基于压缩感知的新型声信号采集方法_余恺

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1、第33卷第1期仪器仪表学报Vol.33No.12012年1月ChineseJournalofScientificInstrumentJan．2012*基于压缩感知的新型声信号采集方法11，2121余恺，李元实，王智，鲍明，蔡盛盛(1浙江大学工业控制技术国家重点实验室杭州310027;2中国科学院声学研究所北京100190)摘要:介绍了一种基于压缩感知的声音信号采集方法，特别适合于无线传感器网络的声学监控应用，能够大大降低采样过程中对硬件采样速率和能量的需求，同时减轻了无线通信的负担，从而实现无线传感器的低成本化和实用化。利用声学信号在频域中的稀疏性质，在

2、压缩感知相关理论的指导下设计了一种新型的随机压缩采样方法，实现了信号有用信息的高效获取;同时，利用加权L1-magic算法对信号进行重构，完成完整的信号采集过程。仿真及实验表明，该方法能够实现在1/10以下标准采样频率下的声信号采集。关键词:压缩感知;随机压缩采样;信号重构;声学信号采集;传感器网络中图分类号:TP393文献标识码:A国家标准学科分类代码:520．3030Newmethodforacousticsignalcollectionbasedoncompressedsampling11121YuKai，LiYuanshi，WangZhi，Bao

3、Ming，CaiShengsheng(1StateKeyLaboratoryofIndustrialControlTechnology，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China;2InstituteofAcoustic，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)Abstract:Inthispaper，weintroduceamethodforacousticsignalcollectionbasedoncompressedsampling，whichispar-tic

4、ularlysuitableforacousticmonitoringapplicationsinwirelesssensornetworks．Themethodgreatlyreducessamplingrateandenergyrequirementandalsoreducestheburdenforwirelesscommunications，makingitpossibleforwirelesssen-sornetworkstobelow-pricedandpractical．Makinguseofthesparsepropertiesofaco

5、usticsignalinfrequencydomain，wedesignandimplementanewrandomlycompressedsamplingmethodundertheguidanceofcompressivesensing，whichachievestheacquisitionoftheusefulinformationinsignal．UsingL1-magicalgorithmtoreconstructsignal，wefinallyful-fillcompletesignalcollection．Simulationandexp

6、erimentsshowthatthemethodweproposedcanachieveacousticsignalcollectionwithasamplingfrequencybelow10percentageofstandardsamplingfrequency．Keywords:compressivesensing;randomlycompressedsampling;signalreconstruction;acousticsignalcollection;sensornetwork声学信号的采集是声学相关应用中最基本的且至关重要1引言的一个

7、环节。传统的Shannon-Nyquist定律给出了经典的信号采集方法，即只要采样频率高于信号最大频率的2声学信号作为自然界中常见的信号之一，其相关的应倍，就能精确地完成信号的重构。但在基于无线传感器网用已经渗透到几乎所有重要的自然科学和工程技术领域，络声学监控系统中，低成本的传感器节点采样能力有限，收稿日期:2011-08ReceivedDate:2011-08*基金项目:国家自然科学基金(60873223、90818010)、工业控制技术国家重点实验室开放课题(ICT1010、ICT1103)、中国科学院无线传感网与通信重点实验室开放课题(No．20

8、11001)资助106仪器仪表学报第33卷同时由于无线通信性能和电池能量的限制，