JP5761811B2 - 信号処理システム及び信号処理方法 - Google Patents
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Description
[信号処理システムの全体構成]
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による信号処理システムを説明する。図1は、本実施形態における信号処理システム100の構成を示すブロック図である。この図に示す信号処理システム100は、圧縮センシング部101、信号復元部102、ランダム圧縮行列生成部103およびランダム復元行列生成部104を備える。圧縮センシング部101は、ランダム圧縮行列生成部103により生成されたランダム圧縮行列を利用して入力信号を圧縮し、圧縮信号を出力する。信号復元部102は、ランダム復元行列生成部104により生成されたランダム復元行列を利用して圧縮信号を復元し、復元信号を出力する。ランダム圧縮行列生成部103は、行数が列数より少ない行列を生成する。ここで、行列の成分がランダム変数から構成される。図2は、ランダム圧縮行列の例を模式的に示す図である。ランダム復元行列生成部104は、ランダム圧縮行列生成部103が生成したランダム圧縮行列と同様な行列を生成し、ランダム復元行列とする。
以下、1個の圧縮センシングフレーム(N)分に相当する入力信号と、ランダム圧縮行列と、圧縮後の信号と信号復元後の信号を、それぞれ、X0と、Hと、Yと、Xと称する。第1実施形態において、ランダム復元行列はランダム圧縮行列と同様であるため、ランダム復元行列もランダム圧縮行列と同様にHと称する。X0と、Hと、Yと、Xの行列のサイズは、それぞれ、N×1、M×N、M×1、N×1である。X0とHとYは、圧縮後の信号Yが、ランダム圧縮行列Hに入力信号X0を掛け算する結果で得られるため、Y=H×X0で表現される。
まず、(式1)のL1ノルム最小化問題の解Xを、確率分布として考えて(式2)のように表記する。
図6は、図1に示す信号処理システム100が実行する処理手順を示すフローチャートである。この図に示す各処理は、図1に示した部位の何れかが適宜実行する。まず、ランダム圧縮行列生成部103は、図1にて説明したようにランダム圧縮行列を生成し、圧縮センシング部101は、該ランダム圧縮行列を用いて入力信号の圧縮を実行し、その結果を信号復元部102に出力する(ステップS11)。そして、信号復元部102は、ランダム復元行列生成部104により生成されたランダム復元行列を用いて、信号復元処理を行い(ステップS12)、復元した信号を出力する(ステップS13)。
[信号処理システムの全体構成]
図7は、第2の実施形態における信号処理システム200の構成を示すブロック図である。この図に示す信号処理システム200は、AD変換部201、FFT処理部202、圧縮センシング部101、信号復元部102、ランダム圧縮行列生成部103およびランダム復元行列生成部104を備える。
図8は、図7に示す信号処理システム200が実行する処理手順を示すフローチャートである。この図に示す各処理は、図7に示した部位の何れかが適宜実行する。まず、AD変換部201は、入力されるアナログをデジタル信号にサンプリングする(ステップS21)。そして、FFT処理部はAD変換部201が出力する信号を圧縮センシングフレーム毎にFFT処理を行いその結果を圧縮センシング部101に出力する(ステップS21)。ランダム圧縮行列生成部103は、図1にて説明したようにランダム圧縮行列を生成し、圧縮センシング部101は、このランダム圧縮行列を用いて入力信号の圧縮を実行し、その結果を信号復元部102に出力する(ステップS23)。そして、信号復元部102は、ランダム復元行列生成部104により生成されたランダム復元行列を用いて、信号復元処理を行い(ステップS24)、該復元した信号を出力する(ステップS25)。
[通信システムの全体構成]
図9は、信号処理システム構成が適用される通信処理システム600の全体構成を示すブロック図である。この図に示す通信処理システム600は、リモート局300と中央局400を備える。リモート局300は、中央局400に対して複数存在し、各リモート局300は、伝送路500を介して中央局400と通信可能に接続される。なお、伝送路500については特に限定されるものではない。また、伝送路500は有線であっても無線であってもよい。
図10は、図9に示す通信処理システム600の構成を示すブロック図である。なお、この図において、図1と同一部分には同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。リモート局300は、AD変換部301、FFT処理部302、圧縮センシング部101、ランダム圧縮行列生成部103および通信部303を備える。AD変換部301は、リモート局300の外部から入力されるアナログ信号を入力してAD変換を行い、デジタル信号を出力する。FFT処理部302はAD変換部301が出力する信号を圧縮センシングのフレーム毎に分けてFFT処理を行いその結果を出力する。
図11は、図10に示す通信処理システム600が実行する処理手順を示すフローチャートである。この図に示す各処理は、図10に示した部位の何れかが適宜実行する。まず、リモート局300は、中央局400の制御部402から伝送路500を介して受信した、圧縮のフレームのサイズ等のコントロール情報に基づきパラメータの設定を行う(ステップS31)。そして、AD変換部301は、入力されるアナログをデジタル信号にサンプリングする(ステップS32)。そして、FFT処理部302はAD変換部301が出力する信号を圧縮センシングフレーム毎にFFT処理を行いその結果を圧縮センシング部101に出力する(ステップS33)。ランダム圧縮行列生成部103は、図1にて説明したようにランダム圧縮行列を生成し、圧縮センシング部101は、該ランダム圧縮行列を用いて入力信号の圧縮を実行し、その結果を通信部303に出力する(ステップS34)。
Claims (2)
- リモート局と中央局とを備え、前記リモート局が伝送路を介して前記中央局と通信可能に接続された信号処理システムであって、
前記リモート局は、
アナログ信号をデジタル信号に変換し、前記中央局から受信したコントロール情報に含まれる圧縮センシングフレームのサイズの情報に従って該サイズによる圧縮センシングフレーム単位により変換後のデジタル信号を出力するAD変換部と、
前記AD変換部が出力した前記デジタル信号を前記圧縮センシングフレーム毎に分けて高速フーリエ変換処理を実行して周波数領域の信号を出力する高速フーリエ変換部と、
前記中央局から受信した前記コントロール情報に含まれる圧縮センシングフレームのサイズとランダム圧縮行列の行数および列数の情報に従ってランダム圧縮行列を生成するランダム圧縮行列生成部と、
前記高速フーリエ変換部が出力した信号と前記ランダム圧縮行列の行列掛け算を行うことにより前記信号を圧縮する圧縮部と、
前記圧縮部が出力した圧縮信号を前記伝送路を介して前記中央局へ送信するとともに、前記中央局が送信した前記圧縮センシングフレームのサイズと前記ランダム圧縮行列の行数および列数の情報を含む前記コントロール情報を前記伝送路を介して受信する第1の通信部とを備え、
前記中央局は、
前記リモート局が送信した前記圧縮信号を前記伝送路を介して受信するとともに、前記コントロール情報を前記伝送路を介して前記リモート局へ送信する第2の通信部と、
前記圧縮センシングフレームのサイズと前記ランダム圧縮行列の行数および列数とランダム復元行列の行数および列数の情報を生成し、該情報に基づき前記ランダム圧縮行列の生成のために前記リモート局に送信する前記コントロール情報を生成する制御部と、
前記制御部が生成した前記圧縮センシングフレームのサイズとランダム復元行列の行数および列数の情報に従ってランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、
前記リモート局から受信した前記圧縮部が圧縮した信号を前記ランダム復元行列を用いて復元処理を行うことにより元の信号に復元する復元部とを備える
ことを特徴とする信号処理システム。 - リモート局と中央局とを備え、前記リモート局が伝送路を介して前記中央局と通信可能に接続された信号処理システムが行う信号処理方法であって、
前記リモート局が、
アナログ信号をデジタル信号に変換し、前記中央局から受信したコントロール情報に含まれる圧縮センシングフレームのサイズの情報に従って該サイズによる圧縮センシングフレーム単位により変換後のデジタル信号を出力するAD変換ステップと、
前記AD変換ステップにより出力した前記デジタル信号を前記圧縮センシングフレーム毎に分けて高速フーリエ変換処理を実行して周波数領域の信号を出力する高速フーリエ変換ステップと、
前記中央局から受信した前記コントロール情報に含まれる圧縮センシングフレームのサイズとランダム圧縮行列の行数および列数の情報に従ってランダム圧縮行列を生成するランダム圧縮行列生成ステップと、
前記高速フーリエ変換ステップにより出力した信号と前記ランダム圧縮行列の行列掛け算を行うことにより前記信号を圧縮する圧縮ステップと、
前記圧縮ステップにより出力した圧縮信号を前記伝送路を介して前記中央局へ送信するとともに、前記中央局が送信した前記圧縮センシングフレームのサイズと前記ランダム圧縮行列の行数および列数の情報を含む前記コントロール情報を前記伝送路を介して受信する第1の通信ステップと
を実行し、
前記中央局が、
前記リモート局が送信した前記圧縮信号を前記伝送路を介して受信するとともに、前記コントロール情報を前記伝送路を介して前記リモート局へ送信する第2の通信ステップと、
前記圧縮センシングフレームのサイズと前記ランダム圧縮行列の行数および列数とランダム復元行列の行数および列数の情報を生成し、該情報に基づき前記ランダム圧縮行列の生成のために前記リモート局に送信する前記コントロール情報を生成する制御ステップと、
前記制御ステップにより生成した前記圧縮センシングフレームのサイズとランダム復元行列の行数および列数の情報に従ってランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成ステップと、
前記リモート局から受信した前記圧縮ステップにより圧縮した信号を前記ランダム復元行列を用いて復元処理を行うことにより元の信号に復元する復元ステップと
を実行することを特徴とする信号処理方法。
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