發(fā)送裝置、接收裝置、及收發(fā)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及即使在原始的輸入數(shù)字信號的稀疏性（Sparisity)較低的情況下也 能夠進(jìn)行高精度復(fù)原的發(fā)送裝置、接收裝置、以及收發(fā)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在要求具有低功耗的無線傳感器節(jié)點中，削減占較多功耗的無線發(fā)送功率是必不 可少的。作為其中一種手段，可通過對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，減少數(shù)據(jù)量來削減無線發(fā)送 功率。
[0003] 在一般的數(shù)據(jù)壓縮中，大多使用ZIP、LZH等壓縮技術(shù)。在采用這些壓縮技術(shù)的數(shù) 據(jù)壓縮中，需要大量的運算，不適于在要求具有低功耗的無線傳感器節(jié)點上實施。這是因 為，例如，若將這種數(shù)據(jù)壓縮應(yīng)用于無線傳感器節(jié)點，則相比于無線發(fā)送功率的削減量，由 壓縮運算所消耗的功率上升，由此反而導(dǎo)致整體的功耗增加。
[0004] 另一方面，對于能夠以低功耗進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮的技術(shù)，存在有壓縮感知 (Compressivesensoring)。關(guān)于壓縮感知，在例如非專利文獻(xiàn)1中有詳細(xì)記載。該壓縮感 知的概要是利用被認(rèn)為自然界的大多數(shù)信號所具有的信號的稀疏性，根據(jù)極少數(shù)被壓縮的 數(shù)據(jù)高精度地復(fù)原原始信號的技術(shù)。壓縮感知中的壓縮運算僅通過矩陣乘法來進(jìn)行，因此 運算較為容易，尤其在非專利文獻(xiàn)1中，通過使用隨機觀測矩陣作為用于運算的矩陣，從而 僅通過加減法運算就能實現(xiàn)壓縮運算，該隨機觀測矩陣是通過在矩陣元素中將±1隨機排 列而得到的。
[0005] 具體而言，若將原始數(shù)據(jù)的個數(shù)設(shè)為N，壓縮運算后得到的壓縮后數(shù)據(jù)的個數(shù)設(shè)為 M，則當(dāng)然N>Μ。若用N維的向量即輸入數(shù)字信號X表示原始數(shù)據(jù)，Μ維的向量即壓縮數(shù)字 信號d表示壓縮后的數(shù)據(jù)，則壓縮感知中的壓縮運算如下式（1)所示，可通過將Μ行Ν列的 觀測矩陣Φ與輸入數(shù)字信號X相乘來求得壓縮數(shù)字信號d。 d=Φχ... (1)
[0006] 這里，原始的輸入數(shù)字信號χ需要具有稀疏性。當(dāng)輸入數(shù)字信號χ具有稀疏性時， 使用適當(dāng)?shù)摩笑械幕鬃儞Q矩陣Ψ，可將輸入數(shù)字信號X表示為下式（2)。 χ=Ψs··· (2)
[0007] 這里，S是Ν維的向量，當(dāng)輸入數(shù)字信號X具有稀疏性時，S的向量分量的大部分變 為〇〇
[0008] 輸入數(shù)字信號χ在具有上述稀疏性時，若使用元素隨機的矩陣作為觀測矩陣Φ， 則基于觀測矩陣Φ、基底變換矩陣Ψ、以及壓縮數(shù)字信號d，使用L1范數(shù)最小化法等，能夠 高精度地復(fù)原原始的輸入數(shù)字信號X。 另外，在非專利文獻(xiàn)1中，通過將±1隨機排列而得到的矩陣用于觀測矩陣Φ，從而僅 通過加減法運算來實現(xiàn)壓縮運算。并且，由于式（1)是矩陣乘法運算，因此，數(shù)據(jù)壓縮時的 運算量變?yōu)镸XN。
[0009] 此外，在專利文獻(xiàn)1中，公開了通過使用FFT，將數(shù)據(jù)壓縮時的運算量從MXN削減 至N+NX(log2)N的技術(shù)。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利特開2013-90097號公報 非專利文獻(xiàn)
[0011] 非專利文獻(xiàn)1 :"使用循環(huán)矩陣的傳感器節(jié)點上的壓縮感知的安裝及功耗的評 價"（循環(huán)行列奩用七>寸y-卜'、上'①圧縮七>シ>夕①実裝t消費電力①評価）， 佐佐木達(dá)哉著，IPSJSIG技術(shù)報告2012(TechnicalR印ort2012)

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0012] 然而，對于利用非專利文獻(xiàn)1所記載的現(xiàn)有的觀測矩陣進(jìn)行的針對經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮 后的壓縮數(shù)字信號d的復(fù)原，在原始的輸入數(shù)字信號X具有較高的稀疏性的情況下能夠高 精度地進(jìn)行復(fù)原，而在原始的輸入數(shù)字信號X的稀疏性較低的情況下，則無法高精度地進(jìn) 行復(fù)原。
[0013] 本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種即使在原始的輸入數(shù)字信 號的稀疏性較低的情況下也能夠進(jìn)行高精度復(fù)原的發(fā)送裝置、接收裝置、以及收發(fā)系統(tǒng)。 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0014] 為了解決上述問題，達(dá)成目的，本發(fā)明所涉及的發(fā)送裝置的特征在于，包括壓縮 部，該壓縮部使用沃爾什函數(shù)對輸入數(shù)字信號進(jìn)行變換，提取出特定頻率分量并進(jìn)行壓縮， 生成并輸出壓縮后的壓縮數(shù)字信號。
[0015] 本發(fā)明所涉及的發(fā)送裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，所述壓縮部使用對應(yīng)于所 述特定頻率分量的沃爾什函數(shù)的觀測矩陣來對所述輸入數(shù)字信號進(jìn)行變換，生成并輸出該 變換得到的數(shù)字信號作為所述壓縮數(shù)字信號。
[0016] 本發(fā)明所涉及的發(fā)送裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，對應(yīng)于所述特定頻率分量 的沃爾什函數(shù)的觀測矩陣是抽選出沃爾什函數(shù)的對應(yīng)于特定頻率分量的行而得到的矩陣。
[0017] 本發(fā)明所涉及的發(fā)送裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，所述壓縮部對輸入數(shù)字信 號進(jìn)行高速沃爾什?哈達(dá)瑪變換，從該變換得到的數(shù)字信號中抽選并輸出對應(yīng)于所述特定 頻率分量的部分。
[0018] 本發(fā)明所涉及的接收裝置的特征在于，包括復(fù)原部，該復(fù)原部將通過使用沃爾什 函數(shù)進(jìn)行變換、提取特定頻率分量來進(jìn)行壓縮后得到的壓縮數(shù)字信號，使用對應(yīng)于所述特 定頻率分量的沃爾什函數(shù)的觀測矩陣進(jìn)行復(fù)原而得到發(fā)送側(cè)的輸入數(shù)字信號。
[0019] 本發(fā)明所涉及的接收裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，所述復(fù)原部使用對應(yīng)于所 述特定頻率分量的沃爾什函數(shù)的觀測矩陣以及對應(yīng)于離散傅里葉逆變換的基底變換矩陣， 來對所述輸入數(shù)字信號進(jìn)行復(fù)原。
[0020] 本發(fā)明所涉及的收發(fā)系統(tǒng)的特征在于，包括：發(fā)送裝置，該發(fā)送裝置具有使用沃爾 什函數(shù)對輸入數(shù)字信號進(jìn)行變換，提取出特定頻率分量進(jìn)行壓縮，生成并輸出壓縮后的壓 縮數(shù)字信號的壓縮部、及以無線方式輸出和發(fā)送所述壓縮數(shù)字信號的發(fā)送部；以及接收裝 置，該接收裝置具有接收由所述發(fā)送部以無線方式輸出和發(fā)送的所述壓縮數(shù)字信號的接收 部、及將所述接收部接收到的所述壓縮數(shù)字信號，使用對應(yīng)于所述特定頻率分量的沃爾什 函數(shù)的觀測矩陣進(jìn)行復(fù)原而得到所述輸入數(shù)字信號的復(fù)原部。
[0021] 本發(fā)明所涉及的收發(fā)系統(tǒng)的特征在于，在上述發(fā)明中，所述壓縮部使用對應(yīng)于所 述特定頻率分量的沃爾什函數(shù)的觀測矩陣來對所述輸入數(shù)字信號進(jìn)行變換，生成并輸出該 變換得到的數(shù)字信號作為所述壓縮數(shù)字信號。
[0022] 本發(fā)明所涉及的收發(fā)系統(tǒng)的特征在于，在上述發(fā)明中，對應(yīng)于所述特定頻率分量 的沃爾什函數(shù)的觀測矩陣是抽選出沃爾什函數(shù)的對應(yīng)于特定頻率分量的行而得到的矩陣。
[0023] 本發(fā)明所涉及的收發(fā)系統(tǒng)的特征在于，在上述發(fā)明中，所述壓縮部對輸入數(shù)字信 號進(jìn)行高速沃爾什?哈達(dá)瑪變換，從該變換得到的數(shù)字信號中抽選并輸出對應(yīng)于所述特定 頻率分量的部分。
[0024] 本發(fā)明所涉及的收發(fā)系統(tǒng)的特征在于，在上述發(fā)明中，所述壓縮部將抽選對應(yīng)于 所述特定頻率分量的部分時以不按頻率順序進(jìn)行排序的方式抽選出的數(shù)字信號生成并輸 出作為所述壓縮數(shù)字信號，所述復(fù)原部具有將所輸入的所述壓縮數(shù)字信號按所述沃爾什函 數(shù)的頻率順序進(jìn)行排序的排序部，將由所述排序部排序后的所述壓縮數(shù)字信號，使用對應(yīng) 于所述特定頻率分量的沃爾什函數(shù)的觀測矩陣進(jìn)行復(fù)原而得到所述輸入數(shù)字信號。
[0025] 本發(fā)明所涉及的收發(fā)系統(tǒng)的特征在于，在上述發(fā)明中，所述復(fù)原部使用對應(yīng)于所 述特定頻率分量的沃爾什函數(shù)的觀測矩陣以及對應(yīng)于離散傅里葉逆變換的基底變換矩陣， 來對所述輸入數(shù)字信號進(jìn)行復(fù)原。
[0026] 本發(fā)明所涉及的收發(fā)系統(tǒng)的特征在于，包括：發(fā)送裝置，該發(fā)送裝置具有：使用沃 爾什函數(shù)對輸入數(shù)字信號進(jìn)行變換，提取出特定頻率分量進(jìn)行壓縮，生成并輸出壓縮后的 第1壓縮數(shù)字信號的第1壓縮部；利用使用了隨機矩陣的觀測矩陣對輸入數(shù)字信號進(jìn)行變 換，生成并輸出壓縮后的第2壓縮數(shù)字信號的第2壓縮部；基于切換指示信號來切換所述第 1壓縮部和所述第2壓縮部的處理的發(fā)送側(cè)切換部；及以無線方式輸出和發(fā)送由所述發(fā)送 側(cè)切換部切換輸出后的所述第1壓縮數(shù)字信號或所述第2壓縮數(shù)字信號的發(fā)送部；以及接 收裝置，該接收裝置具有：接收由所述發(fā)送部以無線方式輸出和發(fā)送的所述第1壓縮數(shù)字 信號或所述第2壓縮數(shù)字信號的接收部；在所述切換指示信號指示所述第1壓縮部的處理 時，將所述第1壓縮數(shù)字信號使用對應(yīng)于所述特定頻率分量的沃爾什函數(shù)的觀測矩陣進(jìn)行 復(fù)原而得到所述輸入數(shù)字信號的第1復(fù)原部；在所述切換指示信號指示所述第2壓縮部的 處理時，將所述第2壓縮數(shù)字信號使用利用了所述隨機矩陣的觀測矩陣進(jìn)行復(fù)原而得到所 述輸入數(shù)字信號的第2復(fù)原部；基于切換指示信號來切換所述第1復(fù)原部和所述第2復(fù)原 部的處理的接收側(cè)切換部；及向所述發(fā)送側(cè)切換部和所述接收側(cè)切換部發(fā)送出所述切換指 示信號的切換指示部。
[0027] 本發(fā)明所涉及的收發(fā)系統(tǒng)的特征在于，在上述發(fā)明中，所述第1壓縮部使用對應(yīng) 于所述特定頻率分量的沃爾什函數(shù)的觀測矩陣來對所述輸入數(shù)字信號進(jìn)行變換，生成并輸 出該變換得到的數(shù)字信號作為所述壓縮數(shù)字信號。
[0028] 本發(fā)明所涉及的收發(fā)系統(tǒng)的特征在于，在上述發(fā)明中，所述第1壓縮部對輸入數(shù) 字信號進(jìn)行高速沃爾什?哈達(dá)瑪變換，從該變換得到的數(shù)字信號中抽選并輸出對應(yīng)于所述 特定頻率分量的部分。
[0029] 本發(fā)明所涉及的收發(fā)系統(tǒng)的特征在于，所述第1復(fù)原部使用對應(yīng)于所述特定頻率 分量的沃爾什函數(shù)的觀測矩陣以及對應(yīng)于離散傅里葉逆變換的基底變換矩陣，來對所述輸 入數(shù)字信號進(jìn)行復(fù)原。 發(fā)明效果
[0030] 根據(jù)本發(fā)明，壓縮部使用沃爾什函數(shù)對輸入數(shù)字信號進(jìn)行變換，且提取特定頻率 分量進(jìn)行壓縮，從而生成并輸出壓縮后的壓縮數(shù)字信號，因此，即使在原始的輸入數(shù)字信號 的稀疏性較低的情況下，也能夠關(guān)于特定頻率分量進(jìn)行高精度的復(fù)原。
【附圖說明】
[0031] 圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的收發(fā)系