基于压缩感知的资源节约型音频信号采集方法-IngentaConnect.PDF

第 29 卷 第 16 期 农 业 工 程 学 报 Vol.29 No.16 174 2013 年 8 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Aug. 2013 基于压缩感知的资源节约型音频信号采集方法 1 2 郭小华 ，陈文岳 （1. 杭州职业技术学院友嘉机电学院，杭州 310018 ； 2. 杭州市农业科学研究院，杭州 310024 ） 摘 要：针对基于无线传感器网络构建的环境监测系统，为减少多媒体信号采样、处理、传输过程所消耗的计算、 存储、电能、带宽资源，该文分析了现有信号处理理论和随机采样方法存在的局限性，结合压缩感知理论，提出 了一种改进的加性随机采样方法，设计了一种新型的资源节约型音频信号采集算法。该算法依靠传感器节点和汇 聚节点的共同协作完成音频信号采集，其中，传感器节点对具有稀疏性的音频信号进行低频随机采样，汇聚节点 可从随机采样数据中高概率重构原始信号。将所提出的信号采集方法用于采集粮仓内的赤拟谷盗成虫爬行声，并 与已有数据压缩方法进行性能对比。初步试验结果表明：在随机采样频率为 196Hz 且最大数据重构误差小于 0.5% 情况下，可实现 13 个采集节点所获取的 78 路声信号的远程、无线、实时采集，特别适用于资源有限的无线传感 器网络。 关键词：传感器，无线网络，信号处理，压缩感知，音频 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.16.022 中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2013)-16-0174-08 郭小华，陈文岳. 基于压缩感知的资源节约型音频信号采集方法[J]. 农业工程学报，2013，29(16)：174－181. Guo Xiaohua, Chen Wenyue. Resource-saving audio signal acquisition methods based on compressed sensing theory[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(16): 174 －181. (in Chinese with English abstract) 难预先获取满足分布式信源编码技术要求的时空 0 引 言 [8] 相关模型 。 具有音频、图像、视频等多媒体信息感知功能 事实上，产生上述问题的根源在于信号采样必 的新型无线传感器网络[1-2]能实现细粒度、高精度、 须遵循奈奎斯特定理，即采样频率不能低于信号带 多角度环境监测，在军事及民用领域具有广阔的应 宽的 2 倍；该约束条件极大增加了多媒体信号采集 用前景，近年来已引起研究人员的密切关注[3] 。这 系统的实现难度。根据信号处理理论，按照奈奎斯 种无线传感器网络为环境监测系统构建带来便利 特采样定理进行采样的目的是为了完整获取信号中 的同时，宽带多媒体信号的高速采样和大流量采样 包含的信息，只要能完整获取信号中包含的信息， 数据的无线收发为系统设计带来新挑