特許 5967547 信号処理システム及び信号処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5967547

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】信号処理システム及び信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   H03M 7/30 20060101AFI20160728BHJP

【ＦＩ】

   H03M7/30 Z

【請求項の数】7

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2013-181506(P2013-181506)

(22)【出願日】2013年9月2日

(65)【公開番号】特開2015-50659(P2015-50659A)

(43)【公開日】2015年3月16日

【審査請求日】2015年7月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】芝 宏礼

(72)【発明者】

【氏名】俊長 秀紀

(72)【発明者】

【氏名】山田 貴之

(72)【発明者】

【氏名】上原 一浩

(72)【発明者】

【氏名】李 斗煥

(72)【発明者】

【氏名】森川 博之

【審査官】 北村 智彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０９００９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０４６０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１０９９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 山田貴之，李斗煥，加保貴奈，芝宏礼，山口陽，赤羽和徳，上原一浩，ユーザセントリックワイヤレスネットワークにおける１ビット圧縮センシング技術と巡回ランダム行列による圧縮技術，電子情報通信学会技術研究報告，２０１２年 ５月１７日，Vol.112,No.55，pp.59-64

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｍ ３／００−１１／００

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

ＣｉＮｉｉ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ランダム測定行列の生成に利用する測定行列生成パラメータの生成と、ランダム復元行列の生成に利用する復元行列生成パラメータの生成と、２ビット量子化に利用する量子化閾値の生成とを行う制御部と、
前記測定行列生成パラメータを利用して、前記ランダム測定行列を生成するランダム測定行列生成部と、
前記ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う圧縮センシング部と、
前記量子化閾値を利用して、前記圧縮センシング部が出力する圧縮信号の２ビット量子化を行う２ビット量子化部と、
前記復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、
前記ランダム復元行列を利用して２ビット量子化された信号の復元を行い、復元によって得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を前記制御部に通知する信号復元部と
を備え、
前記信号復元部は、
２ビット量子化された信号のうち、前記圧縮センシング部が出力する信号の絶対値が量子化閾値以上であることを第１ビットが示している信号については復元し、前記圧縮センシング部が出力する信号の絶対値が量子化閾値未満であることを第１ビットが示している信号については復元しない
信号処理システム。

【請求項2】

リモート局と中央局とを備え、
前記リモート局は、
測定行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成するランダム測定行列生成部と、
前記ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う圧縮センシング部と、
量子化閾値を利用して、圧縮センシング部が出力する信号の２ビット量子化を行い、２ビット量子化された信号を前記中央局に送信する２ビット量子化部とを備え、
前記中央局は、
前記測定行列生成パラメータの生成と、復元行列生成パラメータの生成と、前記量子化閾値の生成とを行い、生成した測定行列生成パラメータと、生成した量子化閾値を前記リモート局に送信する制御部と、
生成された復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、
前記ランダム復元行列を利用して２ビット量子化された信号の復元を行い、復元により得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を前記制御部に通知する信号復元部とを備え
前記信号復元部は、
２ビット量子化された信号のうち、前記圧縮センシング部が出力する信号の絶対値が量子化閾値以上であることを第１ビットが示している信号については復元し、前記圧縮センシング部が出力する信号の絶対値が量子化閾値未満であることを第１ビットが示している信号については復元しない
信号処理システム。

【請求項3】

ランダム測定行列の生成に利用する測定行列生成パラメータと、ランダム復元行列の生成に利用する復元行列生成パラメータの生成と、有効信号の有無の判定に利用する絶対値判定閾値の生成とを行う制御部と、
前記測定行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成するランダム測定行列生成部と、
前記ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う圧縮センシング部と、
前記圧縮センシング部が出力する圧縮信号の絶対値の和が前記絶対値判定閾値以上であれば前記圧縮信号に対して有効信号を有することを示す信号判定値を付与した信号を出力し、圧縮信号の絶対値の和が前記絶対値判定閾値未満であれば前記圧縮信号に対して有効信号を有さないことを示す信号判定値を付与した信号を出力する絶対値判定部と、
前記絶対値判定部が出力した信号における圧縮信号がゼロ以上であれば、正の値であることを示す符号判定値に前記圧縮信号を変換し、ゼロ未満であれば負の値であることを示す符号判定値に前記圧縮信号を変換し、前記信号判定値と前記符号判定値とを含む信号を出力する符号判定部と、
前記復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、
前記符号判定部が出力した信号における符号判定値について前記ランダム復元行列を利用して復元を行い、復元によって得られた復元信号を出力するとともに復元結果を前記制御部に通知する信号復元部と
を備える信号処理システム。

【請求項4】

リモート局と中央局とを備え、
前記リモート局は、
測定行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成するランダム測定行列生成部と、
ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う圧縮センシング部と、
前記圧縮センシング部が出力する圧縮信号の絶対値の和が絶対値判定閾値以上であれば前記圧縮信号に対して有効信号を有することを示す信号判定値を付与した信号を出力し、圧縮信号の絶対値の和が絶対値判定閾値未満であれば前記圧縮信号に対して有効信号を有さないことを示す信号判定値を付与した信号を出力する絶対値判定部と、
前記絶対値判定部が出力した信号における圧縮信号がゼロ以上であれば正の値であることを示す符号判定値に前記圧縮信号を変換し、ゼロ未満であれば負の値であることを示す符号判定値に前記圧縮信号を変換し、前記信号判定値と前記符号判定値とを含む信号を出力する符号判定部とを備え、
前記中央局は、
前記測定行列生成パラメータと、復元行列生成パラメータの生成と、前記絶対値判定閾値の生成とを行う制御部と、
前記復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、
前記符号判定部が出力した信号における符号判定値について前記ランダム復元行列を利用して復元を行い、復元によって得られた復元信号を出力するとともに復元結果を前記制御部に通知する信号復元部とを備える
信号処理システム。

【請求項5】

前記信号復元部は、
前記符号判定部が出力した信号のうち、有効信号を有することを示す信号判定値が付与された信号について復元処理を行い、有効信号を有さないことを示す信号判定値が付与された信号については復元を行わない
請求項３または４に記載の信号処理システム。

【請求項6】

ランダム測定行列の生成に利用する測定行列生成パラメータの生成と、ランダム復元行列の生成に利用する復元行列生成パラメータの生成と、２ビット量子化に利用する量子化閾値の生成とを行う制御ステップと、
前記測定行列生成パラメータを利用して、前記ランダム測定行列を生成するランダム測定行列生成ステップと、
前記ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う圧縮センシングステップと、
前記量子化閾値を利用して、前記圧縮センシングステップが出力する圧縮信号の２ビット量子化を行う２ビット量子化ステップと、
前記復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成ステップと、
前記ランダム復元行列を利用して２ビット量子化された信号の復元を行い、復元によって得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を前記制御ステップに通知する信号復元ステップと
を備え、
前記信号復元ステップでは、
２ビット量子化された信号のうち、前記圧縮センシングステップが出力する信号の絶対値が量子化閾値以上であることを第１ビットが示している信号については復元し、前記圧縮センシングステップが出力する信号の絶対値が量子化閾値未満であることを第１ビットが示している信号については復元しない
信号処理方法。

【請求項7】

ランダム測定行列の生成に利用する測定行列生成パラメータと、ランダム復元行列の生成に利用する復元行列生成パラメータの生成と、有効信号の有無の判定に利用する絶対値判定閾値の生成とを行う制御ステップと、
前記測定行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成するランダム測定行列生成ステップと、
前記ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う圧縮センシングステップと、
前記圧縮センシングステップが出力する圧縮信号の絶対値の和が前記絶対値判定閾値以上であれば前記圧縮信号に対して有効信号を有することを示す信号判定値を付与した信号を出力し、圧縮信号の絶対値の和が前記絶対値判定閾値未満であれば前記圧縮信号に対して有効信号を有さないことを示す信号判定値を付与した信号を出力する絶対値判定ステップと、
前記絶対値判定ステップが出力した信号における圧縮信号がゼロ以上であれば、正の値であることを示す符号判定値に前記圧縮信号を変換し、ゼロ未満であれば負の値であることを示す符号判定値に前記圧縮信号を変換し、前記信号判定値と前記符号判定値とを含む信号を出力する符号判定ステップと、
前記復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成ステップと、
前記符号判定ステップが出力した信号における符号判定値について前記ランダム復元行列を利用して復元を行い、復元によって得られた復元信号を出力するとともに復元結果を前記制御ステップに通知する信号復元ステップと
を備える信号処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、信号処理システム及び信号処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ネットワークの帯域の有効活用などのために、信号（データ系列）をアナログからデジタルに変換（ＡＤ変換）した後に圧縮し、圧縮した信号を伝送することが行われている。
なお、本明細書においては、ＡＤ変換された信号を圧縮し、圧縮された信号を復元することを圧縮センシングと称する。
また、本明細書においては、ＡＤ変換された信号を圧縮し、圧縮された信号の符号情報のみを残し、残された符号情報を利用して元の信号を復元することを１ビット圧縮センシングと称する。

【0003】

圧縮センシングでは、入力データに対してランダム測定行列を乗算することにより圧縮データを生成する。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、圧縮前のデータの数に対し、圧縮後のデータの数（圧縮後のデータ）が小さくなるような行数で構成される。
また、１ビット圧縮センシングでは、入力データに対してランダム測定行列を乗算し、乗算結果の符号情報のみを残すことにより圧縮データを生成する。圧縮データは符号情報のみによって形成されるため、量子化ビット数分の圧縮効果が得られる。

【0004】

図１４を参照して圧縮センシングの概念について説明する。
同図における入力データは、周波数領域または時間領域において疎な信号であり、１００個のデータから成る。同図においては、１００個の入力データを、４０×１００によるランダム測定行列で変換することで、４０個の圧縮データを生成した例を示している。
また、圧縮センシングでは圧縮データの量子化を行う。圧縮データをＫビットで量子化する場合、圧縮データの総ビット数は（４０×Ｋ）ビットになる。例えば、８ビット量子化（Ｋ＝８）のを行うのであれば、圧縮後のデータの総ビット数は、３２０ビットである（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。

【0005】

図１５は、圧縮センシングを行う信号処理装置の構成例を示している。
同図に示す信号処理装置において、ＡＤ変換部１００１は、アナログの入力信号をデジタル信号に変換する。
ランダム測定行列生成部１００２は、ランダム変数から成るランダム測定行列を生成する。
圧縮センシング部１００３は、ランダム測定行列生成部１００２が生成したランダム測定行列を利用して、ＡＤ変換部１００１から入力したデジタル信号の圧縮を行い、圧縮データを出力する。
ランダム復元行列生成部１００４は、ランダム測定行列にＩＦＦＴ（Inverse fast Fourier transform）行列を乗算することによってランダム復元行列を生成する。
信号復元部１００５は、圧縮センシング部１００３が出力した圧縮データについて、ランダム測定行列生成部１００２が生成したランダム測定行列を利用して復元し、復元信号を出力する。なお、信号復元部１００５が信号を復元するにあたっては、例えば、Ｌ１−ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎなどの復元アルゴリズムが用いられる。

【0006】

図１６を参照して１ビット圧縮センシングの概念について説明する。
同図における入力データは、周波数領域または時間領域において疎な信号であり、１００個のデータから成る。同図においては、１００個の入力データを、６０×１００によるランダム測定行列で変換することで、６０個の圧縮データを生成した例を示している。
そのうえで、１ビット圧縮センシングでは、圧縮データから符号情報のみを残すことより１ビット圧縮データを得る。同図におけるｓｉｇｎ（）は、符号情報のみを残す関数を示す。
一例として、ｓｉｇｎ（１３、−２、５、２）は、（１、−１、１、１）となる。つまり、１ビット圧縮センシングでは、０以上の符号情報を１に変換し、０未満の符号情報を−１に変換することにより１ビット圧縮データを生成する（符号判定）。１ビット圧縮センシングにおいて、圧縮データの量子化に必要なビット数は１ビットであるのに応じて、この場合の１ビット圧縮データとしての総ビット数は６０ビットになる（例えば、非特許文献３参照）。

【0007】

図１７は、圧縮センシングを行う信号処理装置の構成例を示している。なお、同図において、図１５と同一部分には同一符号を付している。
図１７に示す信号処理装置において、ＡＤ変換部１００１は、アナログの入力信号をデジタル信号に変換する。
ランダム測定行列生成部１００２は、ランダム変数から成るランダム測定行列を生成する。
圧縮センシング部１００３は、ランダム測定行列生成部１００２が生成したランダム測定行列を利用して、ＡＤ変換部１００１から入力したデジタル信号の圧縮を行い、圧縮データを出力する。
ランダム復元行列生成部１００４は、ランダム測定行列にＩＦＦＴ（Inverse fast Fourier transform）行列を乗算することによってランダム復元行列を生成する。
符号判定部１００６は、圧縮センシング部１００３が出力した圧縮データの符号について、図１６にて説明した符号判定を行って、符号情報のみを残すことにより１ビット圧縮データを生成する。
信号復元部１００５は、符号判定部１００６が出力した１ビット圧縮データについて、ランダム測定行列生成部１００２が生成したランダム測定行列を利用して復元し、復元信号を出力する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【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 Random Projections: Universal Encoding Strategies?” IEEE Transaction on Information Theory, pp. 5406-5425, December, 2006.

【非特許文献3】L. Jacques et al., “Robust 1-Bit Compressive Sensing via Binary Stable Embeddings of Sparse Vectors,” CoRR abs/1104.3160, 2011.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

１ビット圧縮センシングにおいては、圧縮によって信号の絶対値の情報が失われる。
一例として、図１８には、圧縮前の元信号１（１０、０、２０、−３０、０）と元信号２（０．１、０、０．２、−０．３、０）とが示されている。元信号１と元信号２は、それぞれ、周波数領域の各係数の割合は同じで絶対値のみが異なる信号である。このような元信号１と元信号２とを、それぞれ１ビット圧縮センシングにより圧縮し、復元した場合、元信号１の復元信号と、元信号２の復元信号は、絶対値の情報が喪失することにより、図示するように同じ信号になる。

【0010】

より具体的には、図１９に示すように、圧縮の過程までは、元信号の絶対値の情報が保存されている。しかし、符号判定部１００６による符号判定により、圧縮データからは元信号の絶対値の成分が除去されて、符号情報のみが取り出される。このように、１ビット圧縮センシングにおいては、元信号の絶対値の情報が喪失する。元信号１と元信号２とで１ビット圧縮データは互いに同じであるため、同図にも示すように、復元信号が同じ信号になる。

【0011】

上記のように元信号の絶対値の情報の喪失により、時間領域で疎な信号（時間軸において信号成分が存在する部分と存在しない部分とに分けられる信号）に対して雑音が増加する。
具体例として、図２０には、時間領域において疎である元信号と、元信号について１ビット圧縮センシングによる圧縮と復元を行って得られた復元信号とが示されている。元信号は、時間軸において、有効な信号（有効信号）が有さない無信号部分Ｔ１と有効な信号を有する有信号部分Ｔ２とが存在する。なお、無信号部分Ｔ１と有信号部分Ｔ２のいずれにおいても雑音は重畳している。
このような信号について１ビット圧縮センシングと復元を行うと、これまでに説明したように絶対値の情報が失われる。これにより、復元信号においては、たとえ元信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音比）が高かったとしても、雑音の絶対値が増幅されてしまう。

【0012】

本発明は、圧縮データを復元して得られる復元信号における雑音を抑制する技術の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の一態様は、ランダム測定行列の生成に利用する測定行列生成パラメータの生成と、ランダム復元行列の生成に利用する復元行列生成パラメータの生成と、２ビット量子化に利用する量子化閾値の生成とを行う制御部と、前記測定行列生成パラメータを利用して、前記ランダム測定行列を生成するランダム測定行列生成部と、前記ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う圧縮センシング部と、前記量子化閾値を利用して、前記圧縮センシング部が出力する圧縮信号の２ビット量子化を行う２ビット量子化部と、前記復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、前記ランダム復元行列を利用して２ビット量子化された信号の復元を行い、復元によって得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を前記制御部に通知する信号復元部とを備える信号処理システムである。

【0014】

本発明の一態様は、リモート局と中央局とを備え、前記リモート局は、測定行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成するランダム測定行列生成部と、前記ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う圧縮センシング部と、量子化閾値を利用して、圧縮センシング部が出力する信号の２ビット量子化を行い、２ビット量子化された信号を前記中央局に送信する２ビット量子化部とを備え、前記中央局は、前記測定行列生成パラメータの生成と、復元行列生成パラメータの生成と、前記量子化閾値の生成とを行い、生成した測定行列生成パラメータと、生成した量子化閾値を前記リモート局に送信する制御部と、生成された復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、前記ランダム復元行列を利用して２ビット量子化された信号の復元を行い、復元により得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を前記制御部に通知する信号復元部とを備える信号処理システムである。

【0015】

本発明の一態様は、上記の信号処理システムであって、前記信号復元部は、２ビット量子化された信号のうち、前記圧縮センシング部が出力する信号の絶対値が量子化閾値以上であることを第１ビットが示している信号については復元し、前記圧縮センシング部が出力する信号の絶対値が量子化閾値未満であることを第１ビットが示している信号については復元しない。

【0016】

本発明の一態様は、ランダム測定行列の生成に利用する測定行列生成パラメータと、ランダム復元行列の生成に利用する復元行列生成パラメータの生成と、有効信号の有無の判定に利用する絶対値判定閾値の生成とを行う制御部と、前記測定行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成するランダム測定行列生成部と、前記ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う圧縮センシング部と、前記圧縮センシング部が出力する圧縮信号の絶対値の和が前記絶対値判定閾値以上であれば前記圧縮信号に対して有効信号を有することを示す信号判定値を付与した信号を出力し、圧縮信号の絶対値の和が前記絶対値判定閾値未満であれば前記圧縮信号に対して有効信号を有さないことを示す信号判定値を付与した信号を出力する絶対値判定部と、前記絶対値判定部が出力した信号における圧縮信号がゼロ以上であれば、正の値であることを示す符号判定値に前記圧縮信号を変換し、ゼロ未満であれば負の値であることを示す符号判定値に前記圧縮信号を変換し、前記信号判定値と前記符号判定値とを含む信号を出力する符号判定部と、前記復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、前記符号判定部が出力した信号における符号判定値について前記ランダム復元行列を利用して復元を行い、復元によって得られた復元信号を出力するとともに復元結果を前記制御部に通知する信号復元部とを備える信号処理システムである。

【0017】

本発明の一態様は、リモート局と中央局とを備え、前記リモート局は、測定行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成するランダム測定行列生成部と、ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う圧縮センシング部と、前記圧縮センシング部が出力する圧縮信号の絶対値の和が絶対値判定閾値以上であれば前記圧縮信号に対して有効信号を有することを示す信号判定値を付与した信号を出力し、圧縮信号の絶対値の和が絶対値判定閾値未満であれば前記圧縮信号に対して有効信号を有さないことを示す信号判定値を付与した信号を出力する絶対値判定部と、前記絶対値判定部が出力した信号における圧縮信号がゼロ以上であれば正の値であることを示す符号判定値に前記圧縮信号を変換し、ゼロ未満であれば負の値であることを示す符号判定値に前記圧縮信号を変換し、前記信号判定値と前記符号判定値とを含む信号を出力する符号判定部とを備え、前記中央局は、前記測定行列生成パラメータと、復元行列生成パラメータの生成と、前記絶対値判定閾値の生成とを行う制御部と、前記復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、前記符号判定部が出力した信号における符号判定値について前記ランダム復元行列を利用して復元を行い、復元によって得られた復元信号を出力するとともに復元結果を前記制御部に通知する信号復元部とを備える信号処理システムである。

【0018】

本発明の一態様は、上記の信号処理システムであって、前記信号復元部は、前記符号判定部が出力した信号のうち、有効信号を有することを示す信号判定値が付与された信号について復元処理を行い、有効信号を有さないことを示す信号判定値が付与された信号については復元を行わない。

【0019】

本発明の一態様は、ランダム測定行列の生成に利用する測定行列生成パラメータの生成と、ランダム復元行列の生成に利用する復元行列生成パラメータの生成と、２ビット量子化に利用する量子化閾値の生成とを行う制御ステップと、前記測定行列生成パラメータを利用して、前記ランダム測定行列を生成するランダム測定行列生成ステップと、前記ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う圧縮センシングステップと、前記量子化閾値を利用して、前記圧縮センシングステップが出力する圧縮信号の２ビット量子化を行う２ビット量子化ステップと、前記復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成ステップと、前記ランダム復元行列を利用して２ビット量子化された信号の復元を行い、復元によって得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を前記制御ステップに通知する信号復元ステップとを備える信号処理方法である。

【0020】

本発明の一態様は、ランダム測定行列の生成に利用する測定行列生成パラメータと、ランダム復元行列の生成に利用する復元行列生成パラメータの生成と、有効信号の有無の判定に利用する絶対値判定閾値の生成とを行う制御ステップと、前記測定行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成するランダム測定行列生成ステップと、前記ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う圧縮センシングステップと、前記圧縮センシングステップが出力する圧縮信号の絶対値の和が前記絶対値判定閾値以上であれば前記圧縮信号に対して有効信号を有することを示す信号判定値を付与した信号を出力し、圧縮信号の絶対値の和が前記絶対値判定閾値未満であれば前記圧縮信号に対して有効信号を有さないことを示す信号判定値を付与した信号を出力する絶対値判定ステップと、前記絶対値判定ステップが出力した信号における圧縮信号がゼロ以上であれば、正の値であることを示す符号判定値に前記圧縮信号を変換し、ゼロ未満であれば負の値であることを示す符号判定値に前記圧縮信号を変換し、前記信号判定値と前記符号判定値とを含む信号を出力する符号判定ステップと、前記復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成ステップと、前記符号判定ステップが出力した信号における符号判定値について前記ランダム復元行列を利用して復元を行い、復元によって得られた復元信号を出力するとともに復元結果を前記制御ステップに通知する信号復元ステップとを備える信号処理方法である。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、圧縮データを復元して得られる復元信号における雑音を抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】第１実施形態における信号処理システムの構成例を示す図である。

【図2】第１実施形態における信号処理システムが実行する２ビット量子化の一例を示す図である。

【図3】第１実施形態における信号処理システムが実行する処理手順例を示すフローチャートである。

【図4】第３実施形態における信号処理システムの構成例を示す図である。

【図5】第３実施形態における信号処理システムが実行する絶対値判定と符号判定の一例を示す図である。

【図6】第３実施形態における信号処理システムが実行する処理手順例を示すフローチャートである。

【図7】第５から第８実施形態における信号処理システムが適用される通信システムの全体構成例を示す図である。

【図8】第５実施形態の信号処理システムにおけるリモート局と中央局の構成例を示す図である。

【図9】第５実施形態の信号処理システムにおけるリモート局が実行する処理手順例を示すフローチャートである。

【図10】第５実施形態の信号処理システムにおける中央局が実行する処理手順例を示すフローチャートである。

【図11】第７実施形態の信号処理システムにおけるリモート局と中央局の構成例を示す図である。

【図12】第７実施形態の信号処理システムにおけるリモート局が実行する処理手順例を示すフローチャートである。

【図13】第７実施形態の信号処理システムにおける中央局が実行する処理手順例を示すフローチャートである。

【図14】圧縮センシングの概念を示す図である。

【図15】圧縮センシングを行う信号処理装置の構成例を示す図である。

【図16】１ビット圧縮センシングの概念を示す図である。

【図17】１ビット圧縮センシングを行う信号処理装置の構成例を示す図である。

【図18】１ビット圧縮センシングと復号により、復元信号から元信号の絶対値の情報が喪失することを模式的に示す図である。

【図19】１ビット圧縮センシングと復号により、復元信号から元信号の絶対値の情報が喪失することについての一具体例を示す図である。

【図20】１ビット圧縮センシングにおける元信号と復元信号を比較して示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態における信号処理システムの構成例を示している。
同図に示す信号処理システムは、ＡＤ変換部１０１、ランダム測定行列生成部１０２、圧縮センシング部１０３、２ビット量子化部１０４、ランダム復元行列生成部１０５、信号復元部１０６及び制御部１０７を備える。

【0024】

ＡＤ変換部１０１は、アナログの入力信号をデジタルに変換する。ＡＤ変換部１０１が入力する信号は、例えば通信により受信した信号である。
ランダム測定行列生成部１０２は、ランダム測定行列の生成に利用するパラメータ（測定行列生成パラメータ）を利用してランダム測定行列を生成する。ランダム測定行列生成部１０２は、制御部１０７から測定行列生成パラメータを入力する。ランダム測定行列は、例えば、ランダム測定行列の行数及び列数、ランダム測定行列を形成するするランダム変数の種類などである。

【0025】

圧縮センシング部１０３は、ランダム測定行列を利用して信号の圧縮を行う。
このために、圧縮センシング部１０３は、ＡＤ変換部１０１から入力したデジタルの信号と、ランダム測定行列生成部１０２が生成したランダム測定行列との行列演算（乗算）を実行する。
この際に、圧縮センシング部１０３は、ＡＤ変換部１０１から入力する信号をランダム測定行列の列数ごとに分けて順次的に行列演算を行う。たとえば、ＡＤ変換部１０１から毎秒１０００個のデータが出力される場合、ランダム測定行列の行数が４０、列数が１００（４０行×１００列のランダム行列）であれば、ＡＤ変換部１０１から出力される信号を、ランダム測定行列の列数に対応させて１００個ずつ順次分割してランダム測定行列と行列演算を行う。この場合、ＡＤ変換部１０１から１秒あたりに出力される１０００個の信号は、１０個の１００行×１列のベクトルに分けられ、４０行×１００列のランダム測定行列と行列演算が行われ、１０個の４０行×１列のベクトルが生成される。このように生成される４０行×１列のベクトルが圧縮データである。

【0026】

２ビット量子化部１０４は、制御部１０７から入力した量子化閾値を利用して、圧縮センシング部１０３が出力する圧縮信号（圧縮データ）の２ビット量子化を行う。

【0027】

図２は、２ビット量子化部１０４が実行する２ビット量子化の一具体例を示している。
同図においては、圧縮センシング部１０３により圧縮された圧縮データと、圧縮データについて、量子化閾値＝１０により２ビット量子化を行って得られた２ビット量子化データが示されている。
２ビット量子化部１０４は、圧縮データの絶対値が量子化閾値以上（１０以上）であれば、２ビット量子化データの第１ビットを「１」とする。一方、圧縮データの絶対値が量子化閾値未満であれば、２ビット量子化データの第１ビットを「０」とする。
また、２ビット量子化部１０４は、圧縮データが０以上であれば２ビット量子化データの第２ビットを「１」とし、圧縮データが０未満（負の値）であれば２ビット量子化データの第２ビットを「０」とする。
このように、２ビット量子化部１０４は、圧縮データの２ビット量子化を実行する。

【0028】

説明を図１に戻す。
ランダム復元行列生成部１０５は、復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成する。
ここで、復元行列生成パラメータは、例えば、測定行例生成パラメータと同じでよい。ランダム復元行列生成部１０５は、復元行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成し、生成したランダム測定行列の右側に信号の基底の逆変換基底行列を乗算することにより、ランダム復元行列を生成する。

【0029】

一例として、ランダム測定行列が４０行×１００列によるランダム行列の場合、このランダム測定行列の右側に、１００行×１００列のＩＦＦＴ（Inverse fast Fourier transform）行列を乗算し、４０行×１００列のランダム復元行列を生成する。
この場合において、信号を別の基底で復元する場合は、その基底の逆変換を用いればよい。例えば、周波数領域の係数の復元ではなく、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）領域の係数を復元する場合は、ＩＦＦＴの行列の代わりにＩＤＣＴ（Inverse Discrete Cosine Transform）行列を乗算することによりランダム復元行列を生成する。
ランダム復元行列生成部１０５は、ランダム測定行列の生成に用いるパラメータや基底の種類を制御部１０７から入力する。

【0030】

信号復元部１０６は、２ビット量子化部１０４により２ビット量子化された信号の復元を行い、復元によって得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を制御部１０７に通知する。
信号復元部１０６は、信号の復号にあたり、ランダム復元行列生成部１０５が生成したランダム復元行列と２ビット量子化部１０４が出力する信号（２ビット量子化データ）とを利用する。また、信号復元部１０６は、例えばＢＩＨＴ（Binary Iterative Hard Thresholding）などの復元アルゴリズムを用いて信号の復元を行うことができる。

【0031】

信号復元部１０６は、２ビット量子化部１０４が出力する２ビット量子化データの２ビットのうち、第２ビットのみを用いて信号の復元を行う。
例えば、２ビット量子化部の出力が（１０、０１、１０、００、１１）という５つの２ビット量子化データである場合、信号復元部１０６は、これらの２ビット量子化データの第２ビットである（０、１、０、０、１）と、ランダム復元行列とを利用して復元を行う。

【0032】

一方、２ビット量子化データの第１ビットについては、信号有無の判定に利用される。
具体的に、２ビット量子化データが（００、０１、００、００、０１）の場合、信号復元部１０６は、第１ビットがすべて「０」であるため、この２ビット量子化データに対応する信号部分は、雑音のみで有効な信号（有効信号）を有さない無信号部分であると判定する。
これに対して、２ビット量子化データとしての２ビットにおける第１ビットが「１」であれば、この２ビット量子化データを利用して復元される復元信号は有効信号を有している有信号部分であると判定する。
信号復元部１０６は、復元により得た復元信号を出力する。また、信号復元部１０６は、復元信号と有信号部分と無信号部分についての判定結果などによる復元結果を制御部１０７に通知する。

【0033】

制御部１０７は、測定行列生成パラメータの生成と、復元行列生成パラメータの生成と、量子化閾値の生成とを行う。前述のように、測定行列生成パラメータは、ランダム測定行列生成部１０２がランダム測定行列を生成するのに利用される。復元行列生成パラメータは、ランダム復元行列生成部１０５がランダム復元行列を生成するのに利用される。量子化閾値は、２ビット量子化部１０４が２ビット量子化を行うのに利用する。
また、制御部１０７は、信号復元部１０６から出力される復元結果の情報を利用して、測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ、量子化閾値を更新する。

【0034】

図３のフローチャートは、図１に示した信号処理システムが実行する処理手順例を示している。
ＡＤ変換部１０１は、アナログの入力信号をデジタルに変換する（ステップＳ１０１）。
制御部１０７は、測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ、量子化閾値を生成する（ステップＳ１０２）。また、制御部１０７は、同じステップＳ１０２において、信号復元部１０６が出力する復元結果に基づいて、測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ、量子化閾値を更新する。

【0035】

ランダム測定行列生成部１０２は、ステップＳ１０２により制御部１０７が生成した測定行列生成パラメータを入力し、入力した測定行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成する（ステップＳ１０３）。

【0036】

圧縮センシング部１０３は、ステップＳ１０３によりランダム測定行列生成部１０２が生成したランダム測定行列を利用して、ＡＤ変換部１０１から出力された信号を圧縮し、圧縮データを出力する（ステップＳ１０４）。
２ビット量子化部１０４は、ステップＳ１０２により制御部１０７が生成した量子化閾値を入力し、入力した量子化閾値を利用して圧縮センシング部１０３が出力する圧縮データの２ビット量子化を行う（ステップＳ１０５）。

【0037】

ランダム復元行列生成部１０５は、制御部１０７から復元行列生成パラメータを入力し、入力した復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成する（ステップＳ１０６）。
信号復元部１０６は、ランダム復元行列生成部１０５が生成したランダム復元行列を利用して２ビット量子化データを復元し、復元により得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を制御部１０７に出力する（ステップＳ１０７）。

【0038】

＜第２実施形態＞
続いて、第２実施形態について説明する。第２実施形態における信号処理システムの構成例は、図１と同様でよい。
先の第１実施形態における信号復元部１０６は有効信号の有無に係わらず復元を行うようにされていた。
これに対して、第２実施形態における信号復元部１０６は、有効信号を有する２ビット量子化データについてのみ復元を行い、有効信号を有さない２ビット量子化データについては復元を行わないように構成される。

【0039】

つまり、信号復元部１０６は、２ビット量子化部１０４により２ビット量子化された信号（２ビット量子化データ）のうち、第１ビットが「１」の２ビット量子化データについては復元を行い、第１ビットが「０」の２ビット量子化データについては復元を行わないようにする。
例えば、２ビット量子化データが（１０、０１、１０、００、１１）と（００、０１、００、００、０１）の場合は以下のようになる。この場合、（１０、０１、１０、００、１１）の２ビット量子化データには、第１ビットが１の信号があり、（００、０１、００、００、０１）の２ビット量子化データには、第１ビットが１の信号が無い。これは、（１０、０１、１０、００、１１）の２ビット量子化データが有効信号を有することを示し、（００、０１、００、００、０１）の２ビット量子化データが有効信号を有しておらず、雑音成分のみであることを示している。

【0040】

そこで、信号復元部１０６は、（１０、０１、１０、００、１１）の２ビット量子化データについては復元を行うが、（００、０１、００、００、０１）の２ビット量子化データについての復元は行わないようにする。
このように、第２実施形態においては、信号復元部１０６が有信号部分についてのみ復元を行うようにすることで、雑音のみの成分による信号の復元は行われないようにすることができる。これにより、無駄な処理が省かれるために処理負荷の軽減が可能となる。

【0041】

＜第３実施形態＞
続いて、第３実施形態について説明する。
図４は、第３実施形態における信号処理システムの構成例を示している。なお、同図において図１と同一部分には同一符号を付し、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

【0042】

図４に示す信号処理システムは、ＡＤ変換部１０１、ランダム測定行列生成部１０２、圧縮センシング部１０３、ランダム復元行列生成部１０５、信号復元部１０６、制御部１０７、絶対値判定部１１１及び符号判定部１１２を備える。
図４において、ＡＤ変換部１０１、ランダム測定行列生成部１０２、圧縮センシング部１０３及びランダム復元行列生成部１０５は、図１と同様の処理を実行すればよい。

【0043】

絶対値判定部１１１は、圧縮センシング部１０３が出力する圧縮データ（圧縮信号）についての絶対値判定を行う。
具体的に、絶対値判定部１１１は、圧縮センシング部１０３が出力する圧縮データ（圧縮信号）の絶対値の和が絶対値判定閾値以上であれば圧縮信号に対して有効信号を有することを示す判定ビット（信号判定値の一例）として「１」を付与した信号を出力する。また、絶対値判定部１１１は、圧縮信号の絶対値の和が絶対値判定閾値未満であれば圧縮信号に対して有効信号を有さないことを示す判定ビットとして「０」を付与した信号を出力する。
つまり、絶対値判定部１１１は、絶対値判定として、圧縮データの絶対値が一定以上であるか否かについて判定する。
なお、絶対値判定閾値は制御部１０７が生成する。絶対値判定部１１１は、制御部１０７が生成した絶対値判定閾値を入力する。

【0044】

符号判定部１１２は、圧縮データについての符号判定を行う。
具体的に、符号判定部１１２は、絶対値判定部１１１が出力した信号における圧縮信号がゼロ以上であれば、「１」の符号判定データ（正の値であることを示す符号判定値の一例）に圧縮信号を変換する。一方、符号判定部１１２は、圧縮信号がゼロ未満であれば「０」の符号判定データ（負の値であることを示す符号判定値）に圧縮信号を変換する。そして、符号判定部１１２は、判定ビットと符号判定データとを含む信号（判定ビット付与符号判定データ）を出力する。

【0045】

図５は、絶対値判定部１１１による絶対値判定と、符号判定部１１２による符号判定の例を示している。
絶対値判定部１１１は、圧縮センシング部１０３が出力した圧縮データをランダム測定行列の行数ごとに対応して分割する。図５においては、ランダム測定行列の行数が９である場合が示されている。

【0046】

絶対値判定部１１１は、制御部１０７が生成した絶対値判定閾値を入力する。同図においては、絶対値判定閾値が１００である場合の例を挙げている。絶対値判定部１１１は、１行分の圧縮データにおけるデータの絶対値の和を求め、求めた絶対値の和が１００（絶対値判定閾値）以上であるか否かについて判定する。

【0047】

そして、絶対値判定部１１１は、絶対値の和が１００以上であれば圧縮データに１の判定ビットを付与し、１００未満であれば圧縮データに０の判定ビットを付与する。
具体的に、１つ目の圧縮データは、（１００、−１１０、２５０、−３１０、−５００、１８０、５０、−３２０、−５０）であるから、圧縮データの絶対値の和は１８７０である。この場合の絶対値の和は、１００以上であるから、１つ目の圧縮データには１の判定ビットが付与される。
また、次の２つ目の圧縮データは、（１、−１．１、２．５、−３．１、−５、１．８、０．５、−３．２、−０．５）であるから、圧縮データの絶対値の和は１８．７である。この場合の絶対値の和は、１００未満であるから、２つ目の圧縮データには０の判定ビットが付与される。

【0048】

次に、符号判定部１１２は、絶対値判定部１１１によって判定ビットが付与された圧縮データ（判定ビット付与データ）について以下のように符号判定を行う。
つまり、符号判定部１１２は、判定ビット付与データから判定ビットを除いた部分である圧縮データの値が０以上であれば、その圧縮データを「１」に変換する。一方、判定ビットを除いた部分の圧縮データの値が０未満であれば、その圧縮データを「０」に変換する。

【0049】

具体的に、図５の例では、１つ目の（１００、−１１０、２５０、−３１０、−５００、１８０、５０、−３２０、−５０）の圧縮データが、（１、０、１、０、０、１、１、０、０）に変換される。また、２つ目の（１、−１．１、２．５、−３．１、−５、１．８、０．５、−３．２、−０．５）は、（１、０、１、０、０、１、１、０、０）に変換される。
この際、符号判定部１１２は、圧縮データに付加されていた判定ビットについては、廃棄するのではなく、そのまま、符号判定結果に応じて変換したデータ（符号判定データ）に付与した信号（判定ビット付与符号判定データ）を出力する。これにより、本実施形態においては、絶対値の情報が喪失することなく維持される

【0050】

説明を図４に戻す。
信号復元部１０６は、符号判定部１１２が出力した信号における符号判定データについてランダム復元行列を利用して復元を行い、復元によって得られた復元信号を出力するとともに復元結果を制御部１０７に通知する。
信号復元部１０６が信号を復元するにあたっては、第１実施形態と同様にＢＩＨＴなどの復元アルゴリズムが適用されればよい。

【0051】

この際、信号復元部１０６は、符号判定部１１２が出力する信号（判定ビット付与符号判定データ）から判定ビットを除いた符号判定データを利用して復元を行う。
具体的に、図５の場合であれば、符号判定部１１２が出力する信号は、（１、１、０、１、０、０、１、１、０、０）と（０、１、０、１、０、０、１、１、０、０）であるが、ぞれぞれの先頭の値は判定ビットである。信号復元部１０６は、判定ビットを除く、（１、０、１、０、０、１、１、０、０）と（１、０、１、０、０、１、１、０、０）の各符号判定データを利用して信号の復元を行う。

【0052】

符号判定データに付与されている判定ビットは、有効信号の有無の判定に利用される。つまり、信号復元部１０６は、判定ビットが「１」であれば、符号判定データは有効信号を有する有信号部分に対応すると判定し、判定ビットが「０」であれば、対応の符号判定データは有効信号を有さない無信号部分であると判定する。
信号復元部１０６は、例えば復元信号と信号の有無を示す判定結果を制御部１０７に通知する。

【0053】

制御部１０７は、測定行列生成パラメータの生成と、復元行列生成パラメータの生成と、絶対値判定閾値の生成とを行う。

【0054】

図６のフローチャートは、図４に示した第３実施形態の信号処理システムが実行する処理手順例を示している。
ＡＤ変換部１０１は、アナログの入力信号をデジタルに変換する（ステップＳ２０１）。
制御部１０７は、測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ、絶対値判定閾値を生成する（ステップＳ２０２）。また、制御部１０７は、同じステップＳ２０２において、信号復元部１０６が出力する復元結果に基づいて、測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ、絶対値判定閾値を更新する。

【0055】

ランダム測定行列生成部１０２は、ステップＳ２０１にて制御部１０７が生成した測定行列生成パラメータを入力し、入力した測定行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成する（ステップＳ２０３）。

【0056】

圧縮センシング部１０３は、ステップＳ２０３にてランダム測定行列生成部１０２が生成したランダム測定行列を利用して、ＡＤ変換部１０１から出力された信号を圧縮し、圧縮データを出力する（ステップＳ２０４）。

【0057】

絶対値判定部１１１は、絶対値判定を実行する（ステップＳ２０５）。つまり、絶対値判定部１１１は、圧縮センシング部１０３から出力された圧縮データの絶対値の和と、制御部１０７から入力した絶対値判定閾値とを比較することにより、図５にて説明したように、「１」あるいは「０」の判定ビットを圧縮データに付与する。

【0058】

符号判定部１１２は、符号判定を実行する（ステップＳ２０６）。つまり、符号判定部１１２は、絶対値判定部１１１により判定ビットが付与された圧縮データ（判定ビット付与データ）における圧縮データの値について０以上であれば「１」の符号判定データに変換し、０未満であれば「０」の符号判定データに変換する。符号判定部１１２は、符号判定データに判定ビットを付与した信号（判定ビット付与符号判定データ）を出力する。

【0059】

ランダム復元行列生成部１０５は、制御部１０７から復元行列生成パラメータを入力し、入力した復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成する（ステップＳ２０７）。
信号復元部１０６は、ランダム復元行列生成部１０５が生成したランダム復元行列を利用して符号判定部１１２が出力した信号における符号判定データを復元し、復元により得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を制御部１０７に出力する（ステップＳ２０８）。

【0060】

＜第４実施形態＞
続いて、第４実施形態について説明する。第４実施形態における信号処理システムの構成例は、第３実施形態においける図４と同様でよい。ただし、以下のように、信号復元部１０６による復元の処理が第３実施形態と異なる。
第４実施形態における信号復元部１０６は、符号判定部１１２から出力された符号判定データのうち、「１」の判定ビットが付与された符号判定データについて復元処理を行い、「０」の判定ビットが付与された符号判定データについては復元を行わないようにする。
つまり、第４実施形態の信号復元部１０６は、符号判定部１１２が出力した信号のうち、有効信号を有することを示す判定ビットが付与された信号について復元処理を行い、有効信号を有さないことを示す判定ビットが付与された信号については復元を行わない。

【0061】

このように、信号復元部１０６が有効信号を有する符号判定データのみの復元を行い、有効信号を有さずない雑音成分のみの符号判定データについては復元を行わないようにすることで、処理負荷の軽減が可能となる。

【0062】

＜第５実施形態＞
続いて、第５実施形態について説明する。
図７は、第５実施形態における信号処理システムを含む通信システムの全体構成例を示している。第５実施形態における信号処理システムは、複数のリモート局２００に対して１つの中央局３００が伝送路４００を介して通信可能に接続される通信システムにおいて適用される。

【0063】

図８は、リモート局２００と中央局３００の構成例を示している。まず、リモート局２００の構成から説明する。
同図に示すリモート局２００は、ＡＤ変換部２０１、ランダム測定行列生成部２０２、圧縮センシング部２０３及び２ビット量子化部２０４を備える。
ＡＤ変換部２０１、ランダム測定行列生成部２０２、圧縮センシング部２０３、２ビット量子化部２０４は、それぞれ、図１に示した第１実施形態におけるＡＤ変換部１０１、ランダム測定行列生成部１０２、圧縮センシング部１０３、２ビット量子化部１０４と同様の構成でよい。

【0064】

ただし、第５実施形態におけるランダム測定行列生成部１０２は、中央局３００から伝送された測定行列生成パラメータを入力し、入力した測定行列生成パラメータをランダム測定行列の測定に利用する。同様に、２ビット量子化部２０４は、中央局３００から伝送された量子化閾値を入力し、入力した量子化閾値を２ビット量子化に利用する。
また、リモート局２００における２ビット量子化部１０４は、２ビット量子化によって得られた２ビット量子化データを、伝送路４００を介して中央局３００に送信する。

【0065】

次に、中央局３００の構成について説明する。
中央局３００は、ランダム復元行列生成部３０１、信号復元部３０２及び制御部３０３を備える。
ランダム復元行列生成部３０１は、図１のランダム復元行列生成部１０５と同様に、復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成する。第５実施形態において、ランダム復元行列生成部３０１は、制御部３０３から復元行列生成パラメータを入力する。

【0066】

信号復元部３０２は、伝送路４００を経由してリモート局２００から送信された２ビット量子化データを入力し、入力した２ビット量子化データの復元を行う。なお、信号復元部３０２は、第１実施形態に対応する図１の信号復元部１０６と同様の復元アルゴリズムにより復元を行えばよい。
信号復元部３０２は、復元により得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を制御部３０３に通知する。

【0067】

制御部３０３は、測定行列生成パラメータの生成と、復元行列生成パラメータの生成と、量子化閾値の生成とを行う。また、制御部３０３は、信号復元部１０６が出力する復元結果を利用して、測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ及び量子化閾値を適宜更新する。

【0068】

そのうえで、第５実施形態における制御部３０３は、測定行列生成パラメータと量子化閾値を、伝送路４００を経由してリモート局２００に送信する。リモート局２００におけるランダム測定行列生成部２０２は、リモート局２００にて受信された測定行列生成パラメータを入力する。また、２ビット量子化部２０４は、リモート局２００にて受信された量子化閾値を入力する。

【0069】

図９のフローチャートは、第５実施形態におけるリモート局２００が実行する処理手順例を示している。
リモート局２００において、ランダム測定行列生成部２０２は、中央局３００から送信され、リモート局２００にて受信された測定行列生成パラメータを入力する（ステップＳ３０１）。
また、２ビット量子化部２０４は、中央局３００から送信され、リモート局２００にて受信された量子化閾値を入力する（ステップＳ３０２）。
ＡＤ変換部２０１は、アナログの入力信号をデジタルに変換する（ステップＳ３０３）。

【0070】

ランダム測定行列生成部２０２は、ステップＳ３０１により入力した測定行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成する（ステップＳ３０４）。

【0071】

圧縮センシング部２０３は、ステップＳ３０４にてランダム測定行列生成部１０２が生成したランダム測定行列を利用して、ＡＤ変換部１０１から出力された信号を圧縮し、圧縮データを出力する（ステップＳ３０５）。

【0072】

２ビット量子化部２０４は、ステップＳ３０２により入力した量子化閾値を利用して圧縮センシング部２０３が出力する圧縮データの２ビット量子化を行う（ステップＳ３０６）。
２ビット量子化部２０４は、ステップＳ３０６による２ビット量子化によって得られた２ビット量子化データを中央局３００に送信する（ステップＳ３０７）。

【0073】

図１０のフローチャートは、第５実施形態における中央局３００が実行する処理手順例を示している。
中央局３００において、制御部３０３は、測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ、量子化閾値を生成する（ステップＳ４０１）。また、制御部３０３は、ステップＳ４０１において、信号復元部１０６が出力する復元結果に基づいて、測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ、量子化閾値を更新する。
制御部３０３は、ステップＳ４０１により生成した測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ、量子化閾値のうち、測定行列生成パラメータと量子化閾値をリモート局２００に送信する（ステップＳ４０２）。

【0074】

信号復元部３０２は、リモート局２００から送信され、中央局３００にて受信された２ビット量子化データを入力する（ステップＳ４０３）。
ランダム復元行列生成部３０１は、ステップＳ４０１にて制御部３０３が生成した復元行列生成パラメータを入力し、入力した復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成する（ステップＳ４０４）。
信号復元部３０２は、ステップＳ４０４にてランダム復元行列生成部３０１が生成したランダム復元行列を利用してステップＳ４０３にて入力した２ビット量子化データを復元する。信号復元部３０２は、復元により得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を制御部３０３に出力する（ステップＳ４０５）。

【0075】

＜第６実施形態＞
続いて、第６実施形態について説明する。第６実施形態における信号処理システムの構成例は、第５実施形態における図８と同様でよい。
そのうえで、第６実施形態における信号復元部３０２は、第２実施形態と同様に、有効信号を有する２ビット量子化データについてのみ復元を行い、有効信号を有さない２ビット量子化データについては復元を行わないように構成される。
つまり、信号復元部１０６は、２ビット量子化部１０４が出力する２ビット量子化データのうちで、第１ビットが「１」の信号の復元を行い、第１ビットが「０」の信号の復元を行わないようにする。これにより、中央局３００における復元処理の負荷が軽減される。

【0076】

＜第７実施形態＞
続いて、第７実施形態について説明する。
第７実施形態の信号処理システムは、第５実施形態及び第６実施形態と同様に、図７の構成による通信システムに含まれる。つまり、第７実施形態の信号処理システムは、リモート局２００と中央局３００とを伝送路４００を経由して通信可能に接続した構成である。

【0077】

図１１は、第７実施形態におけるリモート局２００と中央局３００の構成例を示している。
まず、リモート局２００から説明する。なお、同図において、第５実施形態に対応する図８と同一部分には同一符号を付して適宜説明を省略する。

【0078】

同図に示すリモート局２００は、ＡＤ変換部２０１、ランダム測定行列生成部２０２、圧縮センシング部２０３、絶対値判定部２１１及び符号判定部２１２を備える。
ＡＤ変換部２０１、ランダム測定行列生成部２０２、圧縮センシング部２０３、絶対値判定部２１１及び符号判定部２１２は、それぞれ、第３実施形態に対応する図４のＡＤ変換部１０１、ランダム測定行列生成部１０２、圧縮センシング部１０３、絶対値判定部１１１及び符号判定部１１２と同様の処理を実行すればよい。

【0079】

ただし、第７実施形態におけるランダム測定行列生成部２０２は、中央局３００から伝送された測定行列生成パラメータを入力し、ランダム測定行列の測定に利用する。同様に、絶対値判定部２１１は、中央局３００から伝送された絶対値判定閾値を入力し、絶対値判定に利用する。
また、リモート局２００における符号判定部２１２は、符号判定を行って得られた符号判定データに判定ビットを付与した信号（判定ビット付与符号判定データ）を、伝送路４００を介して中央局３００に送信する。

【0080】

次に、中央局３００の構成について説明する。
中央局３００は、ランダム復元行列生成部３０１、信号復元部３０２及び制御部３０３を備える。
ランダム復元行列生成部３０１は、復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成する。また、ランダム復元行列生成部３０１は、制御部３０３から復元行列生成パラメータを入力する。

【0081】

信号復元部３０２は、伝送路４００を経由してリモート局２００から送信された信号（判定ビット付与符号判定データ）を入力し、入力した信号における符号判定データの復元を行う。なお、信号復元部３０２は、第２実施形態に対応する図４の信号復元部１０６と同様の復元アルゴリズムにより復元を行えばよい。
信号復元部３０２は、復元により得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を制御部３０３に通知する。

【0082】

制御部３０３は、測定行列生成パラメータの生成と、復元行列生成パラメータの生成と、絶対値判定閾値の生成とを行う。また、制御部３０３は、信号復元部１０６が出力する復元結果を利用して、測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ及び絶対値判定閾値を適宜更新する。

【0083】

そのうえで、第７実施形態における制御部３０３は、測定行列生成パラメータと絶対値判定閾値を、伝送路４００を経由してリモート局２００に送信する。リモート局２００におけるランダム測定行列生成部２０２は、リモート局２００にて受信された測定行列生成パラメータを入力し、入力した測定行列生成パラメータをランダム測定行列の生成に利用する。また、絶対値判定部２１１は、リモート局２００にて受信された絶対値判定閾値を入力し、入力した絶対値判定閾値を絶対値判定に利用する。

【0084】

図１２のフローチャートは、第７実施形態におけるリモート局２００が実行する処理手順例を示している。
リモート局２００において、ランダム測定行列生成部２０２は、中央局３００から送信され、リモート局２００にて受信された測定行列生成パラメータを入力する（ステップＳ５０１）。
また、絶対値判定部２１１は、中央局３００から送信され、リモート局２００にて受信された絶対値判定閾値を入力する（ステップＳ５０２）。
ＡＤ変換部２０１は、アナログの入力信号をデジタルに変換する（ステップＳ５０３）。

【0085】

ランダム測定行列生成部２０２は、ステップＳ５０１により入力した測定行列生成パラメータを利用してランダム測定行列を生成する（ステップＳ５０４）。

【0086】

圧縮センシング部２０３は、ステップＳ５０４にてランダム測定行列生成部１０２が生成したランダム測定行列を利用して、ＡＤ変換部１０１から出力された信号を圧縮し、圧縮データを出力する（ステップＳ５０５）。

【0087】

絶対値判定部２１１は、ステップＳ５０２により入力した絶対値判定閾値を利用して、圧縮センシング部２０３が出力した圧縮データについて絶対値判定を実行する（ステップＳ５０６）。
符号判定部１１２は、絶対値判定部２１１により判定ビットが付与された圧縮データ（判定ビット付与データ）について符号判定を実行する（ステップＳ５０７）。符号判定部１１２は、符号判定によって得られた符号判定データに判定ビットを付与した信号（判定ビット付与符号判定データ）を中央局３００に送信する（ステップＳ５０８）。

【0088】

図１３のフローチャートは、第７実施形態における中央局３００が実行する処理手順例を示している。
中央局３００において、制御部３０３は、測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ、絶対値判定閾値を生成する（ステップＳ６０１）。また、制御部３０３は、同じステップＳ６０１において、信号復元部１０６が出力する復元結果に基づいて、測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ、絶対値判定閾値を更新する処理も実行する。
制御部３０３は、ステップＳ６０１により生成した測定行列生成パラメータ、復元行列生成パラメータ、絶対値判定閾値のうち、測定行列生成パラメータと絶対値判定閾値をリモート局２００に送信する（ステップＳ６０２）。

【0089】

信号復元部３０２は、リモート局２００から送信され、中央局３００にて受信された信号（判定ビット付与符号判定データ）を入力する（ステップＳ６０３）。
ランダム復元行列生成部３０１は、ステップＳ６０１にて制御部３０３が生成した復元行列生成パラメータを入力し、入力した復元行列生成パラメータを利用してランダム復元行列を生成する（ステップＳ６０４）。
信号復元部３０２は、ステップＳ６０４にてランダム復元行列生成部３０１が生成したランダム復元行列を利用して、ステップＳ６０３にて入力した信号における符号判定データを復元する。そして、信号復元部３０２は、復元により得られた復元信号を出力するとともに、復元結果を制御部３０３に出力する（ステップＳ６０５）。

【0090】

＜第８実施形態＞
続いて、第８実施形態について説明する。第８実施形態における信号処理システムの構成例は、第７実施形態における対応する図１１と同様でよい。
そのうえで、第８実施形態における信号復元部３０２は、第４実施形態と同様の復元処理を実行する。つまり、信号復元部３０２は、符号判定部２１２から出力された符号判定データのうち、「１」の判定ビットが付与された符号判定データについて復元処理を行い、「０」の判定ビットが付与された符号判定データについては復元を行わないようにする。
これにより、中央局３００における処理負荷が軽減される。

【0091】

このように、本実施形態においては、圧縮段階において２ビット量子化、あるいは、絶対値判定と符号判定とを行うことにより、圧縮データに絶対値の情報を含めることが可能になる。これにより、有信号部分と無信号部分とで弁別が可能になるので、無信号部分の雑音を増幅しないようにすることが可能になり、雑音を抑制することができる。また、雑音が抑制されることで圧縮効率も向上させることが可能になる。さらに、有信号部分に対応するデータのみを復号し、無信号部分に対応するデータについては復号しないことにより、復元における処理負荷を軽減できる。

【0092】

上述した実施形態におけるシステム又は各装置をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、こ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、実行することによって実現してもよい。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を送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その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のように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。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く、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であってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

【符号の説明】

【0093】

１０１…変換部， １０２…ランダム測定行列生成部、 １０３…圧縮センシング部， １０４…２ビット量子化部， １０５…ランダム復元行列生成部， １０６…信号復元部， １０７…制御部，１１１…絶対値判定部， １１２…符号判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】