用于以有限新息率來參數(shù)化信號的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采集并處理信號以實(shí)現(xiàn)有限新息率參數(shù)化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]信號參數(shù)化廣泛用于信號處理、存儲、傳輸和分析。有可能最常見的是使用尼奎斯特率采樣，其中連續(xù)時域信號是由在離散時間的一組采樣信號值來表示。只要原始連續(xù)信號被限帶到采樣率的至多一半，便可使用所述組樣本以通過使用例如正弦內(nèi)插算法來重構(gòu)完整信號。在此常見的實(shí)例中，信號由一組離散參數(shù)(樣本值)來表示，所述組離散參數(shù)可在任何時間經(jīng)存儲、傳輸和使用以重構(gòu)原始信號。
[0003]最近，已經(jīng)以其它方式參數(shù)化具有大帶寬或甚至在理論上無限帶寬的一些信號。盡管這些信號可含有任意大的頻率分量，但是其表征為每單位時間的“新息率”，使得可通過從中可重構(gòu)原始信號的一組有限值來參數(shù)化信號。有待于解決的問題于是為如何從原始信號導(dǎo)出一組合適參數(shù)以及如何顛倒所述過程以僅使用所導(dǎo)出參數(shù)來重構(gòu)完整信號?；谟邢扌孪⒙?FRI)的信號分析是分析信號的一種此類方法，且描述于以下參考文獻(xiàn)中:[1]M.Vetterl1、P.Marziliano、T.Blu 的 “Sampling Signals with Finite Rate ofInnovat1n” (IEEE信號處理會刊，第50卷，第6期，第1417-1428頁，2002年6月)；[2]T.、Blu、P.L.Dragott1、M.Vetterl1、P.Marziliano 和 L Coulot 的 “Sparse Sampling ofSignal Innovat1ns:Theory, Algorithms, and Performance Bounds，，(IEEE 信號處理雜志，第 25 卷，第 2 期，第 31-40 頁，2008 年 3 月)；[3]Y.Hao、P.Marziliano、M.Vetterl1、Τ.Blu 的“Compress1n of ECG as a Signal with Finite Rate of Innovat1n，，(2005 年IEEE醫(yī)學(xué)與生物工程27屆年會的會議錄，中國上海，2005年9月I日-4日，第7564-7567頁)；[4]Marziliano、M.Vetterli 和 T.Blu 的 “Sampling and Exact Reconstruct1n ofBandlimited Signals With Additive Shot Noise”(IEEE信息理論會刊，第 52卷,第 5 期,第 2230-2233 頁，2006 年 5 月);和[5]Eldar 等人的題目為“Low-Rate Sampling of PulseStreams”的美國專利公開案2011/0225218。這些參考文獻(xiàn)中的每一者通過引用以其全文結(jié)合在此。
[0004]作為一個實(shí)例，信號可含有一連串狹窄脈沖，其中在所述信號中的脈沖的位置和振幅方面的所述信號中的信息含量被編碼。如果脈沖寬度狹窄，那么用于存儲、分析和重構(gòu)此類信號的常規(guī)尼奎斯特率采樣將需要以高速、高分辨率來采樣和存儲大量樣本。然而，由于信號可用例如每一脈沖的位置和幅度的僅僅幾個相關(guān)參數(shù)來表征，所以此類信號具有小的“新息率”。已繪示(例如，見上文參考文獻(xiàn)I):對于此類信號來說，可僅使用原始信號的低頻率分量來導(dǎo)出信號中每一脈沖的位置和幅度的相關(guān)參數(shù)。導(dǎo)出相關(guān)參數(shù)所必需的頻率分量取決于輸入信號的新息率而不是輸入信號的帶寬。如本文中所使用，“FRI處理”意謂使用信號的頻率分量的子組(通常是低頻率分量)來導(dǎo)出從中可重構(gòu)原始信號的參數(shù)，所述原始信號包含頻率高于用于導(dǎo)出參數(shù)的那些分量的分量。所導(dǎo)出的參數(shù)在本文中被稱作“FRI參數(shù)”。脈沖位置和幅度是FRI參數(shù)的實(shí)例。此可以與可被稱作“尼奎斯特處理”和“尼奎斯特參數(shù)”的情形形成對照，所述“尼奎斯特處理”和“尼奎斯特參數(shù)”涉及具有滿足原始信號帶寬的尼奎斯特采樣判據(jù)的密度的時域或頻域數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0005]圖1A和IB是常規(guī)電路的簡單框圖，所述電路可用于采樣和處理輸入信號以進(jìn)行FRI處理。在圖1A中，由采樣器14來采樣輸入波形12，所述采樣器可以是A/D轉(zhuǎn)換器。輸入波形12可表征為fm的帶限，所述帶限是存在于輸入信號12中的最高頻率。從采樣器14輸出的數(shù)字樣本被送達(dá)到處理電路16，所述處理電路經(jīng)配置以實(shí)施FRI處理。如上文所描述，處理電路16可通過處理所采集樣本來提取輸入信號12的低頻率分量，并使用這些低頻率分量來進(jìn)一步導(dǎo)出FRI參數(shù)以用于原始信號12的存儲和/或后續(xù)重構(gòu)。而且如上文所描述，F(xiàn)RI參數(shù)中的數(shù)據(jù)的量可遠(yuǎn)少于所述組所采集樣本中的數(shù)據(jù)的量，從而引起信號壓縮以實(shí)現(xiàn)有效存儲、傳輸和信號重構(gòu)。在圖1A的實(shí)施方案中，采樣器必須具有至少2fm的采樣率，因?yàn)榧词笷RI處理僅使用信號12的低頻率分量，仍必須使用至少為尼奎斯特率的采樣率以避免信號失真。由于FRI處理通常是應(yīng)用于具有大fm(有時在理論上無限)的信號12，所以物理地實(shí)施圖1A的電路可能不切實(shí)際。
[0006]出于這個原因并且如圖1B中繪示，針對FRI處理所提議的樣本采集實(shí)施方案通常涉及將“采樣核”應(yīng)用于輸入信號12的模擬濾波器22。所述采樣核可以是簡單的“磚壁”低通濾波器，不過已提議其它采樣核(例如，在以上參考文獻(xiàn)[I]和[5]中)。此濾波器22的帶寬可基于信號12的新息率，所述新息率確定產(chǎn)生FRI參數(shù)所必需的頻率分量。由于濾波器22的輸出基于新息率而被限帶，所以連接到濾波器輸出的A/D轉(zhuǎn)換器24可使用低達(dá)2fFKI的采樣率，其中fFKI是產(chǎn)生FRI參數(shù)所必需的最高頻率分量，其可以是濾波器22的截止頻率且通常遠(yuǎn)離小于原始信號12的帶限fm。將低于尼奎斯特率的采樣率用于原始信號12的此種能力被視為FRI處理的主要益處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和裝置各自具有若干方面，其中沒有單一方面單獨(dú)負(fù)責(zé)其所期望屬性。在不限制如通過以下權(quán)利要求書表達(dá)的本發(fā)明的范圍的情況下，現(xiàn)在將簡潔地論述一些特征。在考慮此論述之后且尤其是在閱讀了題目為“【具體實(shí)施方式】”的部分之后，將理解，本發(fā)明的特征是如何提供包含供用于FRI處理的更低電力信號采集電路的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]在一個實(shí)施方案中，一種稀疏米樣模擬信號的方法包含:用Δ Σ調(diào)制器來米樣和量化所述模擬信號；對所述經(jīng)采樣和量化的模擬信號濾波；以及從所述經(jīng)濾波、采樣和量化的模擬濾波器導(dǎo)出FRI參數(shù)。
[0009]在另一個實(shí)施方案中，一種用于參數(shù)化模擬信號的設(shè)備包含:Λ Σ調(diào)制器，其具有經(jīng)耦合以接收所述模擬信號的輸入；以及處理電路，其耦合到所述△ Σ調(diào)制器的輸出，且經(jīng)配置以對所述Λ Σ調(diào)制器的輸出濾波并從所述Λ Σ調(diào)制器的所述輸出導(dǎo)出FRI參數(shù)。
[0010]在另一個實(shí)施方案中，一種用于稀疏采樣模擬信號的方法包含:用Λ Σ調(diào)制器來采樣和量化所述模擬信號；從所述△ Σ調(diào)制器的所述輸出來確定一組DFT系數(shù)；以及從所述組DFT系數(shù)導(dǎo)出FRI參數(shù)。
[0011]在另一個實(shí)施方案中，一種用于稀疏采樣模擬信號的設(shè)備包含:Λ Σ調(diào)制器，其具有經(jīng)耦合以接收所述模擬信號的輸入；以及處理電路，其耦合到所述△ Σ調(diào)制器的輸出，且經(jīng)配置以從所述Δ Σ調(diào)制器的所述輸出來確定一組DFT參數(shù)并從所述組DFT系數(shù)導(dǎo)出FRI參數(shù)。
【附圖說明】
[0012]圖1A是用于FRI處理的【背景技術(shù)】信號采集電路的框圖。
[0013]圖1B是用于FRI處理的另一【背景技術(shù)】信號采集電路的框圖。