信號處理裝置、信號處理方法、輸出裝置、輸出方法和程序的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及信號處理裝置、信號處理方法、輸出裝置、輸出方法和程序。信號處理裝置包括學(xué)習(xí)單元，所述學(xué)習(xí)單元針對信號的每個(gè)特征，學(xué)習(xí)系數(shù)變得稀疏的多個(gè)基信號，以使得通過所述多個(gè)基信號的線性運(yùn)算表示所述信號。
【專利說明】信號處理裝置、信號處理方法、輸出裝置、輸出方法和程序
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及信號處理裝置、信號處理方法、輸出裝置、輸出方法和程序，并且尤其涉及使得能夠獲得準(zhǔn)確的基信號的信號處理裝置、信號處理方法、輸出裝置、輸出方法和程序。
[0002]近來，研究了使用稀疏編碼的各種圖像恢復(fù)技術(shù)。稀疏編碼是一種模擬人類視覺系統(tǒng)將信號劃分為基信號并且表示信號的方法。
[0003]特別地，在人類視覺系統(tǒng)中，被視網(wǎng)膜捕獲的圖像事實(shí)上并沒有被傳輸?shù)缴喜孔R別機(jī)構(gòu)，而是在早期視覺階段，像下面的表達(dá)式I所表示那樣被劃分成多個(gè)基圖像的線性和并被傳輸。 [0004](圖像)=2[(系數(shù))X (基圖像)]—(1)
[0005]在表達(dá)式I中，大量系數(shù)為0，只有少數(shù)系數(shù)為大值。也就是說，系數(shù)是稀疏的。出于這個(gè)原因，模擬人類視覺系統(tǒng)、將信號劃分成多個(gè)基信號并表示信號的方法被稱作稀疏編碼。
[0006]在稀疏編碼中，首先，使用下面的表達(dá)式2表示的成本函數(shù)來學(xué)習(xí)由上面的表達(dá)式I建模的基信號。在這種情況下，假定作為稀疏編碼對象的信號為圖像。
[0007]L=argmin { Da-Y 2+ U | | a | 0}---(2)
[0008]在表達(dá)式2中，L表示成本函數(shù)山表示矩陣(下文稱為基圖像矩陣)，在該矩陣中，在行方向上設(shè)置每一個(gè)基圖像，在列方向上排列基圖像的各個(gè)像素的像素值。另外，a表示矢量(下文稱為基圖像系數(shù)矢量)，其中在列方向排列各個(gè)基圖像的系數(shù)(下文被稱為基圖像系數(shù))，表示矢量(下文稱為學(xué)習(xí)圖像矢量)，其中，在列方向上排列學(xué)習(xí)圖像的各個(gè)像素的像素值。另外，U表示預(yù)先設(shè)置的參數(shù)。
[0009]下面，在表達(dá)式2中，當(dāng)使用學(xué)習(xí)的基圖像和稀疏編碼對象圖像而不是學(xué)習(xí)圖像來計(jì)算的成本函數(shù)為預(yù)定值或更小值時(shí)，計(jì)算基圖像系數(shù)。
[0010]近來，設(shè)計(jì)出一種將稀疏編碼對象圖像劃分為多個(gè)塊并以塊為單元計(jì)算基圖像系數(shù)的方法(例如，參看 Michal Aharon, Michael Elad 和 Aired Bruckstein, “K_SVD:AnAlgorithm for Designing Overcomplete Dictionaries for Sparse Representation(K-SVD:—種為稀疏表示來設(shè)計(jì)過度完整的字典的算法)”，IEEE TRANSACTION ON SIGNALPROCESSING, VOL.54，N0.11，2006 年 9 月，P4311-4322))。
[0011]作為成本函數(shù)中基圖像系數(shù)的限制，除了由表達(dá)式2表示的LO規(guī)則，還存在LI規(guī)則或者LI規(guī)則的近似表達(dá)(例如參看Libo Ma和Liqing Zhang, “Overcompletetopographic independent component analysis (過度完整地形學(xué)獨(dú)立分量分析)，，，Neurocomputing, 102008年3月，P2217-2223)。當(dāng)通過LI規(guī)則限制基圖像系數(shù)時(shí)，通過下面的表達(dá)式3表示成本函數(shù)，而當(dāng)通過LI規(guī)則的近似表達(dá)限制基圖像系數(shù)時(shí)，通過下面的表達(dá)式4表示成本函數(shù)。
[0012]L=argmin {| | D a -Y | |2+ U | a | J---(3)
[0013]L = argmin { Da-Y 2+uF(aTa)}
【權(quán)利要求】
1.一種信號處理裝置，包括: 學(xué)習(xí)單元，其針對信號的每個(gè)特征，學(xué)習(xí)系數(shù)變得稀疏的多個(gè)基信號以使得通過所述多個(gè)基信號的線性運(yùn)算來表示所述信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號處理裝置， 其中，所述特征是所述信號的頻帶的特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號處理裝置， 其中，所述特征是所述信號的拍攝環(huán)境或場景的特征。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號處理裝置， 其中，所述特征是作為所述信號的圖像的深度方向的位置的特征。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號處理裝置， 其中，所述特征是作為所述信號的圖像的空間位置的特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號處理裝置， 其中，所述特征是作為所述信號的運(yùn)動(dòng)圖像的時(shí)間變化的特征。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號處理裝置， 其中，所述特征是與所述信號對應(yīng)的終端的特征。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1 至7中任一項(xiàng)所述的信號處理裝置，還包括: 劃分單元，其將所述信號劃分成多個(gè)信號部分；以及 分類單元，其根據(jù)所述特征將所述多個(gè)信號部分分成多組； 其中，所述學(xué)習(xí)單元被配置針對學(xué)習(xí)每組信號部分學(xué)習(xí)基信號作為所述系數(shù)變得稀疏的多個(gè)基信號。
9.一種通過信號處理裝置執(zhí)行的信號處理方法，所述信號處理方法包括: 針對信號的每個(gè)特征，學(xué)習(xí)系數(shù)變得稀疏的多個(gè)基信號以使得通過所述多個(gè)基信號的線性運(yùn)算來表示所述信號。
10.一種程序，所述程序使計(jì)算機(jī)起學(xué)習(xí)單元的作用，所述學(xué)習(xí)單元針對信號的每個(gè)特征，學(xué)習(xí)系數(shù)變得稀疏的多個(gè)基信號以使得通過所述多個(gè)基信號的線性運(yùn)算來表示所述信號。
11.一種輸出裝置，包括: 運(yùn)算單元，其基于預(yù)定信號以及系數(shù)變得稀疏的多個(gè)基信號，來對所述預(yù)定信號的系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，其中，所述多個(gè)基信號是針對信號的每個(gè)特征而學(xué)習(xí)的以使得通過所述多個(gè)基信號的線性運(yùn)算表示所述信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸出裝置， 其中，所述特征是所述信號的頻帶的特征。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸出裝置， 其中，所述特征是所述信號的拍攝環(huán)境的場景的特征。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸出裝置， 其中，所述特征是作為所述信號的圖像的深度方向的位置的特征。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸出裝置， 其中，所述特征是作為所述信號的圖像的空間位置的特征。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸出裝置，其中，所述特征是作為所述信號的運(yùn)動(dòng)圖像的時(shí)間變化的特征。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸出裝置， 其中，所述特征是與所述信號對應(yīng)的終端的特征。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸出裝置，還包括: 生成單元，其使用所述多個(gè)基信號和通過所述運(yùn)算單元運(yùn)算的系數(shù)來生成與所述預(yù)定信號對應(yīng)的信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的輸出裝置，還包括: 識別單元，其基于所述預(yù)定信號與所述生成單元所生成的信號之差來識別所述預(yù)定信號。
20.—種由輸出裝置執(zhí)行的輸出方法,所述輸出方法包括: 基于預(yù)定信號和系數(shù)變得稀疏的多個(gè)基信號，來對所述預(yù)定信號的系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，其中，所述多個(gè)基信號是針對信號的每個(gè)特征而學(xué)習(xí)的以使得通過所述多個(gè)基信號的線性運(yùn)算表示所述信號。
21.一種程序，所述程序使計(jì)算機(jī)起運(yùn)算單元的作用，所述運(yùn)算單元基于預(yù)定信號和系數(shù)變得系數(shù)的多個(gè)基信號，來對所述預(yù)定信號的系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，其中，所述多個(gè)基信號是針對信號的每個(gè)特征而學(xué)習(xí)的以使得通過所述多個(gè)基信號的線性運(yùn)算表示所述信號。
【文檔編號】H04N1/41GK103685851SQ201310418428
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】羅俊, 張麗清, 招浩華, 許偉志, 孫振邦, 施惟, 名云武文 申請人:索尼公司