[发明专利]叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法

权利要求书

1.叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：对稀疏的音频信号进行特征处理，得到特征信息；

步骤S2：对特征信息进行扩展处理，得到扩展特征向量；

步骤S3：对稀疏的音频向量进行单比特压缩处理，得到1-bit压缩信号；

步骤S4：将扩展特征向量和1-bit压缩信号进行加权叠加处理，得到发送信号；

步骤S5：将发送信号发送出去；

步骤S6：将通过接收端接收到的发送信号进行恢复处理，得到恢复特征信息和恢复1-bit压缩信息；

步骤S7：将恢复特征信息进行辅助重构算法处理得到稀疏音频信号；

所述步骤S1包括如下子步骤：

步骤S11：设定稀疏音频信号X的稀疏度为K，长度为N；

步骤S12：提取稀疏音频信号X的非零元素的位置索引，得到长度为K的支撑集合Ω；

步骤S13：在长度为K的支撑集合Ω中，找出稀疏音频信号X的前L₁个幅度值最大的位置索引，得到长度为L₂的部分支撑集合其中0＜L₁≤K；

步骤S14：对长度为L₂的部分支撑集合进行编码调制，得到长度为L₃的元素为1或-1的特征信息h，其中，L₃＜M；

所述步骤S3的单比特压缩处理的表达式为：

y＝sign(Φx)

式中，y表示1-bit压缩信号，Φ表示预先存储的M×N的测量矩阵Φ，x表示稀疏音频信号；

所述步骤S4包括如下子步骤：

步骤S41：将长度为M的扩展特征信息H赋予权值为将1-bit压缩信号y赋予权值为α为加权系数且满足0＜α＜1，E_s为发送信号的能量；

步骤S42：将特征信息和1-bit压缩信号进行加权叠加处理，加权叠加处理的公式为式中，H表示长度为M的发送信号Z，y表示1-bit压缩信号，α为加权系数且满足0＜α＜1，E_s为发送信号的能量；

所述步骤S6包括如下子步骤：

步骤S61：对发送信号进行解扩处理，所述解扩处理的表达式为

式中，表示发送信号，式中，n为长度为M的噪声信号，P^h为解扩特征信息，Q^T为扩展矩阵的转置；

步骤S62：将解扩特征信息P^h进行硬判决操作，得到恢复特征信息

步骤S63：将恢复特征信息进行扩展处理，得到长度为M的恢复扩频特征信息

步骤S64：将长度为M的带噪信号和恢复扩频特征信息进行解扩压缩处理，得到长度为M的解扩压缩信号P^y，

步骤S65：将长度为M的解扩压缩信号P^y进行硬判决操作，得到长度为M的1-bit压缩信号

所述步骤S2和步骤S63的扩频处理的表达式为：

H＝Qh

式中，Q为扩频矩阵大小为M×L且Q^TQ＝MI_L，其中，L＜M，I_L为L×L的单位矩阵，h为特征信息，H为扩展特征向量；

所述步骤S62和步骤S65的硬判决操作的公式为

式中，为硬判决处理后的信号，y为压缩信号；

所述步骤S7包括如下步骤：

步骤S71：对恢复特征信息进行编码调制处理，得到恢复部分支撑集合

步骤S72:对恢复部分支撑集合进行辅助，同时对长度为M的恢复1-bit压缩信号重构出长度为N稀疏音频信号

所述步骤S14和步骤S71的编码调制为

步骤S141：将长度为l的部分支撑集合”中的十进制元素转化为r位的二进制数，转化后生成序列的长度为L，且L＝rl；

步骤S142：将序列中的元素“1”映射为“1”，将元素“0”映射为元素“-1”；

所述步骤S72的重构算法包括如下步骤：

步骤S721：输入恢复1-bit压缩信号测量矩阵Φ∈R^M×N，稀疏度K，恢复部分支撑集最大迭代次数iternum；

步骤S722：初始化残差矢量x₀＝O^N×1，迭代次数t＝0；

步骤S723：根据x、Φ、和梯度计算公式计算出梯度β^t+1；

步骤S724：根据梯度β^t+1和硬阈值映射公式x_t+1＝η(β^t+1)，计算出硬阈值x_t+1；

步骤S725：计算非零元素的个数

其中，符号||||₀表示求向量的算子0范数，令t＝t+1；

步骤S726：判断若t＜iternum且nnz＞0，返回步骤S723；若否，则进入步骤S727；

步骤S727：根据t计算出x_t+1＝U(x_t+1)，

式中，U(v)＝v/||v||₂，符号||||₂表示求向量的算子2范数；

步骤S728：根据x_t+1，计算出稀疏音频信号