1.叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:步骤S1:对稀疏的音频信号进行特征处理,得到特征信息;
步骤S2:对特征信息进行扩频处理,得到扩频特征向量;
步骤S3:对稀疏的音频信号进行单比特压缩处理,得到1-bit压缩信号;
步骤S4:将扩频特征向量和1-bit压缩信号进行加权叠加处理,得到发送信号;
步骤S5:将发送信号发送出去,在接收端对发送信号接收,接收信号为带噪信号;
步骤S6:对带噪信号进行恢复处理,得到恢复特征信息和恢复1-bit压缩信息;
步骤S7:利用恢复特征信息辅助重构算法,重构出稀疏音频信号。
2.根据权利要求1所述的叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法,其特征在于,所述步骤S1包括如下子步骤:步骤S11:设定稀疏音频信号x的稀疏度为K,长度为N;
步骤S12:提取稀疏音频信号x的非零元素的位置索引,得到长度为K的支撑集合Ω;
步骤S13:在长度为K的支撑集合Ω中,找出稀疏音频信号x的前L1个幅度值最大元素的位置索引,得到长度为L2的部分支撑集合 其中,0≤L1≤K,L2=L1;
步骤S14:对长度为L2的部分支撑集合 进行编码调制,得到长度为L3的元素为1或-1的特征信息h,其中,L3<M;
所述步骤S14的编码调制为
步骤S141:将长度为l的部分支撑集合 中的十进制数转化为r位的二进制数,转化后生成序列的长度为L,且L=rl;
步骤S142:将序列中的元素“1”映射为“1”,将元素“0”映射为元素“-1”。
3.根据权利要求1所述的叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法,其特征在于,所述步骤S3的单比特压缩处理的表达式为:y=sign(Φx)
式中,y表示长度为M的1-bit压缩信号,Φ表示预先存储的M×N的测量矩阵Φ,x表示长度为N的稀疏音频信号。
4.根据权利要求1所述的叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法,其特征在于,所述步骤S4包括如下子步骤:步骤S41:将长度为M的扩频特征信息H赋予权值为 将长度为M的1-bit压缩信号y赋予权值为 α为加权系数且满足0<α<1,Es为发送信号的能量;
步骤S42:将特征信息和1-bit压缩信号进行加权叠加处理,加权叠加处理的公式为式中,H表示长度为M的扩频特征信息,y表示长度为M的1-bit压缩信号,z表示长度为M的发送信号,α为加权系数且满足0<α<1,Es为发送信号的能量。
5.根据权利要求1所述的叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法,其特征在于,所述步骤S6包括如下子步骤:步骤S61:对发送信号进行解扩处理,所述解扩处理的表达式为式中,表示长度为M的带噪信号, 式中,n为长度为T
M的噪声信号,Ph为解扩特征信息,Q为扩频矩阵Q的转置;
步骤S62:将解扩特征信息Ph进行硬判决操作,得到恢复特征信息步骤S63:将恢复特征信息 进行扩频处理,得到长度为M的恢复扩频特征信息步骤S64:利用长度同为M的带噪信号 和恢复扩频特征信息 计算长度为M的解扩压缩信号Py,步骤S65:将长度为M的解扩压缩信号Py进行硬判决操作,得到长度为M的1-bit压缩信号
6.根据权利要求1所述的叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法,其特征在于,所述步骤S2和步骤S63的扩频处理的表达式为:H=Qh
式中,Q为扩频矩阵大小为M×L且QTQ=MIL,其中,L<M,IL为L×L的单位矩阵,h为特征信息,H为扩频特征向量。
7.根据权利要求1所述的叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法,其特征在于,所述步骤S62和步骤S65的硬判决处理的公式为式中,为硬判决处理后的信号,长度为L3,Ph为解扩特征信息,长度为L3。
8.根据权利要求1所述的叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法,其特征在于,所述步骤S7包括如下步骤:步骤S71:对恢复特征信息 进行解调解码处理,得到恢复部分支撑集合步骤S72:利用恢复部分支撑集合 辅助,并结合重构算法,从长度为M的恢复1-bit压缩信号 中重构出长度为N的稀疏音频信号
9.根据权利要求8所述的叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法,其特征在于,所述步骤S71的解码解调为步骤S711:将长度为L的恢复特征信息 中的元素“1”映射为“1”,将元素“-1”映射为“0”;
步骤S712:将长度为L的序列中的每r个二进制数转化为一个十进制数,得到长度为l的恢复部分支撑集合 且L=rl。
10.根据权利要求8所述的叠加特征信息辅助的单比特音频压缩传输与重构方法,其特征在于,所述步骤S72的重构算法包括如下步骤:步骤S721:输入恢复1-bit压缩信号 测量矩阵Φ∈RM×N,稀疏度K,恢复部分支撑集 最大迭代次数iternum;
N×1
步骤S722:初始化残差矢量x0=O ,迭代次数t=0;
步骤S723:根据x、Φ、和梯度计算公式 计算出βt+1;
步骤S724:根据βt+1和硬阈值映射公式xt+1=η(βt+1),计算出xt+1;
步骤S725:根据xt+1、βt+1、 和支撑集映射公式 计算出xt+1;
式中,ξ(·)是支撑集映射操作符号,将集合 在矢量βt+1中索引的元素幅值赋给集合在xt+1中的索引所在位置;
步骤S726:计算非零元素的个数 令t=t+1;
其中,符号||·||0表示求向量的算子0范数步骤S727:判断若t<iternum且nnz>0,若是,返回步骤S723;若否,则进入步骤S728;
步骤S728:根据计算出的xt+1再计算出xt+1=U(xt+1),式中,U(v)=v/||v||2,符号||·||2表示求向量的算子2范数;
步骤S729:根据xt+1,计算出稀疏音频信号