KR102252359B1 - Method and apparatus for restoring signal by using compressive sensing - Google Patents

Method and apparatus for restoring signal by using compressive sensing Download PDF

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KR102252359B1 KR1020200005221A KR20200005221A KR102252359B1 KR 102252359 B1 KR102252359 B1 KR 102252359B1 KR 1020200005221 A KR1020200005221 A KR 1020200005221A KR 20200005221 A KR20200005221 A KR 20200005221A KR 102252359 B1 KR102252359 B1 KR 102252359B1
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Abstract

A signal restoration method using compression sensing and a device thereof are disclosed. The signal restoration method using compression sensing comprises the following steps of: receiving a measurement signal; reconstructing the measurement signal according to a magnitude order; and calculating an optimal solution for a linear measurement equation of the reconstructed measurement signal in a frequency domain.

Description

압축 센싱을 이용하는 신호 복원 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RESTORING SIGNAL BY USING COMPRESSIVE SENSING}Signal restoration method and apparatus using compression sensing {METHOD AND APPARATUS FOR RESTORING SIGNAL BY USING COMPRESSIVE SENSING}

본 발명은 측정 신호에 대한 원신호를 복원하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압축 센싱을 이용하는 신호 복원 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for reconstructing an original signal for a measurement signal, and more particularly, to a method and apparatus for reconstructing a signal using compression sensing.

기존의 정보/통신 시스템은 샤논(Shannon)과 나이키스트(Nyquist)에 의한 샘플링 이론(Sampling Theorem)에 입각하여 설계된 디지털 시스템 위주로 발전되어 왔다. 신호의 최고 주파수의 2배 이상으로 샘플링을 하면 그 신호를 정확하게 다시 아날로그 신호로 복원할 수 있다는 것이 바로 샤논-나이키스트의 샘플링 이론인데, 오늘날까지 이 이론은 디지털 시스템을 구축하는 기초이론으로 충실되게 이용되어 왔다.Existing information/communication systems have been developed mainly on digital systems designed based on Sampling Theorem by Shannon and Nyquist. It is Shannon-Nyquist's sampling theory that if you sample at least twice the highest frequency of the signal, the signal can be accurately restored to an analog signal. Until today, this theory has been faithfully used as a basic theory for building a digital system. Has been used.

하지만 최근 나이키스트 레이트(Nyquist rate) 이상으로 신호를 샘플링하지 않아도 완전하기 신호를 복원할 수 있는 압축 센싱 이론이 많은 관심을 받고 있다.However, recently, a compression sensing theory capable of completely recovering a signal without sampling a signal above the Nyquist rate is receiving a lot of interest.

압축 센싱 이론은 통상적으로 다루는 신호들은 대부분 어떤 특정한 신호 공간(space)로 변환(transform)되었을 때, 대부분의 값이 0인 소위 스파스(sparse)한 신호라는 것에 주목하고 있다. 푸리에 변환을 통해 주파수 영역으로 변환된 신호는, 대부분이 주파수 x에서 크기 F가 0이고, 상대적으로 아주 적은 수의 x에서 크기 F가 논-제로(none-zeor)값을 나타내는 스파스한 신호이다.Compression sensing theory notes that most commonly handled signals are so-called sparse signals whose most values are zero when they are transformed into a certain signal space. Signals transformed into the frequency domain through Fourier transform are mostly sparse signals with a magnitude F of 0 at frequency x and a non-zeor value of magnitude F at a relatively small number of x. .

압축 센싱 이론에 따르면, 이러한 스파스한 신호는 아주 적은 수의 선형측정(linear measurements)만으로도 원래의 신호로 거의 완벽하게 복원될 수 있다.According to compression sensing theory, these sparse signals can be almost completely restored to the original signal with very few linear measurements.

압축 센싱 이론의 핵심은 선형 방정식 y=Ax의 최적해를 찾는 것으로 요약될 수 있다. 여기서, y는 측정 신호이며, A는 선형 측정 행렬, x는 측정 신호에 대한 원신호를 나타낸다. 즉, 이러한 선형 측정식은, 원래의 신호 x로부터 어떤 행렬을 곱해서 얻은 y가 선형 측정된 신호라고 정의된다.The essence of compression sensing theory can be summarized as finding the optimal solution of the linear equation y=Ax. Here, y is a measurement signal, A is a linear measurement matrix, and x is an original signal for the measurement signal. That is, this linear measurement equation is defined as a linearly measured signal y obtained by multiplying the original signal x by a certain matrix.

이러한 선형 방정식은 under-determined system이므로 수많은 원신호 x에 대한 해가 존재하며, 이러한 해 중에서 최적해는, L0-최적화(Optimization 또는 최소화), L1-최적화 또는 L2-최적화 기법을 통해 계산될 수 있다.Since this linear equation is an under-determined system, there are many solutions for the original signal x, and among these solutions, the optimal solution can be calculated through L 0 -optimization (Optimization or minimization), L 1 -optimization, or L 2 -optimization techniques. I can.

관련 선행문헌으로 특허 문헌인 대한민국 등록특허 제10-1526774호, 제10-1580532호, 대한민국 공개특허 제2019-0042982호, 비특허문헌인 "압축센싱 소개, 이흥노, 박상준, 박순철, 2011년 1월 전자공학회지 제38권 제1호"가 있다.As related prior documents, Korean Patent Nos. 10-1526774, 10-1580532, Korean Patent Publication No. 2019-0042982, which are patent documents, non-patent documents, "Introduction to Compression Sensing, Heung-no Lee, Sang-jun Park, Soon-cheol Park, 2011 Monthly Journal of Electronics Engineers Vol. 38, No. 1, is available.

본 발명은 압축 센싱을 이용하는 신호 복원의 정확도를 더욱 높일 수 있는 신호 복원 방법을 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a signal restoration method capable of further increasing the accuracy of signal restoration using compression sensing.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정 신호를 입력받는 단계; 크기 순서에 따라서, 상기 측정 신호를 재구성하는 단계; 및 상기 재구성된 측정 신호의 선형 측정식에 대한 최적해를 주파수 영역에서 계산하는 단계를 포함하는 압축 센싱을 이용하는 신호 복원 방법이 제공된다. According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, receiving a measurement signal; Reconstructing the measurement signal according to the order of magnitude; And calculating an optimal solution to the linear measurement equation of the reconstructed measurement signal in a frequency domain.

또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 크기 순서에 따라서, 상기 측정 신호를 재구성하는 재구성부; 상기 재구성된 측정 신호의 선형 측정식에 대한 최적해를 주파수 영역에서 계산하는 최적해 계산부; 및 상기 최적해를 시간 영역값으로 역변환하는 역변환부를 포함하는 압축 센싱을 이용하는 신호 복원 장치가 제공된다.In addition, according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, according to the order of magnitude, the reconstruction unit for reconstructing the measurement signal; An optimum solution calculator for calculating an optimum solution for the linear measurement equation of the reconstructed measurement signal in a frequency domain; And an inverse transform unit for inversely transforming the optimal solution into a time domain value.

본 발명의 일실시예에 따르면, 측정 신호의 희박도가 상승하여 원신호에 대한 최적해의 정확도가 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the leanness of the measurement signal is increased, so that the accuracy of the optimal solution to the original signal may be improved.

또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 측정 신호의 일부 데이터가 손실된 경우에도 원신호가 정확하게 복원될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, even when some data of the measurement signal is lost, the original signal can be accurately restored.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압축 센싱을 이용하는 신호 복원 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압축 센싱을 이용하는 신호 복원 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 신호 복원 방법의 복원 결과를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a signal recovery apparatus using compression sensing according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining a signal recovery method using compression sensing according to an embodiment of the present invention.
3 to 5 are diagrams for explaining a restoration result of a signal restoration method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

전술된 바와 같이, 압축 센싱은 측정 신호의 희박도(sparsity)에 기반하여 신호를 복원하는 이론이며, 희박도가 증가할수록 원신호에 대한 최적해가 보다 정확하게 산출될 수 있다. As described above, compression sensing is a theory of restoring a signal based on sparsity of a measured signal, and an optimal solution to the original signal can be more accurately calculated as the slackness increases.

본 발명은 이러한 점에 착안하여 측정 신호의 희박도를 높여 원신호에 대한 최적해를 산출함으로써, 측정 신호로부터 원신호를 복원한다. 본 발명의 일실시예는 측정 신호의 희박도를 높이기 위해, 측정 신호를 크기 순서에 따라서 재구성한 후, 재구성된 측정 신호의 선형 변환식으로부터 원신호에 대한 최적해를 산출한다. 이와 같이, 재구성된 측정 신호는 선형성이 증가하며, 데이터가 급격히 변하는 구간이 감소하므로, 재구성된 측정 신호에 대한 고주파 성분이 감소하며 측정 신호의 희박도가 증가할 수 있다.In view of this, the present invention restores the original signal from the measurement signal by calculating an optimal solution to the original signal by increasing the leanness of the measurement signal. According to an embodiment of the present invention, in order to increase the leanness of the measurement signal, after reconstructing the measurement signal according to the order of magnitude, an optimal solution to the original signal is calculated from a linear conversion equation of the reconstructed measurement signal. In this way, the linearity of the reconstructed measurement signal increases, and since the period in which the data rapidly changes decreases, a high frequency component of the reconstructed measurement signal decreases, and the leanness of the measurement signal may increase.

본 발명의 일실시예에 따른 신호 복원 방법은, 통신 시스템, 영상 처리 장치, 전력 시스템 등, 압축 센싱 기반으로 측정 신호를 입력받아 복원하는 기술 분야에 모두 적용될 수 있다. The signal restoration method according to an embodiment of the present invention can be applied to all technical fields of receiving and restoring a measurement signal based on compression sensing, such as a communication system, an image processing device, and a power system.

본 발명의 일실시예에 따른 신호 복원 방법은 프로세서를 포함하는 컴퓨팅 장치에서 수행될 수 있으며, 일실시예로서 데스크탑, 노트북, 서버 또는 별도의 신호 복원 장치에서 수행될 수 있다.The signal restoration method according to an exemplary embodiment of the present invention may be performed in a computing device including a processor, and as an exemplary embodiment, it may be performed in a desktop, a laptop computer, a server, or a separate signal restoration apparatus.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압축 센싱을 이용하는 신호 복원 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating a signal recovery apparatus using compression sensing according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 복원 장치는 재구성부(110), 최적해 계산부(120) 및 역변환부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a signal restoration apparatus according to an embodiment of the present invention includes a reconstruction unit 110, an optimum solution calculation unit 120, and an inverse transform unit 130.

재구성부(110)는 측정 신호를 크기 순서에 따라서 재구성한다. 재구성부(110)는 실시예에 따라서 시간 영역의 측정 신호에 대한 샘플링 데이터를 오름차순 또는 내림차순으로 재정렬함으로써, 측정 신호를 재구성할 수 있다.The reconstruction unit 110 reconstructs the measurement signal according to the order of magnitude. The reconfiguration unit 110 may reconstruct the measurement signal by rearranging the sampling data for the measurement signal in the time domain in an ascending or descending order according to an embodiment.

측정 신호는, 신호 복원 장치가 이용되는 실시예에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 통신 시스템에서 측정 신호는 수신 장치의 수신 신호일 수 있으며, 영상 처리 장치에서의 측정 신호는 영상 신호일 수 있다. 또는 전력 시스템에서는 소비 전력량이나 발전량에 대한 측정 데이터가 측정 신호에 대응될 수 있다.The measurement signal may vary according to an embodiment in which the signal recovery device is used. For example, in a communication system, a measurement signal may be a reception signal from a receiving device, and a measurement signal from an image processing device may be an image signal. Alternatively, in the power system, measurement data on the amount of power consumption or generation may correspond to the measurement signal.

또한 샘플링 데이터는, 시간 영역에서 연속적인 측정 신호가, 압축 센싱에 따른 샘플링 주파수에 따라서 샘플링된 데이터이다. 측정 신호는 이러한 샘플링 주파수에 따라서 샘플링될 수 있다. In addition, the sampling data is data in which a continuous measurement signal in the time domain is sampled according to a sampling frequency according to compression sensing. The measurement signal can be sampled according to this sampling frequency.

최적해 계산부(120)는 재구성된 측정 신호의 선형 측정식에 대한 최적해를 주파수 영역에서 계산한다. The optimum solution calculator 120 calculates an optimum solution for the linear measurement equation of the reconstructed measurement signal in the frequency domain.

최적해 계산부(120)는 재구성된 측정 신호에 대해 푸리에 변환을 수행하여, 재구성된 측정 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한 후, 일실시예로서, L1-최적화를 이용하여 최적해를 계산할 수 있다. 그리고 L1-최적화를 위해, Operator Splitting QP Solver와 같은 최적해 산출 알고리즘이 이용될 수 있다.The optimal solution calculator 120 performs Fourier transform on the reconstructed measurement signal, converts the reconstructed measurement signal into a frequency domain signal, and then, as an embodiment, may calculate an optimum solution using L 1 -optimization. . And for L 1 -optimization, an optimal solution calculation algorithm such as Operator Splitting QP Solver can be used.

역변환부(130)는 주파수 영역에서 계산된 최적해를 시간 영역값으로 역변환하며, 역푸리에 변환을 통해 시간 영역값을 계산할 수 있다. 이 때, 주파수 영역에서 계산된 최적해는 재구성된 측정 신호로부터 산출된 최적해이므로, 재구성전의 측정 신호에 대한 최적해의 시간 영역값을 구하기 위해, 역변환부(130)는 재구성전 샘플링 데이터에 대한 인덱스를 이용할 수 있다.The inverse transform unit 130 inversely transforms the optimal solution calculated in the frequency domain into a time domain value, and may calculate a time domain value through an inverse Fourier transform. At this time, since the optimal solution calculated in the frequency domain is an optimal solution calculated from the reconstructed measurement signal, the inverse transform unit 130 uses an index for the sampled data before reconstruction to obtain the time domain value of the optimum solution for the measurement signal before reconstruction. I can.

본 발명의 일실시예에 따르면, 측정 신호의 희박도가 상승하여 원신호에 대한 최적해의 정확도가 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the leanness of the measurement signal is increased, so that the accuracy of the optimal solution to the original signal may be improved.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압축 센싱을 이용하는 신호 복원 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2에서는 전술된 신호 복원 장치의 신호 복원 방법이 일실시예로서 설명된다.FIG. 2 is a diagram for explaining a signal restoration method using compression sensing according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, a signal restoration method of the above-described signal restoration apparatus is described as an embodiment.

본 발명의 일실시예에 따른 신호 복원 장치는 측정 신호를 입력받는다(S210). 일예로서 측정 신호는 아날로그 신호 형태로 입력되거나, 압축 센싱에 따른 샘플링 주파수에 따라서 미리 샘플링된 데이터 형태로 입력될 수 있다. 아날로그 신호 형태로 입력된 경우, 신호 복원 장치는 미리 설정된 샘플링 주파수에 따라서 측정 신호를 샘플링할 수 있다.The signal recovery apparatus according to an embodiment of the present invention receives a measurement signal (S210). As an example, the measurement signal may be input in the form of an analog signal or may be input in the form of pre-sampled data according to a sampling frequency according to compression sensing. When input in the form of an analog signal, the signal recovery device may sample the measurement signal according to a preset sampling frequency.

그리고 신호 복원 장치는, 측정 신호의 크기 순서에 따라서, 측정 신호를 재구성(S220)한다. 신호 복원 장치는 실시예에 따라서, 측정 신호에 대한 샘플링 데이터를 오름차순 또는 내림차순으로 재정렬함으로써, 측정 신호를 재구성할 수 있다. 입력된 측정 신호를 y라고 할 경우, 재구성된 측정 신호(ys)와 입력된 측정 신호 사이의 관계는, [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.Then, the signal recovery apparatus reconstructs the measurement signal according to the order of magnitude of the measurement signal (S220). The signal recovery apparatus may reconstruct the measurement signal by rearranging the sampled data for the measurement signal in an ascending or descending order according to an exemplary embodiment. When the input measurement signal is y, the relationship between the reconstructed measurement signal y s and the input measurement signal may be expressed as [Equation 1].

Figure 112020004520298-pat00001
Figure 112020004520298-pat00001

여기서,

Figure 112020004520298-pat00002
는, 벡터 형태의 측정 신호 y를 크기 순서에 따라서 재구성하는 재구성 오퍼레이터를 나타낸다.here,
Figure 112020004520298-pat00002
Denotes a reconstruction operator that reconstructs the vector-shaped measurement signal y in order of magnitude.

그리고 신호 복원 장치는, 재구성된 측정 신호의 선형 측정식에 대한 최적해를 주파수 영역에서 계산(S230)한다. 재구성된 측정 신호에 대한 선형 측정식은, [수학식 2]와 같이 표현될 수 있으며, 신호 복원 장치는 L1-최적화를 통해 [수학식 2]에 대한 최적해를 계산할 수 있다.In addition, the signal recovery apparatus calculates an optimal solution to the linear measurement equation of the reconstructed measurement signal in the frequency domain (S230). The linear measurement equation for the reconstructed measurement signal may be expressed as [Equation 2], and the signal recovery apparatus may calculate an optimal solution for [Equation 2] through L 1 -optimization.

Figure 112020004520298-pat00003
Figure 112020004520298-pat00003

여기서, G는 선형 측정 행렬을 나타내며,

Figure 112020004520298-pat00004
는 재구성된 측정 신호에 대한 원신호를 나타내며, 벡터 형태로 표현될 수 있다.Where G denotes a linear measurement matrix,
Figure 112020004520298-pat00004
Denotes the original signal for the reconstructed measurement signal, and may be expressed in a vector form.

이러한 주파수 영역에서의 최적해는 역푸리에 변환을 통해, 시간 영역에서의 최적해로 변환될 수 있다. 이 때, 주파수 영역에서의 최적해는 재구성된 측정 신호로부터 계산된 것이고, 최종적으로 구하고자하는 최적해는 재구성전 측정 신호의 원신호에 대한 최적해이기 때문에, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 복원 장치는, 입력된 측정 신호의 샘플링 데이터에 대한 인덱스에 따라서, 시간 영역값을 복원한다.The optimal solution in the frequency domain may be transformed into an optimal solution in the time domain through an inverse Fourier transform. At this time, since the optimum solution in the frequency domain is calculated from the reconstructed measurement signal, and the optimum solution to be finally obtained is the optimum solution to the original signal of the measurement signal before reconstruction, the signal recovery apparatus according to an embodiment of the present invention , The time domain value is restored according to the index for the sampling data of the input measurement signal.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 복원 장치는, 주파수 영역에서 계산된 최적해의 시간 영역값을 생성한 후, 샘플링 데이터에 대한 인덱스에 따라서, 입력된 측정 신호에 대한 원신호의 시간 영역값을 복원한다. 재구성된 샘플링 데이터에 할당된 인덱스는, 샘플링 데이터의 재구성전 순서를 나타내므로, 이러한 인덱스를 통해 입력된 측정 신호에 대한 원신호의 시간 영역값이 복원될 수 있다.That is, the signal recovery apparatus according to an embodiment of the present invention generates the time domain value of the optimal solution calculated in the frequency domain, and then, according to the index for the sampling data, the time domain value of the original signal for the input measurement signal. To restore. Since the index allocated to the reconstructed sampled data indicates an order before reconstruction of the sampled data, the time domain value of the original signal for the measured signal input through the index may be restored.

신호 복원 장치는, 입력된 측정 신호의 샘플링 데이터에 대한 인덱스를 이용하여, 재구성된 샘플링 데이터의 정렬 순서를, 재구성전의 정렬 순서로 변환할 수 있으며, 재구성된 샘플링 데이터의 정렬 순서가 변환됨에 따라서, 시간 영역값 벡터의 엘리멘트 별 순서 역시 재정렬되며, 결국 입력된 측정 신호에 대한 원신호의 시간 영역값이 복원될 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 [수학식 3]과 같다.The signal recovery apparatus may convert the sorting order of the reconstructed sampling data to the sorting order before reconstruction, using the index for the sampling data of the input measurement signal, and as the sorting order of the reconstructed sampling data is converted, The order of each element of the time domain value vector is also rearranged, and as a result, the time domain value of the original signal for the input measurement signal can be restored. This can be expressed in Equation 3 as shown in [Equation 3].

Figure 112020004520298-pat00005
Figure 112020004520298-pat00005

여기서,

Figure 112020004520298-pat00006
는 재구성 오퍼레이터
Figure 112020004520298-pat00007
에 대한 역변환 오퍼레이터로서, 재구성된 샘플링 데이터를 재구성전의 순서로 변환하는 오퍼레이터이다.here,
Figure 112020004520298-pat00006
The reconfiguration operator
Figure 112020004520298-pat00007
It is an operator that converts reconstructed sampled data in the order before reconstruction.

한편, 측정 신호에 손실 데이터가 포함된 경우, 손실 데이터에 대해서는 재구성이 불필요하므로, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 복원 장치는 입력된 측정 신호의 샘플링 데이터로부터 무손실 데이터 벡터와 손실 데이터 벡터를 생성하고, 무손실 데이터 벡터를 오름차순 또는 내림차순으로 재구성할 수 있다. 무손실 데이터는 측정값이 존재하는 데이터이며, 손실 데이터는 측정값이 존재하지 않는 데이터로서, 손실 데이터 벡터는, 미리 설정된 null 값으로 구성될 수 있다.On the other hand, when loss data is included in the measurement signal, reconstruction is not necessary for the loss data, so the signal recovery apparatus according to an embodiment of the present invention generates a lossless data vector and a loss data vector from the sampling data of the input measurement signal. And, the lossless data vector can be reconstructed in ascending or descending order. The lossless data is data in which a measurement value exists, the loss data is data in which a measurement value does not exist, and the loss data vector may be composed of a preset null value.

측정값이 존재하는 재구성된 무손실 데이터 벡터를 m, 측정값이 존재하지 않는 손실 데이터 벡터를 u로 표현할 경우, 재구성된 측정 신호는

Figure 112020004520298-pat00008
으로 표현될 수 있으며, 이 경우, 무손실 데이터 벡터 및 손실 데이터 벡터에 대한 선형 측정식은 [수학식 4]와 같이 표현될 수 있다.If the reconstructed lossless data vector with measurement values is expressed as m and the lossy data vector without measurement values is expressed as u, the reconstructed measurement signal is
Figure 112020004520298-pat00008
In this case, the lossless data vector and the linear measurement equation for the lossy data vector can be expressed as [Equation 4].

Figure 112020004520298-pat00009
Figure 112020004520298-pat00009

여기서, 선형 측정 행렬 G와, 선형 측정 행렬 B 및 C는

Figure 112020004520298-pat00010
와 같은 관계이며, 선형 측정 행렬 C는 선형 측정 행렬 G의 영공간(null space)에 대한 벡터를 나타낸다.Here, the linear measurement matrix G and the linear measurement matrices B and C are
Figure 112020004520298-pat00010
The relationship is the same as, and the linear measurement matrix C represents a vector for the null space of the linear measurement matrix G.

[수학식 4]는 [수학식 2]와 동일한 형태이므로, 신호 복원 장치는, 전술된 바와 같이, L1-최적화를 통해 [수학식 4]에 대한 최적해를 계산할 수 있다.Since [Equation 4] has the same form as [Equation 2], the signal recovery apparatus may calculate an optimal solution for [Equation 4] through L 1 -optimization as described above.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 신호 복원 방법의 복원 결과를 설명하기 위한 도면으로서, 측정 신호에 손실 데이터가 포함된 경우의 복원 결과를 설명하기 위한 도면이다.3 to 5 are diagrams for explaining a restoration result of a signal restoration method according to an embodiment of the present invention, and are diagrams for explaining a restoration result when loss data is included in a measurement signal.

도 3은 [수학식 5]와 같은 측정 신호를 나타내는 도면이며, 도 3의 빨간색 포인트는 샘플링된 데이터를 나타낸다.3 is a diagram showing a measurement signal as in [Equation 5], and a red point in FIG. 3 indicates sampled data.

Figure 112020004520298-pat00011
Figure 112020004520298-pat00011

이러한 샘플링 데이터 중 일정 구간(310)의 데이터가 손실된 경우, 측정 신호를 재구성하지 않고 선형 측정식에 따라서 측정 신호를 복원한 결과는 도 4와 같다. 도 4에서 빨간색 포인트(measured)는 측정 신호임과 동시에 원신호를 나타내며, 실선(reconstructed)은 원신호에 대한 복원 결과를 나타내는데, 원신호와 복원 결과 사이에 상당한 오차가 존재함을 알 수 있다.When data of a certain section 310 is lost among these sampling data, a result of restoring the measurement signal according to the linear measurement equation without reconstructing the measurement signal is shown in FIG. 4. In FIG. 4, a red point (measured) represents the original signal as well as the measurement signal, and the solid line (reconstructed) represents the reconstruction result of the original signal. It can be seen that there is a considerable error between the original signal and the reconstruction result.

반면, 도 5(b)는 측정 신호의 무손실 데이터를 도 5(a)와 같이 오름차순으로 재구성한뒤, 복원한 결과를 나타내는 도면으로서, 원신호와 복원 결과가 거의 동일함을 알 수 있다.On the other hand, FIG. 5(b) is a diagram showing the result of reconstructing the lossless data of the measurement signal in ascending order as shown in FIG. 5(a), and it can be seen that the original signal and the restoration result are substantially the same.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 측정 신호의 일부 데이터가 손실된 경우에도 원신호가 정확하게 복원될 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, even when some data of the measurement signal is lost, the original signal can be accurately restored.

앞서 설명한 기술적 내용들은 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 실시예들을 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. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The above-described technical contents may be implemented in the form of program instructions 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, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, in the present invention, specific matters such as specific components, etc., and limited embodiments and drawings have been described, but this is provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , If a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, various modifications and variations are possible from these descriptions. Accordingly, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that are equivalent or equivalent to the claims as well as the claims to be described later fall within the scope of the inventive concept. .

Claims (9)

측정 신호를 입력받는 단계;
크기 순서에 따라서, 상기 측정 신호를 재구성하는 단계; 및
상기 재구성된 측정 신호의 선형 측정식에 대한 최적해를 주파수 영역에서 계산하는 단계를 포함하며,
상기 측정 신호를 재구성하는 단계는
상기 측정 신호에 대한 샘플링 데이터로부터, 무손실 데이터 벡터와 손실 데이터 벡터를 생성하는 단계; 및
상기 무손실 데이터 벡터를 오름차순 또는 내림차순으로 재구성하는 단계를 포함하며,
상기 선형 측정식은
하기 수학식인
압축 센싱을 이용하는 신호 복원 방법.
[수학식]
Figure 112020141460181-pat00012

여기서, 재구성된 측정 신호 ys
Figure 112020141460181-pat00013
이며, 선형 변환 벡터 G는
Figure 112020141460181-pat00014
이며,
Figure 112020141460181-pat00015
는 재구성된 측정 신호에 대한 원신호이며,
Figure 112020141460181-pat00016
이며, m은 재구성된 무손실 데이터 벡터이며, u는 손실 데이터 벡터임.
Receiving a measurement signal;
Reconstructing the measurement signal according to the order of magnitude; And
Computing an optimal solution to the linear measurement equation of the reconstructed measurement signal in a frequency domain,
Reconstructing the measurement signal comprises:
Generating a lossless data vector and a lossy data vector from the sampled data of the measurement signal; And
Reconstructing the lossless data vector in ascending or descending order,
The linear measurement equation is
The following equation
Signal recovery method using compression sensing.
[Equation]
Figure 112020141460181-pat00012

Here, the reconstructed measurement signal y s is
Figure 112020141460181-pat00013
And the linear transformation vector G is
Figure 112020141460181-pat00014
Is,
Figure 112020141460181-pat00015
Is the original signal for the reconstructed measurement signal,
Figure 112020141460181-pat00016
And m is the reconstructed lossless data vector, and u is the lossy data vector.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 샘플링 데이터는
압축 센싱에 따른 샘플링 주파수에 따라서 샘플링된 데이터인
압축 센싱을 이용하는 신호 복원 방법.
The method of claim 1,
The sampled data is
Data sampled according to the sampling frequency according to compression sensing
Signal recovery method using compression sensing.
제 1항에 있어서,
주파수 영역에서 계산된 상기 최적해의 시간 영역값을 생성하는 단계; 및
상기 샘플링 데이터에 할당된 인덱스에 따라서, 상기 시간 영역값을 복원하는 단계
를 더 포함하는 압축 센싱을 이용하는 신호 복원 방법.
The method of claim 1,
Generating a time domain value of the optimal solution calculated in the frequency domain; And
Restoring the time domain value according to the index allocated to the sampling data
Signal restoration method using compression sensing further comprising a.
크기 순서에 따라서, 측정 신호를 재구성하는 재구성부;
상기 재구성된 측정 신호의 선형 측정식에 대한 최적해를 주파수 영역에서 계산하는 최적해 계산부; 및
상기 최적해를 시간 영역값으로 역변환하는 역변환부를 포함하며,
상기 재구성부는
상기 측정 신호에 대한 샘플링 데이터로부터, 무손실 데이터 벡터와 손실 데이터 벡터를 생성하고, 상기 무손실 데이터 벡터를 오름차순 또는 내림차순으로 재구성하며,
상기 선형 측정식은
하기 수학식인
압축 센싱을 이용하는 신호 복원 장치.
[수학식]
Figure 112020141460181-pat00022

여기서, 재구성된 측정 신호 ys
Figure 112020141460181-pat00023
이며, 선형 변환 벡터 G는
Figure 112020141460181-pat00024
이며,
Figure 112020141460181-pat00025
는 재구성된 측정 신호에 대한 원신호이며,
Figure 112020141460181-pat00026
이며, m은 재구성된 무손실 데이터 벡터이며, u는 손실 데이터 벡터임.
A reconstruction unit for reconstructing the measurement signal according to the order of magnitude;
An optimum solution calculator for calculating an optimum solution for the linear measurement equation of the reconstructed measurement signal in a frequency domain; And
And an inverse transform unit for inversely transforming the optimal solution into a time domain value,
The reconfiguration unit
From the sampling data of the measurement signal, a lossless data vector and a lossy data vector are generated, and the lossless data vector is reconstructed in ascending or descending order,
The linear measurement equation is
The following equation
Signal recovery device using compression sensing.
[Equation]
Figure 112020141460181-pat00022

Here, the reconstructed measurement signal y s is
Figure 112020141460181-pat00023
And the linear transformation vector G is
Figure 112020141460181-pat00024
Is,
Figure 112020141460181-pat00025
Is the original signal for the reconstructed measurement signal,
Figure 112020141460181-pat00026
And m is the reconstructed lossless data vector, and u is the lossy data vector.
삭제delete 제 7항에 있어서,
상기 역변환부는
상기 샘플링 데이터에 할당된 인덱스에 따라서, 상기 시간 영역값을 복원하는
압축 센싱을 이용하는 신호 복원 장치.
The method of claim 7,
The inverse transform unit
Restoring the time domain value according to the index assigned to the sampling data
Signal recovery device using compression sensing.
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