(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う信号処理システムであって、
入力したアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部から出力された信号を平均化して出力する平均部と、
平均化ランダム測定行列と平均化ランダム復元行列と、非平均化ランダム測定行列と、非平均化ランダム復元行列の生成に必要なパラメータの生成および平均化された信号の電力に基づいて信号の有無を検出し、非平均区間の算出を行なう制御部と、
前記平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム測定行列を生成する平均化ランダム測定行列生成部と、
前記平均化ランダム測定行列部を用いて前記平均部から出力される信号の圧縮を行う平均化圧縮センシング部と、
前記非平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記非平均化ランダム測定行列を生成する非平均化ランダム測定行列生成部と、
前記ＡＤ変換部から出力する前記デジタル信号のうち、非平均区間の信号を入力し、前記非平均化ランダム測定行列部を用いて信号の圧縮を行う非平均化圧縮センシング部と、
前記平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム復元行列を生成する平均化ランダム復元行列生成部と、
前記平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する平均化復元部と、
前記非平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記非平均化ランダム復元行列を生成する非平均化ランダム復元行列生成部と、
前記非平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記非平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する非平均化復元部と
を具備することを特徴とする信号処理システム。
【請求項２】
周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う中央局とリモート局で構成される信号処理システムであって、
前記リモート局は、
入力したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部から出力された信号を平均化して出力する平均部と、
前記平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム測定行列を生成する平均化ランダム測定行列生成部と、
前記平均化ランダム測定行列部を用いて前記平均部から出力される信号の圧縮を行う平均化圧縮センシング部と、
前記非平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記非平均化ランダム測定行列を生成する非平均化ランダム測定行列生成部と、
前記ＡＤ変換部から出力する前記デジタル信号のうち、非平均区間の信号を入力し、前記非平均化ランダム測定行列部を用いて信号の圧縮を行う非平均化圧縮センシング部と、
前記中央局との間で通信を行なう通信部を具備し、
前記中央局は、
平均化ランダム測定行列と平均化ランダム復元行列と、非平均化ランダム測定行列と、非平均化ランダム復元行列の生成に必要なパラメータの生成および平均化された信号の電力に基づいて信号の有無を検出し、非平均区間の算出を行なう制御部と、
前記平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム復元行列を生成する平均化ランダム復元行列生成部と、
前記平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する平均化復元部と、
前記非平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記非平均化ランダム復元行列を生成する非平均化ランダム復元行列生成部と、
前記非平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記非平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する非平均化復元部と、
前記リモート局との間で通信を行なうための通信部とを
具備することを特徴とする信号処理システム。
【請求項３】
周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う信号処理システムであって、
入力したアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部から出力された信号を平均化して出力する平均部と、
平均化ランダム測定行列と平均化ランダム復元行列の生成に必要なパラメータの生成および平均化された信号の電力に基づいて信号の有無を検出し、非圧縮区間の算出を行なう制御部と、
前記ＡＤ変換部から出力する前記デジタル信号のうち、非圧縮区間の信号を出力する出力部と、
前記平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム測定行列を生成する平均化ランダム測定行列生成部と、
前記平均化ランダム測定行列部を用いて前記平均部から出力される信号の圧縮を行う平均化圧縮センシング部と、  
前記平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム復元行列を生成する平均化ランダム復元行列生成部と、
前記平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する平均化復元部と
を具備することを特徴とする信号処理システム。
【請求項４】
周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う中央局とリモート局で構成される信号処理システムであって、
前記リモート局は、
入力したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部から出力された信号を平均化して出力する平均部と、
前記平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム測定行列を生成する平均化ランダム測定行列生成部と、
前記平均化ランダム測定行列部を用いて前記平均部から出力される信号の圧縮を行う平均化圧縮センシング部と、
前記ＡＤ変換部から出力する前記デジタル信号のうち、非圧縮区間の信号を出力する出力部と、
前記中央局との間で通信を行なう通信部を具備し、
前記中央局は、
平均化ランダム測定行列と平均化ランダム復元行列の生成に必要なパラメータの生成および平均化された信号の電力に基づいて信号の有無を検出し、非圧縮区間の算出を行なう制御部と、
前記平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム復元行列を生成する平均化ランダム復元行列生成部と、
前記平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する平均化復元部と、
前記リモート局との間で通信を行なうための通信部と
を具備することを特徴とする信号処理システム。
【請求項５】
前記平均部は、
自己相関計算処理を行う自己相関処理部と、
平均計算処理を行う平均処理部と
を具備することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の信号処理システム。
【請求項６】
前記ＡＤ変換部から出力された信号のＦＦＴ変換後の絶対値計算結果の信号を出力するＦＦＴ絶対値計算部をさらに備え、
前記平均部は、前記ＦＦＴ絶対値計算部から出力された信号を平均化して出力する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の信号処理システム。
【請求項７】
周波数領域、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行うために、ＡＤ変換部と、平均部と、制御部と、平均化ランダム測定行列生成部と、非平均化ランダム測定行列生成部と、平均化圧縮センシング部と、非平均化圧縮センシング部と、平均化ランダム復元行列生成部と、非平均化ランダム復元行列生成部と、平均化復元部と、非平均化復元部とを備える信号処理システムにおける信号処理方法であって、
前記ＡＤ変換部が、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換ステップと、
前記平均部が、前記ＡＤ変換部から出力された信号を平均化して出力する平均化ステップと、
前記制御部が、平均化ランダム測定行列と平均化ランダム復元行列と、非平均化ランダム測定行列と、非平均化ランダム復元行列の生成に必要なパラメータの生成および平均化された信号の電力に基づいて信号の有無を検出し、非平均区間の算出を行なう制御ステップと、  
前記平均化ランダム測定行列生成部が、前記平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム測定行列を生成する平均化ランダム測定行列生成ステップと、
前記平均化圧縮センシング部が、前記平均化ランダム測定行列部を用いて前記平均部から出力される信号の圧縮を行う平均化圧縮センシングステップと、
前記非平均化ランダム測定行列生成部が、前記非平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記非平均化ランダム測定行列を生成する非平均化ランダム測定行列生成ステップと、
前記非平均化圧縮センシング部が、前記ＡＤ変換部から出力する前記デジタル信号のうち、非平均区間の信号を入力し、前記非平均化ランダム測定行列部を用いて信号の圧縮を行う非平均化圧縮センシングステップと、
前記平均化ランダム復元行列生成部が、前記平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム復元行列を生成する平均化ランダム復元行列生成ステップと、
前記平均化復元部が、前記平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する平均化復元部と、
前記非平均化ランダム復元行列生成部が、前記非平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記非平均化ランダム復元行列を生成する非平均化ランダム復元行列生成ステップと、
前記非平均化復元部が、前記非平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記非平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する非平均化復元ステップと
を有することを特徴とする信号処理方法。
【請求項８】
周波数領域、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行うために、ＡＤ変換部と、平均部と、制御部と、出力部と、平均化ランダム測定行列生成部と、平均化圧縮センシング部と、平均化ランダム復元行列生成部と、平均化復元部とを備える信号処理システムにおける信号処理方法であって、
前記ＡＤ変換部が、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換ステップと、
前記平均部が、前記ＡＤ変換部から出力された信号を平均化して出力する平均化ステップと、
前記制御部が、平均化ランダム測定行列と平均化ランダム復元行列の生成に必要なパラメータの生成および平均化された信号の電力に基づいて信号の有無を検出し、非圧縮区間の算出を行なう制御ステップと、
前記出力部が、前記ＡＤ変換部から出力する前記デジタル信号のうち、非圧縮区間の信号を出力する出力ステップと、
前記平均化ランダム測定行列生成部が、前記平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム測定行列を生成する平均化ランダム測定行列生成ステップと、
前記平均化圧縮センシング部が、前記平均化ランダム測定行列部を用いて前記平均部から出力される信号の圧縮を行う平均化圧縮センシングステップと、
前記平均化ランダム復元行列生成部が、前記平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム復元行列を生成する平均化ランダム復元行列生成ステップと、
前記平均化復元部が、前記平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する平均化ステップと、
を有することを特徴とする信号処理方法。
【請求項９】
前記平均化ステップは、
自己相関計算処理を行う自己相関処理ステップと、
平均計算処理を行う平均処理ステップと
を有することを特徴とする請求項７または８に記載の信号処理方法。
【請求項１０】
前記信号処理システムは、ＦＦＴ絶対値計算部をさらに備え、
前記ＦＦＴ絶対値計算部が、前記ＡＤ変換部から出力された信号のＦＦＴ変換後の絶対値計算結果の信号を出力するＦＦＴ絶対値計算ステップを有し、
前記平均ステップは、前記ＦＦＴ絶対値計算部から出力された信号を平均化して出力する
ことを特徴とする請求項７または８に記載の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号をＡＤ変換し、平均化し（または自己相関処理後の平均化し）、圧縮し、復元する圧縮センシングの信号処理システム及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から信号（データ系列）をＡＤ変換し、圧縮し、伝送することにより、ネットワークの帯域を有効活用することができることが知られている。この明細書においては、信号をＡＤ変換し、圧縮し、復元する技術を、圧縮センシング技術と称する。従来の圧縮センシング技術では、入力データ信号に対し、ランダム測定行列を乗じて、圧縮データを生成するが、このランダム測定行列は、ランダム変数から構成されるもので、入力データ数（信号）に対し、出力データ数（圧縮データ）が小さくなるような、行数により構成されている。
【０００３】
従来の圧縮センシングの概念を図３０に示す（例えば、非特許文献１、２参照）。図３０は周波数領域、もしくは時間領域で疎な信号を想定している。信号が周波数的に、もしくは時間的に疎であるため、４０×１００で構成されるランダム測定行列で変換し、１００個の入力信号から４０個の圧縮データを得る。
【０００４】
従来の圧縮センシングを行うシステム構成を図３１に示す。図３１において、入力信号はＡＤ変換部１００２でアナログ信号からデジタル信号に変換され、変換結果を圧縮センシング部１００４に出力する。ランダム測定行列生成部１００８は、ランダム変数からなるランダム測定行列を生成する。ランダム復元行列生成部１０１０は、ランダム測定行列にＩＦＦＴ行列を掛け算してランダム復元行列を生成する。圧縮センシング部１００４は入力されたデジタル信号を、ランダム測定行列生成部１００８で生成されたランダム測定行列を用いデータの圧縮を行なう。圧縮結果は、信号復元部１００６に出力される。信号復元部１００６は、入力された圧縮データをランダム測定行列とＬ１−ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ復元アルゴリズム等の復元アルゴリズムを用いて信号の復元を行ない、復元した信号を出力する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】E. Candes et al., "An Introduction to Compressive Sampling," IEEE Signal Processing Magazine, pp. 21-30, March, 2008.
【非特許文献２】E. Candes et al., "Near-Optimal Signal Recovery from RandomProjections: Universal Encoding Strategies?" IEEE Transaction on Information Theory, pp. 5406-5425, December, 2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の圧縮センシング技術では、サンプリングした全てのサンプルに対して圧縮と復元処理を行うため、処理量と処理時間が増加するという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、圧縮効率を向上させることができるとともに処理負荷を低下させることができる信号処理システム及び信号処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う信号処理システムであって、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部から出力された信号を平均化して出力する平均部と、平均化ランダム測定行列と平均化ランダム復元行列と、非平均化ランダム測定行列と、非平均化ランダム復元行列の生成に必要なパラメータの生成および平均化された信号の電力に基づいて信号の有無を検出し、非平均区間の算出を行なう制御部と、前記平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム測定行列を生成する平均化ランダム測定行列生成部と、前記平均化ランダム測定行列部を用いて前記平均部から出力される信号の圧縮を行う平均化圧縮センシング部と、前記非平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記非平均化ランダム測定行列を生成する非平均化ランダム測定行列生成部と、前記ＡＤ変換部から出力する前記デジタル信号のうち、非平均区間の信号を入力し、前記非平均化ランダム測定行列部を用いて信号の圧縮を行う非平均化圧縮センシング部と、前記平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム復元行列を生成する平均化ランダム復元行列生成部と、前記平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する平均化復元部と、前記非平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記非平均化ランダム復元行列を生成する非平均化ランダム復元行列生成部と、前記非平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記非平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する非平均化復元部とを具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明は、周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う中央局とリモート局で構成される信号処理システムであって、前記リモート局は、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部から出力された信号を平均化して出力する平均部と、前記平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム測定行列を生成する平均化ランダム測定行列生成部と、前記平均化ランダム測定行列部を用いて前記平均部から出力される信号の圧縮を行う平均化圧縮センシング部と、前記非平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記非平均化ランダム測定行列を生成する非平均化ランダム測定行列生成部と、前記ＡＤ変換部から出力する前記デジタル信号のうち、非平均区間の信号を入力し、前記非平均化ランダム測定行列部を用いて信号の圧縮を行う非平均化圧縮センシング部と、前記中央局との間で通信を行なう通信部を具備し、前記中央局は、平均化ランダム測定行列と平均化ランダム復元行列と、非平均化ランダム測定行列と、非平均化ランダム復元行列の生成に必要なパラメータの生成および平均化された信号の電力に基づいて信号の有無を検出し、非平均区間の算出を行なう制御部と、前記平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム復元行列を生成する平均化ランダム復元行列生成部と、前記平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する平均化復元部と、前記非平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記非平均化ランダム復元行列を生成する非平均化ランダム復元行列生成部と、前記非平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記非平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する非平均化復元部と、前記リモート局との間で通信を行なうための通信部とを具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明は、周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う信号処理システムであって、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部から出力された信号を平均化して出力する平均部と、平均化ランダム測定行列と平均化ランダム復元行列の生成に必要なパラメータの生成および平均化された信号の電力に基づいて信号の有無を検出し、非圧縮区間の算出を行なう制御部と、前記ＡＤ変換部から出力する前記デジタル信号のうち、非圧縮区間の信号を出力する出力部と、前記平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム測定行列を生成する平均化ランダム測定行列生成部と、前記平均化ランダム測定行列部を用いて前記平均部から出力される信号の圧縮を行う平均化圧縮センシング部と、  前記平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム復元行列を生成する平均化ランダム復元行列生成部と、前記平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する平均化復元部とを具備することを特徴とする。
【００１１】
本発明は、周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う中央局とリモート局で構成される信号処理システムであって、前記リモート局は、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部から出力された信号を平均化して出力する平均部と、前記平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム測定行列を生成する平均化ランダム測定行列生成部と、前記平均化ランダム測定行列部を用いて前記平均部から出力される信号の圧縮を行う平均化圧縮センシング部と、前記ＡＤ変換部から出力する前記デジタル信号のうち、非圧縮区間の信号を出力する出力部と、前記中央局との間で通信を行なう通信部を具備し、前記中央局は、平均化ランダム測定行列と平均化ランダム復元行列の生成に必要なパラメータの生成および平均化された信号の電力に基づいて信号の有無を検出し、非圧縮区間の算出を行なう制御部と、前記平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム復元行列を生成する平均化ランダム復元行列生成部と、前記平均化圧縮センシング部で圧縮された信号を前記平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する平均化復元部と、前記リモート局との間で通信を行なうための通信部とを具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、前記平均部は、自己相関計算処理を行う自己相関処理部と、平均計算処理を行う平均処理部とを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、前記ＡＤ変換部から出力された信号のＦＦＴ変換後絶対値計算結果の信号を出力するＦＦＴ絶対値計算部をさらに備え、前記平均ステップは、前記ＦＦＴ絶対値計算部から出力された信号を平均化して出力することを特徴とする。
【００１４】
本発明は、周波数領域、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行うために、ＡＤ変換部と、平均部と、制御部と、平均化ランダム測定行列生成部と、非平均化ランダム測定行列生成部と、平均化圧縮センシング部と、非平均化圧縮センシング部と、平均化ランダム復元行列生成部と、非平均化ランダム復元行列生成部と、平均化復元部と、非平均化復元部とを備える信号処理システムにおける信号処理方法であって、前記ＡＤ変換部が、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換ステップと、前記平均部が、前記ＡＤ変換部から出力された信号を平均化して出力する平均化ステップと、前記制御部が、平均化ランダム測定行列と平均化ランダム復元行列と、非平均化ランダム測定行列と、非平均化ランダム復元行列の生成に必要なパラメータの生成および平均化された信号の電力に基づいて信号の有無を検出し、非平均区間の算出を行なう制御ステップと、  前記平均化ランダム測定行列生成部が、前記平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム測定行列を生成する平均化ランダム測定行列生成ステップと、前記平均化圧縮センシング部が、前記平均化ランダム測定行列部を用いて前記平均部から出力される信号の圧縮を行う平均化圧縮センシングステップと、前記非平均化ランダム測定行列生成部が、前記非平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記非平均化ランダム測定行列を生成する非平均化ランダム測定行列生成ステップと、前記非平均化圧縮センシング部が、前記ＡＤ変換ステップから出力する前記デジタル信号のうち、非平均区間の信号を入力し、前記非平均化ランダム測定行列部を用いて信号の圧縮を行う非平均化圧縮センシングステップと、前記平均化ランダム復元行列生成部が、前記平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム復元行列を生成する平均化ランダム復元行列生成ステップと、前記平均化復元部が、前記平均化圧縮センシングステップで圧縮された信号を前記平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御ステップに通知する平均化復元部と、前記非平均化ランダム復元行列生成部が、前記非平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記非平均化ランダム復元行列を生成する非平均化ランダム復元行列生成ステップと、前記非平均化復元部が、前記非平均化圧縮センシングステップで圧縮された信号を前記非平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する非平均化復元ステップとを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明は、周波数領域、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行うために、ＡＤ変換部と、平均部と、制御部と、平均化ランダム測定行列生成部と、平均化圧縮センシング部と、平均化ランダム復元行列生成部と、平均化復元部とを備える信号処理システムにおける信号処理方法であって、前記ＡＤ変換部が、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換ステップと、前記平均部が、前記ＡＤ変換部から出力された信号を平均化して出力する平均化ステップと、前記制御部が、平均化ランダム測定行列と平均化ランダム復元行列の生成に必要なパラメータの生成および平均化された信号の電力に基づいて信号の有無を検出し、非圧縮区間の算出を行なう制御ステップと、  前記平均化ランダム測定行列生成部が、前記平均化ランダム測定行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム測定行列を生成する平均化ランダム測定行列生成ステップと、前記平均化圧縮センシング部が、前記平均化ランダム測定行列部を用いて前記平均部から出力される信号の圧縮を行う平均化圧縮センシングステップと、前記平均化ランダム復元行列生成部が、前記平均化ランダム復元行列生成のパラメータに基づき前記平均化ランダム復元行列を生成する平均化ランダム復元行列生成ステップと、前記平均化復元部が、前記平均化圧縮センシングステップで圧縮された信号を前記平均化ランダム復元行列を用いて復元を行ない、復元結果の出力と復元結果を前記制御部に通知する平均化ステップと、を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、前記平均化ステップは、自己相関計算処理を行う自己相関処理ステップと、平均計算処理を行う平均処理ステップとを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明は、前記信号処理システムは、ＦＦＴ絶対値計算部をさらに備え、前記ＦＦＴ絶対値計算部が、前記ＡＤ変換部から出力された信号のＦＦＴ変換後絶対値計算結果の信号を出力するＦＦＴ絶対値計算ステップを有し、前記平均ステップは、前記ＦＦＴ絶対値計算部から出力された信号を平均化して出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、圧縮センシングにおいて信号検出に必要な処理量と処理時間を減らしつつ、検出した信号の品質を保つことができる。これにより、圧縮効率向上と処理負荷の軽減ができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元を行う動作を示すフローチャートである。
【図３】図１に示すＡＤ変換部１０２の動作を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す平均部１０４の動作を示すフローチャートである。
【図５】図１に示す平均化圧縮センシング部１０６と平均化ランダム測定行列生成部１１０の動作を示すフローチャートである。
【図６】図１に示す平均化復元部１０８と平均化ランダム復元行列生成部１１２の動作を示すフローチャートである。
【図７】図１に示す非平均化ランダム測定行列生成部１１６と、非平均化ランダム圧縮センシング部１２０の動作を示すフローチャートである。
【図８】図１に示す非平均化復元部１２２と平均化ランダム復元行列生成部１１８の動作を示すフローチャートである。
【図９】図１に示す制御部１１４の動作を示すフローチャートである。
【図１０】リモート局と中央局の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１２】平均用圧縮センシング方法を示す説明図である。
【図１３】非平均用圧縮センシング方法を示す説明図である。
【図１４】平均用ランダム復元行列生成の例を示す説明図である。
【図１５】非平均用ランダム復元行列生成の例を示す説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１７】図１６に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元、非圧縮出力を行う動作を示すフローチャートである。
【図１８】図１６に示すＡＤ変換部３０２の動作を示すフローチャートである。
【図１９】図１６に示す制御部３１４の動作を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の第４の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第５の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２２】図２１に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元を行う動作を示すフローチャートである。
【図２３】図２１に示す信号処理システムにおいて、ＡＤ変換部１０２の動作を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の第６の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２５】本発明の平均化圧縮センシング方法を示す説明図である。
【図２６】本発明の第７の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２７】図２６に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元、非圧縮データの出力を行う動作を示すフローチャートである。
【図２８】図２６に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元、非圧縮データの出力を行う動作を示すフローチャートである。
【図２９】本発明の第８の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３０】従来の圧縮センシングの概念を示す説明図である。
【図３１】従来の圧縮センシングを行うシステム構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態による信号処理システムを説明する。
まず、図１２を参照して、本発明の平均化圧縮センシング方法について説明する。周波数領域、もしくは時間領域で疎である信号に対して、信号を平均してから平均化ランダム測定行列を乗算することで、入力データの圧縮を行なう。図１２においては、１００００個のデータが１００個毎に平均化されたものを平均化ランダム測定行列で処理することによって、４０個に圧縮されている。平均化ランダム測定行列はランダム変数で生成されるランダム測定行列から生成される。
【００２１】
次に、図１３を参照して、本発明の非平均化圧縮センシング方法について説明する。前記の平均圧縮センシングの処理結果信号の存在が検出された区間に対して、非平均化ランダム測定行列を乗算することで、入力データの圧縮を行なう。図１３においては、１００００個のデータの中で信号が検出された区間の３００個のデータだけ、平均化されることなく１２０個に圧縮されている。非平均化ランダム測定行列はランダム変数で生成されるランダム測定行列から生成される。
【００２２】
＜第１の実施形態＞
次に、図１を参照して、本発明の第１の実施形態による信号処理システムの構成を説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。図１において、ＡＤ変換部１０２は受信した信号を入力とし、アナログデジタル変換を行ってデジタルデータを平均部１０４に出力する。併せて、制御部１１４から受けた非平均化区間の有無の判定結果は非平均化圧縮センシング部１２０に出力する。なお、後述するように、平均化区間／非平均化区間のいずれとするかについては、ある周波数成分の絶対値が閾値を超えるか否かによって判断される。すなわち、平均化された信号の電力により信号の有無を判断する。
【００２３】
平均部１０４は、制御部１１４から出力される自己相関計算処理の「有無」のパラメータを受けて、自己相関計算処理が「無し」の場合は、平均化区間の信号を平均化圧縮センシングフレーム毎に平均し、平均結果を出力する。ここで、自己相関計算処理を行うのは、平均化の対象となるそれぞれの信号（サンプル値）が正負の値を持っている場合に、平均化されると互いに打ち消しあって、信号が検出されにくくなる場合があることを回避するためである。換言すると、自己相関計算処理を平均化処理の前に行うことで、受信側で信号のある区間を検出することが容易になる。
【００２４】
一方、自己相関検出処理を行わなければ演算量が小さくなるとともに回路規模が小さくなることになる。自己相関計算処理が「有り」の場合は、平均区間の信号を平均化圧縮センシングフレーム毎に自己相関計算処理をしてから平均し、自己相関の平均結果を出力する。平均化ランダム測定行列生成部１１０は制御部１１４から平均化ランダム測定行列生成に必要なパラメータを受けて、平均化ランダム測定行列の生成を行う。平均化圧縮センシング部１０６は、平均部１０４から入力されたデジタル信号を１１０で生成された平均化ランダム測定行列を利用してデジタルデータの圧縮を行ない、圧縮データの出力を行なう。
【００２５】
平均化ランダム復元行列生成部１１２は制御部１１４から平均化ランダム復元行列生成に必要なパラメータを受けて、平均化ランダム復元行列の生成を行う。平均化復元部１０８は、平均化圧縮センシング部１０６が出力した圧縮データを入力とし、平均化ランダム復元行列生成部１１２で生成された平均化ランダム復元行列を利用して信号の復元を行ない、復元されたデータを出力する。この時、Ｌ１−ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎなどの復元アルゴリズムが動作する。併せて平均化復元データは「既知情報」として、制御部１１４に出力する。
【００２６】
非平均化ランダム測定行列生成部１１６は制御部１１４から非平均化ランダム測定行列生成に必要なパラメータを受けて、非平均化ランダム測定行列の生成を行う。非平均化圧縮センシング部１２０は、ＡＤ変換部１０２から入力された非平均区間のデジタル信号を１１６で生成された非平均化ランダム測定行列を利用してデジタルデータの圧縮を行ない、圧縮データの出力を行なう。非平均化ランダム復元行列生成部１１８は制御部１１４から非平均化ランダム復元行列生成部に必要なパラメータを受けて、非平均化ランダム復元行列の生成を行う。非平均化復元部１２２は、非平均化圧縮センシング部１２０が出力した圧縮データを入力とし、１１８で生成された非平均化ランダム復元行列を利用して信号の復元を行ない、復元されたデータを出力する。この時、Ｌ１−ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎなどの復元アルゴリズムが動作する。併せて非平均化復元データは既知情報として、制御部１１４に出力する。
【００２７】
なお、平均化ランダム測定行列と非平均化ランダム測定行列とは本質的に同じ行列であっても構わない。ただし、それぞれを別の系統とすることによって、たとえば、信号を検出した際に非平均区間のデジタル信号について、たとえば周波数領域上または時間領域上でスパースな信号の場合には、その密な部分の周波数帯または時間帯に大きくなる重み付けを行うような行列演算によって圧縮処理をすることも可能となる。このとき、平均化ランダム測定行列には、周波数領域、時間領域に偏りのない行列を用いることができる。
【００２８】
平均部１０４、制御部１１４が出力する自己相関計算処理の有無のパラメータと、平均化圧縮センシングフレームと、平均期間を参照し、自己相関無の場合は、ＡＤ変換部１０２から入力されるデータを、平均期間毎に分けて、さらに平均期間内のデータを平均化圧縮センシングフレーム毎に分けて平均して、圧縮センシングフレーム分のデータを出力する。自己相関有りの場合は、ＡＤ変換部１０２から入力されるデータを、平均期間毎に分けて、さらに平均期間内のデータを平均化圧縮センシングフレーム毎に分けて自己相関処理を行ってから各自己相関処理の結果を平均して、圧縮センシングフレーム分のデータを出力する。
【００２９】
次に、図２を参照して、図１に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元を行う動作を説明する。図２は、図１に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元を行う動作を示すフローチャートである。まず、ＡＤ変換部１０２は、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換した全てのデータは平均部１０４に出力する。同時に、非平均区間のデータは非平均化圧縮センシング１２０に出力する（ステップＳ１）。平均部１０４は、自己相関無しの場合は、ＡＤ変換部１０２から入力されるデータを、平均期間毎に分けて、さらに平均期間内のデータを平均化圧縮センシングフレーム毎に分けて平均化して、圧縮センシングフレーム分のデータを出力する。自己相関有りの場合は、ＡＤ変換部１０２から入力されるデータを、平均期間毎に分けて、さらに平均期間内のデータを平均化圧縮センシングフレーム毎に分けて自己相関処理を行ってから各自己相関処理の結果を平均して、圧縮センシングフレーム分のデータを出力する（ステップＳ２）。
【００３０】
平均化圧縮センシング部１０６は、平均化ランダム測定行列を用いて平均部１０４から出力されるデジタル信号の圧縮を行う（ステップＳ３）。平均化復元部１０８は、平均化圧縮センシング部１０６から出力されるデータを平均化ランダム復元行列で復元処理を行い（ステップＳ４）、復元された信号を出力する（ステップＳ５）。
【００３１】
一方、非平均化圧縮センシング部１２０は、ＡＤ変換部から出力される非平均区間のデータを、非平均化ランダム測定行列を用いて圧縮を行う（ステップＳ６）。非平均化復元部１２２は、非平均化圧縮センシング部１２０から出力されるデータを非平均化ランダム復元行列で復元処理を行い（ステップＳ７）、復元された信号を出力する（ステップＳ８）。
【００３２】
次に、図３を参照して、図１に示す信号処理システムにおいて、ＡＤ変換部１０２の動作を説明する。図３は、図１に示す信号処理システムにおいて、ＡＤ変換部１０２の動作を示すフローチャートである。まず、入力されたアナログ信号をデジタル信号にサンプリングする（ステップＳ１１）。サンプリングされた全てのデータを平均化圧縮センシング部１０６に入力する（ステップＳ１２）。そして、制御部１１４から入力される非平均圧縮処理の有無を参照し（ステップＳ１３）、有りの場合は非平均区間のデータを非平均化圧縮センシング部１２０に入力する（ステップＳ１４）。
【００３３】
次に、図４を参照して、図１に示す信号処理システムにおいて、平均部１０４の動作を説明する。図４は、図１に示す信号処理システムにおいて、平均部の動作を示すフローチャートである。まず、制御部１１４から入力される自己相関処理の有無のパラメータを参照し、自己相関処理の有無を設定する（ステップＳ２１）。自己相関処理有りの場合は、平均化圧縮センシングフレーム毎に、平均化圧縮センシングフレーム内のデータの自己相関を計算してその結果を出力する（ステップＳ２２）。そして、ステップＳ２２の自己相関処理の結果を平均化圧縮センシングフレーム毎に平均化する（ステップＳ２３）。自己相関無しの場合は、ＡＤ変換部１０２から入力されるデータを平均化圧縮センシングフレーム毎に平均化する（ステップＳ２３）。そして、その結果を平均化圧縮センシング部１０６に出力する（ステップＳ２４）。
【００３４】
次に、図５を参照して、図１に示す信号処理システムにおいて、平均化圧縮センシング部１０６と平均化ランダム測定行列生成部１１０の動作を説明する。平均化ランダム測定行列生成部１１０は制御部１１４から入力される平均化ランダム測定行列生成パラメータである、平均化ランダム測定行列の行数と列の数を参照し、参照した平均化ランダム測定行列の行数と列数のサイズを持つランダム行列を生成する（ステップＳ３１）。平均化ランダム測定行列の各成分はランダム数生成機により生成される。平均化ランダム測定行列の列数は前記平均化圧縮センシングフレームと同じ値である。平均化圧縮センシング部１０６は入力されるデータを平均化圧縮センシングフレーム毎に分けて、平均化ランダム測定行列生成部１１０が生成した平均化ランダム測定行列に掛け算する（ステップＳ３２）。平均化圧縮センシングフレーム毎の掛け算の結果で得られる平均化ランダム測定行列の行数分のデータを出力する（ステップＳ３３）。
【００３５】
次に、図６を参照して、図１に示す信号処理システムにおいて、平均化復元部１０８と平均化ランダム復元行列生成部１１２の動作を説明する。平均化ランダム復元行列生成部１１２は、平均化ランダム測定行列生成部１１０が生成した平均化ランダム測定行列に平均化ランダム測定の列数を行と列の大きさとするＩＦＦＴ行列を掛け算して平均化ランダム復元行列を生成する（ステップＳ４１）。図１４は平均化ランダム測定行列の行数が４０、列数が１００の場合の平均化ランダム復元行列生成の例を示す。平均化復元部１０８は、平均化ランダム復元行列生成部１１２が生成した平均化ランダム復元行列を用いて、Ｌ１−ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ等の復元アルゴリズムを利用し信号復元処理を行う（ステップＳ４２）。そして、復元された信号を制御部１１４と外部に出力する（ステップＳ４３）。
【００３６】
次に、図７を参照して、図１に示す信号処理システムにおいて、非平均化ランダム測定行列生成部１１６と、非平均化ランダム圧縮センシング部１２０の動作を説明する。非平均化ランダム測定行列生成部１１６は制御部１１４から入力される非平均化ランダム測定行列生成パラメータである非平均化ランダム測定行列の行数と列の数を参照し、非平均化ランダム測定行列の行数と非平均化ランダム測定行列の列数のサイズを持つランダム行列を生成する（ステップＳ６１）。非平均化ランダム測定行列の各成分はランダム数生成機により生成される。非平均化ランダム測定行列の列数は前記非平均化圧縮センシングフレームと同じ値である。非平均化圧縮センシング部１２０は入力されるデータを非平均化圧縮センシングフレーム毎に分けて、非平均化ランダム測定行列生成部１１６が生成した非平均化ランダム測定行列に掛け算する（ステップＳ６２）。非平均化圧縮センシングフレーム毎の掛け算の結果で得られる非平均化ランダム測定行列の行数分のデータを出力する（ステップＳ６３）。
【００３７】
次に、図８を参照して、図１に示す信号処理システムにおいて、非平均化復元部１２２と平均化ランダム復元行列生成部１１８の動作を説明する。非平均化ランダム復元行列生成部１１８は、非平均化ランダム測定行列生成部１１６が生成した非平均化ランダム測定行列に非平均化ランダム測定の列数を行と列の大きさとするＩＦＦＴ行列を掛け算して非平均化ランダム復元行列を生成する（ステップＳ７１）。図１５は非平均化ランダム測定行列の行数が４０、列数が１００の場合の非平均化ランダム復元行列生成の例を示す。非平均化復元部１２２は、非平均化ランダム復元行列生成部１１８が生成した非平均化ランダム復元行列を用いて、Ｌ１−ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ等の復元アルゴリズムを利用し信号復元処理を行う（ステップＳ７２）。そして、復元された信号を制御部１１４と外部に出力する（ステップＳ７３）。
【００３８】
次に、図９を参照して、図１に示す信号処理システムにおいて、制御部１１４の動作を説明する。制御部１１４は平均区間と平均化圧縮センシングフレームのサイズを平均部１０４に出力する（ステップＳ９１）。また、制御部１１４は平均化ランダム測定行列の行数と列の数及び平均化圧縮センシングフレームのサイズを平均化ランダム測定行列生成部１１０と平均化ランダム復元行列生成部１１２に出力する（ステップＳ９２）。そして、平均化復元部１０８から入力される信号の周波数成分の絶対値を平均区間毎に分析し（ステップＳ９３）、非平均処理対象の信号の有無を判断する（ステップＳ９４）。この信号の有無の判断は、周波数成分の絶対値が予め設定した閾値を超えるか否かで判断する。
【００３９】
非平均処理対象の信号がある場合、その信号が検出された平均区間の情報をＡＤ変換部１０２に出力する（ステップＳ９５）。続いて、非平均化ランダム測定行列の行数と列の数及び非平均化圧縮センシングフレームのサイズを非平均化ランダム測定行列生成部１１６と非平均化ランダム復元行列生成部１１８に出力する（ステップＳ９６）。そして、非平均化復元部１２２から入力される信号の周波数成分の絶対値を分析し（ステップＳ９７）、非平均処理対象の信号の有無を判断する（ステップＳ９４）。この信号の有無の判断は、周波数成分の絶対値があらかじめ設定した閾値を超えるか否かで判断する。
【００４０】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態による信号処理システムの構成を説明する。図１０は、１つ以上のリモート局１〜Ｎと中央局１０から構成され、リモート局１〜Ｎと中央局１０は伝送路で接続されている通信システムの構成を示している。第２の実施形態では、図１０に示す通信システムに本発明の信号処理システムを適用した例を説明する。
【００４１】
図１１は、図１０に示すリモート局１と中央局１０の構成を示すブロック図である。ＡＤ変換部２０２は受信した信号を入力とし、アナログデジタル変換行ってデジタルデータを平均部２０４に出力する。併せて、制御部１１４から伝送路を介して受けた非平均区間の信号は非平均化圧縮センシング部２２０に出力する。平均部２０４は、制御部２１４から伝送路を介して受信した自己相関計算処理の有無のパラメータを参照し、自己相関計算処理が無しの場合は、平均区間の信号を平均化圧縮センシングフレーム毎に平均化し、平均結果を出力する。自己相関計算処理が有りの場合は、平均区間の信号を平均化圧縮センシングフレーム毎に自己相関計算処理をしてから平均化し、自己相関の平均結果を出力する。
【００４２】
平均化ランダム測定行列生成部２１０は制御部２１４から伝送路を介して受信した平均化ランダム測定行列生成部に必要なパラメータを参照し、平均化ランダム測定行列の生成を行う。平均化圧縮センシング部２０６は、平均部２０４から入力されたデジタル信号を２１０で生成された平均化ランダム測定行列を利用してデジタルデータの圧縮を行ない、圧縮データの出力を行なう。平均化ランダム復元行列生成部２１２は制御部２１４から伝送路を介して受信した平均化ランダム復元行列生成部に必要なパラメータを参照し、平均化ランダム復元行列の生成を行う。平均化圧縮センシング部２０６の出力は伝送路を介して中央局１０に伝送される。
【００４３】
平均化復元部２０８は、平均化圧縮センシング部２０６から伝送路を介した受信した圧縮データを入力とし、平均化ランダム復元行列生成部２１２で生成された平均化ランダム復元行列を利用して信号の復元を行ない、復元されたデータを出力する。この時、Ｌ１−ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎなどの復元アルゴリズムが動作する。併せて平均化復元データは既知情報として、制御部２１４に出力する。非平均化ランダム測定行列生成部２１６は制御部２１４から伝送路を介した受信した非平均化ランダム測定行列生成部に必要なパラメータを参照し、非平均化ランダム測定行列の生成を行う。
【００４４】
非平均化圧縮センシング部２２０は、ＡＤ変換部２０２から入力された非平均区間のデジタル信号を２１６で生成された非平均化ランダム測定行列を利用してデジタルデータの圧縮を行ない、圧縮データの出力を行なう。非平均化圧縮センシング部２２０の出力は伝送路を介して中央局１０に伝送される。非平均化ランダム復元行列生成部２１８は制御部２１４から非平均化ランダム復元行列生成部に必要なパラメータを受けて、非平均化ランダム復元行列の生成を行う。非平均化復元部２２２は、非平均化圧縮センシング部２２０から伝送路を介して受信した圧縮データを入力とし、非平均化ランダム復元行列生成部２１８で生成された非平均化ランダム復元行列を利用して信号の復元を行ない、復元されたデータを出力する。この時、Ｌ１−ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎなどの復元アルゴリズムが動作する。併せて非平均化復元データは既知情報として、制御部２１４に出力する。
【００４５】
第２の実施形態におけるＡＤ変換部２０２、平均部２０４、平均化圧縮センシング部２０６、平均化復元部２０８、平均化ランダム測定行列生成部２１０、平均化ランダム復元行列生成部２１２、制御部２１４、非平均化ランダム測定行列生成部２１６、非平均化ランダム復元行列生成部２１８、非平均化圧縮センシング部２２０及び非平均化復元部２２２の処理動作は、それぞれ第１の実施形態のＡＤ変換部１０２、平均部１０４、平均化圧縮センシング部１０６、平均化復元部１０８、平均化ランダム測定行列生成部１１０、平均化ランダム復元行列生成部１１２、制御部１１４、非平均化ランダム測定行列生成部１１６、非平均化ランダム復元行列生成部１１８、非平均化圧縮センシング部１２０及び非平均化復元部１２２と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４６】
＜第３の実施形態＞
次に、図１６を参照して、本発明の第３の実施形態による信号処理システムの構成を説明する。図１６は同実施形態の構成を示すブロック図である。図１６において、ＡＤ変換部３０２は受信した信号を入力とし、アナログデジタル変換を行ってデジタルデータを平均部３０４に出力する。併せて、制御部３１４から受けた非圧縮化区間の信号はそのまま外部に出力する。なお、圧縮区間／非圧縮区間のいずれとするかについては、ある周波数成分の絶対値が閾値を超えるか否かによって判断される。すなわち、平均化された信号の電力により信号の有無を判断する。
【００４７】
平均部３０４と、平均圧縮センシング部３０６と、平均復元部３０８と、平均化ランダム圧縮測定行列生成部３１０と、平均化ランダム復元行列生成部３１２は、それぞれ、第１の実施形態の平均部１０４と、平均圧縮センシング部１０６と、平均復元部１０８と、平均化ランダム圧縮測定行列生成部１１０と、平均化ランダム復元行列生成部１１２と同じ動作を行う。
【００４８】
次に、図１７を参照して、図１６に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元、非圧縮データの出力を行う動作を説明する。図１７は、図１６に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元、非圧縮データの出力を行う動作を示すフローチャートである。まず、ＡＤ変換部３０２は、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換した全てのデータは平均部３０４に出力する（ステップＳ３０１１）。同時に、非圧縮区間のデータはそのまま外部に出力する（ステップＳ３０８）。ステップ３０２と、ステップ３０３と、ステップ３０４と、ステップ３０５は、それぞれ図２で示す第１の実施形態のステップＳ２と、ステップＳ３と、ステップＳ４と、ステップＳ５と同じ動作を行う。
【００４９】
次に、図１８を参照して、図１７に示す信号処理システムにおいて、ＡＤ変換部３０２の動作を説明する。図１８は、図１７に示す信号処理システムにおいて、ＡＤ変換部３０２の動作を示すフローチャートである。まず、入力されたアナログ信号をデジタル信号にサンプリングする（ステップＳ３０１１）。サンプリングされた全てのデータを平均化圧縮センシング部１０６に入力する（ステップＳ３０１２）。そして、制御部３１４から入力される非圧縮処理の有無を参照し（ステップＳ３０１３）、有りの場合は非圧縮区間のデータを外部に出力する（ステップＳ３０１４）。
【００５０】
次に、図１９を参照して、図１７に示す信号処理システムにおいて、制御部３１４の動作を説明する。制御部３１４は平均区間と平均化圧縮センシングフレームのサイズを平均部３０４に出力する（ステップＳ３０９１）。また、制御部３１４は平均化ランダム測定行列の行数と列の数及び平均化圧縮センシングフレームのサイズを平均化ランダム測定行列生成部３１０と平均化ランダム復元行列生成部３１２に出力する（ステップＳ３０９２）。そして、平均化復元部３０８から入力される信号の周波数成分の絶対値を平均区間毎に分析し（ステップＳ３０９３）、非圧縮処理対象の信号の有無を判断する（ステップＳ３０９４）。この信号の有無の判断は、周波数成分の絶対値が予め設定した閾値を超えるか否かで判断する。非圧縮処理対象の信号がある場合、その信号が検出された区間の情報をＡＤ変換部３０２に出力する（ステップＳ３０９５）。  
【００５１】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態による信号処理システムの構成を説明する。第４の実施形態による信号処理システムの全体構成は、図１０に示す構成と同様であり、１つ以上のリモート局１〜Ｎと中央局１０から構成され、リモート局１〜Ｎと中央局１０は伝送路で接続されている。図２０は、第４の実施形態におけるリモート局１と中央局１０の構成を示すブロック図である。ＡＤ変換部４０２は受信した信号を入力とし、アナログデジタル変換行ってデジタルデータを平均部４０４に出力する。併せて、制御部４１４から伝送路を介して受けた非圧縮区間の信号はそのまま伝送路を介して中央局１０に送信する。
【００５２】
第４の実施形態における平均部４０４と、平均化圧縮センシング部４０６と、平均化ランダム測定行列生成部４１０と、平均化復元部４０８と、平均化ランダム復元行列生成部４１２は、それぞれ、図１１に示す平均部２０４と、平均化圧縮センシング部２０６と、平均化ランダム測定行列生成部２１０と、平均化復元部２０８と、平均化ランダム復元行列生成部２１２と同じ動作を行う。
【００５３】
次に、図２０に示す信号処理システムにおいて、制御部４１４の動作を説明する。制御部４１４は平均区間と平均化圧縮センシングフレームのサイズを伝送路を介して平均部４０４に出力する。また、制御部４１４は平均化ランダム測定行列の行数と列の数及び平均化圧縮センシングフレームのサイズを平均化ランダム測定行列生成部４１０に伝送路を介して出力する。また、制御部４１４は平均化ランダム復元行列の行数と列の数及び平均化圧縮センシングフレームのサイズを平均化ランダム復元行列生成部４１２に出力する。そして、平均化復元部４０８から入力される信号の周波数成分の絶対値を平均区間毎に分析し、非圧縮処理対象の信号の有無を判断し、非圧縮処理を決める。また、この非圧縮処理区間の情報を伝送路を介して、ＡＤ変換部４０２に出力する。この信号の有無の判断は、周波数成分の絶対値が予め設定した閾値を超えるか否かで判断する。
【００５４】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態による信号処理システムを説明する。まず、図２５を参照して、本発明の平均化圧縮センシング方法について説明する。周波数領域、もしくは時間領域で疎である信号に対して、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform；高速フーリエ変換）変換を行い、その結果の絶対値を計算し、その計算結果を平均してから平均化ランダム測定行列を乗算することで、入力データの圧縮を行なう。図２５においては、１００００個のデータが１００個毎に平均化されたものを平均化ランダム測定行列で処理することによって、４０個に圧縮されている。平均化ランダム測定行列はランダム変数で生成されるランダム測定行列から生成される。平均化処理を行う前に信号をＦＦＴ変換することにより、周波数領域に疎な信号に対しても平均化による圧縮効果を得ることができる。
【００５５】
次に、図２１を参照して、第５の実施形態による信号処理システムの構成を説明する。図２１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、他の実施形態のシステムと同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示すシステムが他の実施形態と異なる点は、ＦＦＴ絶対値計算部１０３が設けられている点である。
【００５６】
図２１において、ＡＤ変換部１０２は受信した信号を入力とし、アナログデジタル変換を行ってデジタルデータをＦＦＴ絶対値計算部１０３に出力する。ＦＦＴ絶対値計算部１０３は入力されたデジタルデータのＦＦＴ変換を行いその係数の絶対値を計算し、平均部１０４に出力する。併せて、制御部１１４から受けた非平均化区間の有無の判定結果は非平均化圧縮センシング部１２０に出力する。なお、後述するように、平均化区間／非平均化区間のいずれとするかについては、ある周波数成分の絶対値が閾値を超えるか否かによって判断される。すなわち、平均化された信号の電力により信号の有無を判断する。
【００５７】
ＦＦＴ絶対値計算部１０３は、制御部１１４から出力される平均化圧縮センシングフレームを受けて、平均化圧縮センシングフレーム毎にＦＦＴ変換を行う。そして、ＦＦＴ変換後の係数の絶対値を計算し、平均部１０４に出力する。平均部１０４は、平均化区間の信号を平均化圧縮センシングフレーム毎に平均し、平均結果を出力する。
【００５８】
次に、図２２を参照して、図２１に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元を行う動作を説明する。図２２は、図２１に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元を行う動作を示すフローチャートである。この図において、他の実施形態のシステムの動作と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
まず、ＡＤ変換部１０２は、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換した全てのデータはＦＦＴ絶対値計算部１０３に出力する。同時に、非平均区間のデータは非平均化圧縮センシング１２０に出力する（ステップＳ１）。ＦＦＴ絶対値計算部１０３はＡＤ変換部１０２から入力されるデータを、平均化圧縮センシングフレーム毎にＦＦＴ変換し、その結果の絶対値を計算し、平均部１０４に出力する（ステップＳ１Ａ）。平均部１０４は、ＦＦＴ絶対値計算部１０３から入力されるデータを、平均期間毎に分けて、さらに平均期間内のデータを平均化圧縮センシングフレーム毎に分けて平均化して、圧縮センシングフレーム分のデータを出力する（ステップＳ２）。
【００６０】
次に、図２３を参照して、図２１に示す信号処理システムにおけるＡＤ変換部１０２の動作を説明する。図２３は、図２１に示す信号処理システムにおいて、ＡＤ変換部１０２の動作を示すフローチャートである。この図において、他の実施形態のシステムの動作と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６１】
まず、入力されたアナログ信号をデジタル信号にサンプリングする（ステップＳ１１）。サンプリングされた全てのデータをＦＦＴ絶対値計算部１０３に入力する（ステップＳ１２Ａ）。そして、制御部１１４から入力される非平均圧縮処理の有無を参照し（ステップＳ１３）、有りの場合は非平均区間のデータを非平均化圧縮センシング部１２０に入力する（ステップＳ１４）。
【００６２】
＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態による信号処理システムの構成を説明する。第６の実施形態では、図１０に示す通信システムに本発明の信号処理システムを適用した例を説明する。図２４は、図１０に示すリモート局１と中央局１０の構成を示すブロック図である。この図において、他の実施形態のシステムと同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示すシステムが他の実施形態と異なる点は、ＦＦＴ絶対値計算部２０３が設けられている点である。ＡＤ変換部２０２は受信した信号を入力とし、アナログデジタル変換行ってデジタルデータをＦＦＴ絶対値計算部２０３に出力する。併せて、制御部１１４から伝送路を介して受けた非平均区間の信号は非平均化圧縮センシング部２２０に出力する。ＦＦＴ絶対値計算部２０３は、ＡＤ変換部２０２から入力されたデジタルデータを、制御部２１４から伝送路を介して受信した平均化圧縮センシングフレーム毎に分けてＦＦＴ変換処理を行い、その結果の絶対値を計算し平均部２０４に出力する。平均部２０４は、平均区間の信号を平均化圧縮センシングフレーム毎に平均化し、平均結果を出力する。
【００６３】
＜第７の実施形態＞
次に、図２６を参照して、本発明の第７の実施形態による信号処理システムの構成を説明する。図２６は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、他の実施形態のシステムと同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示すシステムが他の実施形態と異なる点は、ＦＦＴ絶対値計算部３０３が設けられている点である。図２６において、ＡＤ変換部３０２は受信した信号を入力とし、アナログデジタル変換を行ってデジタルデータをＦＦＴ絶対値計算部３０３に出力する。併せて、制御部３１４から受けた非圧縮化区間の信号はそのまま外部に出力する。なお、平均化区間／非圧縮区間のいずれとするかについては、ある周波数成分の絶対値が閾値を超えるか否かによって判断される。すなわち、平均化された信号の電力により信号の有無を判断する。  
【００６４】
ＦＦＴ絶対値計算部３０３は、制御部１１４から出力される平均化圧縮センシングフレームを受けて、平均化圧縮センシングフレーム毎にＦＦＴ変換を行う。そして、ＦＦＴ変換後の係数の絶対値を計算し、平均部３０４に出力する。平均部３０４と、平均圧縮センシング部３０６と、平均復元部３０８と、平均用ランダム圧縮測定行列生成部３１０と、平均用ランダム復元行列生成部３１２は、それぞれ、第６の実施形態の平均部１０４と、平均圧縮センシング部１０６と、平均復元部１０８と、平均用ランダム圧縮測定行列生成部１１０と、平均用ランダム復元行列生成部１１２と同じ動作を行う。
【００６５】
次に、図２７を参照して、図２６に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元、非圧縮データの出力を行う動作を説明する。図２７は、図２６に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元、非圧縮データの出力を行う動作を示すフローチャートである。この図において、他の実施形態のシステムの動作と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
まず、ＡＤ変換部３０２は、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換した全てのデータはＦＦＴ絶対値計算部１０３に出力する（ステップＳ３０１）。同時に、非平均区間のデータは非平均化圧縮センシング１２０に出力する（ステップＳ３０８）。ＦＦＴ絶対値計算部１０３はＡＤ変換部３０２から入力されるデータを、平均化圧縮センシングフレーム毎にＦＦＴ変換し、その結果の絶対値を計算し、平均部３０４に出力する（ステップＳ３０１Ａ）。平均部３０４は、ＦＦＴ絶対値計算部１０３から入力されるデータを、平均期間毎に分けて、さらに平均期間内のデータを平均化圧縮センシングフレーム毎に分けて平均化して、圧縮センシングフレーム分のデータを出力する（ステップＳ３０２）。ステップ３０３と、ステップ３０４と、ステップ３０５は、それぞれ図２に示す第１の実施形態のステップ３と、ステップ４と、ステップ５と同じ動作を行う。
【００６７】
次に、図２８を参照して、図２７に示す信号処理システムにおいて、ＡＤ変換部３０２の動作を説明する。図２８は、図２６に示す信号処理システムにおいて、データ平均、データ圧縮、復元、非圧縮データの出力を行う動作を示すフローチャートである。この図において、他の実施形態のシステムの動作と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。まず、入力されたアナログ信号をデジタル信号にサンプリングする（ステップＳ３０１１）。サンプリングされた全てのデータをＦＦＴ絶対値計算部１０３に入力する（ステップＳ３０１２Ａ）。そして、制御部３１４から入力される非圧縮処理の有無を参照し（ステップＳ３０１３）、有りの場合は非圧縮区間のデータを外部に出力する（ステップＳ３０１４）。
【００６８】
＜第８の実施形態＞
次に、本発明の第８の実施形態による信号処理システムの構成を説明する。図２９は、１つ以上のリモート局１〜Ｎと中央局１０から構成され、リモート局１〜Ｎと中央局１０は伝送路で接続されている通信システムの構成を示している。第８の実施形態では、図１０に示す通信システムに本発明の信号処理システムを適用した例を説明する。
【００６９】
図２９は、図１０に示すリモート局１と中央局１０の構成を示すブロック図である。ＡＤ変換部４０２は受信した信号を入力とし、アナログデジタル変換行ってデジタルデータをＦＦＴ絶対値計算部４０３に出力する。併せて、制御部４１４から伝送路を介して受けた非圧縮区間の信号はそのまま伝送路を介して中央局に送信する。
【００７０】
このように、圧縮センシングを行うデータ系列において、周波数、もしくは時間分布が安定している場合、信号（データ系列）の内、周波数密度の高い周波数領域に対し重みをつけてランダム測定行列による圧縮センシングを行い、また、周波数密度の低い周波数領域に対し重みをつけずランダム測定行列による圧縮センシングを行うことで、もしくは時間密度の高い時間領域に対し重みをつけてランダム測定行列による圧縮センシングを行い、また、時間密度の低い時間領域に対し重みをつけずランダム測定行列による圧縮センシングを行うことで、重みをつけない場合に比べランダム測定行列の列数を減らすことが可能となる。ランダム測定行列の重み付けは、信号の受信周期や受信結果から受信信号の周波数、もしくは時間成分を抽出することで、受信信号の受信タイミングや受信信号の周波数成分、もしくは時間成分を取得することにより行う。これらの情報を利用することで、信号において周波数が０でない値の位置の予測、もしくは時間軸において信号がある位置の予測が可能になるため、ランダム測定行列の重み付けが可能となる。これにより、圧縮サンプリングする際の演算量を削減することが可能になる。また、ランダム測定行列の行数は、信号の圧縮率に比例するため、従来技術であるランダム測定行列に重みをつけない場合に比べ圧縮率を下げる（高圧縮とする）ことができる。
【００７１】
以上説明したように、ランダム圧縮技術において送信データ量を削減するために、信号をＡＤ変換後、平均または自己相関処理後の平均を行い、圧縮センシングと復元処理における処理量と処理時間を減らすようにして、信号が検出された区間だけを平均化しない圧縮センシングによる圧縮と復元を行い、信号検出に必要な処理量と処理時間を減らしつつ、検出した信号の品質を保つことが実現できる。
【００７２】
従来のランダム圧縮では、全ての信号に対してそのままランダム測定行列等で行列演算を行っていたが、周波数領域又は時間領域に疎な信号である場合には、信号が存在しない領域において全ての信号を同様に扱うと送信データ量が多くなるという問題を有していた。本発明では、送信波形のサンプリング値をいくつかの固まりに分けて、それぞれの固まりごとに平均化した上でランダム測定行列等で行列演算を行う。この平均化により、送信データ量が削減される効果を得ることができる。一方、平均化したサンプリング値の中に信号が含まれている場合には、その情報を送信側（ランダム圧縮を行う側）にフィードバックし、信号が含まれている部分については平均化を行わずに圧縮して送信する。また、平均化したサンプリング値に信号が含まれているか否かは、平均化した値の電力を測定することで判断することができる。なお、信号を検出しやすくするために、平均化前に自己相関処理を行うこともできる。
【００７３】
なお、図１、図１１に示す各処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより信号処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００７４】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
信号をＡＤ変換、圧縮、復元する圧縮センシングにおいて、重み付け測定行列の生成を行うことが不可欠な信号処理の用途に適用できる。
【符号の説明】
【００７６】
１、２、Ｎ・・・リモート局、１０・・・中央局、１０２、２０２、３０２、４０２・・・ＡＤ変換部、１０３、２０３、３０３、４０３・・・ＦＦＴ絶対値計算部、１０４、２０４、３０４、４０４・・・平均部、１０６、２０６、３０６、４０６・・・平均化圧縮センシング部、１０８、２０８、３０８、４０８・・・平均化復元部、１１０、２１０、３１０、４１０・・・平均化ランダム測定行列生成部、１１２、２１２、３１２、４１２・・・平均化ランダム復元行列生成部、１１４、２１４、３１４、４１４・・・制御部、１１６、２１６・・・非平均化ランダム測定行列生成部、１１８、２１８・・・非平均化ランダム復元行列生成部、１２０、２２０・・・非平均化圧縮センシング部、１２２、２２２・・・非平均化復元部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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