KR101551752B1 - Apparatus and method for recoverying sparse signal using parallel orthogonal matching pursuit - Google Patents
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Abstract
수신 신호에서 성긴 신호를 복원하는 복원 장치 및 복원 방법이 개시된다. 복원 장치 및 복원 방법은 직교 매칭 퍼슛 기법을 이용하여 성긴 신호를 복원하며, 직교 매칭 퍼슛 기법에서의 초기 인덱스를 복수 개 선택하고, 선택된 복수 개의 초기 인덱스 각각에 대하여 직교 매칭 퍼슛 기법을 적용한다.A restoration apparatus and a restoration method for restoring a sparse signal in a received signal are disclosed. The restoration apparatus and restoration method restores a sparse signal using an orthogonal matching percess technique, selects a plurality of initial indexes in the orthogonal matching per use technique, and applies an orthogonal matching percess technique to each selected plurality of initial indexes.
Description
하기의 실시예들은 압축 센싱 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 직교 매칭 퍼슛 기법을 병렬적으로 적용하여 신호 복원 성능을 향상히는 기술에 관한 것이다.
The following embodiments relate to the field of compression sensing, and more particularly, to techniques for improving signal restoration performance by applying an orthogonal matching perchoe technique in parallel.
나이퀴스트 샘플링 (Nyquist sampling) 이론은 현재 대부분의 디지털 장치에서 아날로그 신호를 획득하는데 사용되는 근간이 되는 이론이다. 이 이론에 의하면 아날로그 신호를 완벽히 복원하기 위해서 해당 아날로그 신호 주파수 대역폭의 두 배 이상의 주파수로 샘플링을해야 한다. 이 이론은 간결하고 명쾌하지만, 신호를 완전히 무결하게 복원하기 위한 충분조건 (sufficient condition)이기에 신호의 특성이 반영되지 않는다. 최근 고화질 영상 처리나 고속 통신 시스템 등의 예에서 볼 수 있듯이 샘플링 해야 하는 데이터양이 급격히 늘어남에 따라서 이 이론의 효율성에 대한 의문이 꾸준히 제기되어 왔다.The Nyquist sampling theory is the basis for most current digital devices to acquire analog signals. According to this theory, in order to fully recover the analog signal, it is necessary to sample at a frequency more than twice that of the analog signal frequency bandwidth. This theory is concise and clear, but it is not a sufficient condition to restore the signal completely and therefore does not reflect the characteristics of the signal. Recently, as the amount of data to be sampled rapidly increases as shown in examples of high-resolution image processing and high-speed communication system, the question of efficiency of this theory has been constantly raised.
Candes와 Donoho등은 복원하고자 하는 신호벡터에서 0의 개수가 많은 경우, 나이퀴스트 샘플링 보다 훨씬 높은 압축률로 원 신호를 완벽하게 복원할 수 있음을 증명하였다. 이 이론을 흔히 압축 센싱 이라고 불리운다.
Candes and Donoho et al. Have shown that if the number of zeros in the signal vector to be restored is large, the original signal can be perfectly restored with a much higher compression ratio than the Nyquist sampling. This theory is often called compression sensing.
하기 실시예들은 수신 신호에서 성긴 신호(sparse signal)을 정확히 복원하는 것을 목적으로 한다.The following embodiments are intended to accurately recover a sparse signal from a received signal.
하기 실시예들은 적은 계산량으로 성긴 신호를 복원하는 것을 목적으로 한다.
The following embodiments are intended to restore a sparse signal with a small amount of calculation.
예시적 실시예에 따르면, 직교 매칭 퍼슛(orthogonal matching pursuit) 기법을 이용하여 수신 신호에서 성긴 신호를 복원하는 복원 장치에 있어서, 상기 직교 매칭 퍼슛 기법의 초기 인덱스를 복수 개 선택하는 초기화부, 상기 선택된 복수의 초기 인덱스에 대하여 상기 직교 매칭 퍼슛 기법을 병렬적으로 적용하여 상기 초기 인덱스 각각에 대응하는 상기 수신 신호의 근사 행렬들을 생성하는 반복 수행부, 및 상기 복수의 근사 행렬들에 기반하여 상기 성긴 신호의 복원 신호를 선택하는 선택부를 포함하는 복원 장치가 제공된다.According to an exemplary embodiment, there is provided a reconstruction apparatus for reconstructing a sparse signal in a received signal using an orthogonal matching pursuit scheme, the apparatus comprising: an initialization unit for selecting a plurality of initial indexes of the orthogonal matching per- An iterative execution unit that applies the orthogonal matching perchoe technique to a plurality of initial indexes in parallel to generate approximate matrices of the received signal corresponding to each of the initial indexes; And a selection unit for selecting a restoration signal of the restoration unit.
여기서, 상기 초기화부는 상기 수신 신호와 상기 직교 매칭 퍼슛 기법의 측정 행렬간의 상관도를 산출하고, 상기 상관도의 값의 크기에 따라서 상기 복수의 초기 인덱스를 선택할 수 있다.Here, the initialization unit may calculate the correlation between the received signal and the measurement matrix of the orthogonal matching technique, and may select the plurality of initial indexes according to the magnitude of the correlation value.
그리고, 상기 반복 수행부는 상기 초기 인덱스 및 상기 직교 매칭 퍼슛 기법이 반복됨에 따라 생성된 추가 인덱스들의 스팬(span) 위로의 정사영(orthogonal projection)을 결정하고, 상기 결정된 정사영에 기반하여 생성된 상기 수신 신호의 근사 행렬과 상기 수신 신호간의 오차를 산출할 수 있다.The iterative execution unit may determine an orthogonal projection over a span of additional indices generated as the initial index and the orthogonal matching fun shoot technique are repeated, and generate an orthogonal projection of the received signal The error between the approximate matrix of the received signal and the received signal can be calculated.
또한, 상기 반복 수행부는 상기 직교 매칭 퍼슛 기법의 측정 행렬의 의사 역행렬(Pseudo Inverse Matrix)을 이용하여 상기 정사영을 산출할 수 있다.Also, the iterative execution unit may calculate the orthogonality by using a pseudo inverse matrix of the measurement matrix of the orthogonal matching percha technique.
여기서, 상기 선택부는 상기 각 근사 행렬과 상기 수신 신호간의 오차에 따라서 상기 복원 신호를 선택할 수 있다.Here, the selector may select the restoration signal according to an error between the approximate matrix and the received signal.
또 다른 예시적 실시예에 따르면, 직교 매칭 퍼슛(orthogonal matching pursuit) 기법을 이용하여 수신 신호에서 성긴 신호를 복원하는 복원 방법에 있어서, 상기 직교 매칭 퍼슛 기법의 초기 인덱스를 복수 개 선택하는 단계, 상기 선택된 복수의 초기 인덱스에 대하여 상기 직교 매칭 퍼슛 기법을 병렬적으로 적용하여 상기 초기 인덱스 각각에 대응하는 상기 수신 신호의 근사 행렬들을 생성하는 단계 및 상기 복수의 근사 행렬에 기반하여 상기 성긴 신호의 복원 신호를 선택하는 단계를 포함하는 복원 방법이 제공된다.According to another exemplary embodiment, there is provided a reconstruction method for reconstructing a sparse signal in a received signal using an orthogonal matching pursuit technique, the method comprising: selecting a plurality of initial indexes of the orthogonal matching per- Generating approximate matrices of the received signal corresponding to each of the initial indices by applying the orthogonal matching technique in parallel to a selected plurality of initial indexes, The method comprising the steps of:
여기서, 상기 초기 인덱스를 선택하는 단계는 상기 수신 신호와 상기 직교 매칭 퍼슛 기법의 측정 행렬간의 상관도를 산출하고, 상기 상관도의 값의 크기에 따라서 상기 복수의 초기 인덱스를 선택할 수 있다.Here, the step of selecting the initial index may calculate the correlation between the received signal and the measurement matrix of the orthogonal matching perchoe technique, and may select the plurality of initial indexes according to the value of the correlation.
그리고, 상기 후보 신호를 생성하는 단계는 상기 초기 인덱스 및 상기 직교 매칭 퍼슛 기법이 반복됨에 따라 생성된 추가 인덱스들의 스팬(span) 위로의 정사영(orthogonal projection)을 결정하고, 상기 결정된 정사영에 기반하여 생성된 상기 수신 신호의 근사 행렬과 상기 수신 신호간의 오차를 산출할 수 있다.The generating of the candidate signal may include determining an orthogonal projection over a span of additional indices generated as the initial index and the orthogonal matching funspot technique are repeated and generating an orthogonal projection based on the determined orthogonality An error between the approximate matrix of the received signal and the received signal can be calculated.
또한, 상기 후보 신호를 생성하는 단계는 상기 직교 매칭 퍼슛 기법의 측정 행렬의 의사 역행렬(Pseudo Inverse Matrix)을 이용하여 상기 정사영을 산출할 수 있다.Also, the step of generating the candidate signal may calculate the orthogonality by using a pseudo inverse matrix of the measurement matrix of the orthogonal matching per-shot technique.
여기서, 상기 선택하는 단계는 상기 각 근사 행렬과 상기 수신 신호간의 오차에 따라서 상기 복원 신호를 선택할 수 있다.
Here, the selecting step may select the restored signal according to an error between the approximate matrix and the received signal.
하기 실시예들에 따르면, 수신 신호에서 성긴 신호(sparse signal)을 정확히 복원할 수 있다.According to the embodiments described below, a sparse signal in a received signal can be accurately recovered.
하기 실시예들에 따르면, 적은 계산량으로 성긴 신호를 복원할 수 있다.
According to the embodiments described below, a sparse signal can be restored with a small calculation amount.
도 1은 수신 신호에서 성긴 신호를 복원하는 개념을 도시한 도면이다.
도 2는 예시적 실시예에 따라 복수의 초기 인덱스를 선택하는 개념을 도시한 도면이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 복원 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 4는 예시적 실시예에 따른 복원 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.1 is a diagram showing a concept of restoring a sparse signal in a received signal.
2 is a diagram illustrating a concept of selecting a plurality of initial indexes according to an exemplary embodiment.
3 is a block diagram showing the structure of a restoration apparatus according to an exemplary embodiment.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a restoration method according to an exemplary embodiment.
이하, 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
압축 센싱(Compressed Sensing)에 따르면, 우리가 통상적으로 다루는 신호들은 대부분 어떤 특정한 신호 공간(space)으로 변형(transform)시켜 보았을 때 성긴 신호(sparse signal)에 해당한다. 성긴 신호들은 변형되기 전의 신호 공간에서 대부분의 값은 '0'이고, '0'이 아닌 신호들은 일부에 불과한 신호이다. 이러한 성긴 신호들은 아주 적은 수의 선행 측정(linear measurement)만으로도 원래의 신호를 거의 완벽하게 복원시킬 수 있다.According to Compressed Sensing, most of the signals we usually deal with correspond to a sparse signal when transformed into a specific signal space. The coarse signals are mostly '0' in the signal space before the deformation, and the signals other than '0' are only some of the signals. These sparse signals can restore almost perfectly the original signal with only a small number of linear measurements.
도 1은 수신 신호에서 성긴 신호를 복원하는 개념을 도시한 도면이다. 도 1에서, 수신 신호 Y(110)는 성긴 신호 X(130)가 측정 행렬 A(120)에 의해 변형된 신호이다. 수신 신호 Y(110), 성긴 신호 X(130), 측정 행렬 A(120)에 포함된 작은 사각형들은 각각 수신 신호 Y(110), 성긴 신호 X(130), 측정 행렬 A(120)의 원소들을 나타낸다.1 is a diagram showing a concept of restoring a sparse signal in a received signal. 1, the received signal Y (110) is a signal in which the sparse signal X (130) is transformed by the measurement matrix A (120). The small squares contained in the received
성긴 신호 X(130)에서, 흰색의 사각형들은 그 값이 '0'인 원소들이고, 회색의 사각형들은 그 값이 '0'이 아닌 원소들이다. 도 1에 도시된 실시예에 따르면, 성긴 신호 X(130)는 대부분의 원소들은 그 값이 '0'이고, 일부의 원소들만이 그 값이 '0'이 아니다.In the
압축 센싱 이론에 따르면, 특정 조건을 만족하는 측정 행렬 A(120)를 이용하면, 수신 신호 Y(110)로부터 성긴 신호 X(130)를 복원할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예를 하기 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
According to the compression sensing theory, a sparse signal X (130) can be recovered from a received signal Y (110) by using a measurement matrix A (120) satisfying a specific condition. The embodiment shown in FIG. 1 can be expressed by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
여기서, 수신 신호 Y는 , 측정 신호 A는 , 성긴 신호 X는 , 가우시안 잡음 Z는 이다. 또한, n > m 이다.Here, the received signal Y is , The measurement signal A is , The sparse signal X , Gaussian noise Z is to be. Also, n > m.
수학식 1에서 표현된 신호 복원 문제의 해는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
The solution of the signal reconstruction problem expressed in Equation (1) can be expressed as Equation (2).
[수학식 2]
&Quot; (2) "
여기서, 이고, 은 성긴 신호 X의 행들 중에서 어느 하나의 원소의 값이 '0'이 아닌 행의 개수를 나타낸다.here, ego, Represents the number of rows in which the value of any element among the rows of the coarse signal X is not '0'.
수학식 2를 푸는 문제는 복잡성이 매우 높은 것으로 알려져 있으며, 이를 해결하기 위하여 여러 가지 알고리즘이 제안되었다. 그 중에서 S-OMP 알고리즘은 복원 성능이 비교적 뛰어나고 복잡도가 낮아 널리 사용되고 있다.The problem of solving Equation (2) is known to be very complex, and various algorithms have been proposed to solve this problem. Among them, the S-OMP algorithm is widely used because of its relatively high restoration performance and low complexity.
이하 도 2 내지 도 4에서는 S-OMP 알고리즘을 개선하여 복원 성능을 향상시킨 병렬 직교 매칭 퍼슛(Parallel Orthogonal Matching Pursuit) 기법에 대하여 설명한다. 병렬 직교 매칭 퍼슛 기법은 복수의 초기 인덱스를 선택하고, 각각의 초기 인덱스에 대하여 직교 매칭 퍼슛 기법을 병렬적으로 적용한다.
Hereinafter, a Parallel Orthogonal Matching Pursuit (S-OMP) algorithm with improved restoration performance will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. The parallel orthogonal matching percess technique selects a plurality of initial indexes and applies an orthogonal matching perchoe technique to each initial index in parallel.
도 2는 예시적 실시예에 따라 복수의 초기 인덱스를 선택하는 개념을 도시한 도면이다. 도 2에서, 첫 번째 열은 직교 매칭 퍼슛 기법의 반복 횟수를 나타내고, 두 번째 열은 종래의 직교 매칭 퍼슛 기법에 따른 해, 세 번째 열은 예시적 실시예에 따른 병렬 직교 매칭 퍼슛 기법에 따른 해를 나타낸다.2 is a diagram illustrating a concept of selecting a plurality of initial indexes according to an exemplary embodiment. In FIG. 2, the first column represents the number of repetitions of the orthogonal matching funget technique, the second column represents the solution according to the conventional orthogonal matching fun technique, the third column refers to the solution according to the parallel orthogonal matching fun technique according to the exemplary embodiment .
도 2에서, 는 측정 행렬의 i번째 열을 나타내고, 는 t 번째 반복 횟수에서 l번째 인덱스 집합을 나타낸다.2, < EMI ID = 1.0 > represents the i-th column of the measurement matrix, Represents the lth index set at the t-th iteration.
반복 횟수가 '1'인 경우에, 직교 매칭 퍼슛 기법의 경우 초기 인덱스를 선택한다. 종래의 직교 매칭 퍼슛 기법에 따르면 하나의 초기 인덱스만을 선택한다. 여기서, 직교 매칭 퍼슛 기법은 측정 행렬의 열들 중에서 어느 하나의 열을 선택하고, 선택된 열의 인덱스를 초기 인덱스로 선택할 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에 따르면, 종래의 직교 매칭 퍼슛 기법에서는 '6'을 초기 인덱스로 선택하였다.When the number of repetition is '1', the initial index is selected in the case of the orthogonal matching percess technique. According to the conventional orthogonal matching permutation technique, only one initial index is selected. Here, the orthogonal matching technique may select any one of the columns of the measurement matrix and select the index of the selected column as the initial index. According to the embodiment shown in FIG. 2, '6' is selected as the initial index in the conventional orthogonal matching pershoot technique.
반면, 예시적 실시예에 따른 병렬 직교 매칭 퍼슛 기법의 경우 복수의 초기 인덱스를 선택한다. 도 2에 도시된 실시예에 따르면, 병렬 직교 매칭 퍼슛 기법의 경우, '6', '3', '8'을 초기 인덱스로 선택하였다.On the other hand, in the case of the parallel orthogonal matching per-shot technique according to the exemplary embodiment, a plurality of initial indexes are selected. According to the embodiment shown in FIG. 2, '6', '3', and '8' are selected as initial indexes in the case of the parallel orthogonal matching permutation technique.
반복 횟수가 증가함에 따라서, 직교 매칭 퍼슛 기법은 추가 인덱스를 선택한다. 종래의 직교 매칭 퍼슛 기법에서는, 반복 횟수가 '2'인 경우 '2'를 추가 인덱스로 선택하고, 반복 횟수가 '3'인 경우 '5'를 추가 인덱스로 선택하여 인덱스 집합은 {6, 2, 5}이다.As the number of iterations increases, the orthogonal matching permutation technique selects an additional index. In the conventional orthogonal matching technique, when the number of repetitions is '2', '2' is selected as an additional index. When the number of repetitions is '3', '5' , 5}.
예시적 실시예에 따른 병렬 직교 매칭 퍼슛 기법은 각각의 초기 인덱스에 대하여 병렬적으로 직교 매칭 퍼슛 기법을 적용하여 초기 인덱스 각각에 대응하는 추가 인덱스를 생성한다. 도 2에 도시된 실시예에서는 초기 인덱스 '6'에 대해서 추가 인덱스 '2' 및 '5'를 선택하여 인덱스 집합은 {6, 2, 5}이다. 또한, 초기 인덱스 '3'에 대해서 추가 인덱스 '4' 및 '10'을 선택하여 인덱스 집합은 {3, 2, 10}이다. 마지막으로, 초기 인덱스 '8'에 대해서 추가 인덱스 '7' 및 '1'을 선택하여 인덱스 집합은 {8, 7, 1}이다.The parallel orthogonal matching percess technique according to the exemplary embodiment applies an orthogonal matching percess technique in parallel to each initial index to generate an additional index corresponding to each initial index. In the embodiment shown in FIG. 2, the additional indexes '2' and '5' are selected for the initial index '6', and the index set is {6, 2, 5}. Further, the index set is {3, 2, 10} by selecting the additional indexes '4' and '10' for the initial index '3'. Finally, the additional indexes '7' and '1' are selected for the initial index '8', and the index set is {8, 7, 1}.
도 2에 도시된 실시예를 참고하면, 예시적 실시예에 따른 병렬 직교 매칭 퍼슛 기법은 선택된 초기 인덱스 각각에 대응하는 인덱스 집합을 생성한다. 이 인덱스 집합들로 구성할 수 있는 신호를 성긴 신호의 후보 신호들이라 할 수 있으며, 병렬 직교 매칭 퍼슛 기법은 복수의 후보 신호들 중에서 성긴 신호의 복원 신호를 선택한다.With reference to the embodiment shown in FIG. 2, the parallel orthogonal matching percess technique according to the exemplary embodiment generates an index set corresponding to each selected initial index. A signal that can be composed of these index sets may be a candidate signal of a sparse signal, and a parallel orthogonal matching technique may select a sparse signal restoration signal among a plurality of candidate signals.
도 2에 도시된 실시예에 따르면, 병렬 직교 매칭 퍼슛 기법은 수신 신호와 각각의 복원 신호에 대하여 오차 신호를 생성하고, 생성된 오차 신호의 크기에 따라서 후보 신호들 중에서 복원 신호를 선택할 수 있다.
According to the embodiment shown in FIG. 2, the parallel orthogonal matching perchoe technique can generate an error signal for a received signal and each reconstructed signal, and select a reconstructed signal from candidate signals according to the magnitude of the generated error signal.
이하 도 3 내지 도 4에서 병렬 직교 매칭 퍼슛 기법을 이용한 신호 복원 기법에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
Hereinafter, a signal restoration technique using the parallel orthogonal matching percess technique will be described in detail with reference to FIG. 3 to FIG.
도 3은 예시적 실시예에 따른 복원 장치의 구조를 도시한 블록도이다. 예시적 실시예에 따른 복원 장치(300)는 초기화부(310), 반복 수행부(320) 및 선택부(330)를 포함한다.3 is a block diagram showing the structure of a restoration apparatus according to an exemplary embodiment. The
초기화부(310)는 잔여 행렬(residual matrix) 의 초기값 , 인덱스 집합 의 초기값 , 반복 횟수 t 를 하기 수학식 3과 같이 초기화할 수 있다.
The
[수학식 3]
&Quot; (3) "
여기서 잔여 행렬 은 l번째 POMP블록을 통해 생성된 수신신호 Y의 근사행렬 (approximation matrix) 과 수신신호 Y간의 오차를 의미한다.Here, Is an approximation matrix of the received signal Y generated through the 1 < th > POMP block, And the received signal Y, respectively .
뿐만 아니라, 초기화부(310)는 수신 신호를 수신하고, 수신 신호에 대하여 직교 매칭 퍼슛 기법을 적용하기 위한 초기 인덱스를 복수 개 선택할 수 있다. 여기서, 초기 인덱스는 측정 행렬의 열 벡터들 중에서 초기 벡터로 선택된 벡터들의 인덱스일 수 있다. 초기화부(310)는 수신 신호와 직교 매칭 퍼슛 기법의 측정 행렬간의 상관도를 산출하고, 상관도의 값의 크기에 따라서 복수의 초기 인덱스를 선택할 수 있다. 일측에 따르면, 초기화부(310)는 하기 수학식 4와 같이, 수신 신호 Y와 측정 행렬 A의 상관도가 큰 순서대로 L개의 초기 인덱스 를 선택할 수 있다.
In addition, the
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서, 는 측정 행렬 A의 i 번째 열을 나타내고, 는 l번째 후보집합을 통해 계산된 잔여행렬의 j번째 열을 의미한다. 수학식 4에서 는 벡터 c, d의 내적을 의미한다.here, Represents the i-th column of the measurement matrix A , Denotes the jth column of the residual matrix calculated through the lth candidate set. In
수학식 4를 참고하면, 초기화부(310)는 측정 행렬 A의 각 열과, 의 내적을 통해 나온 크기의 벡터의 합이 가장 큰 i 가 의 t 번째 '0'이 아닌 열이 된다.Referring to Equation (4), the
초기화부(310)는 생성된 인덱스 를 하기 수학식 5에 따라서, 종래의 인덱스 집합과 병합한다.
The
[수학식 5]
&Quot; (5) "
초기화부(310)는 인덱스 집합 에 포함된 인덱스들의 스팬(span)위로의 정사영(orthogonal projection)인 를 결정한다.
The
[수학식 6]
&Quot; (6) "
여기서, 은 에 속하는 원소에 해당되는 열들로 구성된 A행렬의 sub-matrix를 의미한다.here, silver Matrix of the matrix A consisting of the columns corresponding to the elements belonging to the matrix A.
일측에 따르면, 초기화부(310)는 측정 행렬의 의사 역행렬(Pseudo Inverse Matrix)을 이용하여 정사영 를 결정할 수 있다.According to one aspect, the
초기화부(310)는 결정된 정사영에 기반하여 수신 신호의 근사 행렬(approximation matrix)와 잔여 행렬 를 하기 수학식 7과 같이 업데이트 할 수 있다.
The
[수학식 7]
&Quot; (7) "
여기서 잔여 행렬 는 수신신호 Y와 상기 수신 신호의 근사 행렬 간의오차를 의미한다.
Here, Is an approximate matrix of the received signal Y and the received signal .
초기화부(310)는 수학식 3내지 수학식 7 까지의 초기화 절차를 L 번 수행하여 L 개의 초기 인덱스를 선택한다.
The
반복 수행부(320)는 선택된 복수의 초기 인덱스에 대하여 직교 매칭 퍼슛 기법을 병렬적으로 적용하여 초기 인덱스 각각에 대응하는 수신 신호의 근사 행렬(approximation matrix) 와 잔여 행렬 을 업데이트할 수 있다. 일측에 따르면, 반복 수행부(320)는 선택된 복수의 초기 인덱스 각각에 대하여 수학식 4 내지 수학식 7의 절차를 반복할 수 있다. 일측에 따르면, 반복 수행부(320)는 미리 결정된 상수인 K 번 만큼 수학식 4 내지 수학식 7의 절차를 반복할 수 있다.
The
일측에 따르면, 반복 수행부(320)의 반복에 따라서 인덱스 집합이 일치할 수도 있다. 예를 들어, 초기 인덱스로 인덱스 3을 선택하고, 이후 반복에 따라 인덱스 2를 추가한 경우의 인덱스 집합과. 초기 인덱스로 인덱스 2를 선택하고, 이후 반복에 따라 인덱스 3을 추가한 경우에 초기 인덱스 '3'에 대응되는 인덱스 집합은 {3, 2}이고, 초기 인덱스 '2'에 대응되는 인덱스 집합은 {2, 3}이다. 반복 생성부(320)는 초기 인덱스 및 추가 인덱스들을 포함하는 인덱스 집합들을 서로 비교할 수 있다.According to one aspect, the set of indexes may coincide with the repetition of the
일측에 따르면, 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합이 존재하는 경우에,반복 수행부(320)는 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합들 중에서 어느 하나의 집합에 대해서만 반복을 계산하고, 다른 인덱스 집합에 대해서는 반복을 중단하여 무의미한 반복 계산을 피할 수 있다.According to one aspect, when there is an index set including the same index, the
다른 측면에 따르면, t번째 반복과정에서 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합이 존재하는 경우에, t번째 반복과정의 초기화부(310)는 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합의 개수에 비례하여 인덱스를 재선택할 수 있다. 예를 들어, N개의 인덱스 집합이 존재하는 경우, 초기화부(310)는 t번째 반복과정에서 N-1개의 초기 인덱스를 재선택할 수 있다. 이 경우, 반복 수행부(320)는 재선택된 초기 인덱스에 대하여 직교 매칭 퍼슛 기법을 적용하여 인덱스 집합을 생성할 수 있다.
According to another aspect, when there is an index set including the same index in the t-th iteration, the
선택부(330)는 초기화부(310) 및 반복 수행부(320)가 생성한 근사 행렬들에 기반하여 성긴 신호의 복원 신호를 선택한다. 일측에 따르면, 선택부(330)는 각 근사 행렬과 수신 신호간의 오차에 따라서 복원 신호를 선택할 수 있다. 선택부(330)는 하기 수학식 7과 같이, 각 근사 행렬과 수신 신호간의 오차를 의미하는 잔여 행렬의 크기가 최소가 되는 인덱스 집합을 통하여 복원된 신호를 성긴 신호의 복원 신호로 선택할 수 있다.
The selecting
[수학식 8]
&Quot; (8) "
도 4는 예시적 실시예에 따른 복원 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a restoration method according to an exemplary embodiment.
단계(410)에서, 복원 장치는 잔여 행렬(residual matrix) 의 초기값 인덱스 집합 의 초기값 , 반복 횟수 t 를 하기 수학식 3과 같이 초기화할 수 있다.
At
또한, 복원 장치는 수신 신호를 수신하고, 수신 신호에 대하여 직교 매칭 퍼슛 기법을 적용하기 위한 초기 인덱스를 복수 개 선택할 수 있다. 여기서, 초기 인덱스는 측정 행렬의 열 벡터들 중에서 초기 벡터로 선택된 벡터들의 인덱스일 수 있다. 복원 장치는 수신 신호와 직교 매칭 퍼슛 기법의 측정 행렬간의 상관도를 산출하고, 상관도의 값의 크기에 따라서 복수의 초기 인덱스 를 선택할 수 있다.In addition, the restoration device may receive a received signal and may select a plurality of initial indexes for applying the orthogonal matching perchoe technique to the received signal. Here, the initial index may be an index of vectors selected by the initial vector among the column vectors of the measurement matrix. The decompression apparatus may calculate the correlation between the received signal and the measurement matrix of the orthogonal matching technique and select a plurality of initial indexes according to the magnitude of the correlation value.
복원 장치는 생성된 인덱스 를 종래의 인덱스 집합과 병합한다.The restoration device stores the generated index With the conventional index set.
복원 장치는 인덱스 집합 에 포함된 인덱스들의 스팬(span)위로의 정사영(orthogonal projection)인 를 결정한다. 일측에 따르면, 복원 장치는 측정 행렬의 의사 역행렬(Pseudo Inverse Matrix)을 이용하여 정사영 를 결정할 수 있다.The restoration device includes a set of indexes Which is the orthogonal projection over the span of the indexes included in the < RTI ID = 0.0 > . According to one aspect, the restoration device uses a pseudo inverse matrix of the measurement matrix Can be determined.
복원 장치는 결정된 정사영에 기반하여 수신 신호의 근사 행렬(approximation matrix) 와 잔여 행렬 를 업데이트 할 수 있다.
The restoration apparatus calculates an approximation matrix of the received signal based on the decided orthogonality, And the residual matrix Can be updated.
단계(420)에서, 복원 장치는 선택된 복수의 초기 인덱스에 대하여 직교 매칭 퍼슛 기법을 병렬적으로 적용하여 초기 인덱스 각각에 대응하는 수신 신호의 근사 행렬(approximation matrix) 와 잔여 행렬 를 업데이트 할 수 있다.
In
일측에 따르면, 단계(425)에서의 복원 장치는 초기 인덱스 및 추가 인덱스들을 포함하는 인덱스 집합들을 서로 비교할 수 있다. 이 경우, 반복에 따라서 인덱스 집합이 일치할 수도 있다.According to one aspect, the decompressor in
일측에 따르면, 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합이 존재하는 경우에, 복원 장치는 단계(420)에서 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합들 중에서 어느 하나의 집합에 대해서만 반복을 계산하고, 다른 인덱스 집합에 대해서는 반복을 중단하여 무의미한 반복 계산을 피할 수 있다.According to one aspect, when there is an index set that includes the same index, the decompression apparatus calculates an iteration only for any one of the index sets including the same index in
다른 측면에 따르면, t번째 반복과정에서 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합이 존재하는 경우에, t번째 반복 과정의 복원 장치는 단계(410)에서 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합의 개수에 비례하여 인덱스를 재선택 할 수 있다. 이 경우, 복원 장치는 단계(420)에서 재선택된 초기 인덱스에 대하여 직교 매칭 퍼슛 기법을 적용하여 인덱스 집합을 생성할 수 있다.
According to another aspect, when there is an index set including the same index in the t-th iteration, the restoration apparatus of the t-th iteration process calculates an index in proportion to the number of index sets including the same index in
단계(430)에서, 복원 장치는 생성된 근사 행렬들에 기반하여 성긴 신호의 복원 신호를 선택한다. 일측에 따르면, 복원 장치는 각 근사 행렬과 수신 신호간의 오차에 따라서 복원 신호를 선택할 수 있다. 복원 장치는 각 근사 행렬과 수신 신호간의 오차를 의미하는 잔여 행렬의 크기가 최소가 되는 인덱스 집합을 통하여 복원된 신호를 성긴 신호의 복원 신호로 선택할 수 있다.
In
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
110: 수신 신호
120: 측정 행렬
130: 성긴 신호110: received signal
120: measurement matrix
130: Sparkling signal
Claims (15)
상기 직교 매칭 퍼슛 기법의 초기 인덱스를 복수 개 선택하는 초기화부;
상기 선택된 복수의 초기 인덱스에 대하여 상기 직교 매칭 퍼슛 기법을 병렬적으로 적용하여 상기 초기 인덱스 각각에 대응하는 상기 수신 신호의 근사 행렬들을 생성하는 반복 수행부;
상기 복수의 근사 행렬들에 기반하여 상기 성긴 신호의 복원 신호를 선택하는 선택부
를 포함하는 복원 장치.
1. A restoration apparatus for restoring a coarse signal in a received signal using an orthogonal matching pursuit scheme,
An initialization unit for selecting a plurality of initial indexes of the orthogonal matching per use technique;
An iterative execution unit that applies the orthogonal matching perchoe technique to the selected plurality of initial indexes in parallel to generate approximate matrices of the received signals corresponding to each of the initial indexes;
A selector for selecting a restored signal of the sparse signal based on the plurality of approximate matrices;
.
상기 초기화부는 상기 수신 신호와 상기 직교 매칭 퍼슛 기법의 측정 행렬간의 상관도를 산출하고, 상기 상관도의 값의 크기에 따라서 상기 복수의 초기 인덱스를 선택하는 복원 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the initialization unit calculates the correlation between the received signal and the measurement matrix of the orthogonal matching perchture technique and selects the plurality of initial indexes according to the magnitude of the correlation value.
상기 반복 수행부는 상기 초기 인덱스 및 상기 직교 매칭 퍼슛 기법이 반복됨에 따라 생성된 추가 인덱스들의 스팬(span) 위로의 정사영(orthogonal projection)을 결정하고, 상기 결정된 정사영에 기반하여 생성된 상기 수신 신호의 근사 행렬과 상기 수신 신호간의 오차를 산출하는 복원 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the iterative execution unit determines an orthogonal projection over a span of additional indices generated as the initial index and the orthogonal matching perchture technique are repeated and generates an approximation of the received signal based on the determined orthogonality And calculates an error between the matrix and the received signal.
상기 반복 수행부는 상기 직교 매칭 퍼슛 기법의 측정 행렬의 의사 역행렬(Pseudo Inverse Matrix)을 이용하여 상기 정사영을 산출하는 복원 장치.
The method of claim 3,
Wherein the iterative execution unit computes the orthogonal projection using a pseudo inverse matrix of a measurement matrix of the orthogonal matching technique.
상기 선택부는 상기 각 근사 행렬과 상기 수신 신호간의 오차에 따라서 상기 복원 신호를 선택하는 복원 장치.
The method of claim 3,
And the selector selects the restoration signal according to an error between the approximate matrix and the received signal.
상기 초기 인덱스 및 상기 직교 매칭 퍼슛 기법이 반복됨에 따라 생성된 추가 인덱스들이 포함된 인덱스 집합들을 서로 비교하고, 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합들 중에서 어느 하나의 집합에 대해서만 상기 직교 매칭 퍼슛 기법을 적용하는 복원 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the repetition performing unit
The initial indexes and the orthogonal matching permutation techniques are repeated, and the orthogonal matching permutation technique is applied to only one of the sets of indexes including the same index Restoration device.
상기 초기 인덱스 및 상기 직교 매칭 퍼슛 기법이 반복됨에 따라 생성된 추가 인덱스들이 포함된 인덱스 집합들을 서로 비교하고,
상기 인덱스 집합들 중에서 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합이 존재하는 경우에, 상기 초기화부는 상기 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합의 원소 개수에 따라 상기 초기 인덱스를 재선택하여 상기 인덱스 집합의 개수를 유지 하고,
상기 반복 수행부는 재선택된 초기 인덱스에 대하여 상기 직교 매칭 퍼슛 기법을 적용하는 복원 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the repetition performing unit
Comparing the index sets including additional indexes generated as the initial index and the orthogonal matching permit technique are repeated,
The initialization unit reselects the initial index according to the number of elements of the index set including the same index to maintain the number of the index sets when there is an index set including the same index among the index sets,
Wherein the iterative execution unit applies the orthogonal matching perchoe technique to the re-selected initial index.
상기 직교 매칭 퍼슛 기법의 초기 인덱스를 복수 개 선택하는 단계;
상기 선택된 복수의 초기 인덱스에 대하여 상기 직교 매칭 퍼슛 기법을 병렬적으로 적용하여 상기 초기 인덱스 각각에 대응하는 상기 수신 신호의 근사 행렬들을 생성하는 단계; 및
상기 복수의 근사 행렬에 기반하여 상기 성긴 신호의 복원 신호를 선택하는 단계
를 포함하는 복원 방법.
A restoration method for restoring a coarse signal in a received signal using an orthogonal matching pursuit technique,
Selecting a plurality of initial indices of the orthogonal matching perchoe technique;
Generating approximate matrices of the received signals corresponding to each of the initial indices by applying the orthogonal matching perchoe technique to the selected plurality of initial indexes in parallel; And
Selecting a restored signal of the coarse signal based on the plurality of approximate matrices
/ RTI >
상기 초기 인덱스를 선택하는 단계는 상기 수신 신호와 상기 직교 매칭 퍼슛 기법의 측정 행렬간의 상관도를 산출하고, 상기 상관도의 값의 크기에 따라서 상기 복수의 초기 인덱스를 선택하는 복원 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the selecting the initial index comprises: calculating a correlation between the received signal and a measurement matrix of the orthogonal matching perchoe technique; and selecting the plurality of initial indexes according to a value of the correlation.
상기 수신 신호의 근사 행렬들을 생성하는 단계는 상기 초기 인덱스 및 상기 직교 매칭 퍼슛 기법이 반복됨에 따라 생성된 추가 인덱스들의 스팬(span) 위로의 정사영(orthogonal projection)을 결정하고, 상기 결정된 정사영에 기반하여 생성된 상기 수신 신호의 근사 행렬과 상기 수신 신호간의 오차를 산출하는 복원 방법.9. The method of claim 8,
Wherein generating the approximate matrices of the received signal comprises determining an orthogonal projection over a span of additional indices generated as the initial index and the orthogonal matching funspot technique are repeated, And an error between the generated approximate matrix of the received signal and the received signal is calculated.
상기 수신 신호의 근사 행렬들을 생성하는 단계는 상기 직교 매칭 퍼슛 기법의 측정 행렬의 의사 역행렬(Pseudo Inverse Matrix)을 이용하여 상기 정사영을 산출하는 복원 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the generating of the approximate matrices of the received signal comprises calculating an orthogonal projection using a pseudo inverse matrix of a measurement matrix of the orthogonal matching per use technique.
상기 성긴 신호의 복원 신호를 선택하는 단계는 상기 각 근사 행렬과 상기 수신 신호간의 오차에 따라서 상기 복원 신호를 선택하는 복원 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step of selecting the restored signal of the sparse signal selects the restored signal according to an error between the approximate matrix and the received signal.
상기 초기 인덱스 및 상기 직교 매칭 퍼슛 기법이 반복됨에 따라 생성된 추가 인덱스들이 포함된 인덱스 집합들을 서로 비교하고, 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합들 중에서 어느 하나의 집합에 대해서만 상기 직교 매칭 퍼슛 기법을 적용하는 복원 방법.9. The method of claim 8, wherein generating the approximate matrices comprises:
The initial indexes and the orthogonal matching permutation techniques are repeated, and the orthogonal matching permutation technique is applied to only one of the sets of indexes including the same index How to restore.
상기 초기 인덱스 및 상기 직교 매칭 퍼슛 기법이 반복됨에 따라 생성된 추가 인덱스들이 포함된 인덱스 집합들을 서로 비교하는 단계를 더 포함하고,
상기 인덱스 집합들 중에서 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합이 존재하는 경우에, 상기 초기 인덱스를 선택하는 단계는 상기 동일한 인덱스를 포함하는 인덱스 집합의 원소 개수에 따라 상기 초기 인덱스를 재선택하여 상기 인덱스 집합의 개수를 유지하고,
상기 근사 행렬들을 생성하는 단계는 재선택된 초기 인덱스에 대하여 상기 직교 매칭 퍼슛 기법을 적용하는 복원 방법.9. The method of claim 8,
Further comprising comparing index sets including additional indexes generated as the initial index and the orthogonal matching permit technique are repeated,
Wherein the step of selecting the initial index includes the step of re-selecting the initial index according to the number of elements of the index set including the same index, if there is an index set including the same index among the index sets, Keep the number,
Wherein generating the approximate matrices comprises applying the orthogonal matching perchoe technique to a re-selected initial index.
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