[實用新型]音頻信號壓縮采樣系統

無效

• 申請號: 201020579700.8
• 申請日: 2010-10-26
• 公開（公告）號: CN201853485U
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 方杰;樊敏;韋穗
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G10L19/00
• 分類號: G10L19/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 吳娜

技術領域

本發明涉及一種音頻信號壓縮采樣系統。?

背景技術

傳統的信號采集、編解碼過程的理論基礎是香農采樣定理，以高于信號最高頻率2倍頻率對對輸入模擬信號進行采樣，再根據實際需要對這些數據進行傳輸、加工、處理。這種處理手法確定有以下兩點缺陷：其一，在許多實際應用中由于信號的采樣速率不得低于信號帶寬的2倍，這使得硬件系統面臨著很大的采樣速率的壓力，Nyquist采樣硬件成本昂貴、獲取效率低下，在某些情況甚至無法實現；其二，數據存儲和傳輸方面，通常的做法是先按照Nyquist采樣方式獲取數據，然后將獲得的數據進行壓縮，最后將壓縮后的數據進行存儲或傳輸，顯然，這樣的方式造成很大程度的資源浪費。?

近年來，一種新興的壓縮傳感理論得到了研究人員的廣泛關注，該理論可以理解為是將傳統的數據獲取與數據壓縮合二為一，區別于一般信號的“先采樣，后處理”的傳輸編碼方式，壓縮傳感(Compressed?Sensing，CS)根據大部分信號可以在特定基上稀疏表示這一性質，對信號的非自適應線性投影，在通過數值最優化問題準確重構原始信號，壓縮傳感理論通過少量的隨機的線性投影直接的獲取稀疏或可壓縮信號中包含絕大部分信號的少量系數，來實現對原始信號的采樣和壓縮功能。這種壓縮傳感機制在信息的獲取端就實現了數據量壓縮，實現了信號采集方式的一項革新。同時，該理論具有通用性、加密性、魯棒性、漸進性、可縮放性、計算的非對稱等性質。壓縮傳感數據獲取可以看成不同于香農采樣的一種高效的信號獲取模式，再通過計算的手段從信號的不完全測?量集合中重建原始信號。?

目前，國內外對壓縮傳感的研究主要集中在壓縮傳感后端的重建算法的優化上，并逐步得到了完善。要使壓縮傳感理論走向應用層面，其前端的信息獲取的物理實現機制是目前亟待解決的問題?

發明內容

本發明的目的在于提供一種低采樣頻率、成本低、減少信道傳輸壓力的音頻信號壓縮采樣系統。?

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種音頻信號壓縮采樣系統，包括混頻器，混頻器的輸入端接收隨機脈沖信號和待調制的音頻信號，混頻器的輸出端通過低通濾波器與反向放大器相連，反向放大器通過A/D轉換器與計算機相連。?

由上述技術方案可知，本發明根據壓縮傳感理論設計，通過調制將模擬的音頻信號在頻域上均勻地涂抹到整個頻域范圍內，用較低的采樣頻率對解調信號進行采樣，就能獲得原信號的信息，這是一個降采樣的過程。用截止頻率較低的濾波器對此進行濾波處理，截取信號的一部分。濾波后的信號包含原信號的信息，然后再用壓縮傳感理論相關重建算法實現信號的重建。由于壓縮采樣系統所需的采樣頻率大大降低，該系統不但降低了采樣開關的硬件成本，而且減少了信道傳輸壓力。?

附圖說明

圖1是本發明的電路框圖；?

圖2是本發明的電路原理圖。?

具體實施方式

一種音頻信號壓縮采樣系統，包括混頻器4，混頻器4的輸入端接收隨機脈沖信號和待調制的音頻信號，混頻器4的輸出端通過低通濾波?器5與反向放大器6相連，反向放大器6通過A/D轉換器7與計算機相連。還包括單片機1，單片機1輸出端與有源放大器2的輸入端相連，有源放大器2的輸出端與累加器3的輸入端相連，累加器3的輸入端還接入偏移電平信號，累加器3輸出隨機脈沖信號至混頻器4的輸入端，如圖1所示。?

本發明主要由調制、濾波和降采樣三部分組成，傅里葉基上稀疏的信號可以通過解調裝置在頻域上將輸入的模擬的音頻信號均勻地涂抹到整個頻域范圍內，用較低的采樣頻率對解調信號進行采樣，就能獲得原信號的信息，這是個降采樣的過程。用截止頻率較低(比信號的最高頻率的2倍低很多的濾波器)的濾波器對此進行濾波處理，截取信號的一部分。濾波后的信號包含原信號的信息，將濾波后的信號進行降采樣獲得y[m]，然后再用壓縮傳感理論相關重建算法實現對x(t)的重建。?

信號通過與一個偽隨機PN序列來實現調制，該序列必須在值±1之間輪流交替，且頻率遠高于采樣頻率。調制過程可以通過一個混頻器4來實現。系統中幅值為±1的隨機方波調制信號直接由單片機1產生的隨機高低電平經過放大，與偏移電平累加得到，在通過待傳輸音頻信號與該隨機脈沖相乘來實現擴頻。該隨機脈沖信號具有貌似噪聲的性質，既容易產生又可以加工和復制的序列，因此容易滿足該要求。完成調制譜擴展所選用物理元件是混頻器4，混頻器4是一個用來計算x(t)*m(t)的裝置，m(t)信號特指由±1的序列構成的隨機脈沖信號。混頻器4通常由差分電路實現。?

通常壓縮傳感的代數形式可以寫為：?