个WLAN标准(如由IEEE颁布的WLAN标准)使用WLAN发射来将经压缩的数据发射到计算装置210。这些WLAN标准可以基于CSMA/CD无线技术(如Wi-FiTM)，并且可以包括与IEEE 802.11相关联的以太网无线标准(包括后代和变体)。在一些实施例中，发射器207可以使用符合长期演进(LTE)的发射机制。
可以使用任何合适的低功率发射器来实现发射器207(例如，具有低功率放大器驱动器的发射器)。在一些实施例中，发射器207将经压缩的填充数据转换为模拟射频(RF)信号，所述模拟射频信号然后由天线208发射到计算装置210。在其他实施例中，发射器207可以使用其他形式的无线发射。
在一些实施例中，发射器207包括DAC(未示出)，所述DAC用于将经压缩的数字数据转换成模拟信号以便发射。在一些实施例中，DAC是脉宽调制器(PCM)。在一些实施例中，DAC是过采样DAC或者内插DAC，如总和增量DAC。在其他实施例中，可以使用其他类型的DAC。例如，发射器207的DAC为以下各项之一：开关电阻器DAC、开关电流源DAC、开关电容器DAC、R-2R二进制加权DAC、逐次逼近或循环DAC、温度计编码DAC等。根据一些实施例，DAC的输出是模拟信号，所述模拟信号被放大并且然后经由有线信道209被发射到天线208以到达计算装置210。
在一些实施例中，计算装置210是可操作用于处理大量数据的任何网关装置(例如，智能电话、平板计算机、膝上型计算机、云中的计算资源等)。在一些实施例中，计算装置210包括用于从传感器节点201接收压缩数据的接收器。在一些实施例中，计算装置210包括用于对经编码的压缩数据进行解码以恢复由接收器/传感器203随时间推移感测到的信号的解码器。
图5展示了根据本公开的一些实施例的用于对信号进行连续CS的方法的流程图500。应指出的是，图5的与任何其他附图的元件具有相同参考号(或名称)的这些元件可以以与所述的方式相似的任何方式进行操作或起作用，但并不限于此。
尽管以特定顺序示出了参考图5的流程图中的框，但可以修改动作的顺序。因此，可按照不同的顺序执行所展示的实施例，并且可以并行执行一些动作/框。根据某些实施例，图5中列出的框和/或操作中的一些是可选的。所呈现的框的编号是为了清楚起见，并不旨在规定各个框必须出现的操作的顺序。此外，可以采用各种组合来利用来自各流程的操作。
在框501处，接收器/传感器203经由天线202或有线装置(例如，附接到胸部或人的电缆)来获取生物信号。在一些实施例中，生物信号可以是电流、光、磁信号等，并且被转换成模拟信号(例如，模拟电压信号)。在框502处，ADC 204将模拟信号转换为数字流。
在框503处，将数字流的一部分或样本提供给发射器207，以将那个部分或样本发射到另一处理装置(即，经由天线208或有线装置209发射到计算装置210)。在一些实施例中，将传感器类型(例如，传感器节点201是否是ECG传感器、BP传感器等)从传感器节点201发送到计算装置210。在框504处，计算装置210接收所获取的信号的样本或传感器的类型。在框505处，计算装置210根据所接收的样本和/或传感器类型确定一个或多个配置参数(例如，压缩比)。在框506处，计算装置将所述一个或多个配置参数(例如，压缩比)发送到传感器节点201。在一些实施例中，将模拟信号提供给发射器207以便发射到计算装置210。在一个这样的实施例中，计算装置210使用模拟信号来确定用于传感器节点201的所述一个或多个配置参数。
在一些实施例中，计算装置210动态地设定用于压缩算法的压缩比(由编码器206实现)并且用从所恢复的信号中提取的特征的准确度来交换重构损失百分比。在一些实施例中，计算装置210周期性地将此目标压缩比设置发射到传感器节点201。
在框507处，传感器节点201接收所述一个或多个配置参数。例如，传感器节点201经由天线202接收所述一个或多个配置参数。在框508处，填充逻辑205在各端用数字流的一部分来填充所述数字流。在一些实施例中，填充逻辑205在各端用预定的位模式对称地填充所述数字流。在框509处，编码器206应用此目标压缩比并且使用CS编码矩阵将表示生物信号的数字流压缩到低得多的维度。在一些实施例中，CS编码矩阵用于在传感器节点201上实现功率高效的压缩。在一些实施例中，在框509处，编码器206使用所述一个或多个配置参数来构造编码矩阵，并且然后使用所述编码矩阵对所述经填充数字流进行编码以生成经压缩的填充数据。在一些实施例中，所述编码矩阵是BPBD矩阵。
在框510处，传感器节点201的发射器207将经压缩的填充数据发射到计算装置210(例如，用于对输入信号进行解码和重构)。在框511处，计算装置210接收所述压缩数据。在框512处，计算装置210对所接收到的压缩数据进行解码。在框513处，计算装置210随后使用线性优化技术(例如，基于L1范数的优化器)以高保真度恢复原始生物信号。
在一些实施例中，用于生物信号(例如，ECG信号和PPG信号)的编码矩阵可嵌入在传感器节点201中。这样，对传感器节点201的存储器和计算能力需求被降低，但仍在计算装置210上提供对ECG和PPG信号的快速且准确的重构。
图6展示了根据本公开的一些实施例的用于对用于信号连续CS的一个或多个配置参数进行动态和/或周期性更新的方法的流程图600。应指出的是，图6的与任何其他附图的元件具有相同参考号(或名称)的这些元件可以以与所述的方式相似的任何方式进行操作或起作用，但并不限于此。
尽管以特定顺序示出了参考图6的流程图中的框，但可以修改动作的顺序。因此，可按照不同的顺序执行所展示的实施例，并且可以并行执行一些动作/框。根据某些实施例，图6中列出的框和/或操作中的一些是可选的。所呈现的框的编号是为了清楚起见，并不旨在规定各个框必须出现的操作的顺序。此外，可以采用各种组合来利用来自各流程的操作。
在一些实施例中，在所采样的信号可能在形态学、噪声、信号质量等方面显示出显著可变性的持续流动监测中，压缩比被周期性地更新并由计算装置210发射到传感器节点201以作为到编码器206的输入。根据一些实施例，这使能实时调整压缩逻辑以满足依赖于应用的质量约束。流程图600描述了根据一些实施例的一种这样的用于对用于信号连续CS的一个或多个配置参数进行动态和/或周期性更新的方法。
在框601处，由传感器节点201的发射器207将原始传感器数据(例如，未经填充数字流的一部分)发射到计算装置210。在框602处，计算装置210使用约束(例如，可允许的重构损失百分比、所要求的准确度等)来计算压缩参数。在一些实施例中，期望更高粒度的压缩比来准确地覆盖从BSN接收到的信号。在一些实施例中，计算装置210通过平衡诸如传感器节点的功耗要求和重构损失等竞争参数来确定压缩比。
例如，如果所选压缩比(例如，2)太低，则传感器节点201将消耗更多的发射器/无线电功率。同样，如果计算装置210所选择的压缩比(例如，32)太高，则重构损失可能是不可接受的。在一些实施例中，计算装置210为BSN中的每个传感器节点找到竞争标准的正确平衡。在框603处，计算装置210将压缩参数发送回至传感器节点201。可以周期性地或动态地执行此过程，以降低传感器节点201处的重构损失百分比和/或平衡功率使用。
图7展示了根据本公开的一些实施例的用于聚合传感器数据的系统700。应指出的是，图7的与任何其他附图的元件具有相同参考号(或名称)的这些元件可以以与所述的方式相似的任何方式进行操作或起作用，但并不限于此。
在一些实施例中，系统700包括多个传感器节点(例如，传感器节点1到‘N’，其中，‘N’是大于1的整数)、传感器聚合器701、以及计算装置210。在一些实施例中，传感器聚合器701用作从所述多个传感器节点收集压缩数据并将那个数据发送到计算装置210进行处理的中间节点或装置。在一些实施例中，传感器聚合器701还从计算装置210向所述多个传感器节点(周期性地或动态地)提供一个或多个配置参数。在一些实施例中，传感器聚合器701到所述多个传感器节点比所述多个传感器节点距计算装置210更接近。这样，传感器节点的复杂性和功耗可以进一步降低，因为传感器节点不必进行长距离通信。
图8-12展示了不同的曲线图，其中的一些示出了与传统压缩技术相比较的各实施例的技术效果。展示了用于ECG和PPG的BPBD-CS建模和嵌入式功率测量的结果。应指出的是，图8-12的与任何其他附图的元件具有相同参考号(或名称)的这些元件可以以与所述的方式相似的任何方式进行操作或起作用，但并不限于此。
与已知的压缩技术相比，所述各实施例提供了更高的压缩、准确度、和更低的功耗。在信号重构中使用的两个不同约束下评估一些实施例：百分比均方根差(PRD)和心率准确度。在此，PRD测量准确度以对由数字流(即窗口)支持的整个信号进行重构。PRD可以表示为：
其中，“x1”是原始信号，“x2”是经重构的信号，并且‘N’是这两个信号(即，“x1”信号和“x2”信号)的长度(即，维度)。
在此，心率准确度是指根据所恢复的信号计算出的并且与根据原始未经压缩信号计算出的搏动率进行比较的搏动率的差异(即，在仅重构来自数字流的相关信号特征时的准确度测量)。在这两个不同约束(即，PRD和心率)下评估信号重构的这种方法允许设计者决定使用哪个约束并因此设定压缩参数。一些实施例应用特征准确度约束来将压缩比推到远远超出满足PRD约束所获得的压缩比。
术语“特征准确度”一般是指将从未经压缩的最初原始信号中提取的特征值用作参考标准。例如，如果原始ECG的搏动率是72bpm并且从经重构信号提取的搏动率是约75bpm，则特征误差是3bpm，并且特征准确度是约96％。
表2示出了一些实施例的BPBD矩阵相对于傅立叶基础具有CS的优异不相干性。
表2
术语“不相干性”一般是指‘Φ’(感测矩阵)与作为离散傅里叶变换(DFT)矩阵的逆矩阵的‘Ψ’(稀疏基)之间的最大相关性，并且被表达为：
其中，根据一些实施例，“Φi”是多行‘Φ’，“Ψj”是多列‘Ψ’，‘Φ’是BPBD矩阵的大小M×N，‘Ψ’是稀疏基的大小N×N，并且‘N’是在样本通过对称填充被人为地添加到原始输入窗口之后获得的经填充窗口的大小。
在一些实施例中，添加到数字流的具体样本数由原始窗口大小与大于原始窗口大小的CR的最接近倍数之差给出。例如，如果表2中的CR是5，则对于512个样本的原始窗口大小，填充元素的数量是3，并且BPBD矩阵大小是103×515，并且稀疏基‘Ψ’的大小是515×515。
图8A展示了曲线图800，示出了干净输入PPG信号。在此，x轴是样本数，并且y轴是PPG信号的以毫伏(mV)为单位的振幅(例如，接收器/传感器203的模拟输出)。在该示例中，干净输入PPG信号具有512个样本。
图8B展示了曲线图820，示出了根据本公开的一些实施例的由传感器节点201对图8A的干净PPG信号进行编码的效果。在此，x轴是样本数，并且y轴是经编码的PPG信号(例如，在CR为10时使用BPBD编码矩阵的编码器206的输出)的振幅幅度。在此示例中，在CR为10时用BPBD编码矩阵对经填充数字流(从干净PPG信号获得)进行编码将维度(从512个样本)降低到52个样本。在一些实施例中，在计算装置210处使用由应用所要求的约束(诸如目标信号恢复质量和特征准确度)而设定的初始样本来动态地确定编码子矩阵的大小。
图8C展示了曲线图830，示出了根据本公开的一些实施例的由计算装置210对PPG信号的重构。在此，x轴是样本数，并且y轴是PPG信号的以mV为单位的振幅。
图9A展示了曲线图900，示出了使用引起不连续压缩曲线的典型的基于BPBD的编码矩阵对数据的压缩。图9B展示了曲线图920，示出了根据一些实施例的使用提供连续压缩曲线的基于BPBD的编码矩阵对数据的压缩。
图10A-B展示了曲线图1000和1020，示出了根据一些实施例的在两个不同的压缩比的情况下使用PRD对信号进行噪声重构。
即使对于具有基线漂移的噪声ECG信号(如图10A所示)和具有运动伪像的噪声PPG信号(如图10B所示)，各种实施例仍可很好地工作。这样，各实施例的BPBD编码方案可以用于向计算装置210功率高效地发射干净的或有噪声的ECG或PPG信号，并且在那里对所述信号进行重构(所述计算装置存在相对丰富的计算能力以及能量)。这样，通过利用传感器节点201与计算装置210之间的计算能力的不对称性，使能进行连续监测。
在一些实施例中，可实现压缩的程度取决于由应用设定的具体约束。表3展示了PRD和搏动率准确度约束对最大可实现CR的影响的示例。
表3
图11A-B展示了曲线图1100和1120，示出了根据本公开的一些实施例的CR对ECG信号和PPG信号的搏动率准确度的影响。在此，x轴是压缩比，并且y轴是搏动率。对于约10％的PRD，PPG可以实现CR＝14。在只有搏动率是感兴趣的并且整体信号质量是次要考虑的一些情况下，对于相同的PPG信号切割数据发射通信量，可以由因子23来实现CR＝23。在一些实施例中，即使当经重构的信号质量较差(PRD约为20％)时，仍然可以提取准确搏动率。
图12A-B展示了曲线图，示出了在使用由各实施例的设备和/或方法生成的BPBD编码矩阵对ECG和PPG信号进行重构方面优于现有技术的改进。
在此，x轴是CR，并且y轴是重构损失的百分比。曲线图1200和1220示出了各种实施例的填充BPBD-CS方案优于现有技术，例如基于随机高斯的CS和DWT。虽然随机高斯CS不易于嵌入，但它可以递送我们也可通过数据填充使用BPBD-CS实现的连续压缩曲线。曲线图1200和1220示出了：对于ECG信号和PPG信号，各实施例的BPBD-CS方案在压缩比的范围上胜过随机高斯算法(即对于相同的压缩比，各实施例实现了低得多的重构损失％)。
相对于现有技术的DWT压缩算法，针对使用CS实现方式的相同重构质量，各实施例的BPBD-CS方案还是更功率高效的。在一些实施例中，嵌入式BPBD方案比相同重构损失下的DWT方案快约100倍，能量消耗小于DWT方案的能量消耗的1％。
表4和表5展示了针对ECG信号和PPG信号的各实施例的BPBD-CS相对于DWT方案的可忽略功耗。
表4
表5
图13展示了根据本公开的一些实施例的具有机器可读存储介质1302的传感器节点1300(例如，201的一部分)，所述机器可读存储介质具有用于执行对信号的连续压缩感测的指令。应指出的是，图13的与任何其他附图的元件具有相同参考号(或名称)的这些元件可以以与所述的方式相似的任何方式进行操作或起作用，但并不限于此。
在一些实施例中，传感器节点1300/201包括低功率处理器1301(例如，数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASCI)、通用中央处理单元(CPU))、机器可读存储介质1302(也被称为有形机器可读介质)、天线1305(例如，天线202/208)、以及网络总线1306。在一些实施例中，传感器节点1300/201的各逻辑块经由网络总线1306耦合在一起。可以使用任何合适的协议来实现网络总线1306。在一些实施例中，机器可读存储介质1302包括用于对经充填数字流进行编码的编码指令1302a(也被称为程序软件代码/指令)，如参考各实施例和流程图所描述的那样。
与流程图500相关联的并且可被执行以用于实现所公开的主题的实施例的程序软件代码/指令1302a可以被实现为操作系统的一部分或者具体的应用、部件、程序、对象、模块、例程、或其他指令序列或指令序列组织(被称为“程序软件代码/指令”、“操作系统程序软件代码/指令”、“应用程序软件代码/指令”、或仅嵌入在处理器中的“软件”或固件)。在一些实施例中，与流程图500相关联的程序软件代码/指令由传感器节点1300(如图2所示)来执行。
返回参考图13，在一些实施例中，与流程图500相关联的程序软件代码/指令1302a被存储在计算机可执行存储介质1302中并由处理器1301执行。在此，计算机可执行存储介质1302是可用于存储程序软件代码/指令和数据的有形机器可读介质，所述程序软件代码/指令和数据当由计算装置执行时使一个或多个处理器(例如，处理器1301)执行如可在涉及所公开的主题的一个或多个所附权利要求中所引用的(多种)方法。
有形机器可读介质1302可以包括将可执行软件程序代码/指令1302a和数据存储在各有形位置中，包括例如ROM、易失性RAM、非易失性存储器和/或缓存和/或在本申请中参考的其他有形存储器。此程序软件代码/指令1302a和/或数据的部分可以存储在这些存储和存储器装置中的任何一个中。进一步地，可从其他存储装置中获得程序软件代码/指令，包括例如通过集中式服务器或对等网络等，包括互联网。可在不同的时间并且在不同的通信会话或者在同一通信会话中获得软件程序代码/指令和数据的不同部分。
可在由计算装置执行相应软件程序或应用之前以其整体获得软件程序代码/指令1302a(与流程图500和其他实施例相关联)和数据。可替代地，当需要执行时，可动态地(例如，仅实时)获得软件程序代码/指令1302a和数据的部分。可替代地，获得软件程序代码/指令1302a和数据的这些方式的某个组合可以通过示例的方式发生，例如针对不同的应用、部件、程序、对象、模块、例程或其他指令序列或指令序列组织。因此，不需要数据和指令在特定的时间时刻以其整体处于有形机器可读介质上。
有形计算机可读介质1302的示例包括但不限于可记录和不可记录类型的介质，诸如易失性和非易失性存储器装置、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存装置、软盘以及其他可移动磁盘、磁存储介质、光存储介质(例如，压缩盘只读存储器(CD ROM)、数字通用盘(DVD)等)等等。在通过这种有形通信链路实现电、光、声、或其他形式的传播信号(诸如载波、红外信号、数字信号等)的同时，软件程序代码/指令可以暂时存储在数字有形通信链路中。
通常，有形机器可读介质1302包括任何有形机制，所述有形机制提供(即采用数字形式(例如，数据包)存储和/或发射)采用机器(即计算装置)可访问的形式的信息，其可以包括在以下各项中：例如通信装置、计算装置、网络装置、个人数字助理、制造工具、移动通信装置(无论是否能够下载并运行应用以及来自通信网络(诸如互联网)的资助应用)，诸如等或包括计算装置的任何其他装置。在一个实施例中，基于处理器的系统采用以下各项的形式或者包括在以下各项中：PDA、蜂窝电话、笔记本计算机、平板机、游戏控制台、机顶盒、嵌入式系统、TV、个人台式计算机等。可替代地，在公开的主题的一些实施例中，可以使用传统的通信应用和(多个)资助应用。
图14展示了根据一些实施例的具有用于对连续压缩信号进行重构的设备和/或机器可执行指令的智能装置或计算机系统或SoC(片上系统)2100。应指出的是，图14的与任何其他附图的元件具有相同参考号(或名称)的这些元件可以以与所述的方式相似的任何方式进行操作或起作用，但并不限于此。
图14展示了移动装置的实施例的框图，在所述移动装置中可以使用平坦表面接口连接器。在一些实施例中，计算装置2100表示移动计算装置，诸如计算平板、移动电话或智能电话、支持无线的电子阅读器或其他无线移动装置。应理解的是，总体上示出了某些部件，在计算装置2100中没有示出这种装置的全部部件。
在一些实施例中，计算装置2100包括第一处理器2110，所述第一处理器具有根据所讨论的一些实施例用于对连续压缩信号进行重构的设备和/或机器可执行指令。根据一些实施例，计算装置2100的其他块还可以包括用于对连续压缩信号进行重构的设备和/或机器可执行指令。本公开的各个实施例还可以包括2170内的网络接口(诸如无线接口)，从而使得系统实施例可以并入无线装置(例如，蜂窝电话或个人数字助理)中。
在一个实施例中，处理器2110(和/或处理器2190)可以包括一或多个物理器件，如微处理器、应用处理器、微控制器、可编程逻辑器件、或其他处理装置。由处理器2110执行的处理操作包括于其上执行应用和/或装置功能的操作平台或操作系统的执行。处理操作包括与人类用户的或与其他设备的与I/O(输入/输出)有关的操作、与功率管理有关的操作、和/或与将计算装置2100连接到另一装置有关的操作。处理操作还可以包括与音频I/O和/或显示I/O有关的操作。
在一个实施例中，计算装置2100包括音频子系统2120，其代表与向计算装置提供音频功能相关联的硬件(例如，音频硬件和音频电路)和软件(例如，驱动器、编解码器)部件。音频功能可包括扬声器和/或耳机输出、以及麦克风输入。用于这种功能的装置可以被集成到计算装置2100中或连接到计算装置2100。在一个实施例中，用户通过提供由处理器2110接收并处理的音频命令来与计算装置2100进行交互。
显示子系统2130代表为用户提供视觉和/或触感显示以便与计算装置2100进行交互的硬件(例如，显示装置)和软件(例如，驱动器)部件。显示子系统2130包括显示界面2132，该显示界面包括用于提供为用户提供显示的特定屏幕或硬件装置。在一个实施例中，显示界面2132包括与处理器2110分离的逻辑，用于执行与显示有关的至少一些处理。在一个实施例中，显示子系统2130包括向用户提供输出和输入的触摸屏(或触摸板)装置。
I/O控制器2140表示与用户的交互相关的硬件装置和软件部件。I/O控制器2140可操作用于管理作为音频子系统2120和/或显示子系统2130一部分的硬件。此外，I/O控制器2140展示连接至计算装置2100的附加装置的连接点，通过所述连接点用户可以与该系统进行交互。例如，可以附接到计算装置2100的装置可以包括麦克风装置、扬声器或立体声系统、视频系统或其他显示装置、键盘或键板装置、或者如读卡器或其他装置的用于特定应用的其他I/O装置。
如上所述，I/O控制器2140可以与音频子系统2120和/或显示子系统2130进行交互。例如，通过麦克风或其它音频装置的输入可为计算装置2100的一个或多个应用或功能提供输入或命令。此外，替代或除了显示输出之外，还可以提供音频输出。在另一个示例中，如果显示子系统2130包括触摸屏，则显示装置还充当输入装置，其可以通过I/O控制器2140至少部分地进行管理。在计算装置2100上还可以存在附加按钮或开关以便提供由I/O控制器2140管理的I/O功能。
在一个实施例中，I/O控制器2140管理装置，如加速度度计、相机、光传感器或其它环境传感器、或可以被包括在计算装置2100中的其它硬件。输入可为直接用户交互的一部分，以及向系统提供环境输入以影响其操作(如，过滤噪声、调整用于亮度检测的显示、将闪存应用于相机或者其他特征)。
在一些实施例中，计算装置2100包括电力管理2150，该电力管理对电池电力使用、电池充电以及与节电操作有关的特征进行管理。存储器子系统2160包括用于将信息存储在计算装置2100中的存储器装置。存储器可以包括非易失性(如果存储器装置断电，则状态不改变)和/或易失性(如果存储器装置断电，则状态不定)存储器装置。存储器子系统2160可以存储应用数据、用户数据、音乐、照片、文档或其他数据，以及与计算装置2100的应用和功能的执行有关的系统数据(长期的或者临时的)。
实施例的元素还被提供为用于存储计算机可执行指令(例如，实现本文讨论的任何其他过程的指令)的机器可读介质(例如，存储器2160)。所述机器可读介质(例如，存储器2160)可以包括但不限于：闪速存储器、光盘、CD-ROM、DVD ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、相变存储器(PCM)、或适用于存储电子或计算机可执行指令的其他类型的机器可读介质。例如，本公开的多个实施例可以作为计算机程序(例如，BIOS)进行下载，其中，所述程序可以经由通信链路(例如，调制解调器或网络连接)从远程计算机(例如，服务器)传送至进行请求的计算机(例如，客户端)。
连接2170包括硬件装置(例如，无线和/或有线连接器以及通信硬件)和软件部件(例如，驱动器、协议栈)，以使计算装置2100与外部装置进行通信。计算装置2100可以是单独的装置(如其他计算装置、无线接入点或基站)以及外围装置(如耳机、打印机或其他装置)。
连接2170可以包括多种不同类型的连接。出于概括，展示了具有蜂窝连接2172和无线连接2174的计算装置2100。蜂窝连接2172总体上指的是由无线载波提供的蜂窝网络连接，诸如经由GSM(全球移动通信系统)或其变体或衍生体、CDMA(码分多址)或其变体或衍生体、TDM(时分复用)或其变体或衍生体、或其他蜂窝服务标准提供的。无线连接(或无线接口)2174指非蜂窝的无线连接，并且可以包括个域网(诸如蓝牙、近场等)、局域网(诸如Wi-Fi)、和/或广域网(诸如WiMax)、或其他无线通信。
在一些实施例中，外围连接2180包括用于进行外围连接的硬件接口和连接器、以及软件组件(例如，驱动器、协议栈)。应理解的是，计算装置2100可以是到其他计算装置的外围装置(“去往”2182)，也可以具有连接到其的外围装置(“来自”2184)。计算装置2100通常具有用于连接到其他计算装置的“对接”连接器，以用于如管理(例如，下载和/或上载、更改、同步)计算装置2100上的内容。此外，对接连接器可以允许计算装置2100连接到特定外围装置，该特定外围装置允许计算装置2100控制例如到视听或其他系统的内容输出。
除了专用的对接连接器或其他专用连接硬件以外，计算装置2100可以经由基于公共或标准的连接器进行外围连接2180。公共类型可以包括通用串行总线(USB)连接器(其可以包括任意数量的不同硬件接口)、包括小型显示端口(MDP)的显示端口、高清晰度多媒体接口(HDMI)、火线或其他类型。
说明书中对“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、或“其他实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、构造或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。“实施例”、“一个实施例”或“一些实施例”的多处出现不必全部指代相同的实施例。如果说明书陈述组件、特征、构造或特性“可以(may)”、“可能(might)”、或“可(could)”被包括，则所述特定组件、特征、构造或特性不要求被包括。如果说明书或权利要求书提及“一(a)”或“一个(an)”要素，则那并非意味着仅存在一个要素。如果说明书或权利要求书提及“一个附加的(an additional)”要素，则那并不排除存在多于一个的附加要素。
此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式来组合特定特征、结构功能、或特性。例如，第一实施例可以与第二实施例在任何地方进行组合，其中，与这两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不相互排斥。
虽然已经结合其特定实施例描述了本公开，但是鉴于前述描述，此类实施例的许多替代方案、修改和改变对于本领域技术人员将是明显的。本公开的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的广泛范围内的所有这种变更、修改和变体。
另外，为了简化图示和讨论以及为了不使本公开模糊，在所呈现的图内可以或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其他部件的公知的电力/接地连接。此外，安排可以以框图的形式示出，以避免模糊本公开，并且还鉴于以下事实：关于完成这样的框图安排的实现方式的细节高度依赖于在其中实现本公开的平台(即，这样的细节应当完全在本领域技术人员的视界内)。特定细节(例如，电路)被阐述以便描述本公开的示例性实施例，对本领域技术人员来说应当显而易见的是：本公开可以在无需这些具体细节或者采用这些具体细节的变化的情况下被实践。描述因此被视为是说明性的而非限制性的。
下面的示例涉及进一步实施例。在一个示例中，提供了一种机器可读存储介质，具有存储在其上的指令，所述指令当被执行时使一个或多个处理器执行包括以下各项的操作：从传感器接收输入信号；将所述输入信号转换成数字流；以及在所述数字流的各端用所述数字流的一部分进行对称填充以形成经填充数字流。在一些实施例中，所述机器可读存储介质进一步具有存储在其上的指令，所述指令当被执行时使所述一个或多个处理器执行包括以下各项的另外的操作：选择所述数字流的一部分；将所述数字流的所选部分发射到另一装置；以及响应于所述数字流的被发射的所选部分，从所述另一装置接收一个或多个配置参数。
在一些实施例中，所述机器可读存储介质进一步具有存储在其上的指令，所述指令当被执行时使所述一个或多个处理器执行包括以下各项的另外的操作：在所述数字流的各端进行对称填充之前，使用所述一个或多个配置参数来计算有待填充的元素的数量。在一些实施例中，所述元素数量确定所述数字流的所述部分。在一些实施例中，从所述另一装置动态地接收所述一个或多个配置参数中的至少一个。
在一些实施例中，从所述另一装置周期性地接收所述一个或多个配置参数中的至少一个。在一些实施例中，所述一个或多个配置参数中的至少一个是压缩比。在一些实施例中，所述机器可读存储介质进一步具有存储在其上的指令，所述指令当被执行时使所述一个或多个处理器执行包括以下各项的另外的操作：使用所述一个或多个配置参数来构建编码矩阵；以及使用所述编码矩阵对所述经填充数字流进行编码以生成经压缩的填充数据。在一些实施例中，所述编码矩阵是二进制置换块对角(BPBD)矩阵。
在一些实施例中，所述机器可读存储介质进一步具有存储在其上的指令，所述指令当被执行时使所述一个或多个处理器执行包括以下各项的另外的操作：将所述经压缩的填充数据发射到所述另一装置进行处理。在一些实施例中，所述机器可读存储介质进一步具有存储在其上的指令，所述指令当被执行时使所述一个或多个处理器执行包括以下各项的另外的操作：标识包括所述传感器的至少两个传感器的类型；将关于所述至少两个传感器的类型的信息聚合；将所述经聚合的信息发射到另一装置；以及从所述另一装置接收用于所述至少两个传感器中的每个传感器的配置参数。
在一些实施例中，所述机器可读存储介质进一步具有存储在其上的指令，所述指令当被执行时使所述一个或多个处理器执行包括以下各项的另外的操作：将指示所述传感器的类型或所述输入信号的类型的信号发射到另一装置；以及响应于所述被发射的信号，从所述另一装置接收一个或多个配置参数，其中，所述一个或多个配置参数取决于所述传感器的类型或所述输入信号的类型。在一些实施例中，所述一个或多个配置参数中的至少一个是用于对所述经填充数字流的矩阵进行编码的压缩比。
在另一示例中，提供了一种传感器，所述传感器包括：接收器，用于处理输入信号；模数转换器，用于将经处理的输入信号转换成数字流；可操作用于在所述数字流的各端用所述数字流的一部分进行对称填充以形成经填充数字流的逻辑；可操作用于通过应用一个或多个配置参数来构建编码矩阵的逻辑；以及编码器，用于通过应用所述已编码矩阵对所述经填充数字进行编码。
在一些实施例中，所述一个或多个配置参数中的至少一个是压缩比。在一些实施例中，所述编码矩阵是二进制置换块对角(BPBD)矩阵。在一些实施例中，所述传感器包括：天线；以及发射器，用于经由所述天线将经编码的经填充数字流发射到另一装置进行处理。
在一些实施例中，所述传感器包括用于将所述数字流的所选部分发射到另一装置的天线。在一些实施例中，所述天线响应于发射所述数字流的所述所选部分而接收用于所述另一装置的所述一个或多个配置参数。在一些实施例中，所述接收器包括：光电二极管，用于接收所述输入信号并且用于生成对应电流；以及电路，用于将所述对应电流转换成所述经处理的输入信号。
在另一示例中，提供了一种方法，所述方法包括：从传感器接收输入信号；将所述输入信号转换成数字流；以及在所述数字流的各端用所述数字流的一部分进行对称填充以形成经填充数字流。在一些实施例中，所述方法进一步包括：选择所述数字流的一部分；将所述数字流的所选部分发射到另一装置；以及响应于所述数字流的被发射的所选部分，从所述另一装置接收一个或多个配置参数。
在一些实施例中，所述方法包括：在所述数字流的各端进行对称填充之前使用所述一个或多个配置参数来计算有待填充的元素的数量，其中，所述元素的所述数量确定所述数字流的所述部分。在一些实施例中，所述一个或多个配置参数中的至少一个是压缩比。在一些实施例中，所述方法包括：使用所述一个或多个配置参数来构建编码矩阵；以及使用所述编码矩阵对所述经填充数字流进行编码以生成经压缩的填充数据。在一些实施例中，所述矩阵是二进制置换块对角(BPBD)矩阵。
在另一示例中，提供了一种设备，所述设备包括：用于接收输入信号的装置；用于将所述输入信号转换成数字流的装置；以及用于在所述数字流的各端用所述数字流的一部分进行对称填充以形成经填充数字流的装置。在一些实施例中，所述设备进一步包括：用于选择所述数字流的一部分的装置；用于将所述数字流的所选部分发射到另一装置的装置；以及用于响应于所述数字流的被发射的所选部分而从所述另一装置接收一个或多个配置参数的装置。
在一些实施例中，所述设备包括：用于在所述数字流的各端进行对称填充之前使用所述一个或多个配置参数来计算有待填充的元素的数量的装置，其中，所述元素的所述数量确定所述数字流的所述部分。在一些实施例中，所述一个或多个配置参数中的至少一个是压缩比。在一些实施例中，所述设备包括：用于使用所述一个或多个配置参数来构建编码矩阵的装置；以及用于使用所述编码矩阵对所述经填充数字流进行编码以生成经压缩的填充数据的装置。在一些实施例中，所述矩阵是二进制置换块对角(BPBD)矩阵。
可以在一个或多个实施例中的任何地方使用示例中的细节。还可以关于方法或过程实现在此所述的设备的所有可选特征。
提供摘要以允许读者断定本技术公开的本质和主旨。基于本摘要将不被用于限制或者解释权利要求书的范围或者含义的理解提交所述摘要。据此将以下权利要求结合到具体实施方式中，其中每一项权利要求独立地代表一个单独的实施例。

Claims (26)

1.一种方法，包括：
从传感器接收输入信号；
将所述输入信号转换成数字流；以及
在所述数字流的任何端用所述数字流的一部分进行对称填充以形成经填充数字流。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
选择所述数字流的一部分；
将所述数字流的所选部分发射到另一装置；以及
响应于所述数字流中被发射的所选部分，从所述另一装置接收一个或多个配置参数。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：
在所述数字流的任何端进行对称填充之前，使用所述一个或多个配置参数来计算有待填充的元素的数量。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述元素的数量确定所述数字流的所述部分。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所述一个或多个配置参数中的至少一个是从所述另一装置动态接收的。
6.如权利要求2所述的方法，其中，所述一个或多个配置参数中的至少一个是从所述另一装置周期性地接收的。
7.如权利要求2所述的方法，其中，所述一个或多个配置参数中的至少一个是压缩比。
8.如权利要求3所述的方法，进一步包括：
使用所述一个或多个配置参数来构建编码矩阵；以及
使用所述编码矩阵对所述经填充数字流进行编码以生成经压缩的填充数据。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述编码矩阵是二进制置换块对角(BPBD)矩阵。
10.如权利要求9所述的方法，具有进一步的操作，所述操作包括：
将所述经压缩的填充数据发射到所述另一装置以进行处理。
11.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
标识包括所述传感器的至少两个传感器的类型；
聚合关于所述至少两个传感器的类型的信息；
将所述经聚合的信息发射到另一装置；以及
从所述另一装置接收用于所述至少两个传感器中的每个传感器的配置参数。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
将指示所述传感器的类型或所述输入信号的类型的信号发射到另一装置；以及
响应于所述被发射的信号，从所述另一装置接收一个或多个配置参数，其中，所述一个或多个配置参数取决于所述传感器的类型或所述输入信号的类型。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述一个或多个配置参数中的至少一个是用于对所述经填充数字流的矩阵进行编码的压缩比。
14.一种传感器，包括：
接收器，用于处理输入信号；
模数转换器，用于将所述经处理的输入信号转换成数字流；
能操作用于在所述数字流的任何端用所述数字流的一部分进行对称填充以形成经填充数字流的逻辑；
能操作用于通过应用一个或多个配置参数来构建编码矩阵的逻辑；以及
编码器，用于通过应用所述已编码矩阵对所述经填充数字进行编码。
15.如权利要求14所述的传感器，其中所述一个或多个配置参数中的至少一个是压缩比。
16.如权利要求14所述的传感器，其中，所述编码矩阵是二进制置换块对角(BPBD)矩阵。
17.如权利要求14所述的传感器，包括：
天线；以及
发射器，用于经由所述天线将经编码的经填充数字流发射到另一装置进行处理。
18.如权利要求14所述的传感器，包括用于将所述数字流的所选部分发射到另一装置的天线。
19.如权利要求18所述的传感器，其中，所述天线响应于发射所述数字流的所述所选部分而接收用于所述另一装置的所述一个或多个配置参数。
20.如权利要求14所述的传感器，其中，所述接收器包括：
光电二极管，用于接收所述输入信号并且用于生成对应电流；以及
电路，用于将所述对应电流转换成所述经处理的输入信号。
21.一种机器可读存储介质，具有存储在其上的指令，所述指令当被执行时使一个或多个处理器执行根据方法权利要求1至13中任一项所述的操作。
22.一种装备，包括：
用于接收输入信号的装置；
用于将所述输入信号转换成数字流的装置；以及
用于在所述数字流的任何端用所述数字流的一部分进行对称填充以形成经填充数字流的装置。
23.如权利要求22所述的装备，进一步包括：
用于选择所述数字流的一部分的装置；
用于将所述数字流的所选部分发射到另一设备的装置；以及
用于响应于所述数字流的被发射的所选部分而从所述另一设备接收一个或多个配置参数的装置。
24.如权利要求23所述的装备，包括：
用于在所述数字流的任何端进行对称填充之前使用所述一个或多个配置参数来计算有待填充的元素的数量的装置，其中，所述元素的所述数量确定所述数字流的所述部分。
25.如权利要求24所述的装备，其中，所述一个或多个配置参数中的至少一个是压缩比。
26.如权利要求24所述的装备，包括：
用于使用所述一个或多个配置参数来构建编码矩阵的装置；以及
用于使用所述编码矩阵对所述经填充数字流进行编码以生成经压缩的填充数据的装置，其中，所述矩阵是二进制置换块对角(BPBD)矩阵。
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