KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.9
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pp.3559-3571
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2015
This paper addresses the problem of signal acquisition with a sparse representation in a given orthonormal basis using fewer noisy measurements. The authors formulate the problem statement for randomly measuring with strong signal noise. The impact of white Gaussian signals noise on the recovery performance is analyzed to provide a theoretical basis for the reasonable design of the measurement matrix. With the idea that the measurement matrix can be adapted for noise suppression in the adaptive CS system, an adapted selective compressive sensing (ASCS) scheme is proposed whose measurement matrix can be updated according to the noise information fed back by the processing center. In terms of objective recovery quality, failure rate and mean-square error (MSE), a comparison is made with some nonadaptive methods and existing CS measurement approaches. Extensive numerical experiments show that the proposed scheme has better noise suppression performance and improves the support recovery of sparse signal. The proposed scheme should have a great potential and bright prospect of broadband signals such as biological signal measurement and radar signal detection.
As a greedy algorithm reconstructing the sparse signal from underdetermined system, orthogonal matching pursuit (OMP) algorithm has received much attention. In this paper, we multiple candidate matching pursuit (MuCaMP), which builds up candidate support set in every iteration and uses the minimum residual at last iteration. Using the restricted isometry property (RIP), we derive the sufficient condition for MuCaMP to recover the sparse signal exactly. The MuCaMP guarantees to reconstruct the K-sparse signal when the sensing matrix satisfies the RIP constant ${\delta}_{N+K}<\frac{\sqrt{N}}{\sqrt{K}+3\sqrt{N}}$. In addition, we show a recovery performance both noiseless and noisy measurements.
In this paper, the probabilistic exclusion based orthogonal matching pursuit (PEOMP) algorithm for the sparse signal reconstruction is proposed. Some of recent greedy algorithms such as CoSaMP, gOMP, BAOMP improved the reconstruction performance by deleting unsuitable atoms at each iteration. They still often fail to converge to the solution because the support set could not escape from a local minimum. PEOMP helps to escape by excluding a random atom in the support set according to a well-chosen probability function. Experimental results show that PEOMP outperforms several OMP based algorithms and the $l_1$ optimization method in terms of exact reconstruction probability.
Sparse-view computed tomography (CT) imaging technique is able to reduce radiation dose, ensure the uniformity of image characteristics among projections and suppress noise. However, the reconstructed images obtained by the sparse-view CT imaging technique suffer from severe artifacts, resulting in the distortion of image quality and internal structures. In this study, we proposed a convolutional neural network (CNN) with wavelet transformation and residual learning for reducing artifacts in sparse-view CT image, and the performance of the trained model was quantitatively analyzed. The CNN consisted of wavelet transformation, convolutional and inverse wavelet transformation layers, and input and output images were configured as sparse-view CT images and residual images, respectively. For training the CNN, the loss function was calculated by using mean squared error (MSE), and the Adam function was used as an optimizer. Result images were obtained by subtracting the residual images, which were predicted by the trained model, from sparse-view CT images. The quantitative accuracy of the result images were measured in terms of peak signal-to-noise ratio (PSNR) and structural similarity (SSIM). The results showed that the trained model is able to improve the spatial resolution of the result images as well as reduce artifacts in sparse-view CT images effectively. Also, the trained model increased the PSNR and SSIM by 8.18% and 19.71% in comparison to the imaging model trained without wavelet transformation and residual learning, respectively. Therefore, the imaging model proposed in this study can restore the image quality of sparse-view CT image by reducing artifacts, improving spatial resolution and quantitative accuracy.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.12
no.5
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pp.521-528
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2019
Epilepsy is one of the most prevalent neurological diseases. Electroencephalogram (EEG) signals are widely used for monitoring and diagnosis tool for epileptic seizure. Typically, a huge amount of EEG signals is needed, where they are visually examined by experienced clinicians. In this study, we propose a simple automatic seizure detection framework using intracranial EEG signals. We suggest a sparse approximation based classification (SAC) scheme by solving overdetermined system. L1-norm minimization algorithms are utilized for efficient sparse signal recovery. For evaluation of the proposed scheme, the public EEG dataset obtained by five healthy subjects and five epileptic patients is utilized. The results show that the proposed fast L1-norm minimization based SAC methods achieve the 99.5% classification accuracy which is 1% improved result than the conventional L2 norm based method with negligibly increased execution time (42msec).
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.41
no.6
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pp.628-630
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2016
Compressive sensing can recover an original sparse signal from a few measurements. Its performance is affected by the number of non-zero elements in the signal. The knowledge of partial locations of non-zero elements can improve the recovery performance. In this paper, we apply the partial location knowledge to the multipath matching pursuit. The numerical results show it improves the signal recovery performance and the channel estimation performance in the ITU-VB channel.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.2
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pp.423-430
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2011
In adaptive filtering, the sparseness of impulse response and input signal characteristics are very important factors of it's performance. This paper presents a subband improved proportionate normalized least square (SIPNLMS) algorithm which combines IPNLMS for impulse response sparseness and subband filtering for prewhitening the input signal. As drawing and combining the advantage of conventional approaches, the proposed algorithm, for impulse responses exhibiting high sparseness, achieve improved convergence speed and tracking ability. Simulation results, using colored signal(AR(4)) and speech input signals, show improved performance compared to fullband structure of existing methods.
Many researchers expect the compressive sensing and sparse recovery problem can overcome the limitation of conventional digital techniques. However, these new approaches require to solve the l1 norm optimization problems when it comes to signal reconstruction. In the signal reconstruction process, the transform computation by multiplication of a random matrix and a vector consumes considerable computing power. To address this issue, parallel processing is applied to the optimization problems. In particular, due to huge size of original signal, it is hard to store the random matrix directly in memory, which makes one need to design a procedural approach in handling the random matrix. This paper presents a new parallel algorithm to calculate random partial Haar wavelet transform based on Single Instruction Multiple Threads (SIMT) platform.
Adaptive digital filters with long impulse response such as acoustic echo canceller and active noise controller suffer from slow convergence and computational burden. Subband techniques and multirate signal processing have been recently developed to improve the problem of computational complexity and slow convergence in conventional adaptive filter. Any FIR transfer function can be realized as a serial connection of interpolators followed by subfilters with a sparse impulse response. In this case, each interpolator which is related to the column vector of Hadamard matrix has band-pass magnitude response characteristics shifted uniformly. Subband technique using Hadamard transform and decimation of subband signal to reduce sampling rate are adapted to system modeling and acoustic noise cancellation In this paper, delayless subband structure with nonuniform bandwidth has been proposed to improve the performance of the convergence speed without aliasing due to decimation, where input signal is split into subband one using tree-structured filter bank, and the subband signal is decimated by a decimator to reduce the sampling rate in each channel, then subfilter with sparse impulse response is transformed to full band adaptive filter coefficient using Hadamard transform. It is shown by computer simulations that the proposed method can be adapted to general adaptive filtering.
Kim, Jinhong;Shim, Byonghyo;Ahn, Jae-Kyun;Kim, Seongil;Hong, Wooyoung
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.37
no.1
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pp.39-45
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2018
Compressive sensing allows recovering an original signal which has a small dimension of the signal compared to the dimension of the entire signal in a short period of time through a small number of observations. In this paper, we proposed a method for detecting tonal signal which caused by the machinery component of a vessel such as an engine, gearbox, and support elements. The tonal signal can be modeled as the sparse signal in the frequency domain when it compares to whole spectrum range. Thus, the target tonal signal can be estimated by S-OMP (Simultaneous-Orthogonal Matching Pursuit) which is one of the sparse signal recovery algorithms. In simulation section, we showed that S-OMP algorithm estimated more precise frequencies than the conventional FFT (Fast Fourier Transform) thresholding algorithm in low SNR (Signal to Noise Ratio) region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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