[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

说明书

本发明公开了叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法，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：对特征信息进行扩频处理，得到扩频特征向量；步骤S3：对稀疏的音频信号进行单比特压缩处理，得到1‑bit压缩信号；步骤S4：将扩频特征向量和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，在接收端对发送信号接收，接收信号为带噪信号；步骤S6：对带噪信号进行恢复处理，得到恢复特征信息和恢复1‑bit压缩信息；步骤S7：利用恢复特征信息辅助重构算法，重构出稀疏音频信号，解决了在不增加传输系统频谱资源的情况下，有效提高单比特音频信号的重构精度。

技术领域

本发明涉及音频压缩传输与重构领域，特别是叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法。

背景技术

压缩感知(Compressed sensing,CS)技术已广泛应用于音频信号处理领域，并已取得实质性进展。然而在实践中，对压缩信号编码前是需要对其量化的。为缓解AD转换器硬件压力，提升数据存储效率以及数据传输速率，进一步将单比特压缩感知应用于音频信号处理。

然而，现有的单比特压缩感知重构算法诸如固定点连续FPC(Fixed PointContinuation,FPC)算法、符号匹配追踪(Matching Sign Pursuit,MSP)算法、限制步长收敛(Restricted Step Shrinkage,RSS)算法、二进制迭代硬阈值(Binary Iterative HardThresholding,BIHT)算法，均不是专门针对稀疏音频信号的单比特重构而提出的，继而没有考虑音频信号的特殊性，未充分利用稀疏音频信号的非零元素位置索引，使稀疏音频信号的重构精度受到限制。

虽然现有研究提出利用信号的支撑集信息辅助单比特量化信号的重构，可进一步改善单比特压缩信号的重构性能。但是在传统的单比特压缩音频信号的传输过程，音频信号的支撑集信息的传输将会占用一定的频谱资源，增加传输成本。因此，需要一种有效的方法来缓解频谱资源和重构精度之间的矛盾。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法，解决了在传统的单比特压缩音频信号的传输过程，音频信号的支撑集信息的传输将会占用一定的频谱资源，增加传输成本的问题，并有效改善音频信号的重构精度。

本发明采用的技术方案是：叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法，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：对特征信息进行扩频处理，得到扩频特征向量；

步骤S3：对稀疏的音频信号进行单比特压缩处理，得到1-bit压缩信号；

步骤S4：将扩频特征向量和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，在接收端对发送信号接收，接收信号为带噪信号；

步骤S6：对带噪信号进行恢复处理，得到恢复特征信息和恢复1-bit压缩信息；

步骤S7：利用恢复特征信息辅助重构算法，重构出稀疏音频信号。

优选地，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个幅度值最大元素的位置索引，得到长度为L₂的部分支撑集合其中，0≤L₁≤K,L₂＝L₁；