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大洋网:华工教授给"盲分离"研究找到一把准确尺子

日期: 2019-11-20 07:29 浏览次数 : 147

广州日报1月12日A2版讯 在昨日举行的国家科学技术奖励大会上,华南理工大学电子与信息学院教授谢胜利团队的《盲信号的分离和辨识理论及其应用》获得了广东省高校中唯一的一个自然科学奖二等奖。 谢胜利举例解释“盲信号”:“比如说,孕妇做产检的时候,得到的胎心电是大人和胎儿的混合信号,现在凭医生经验做诊断。如果实现‘盲分离’就能得到纯粹的胎心电。” 谢胜利介绍,目前团队已经成功地将盲分离技术应用于胎心电检测、通信抗干扰等实际系统中,形成了具有自主知识产权的应用系统。研究成果分别得到了美国科学院院士Christof Koch教授、俄罗斯国家科学院院士Frolov Alexander 教授等本领域著名学者的肯定与正面评价。

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大洋网讯鸡尾酒会上觥筹交错,一片欢声笑语;麦克风接收到的是多个说话者的混合声音。如何将感兴趣的某个特定语音分离出来?信息学科中的一项新兴研究领域致力于解决这类“鸡尾酒会问题”,它的名字叫做“盲分离”研究。从1984年以来,一直都是西方科学家独领风骚,但华南理工大学电子与信息学院教授谢胜利及其团队凭借开创性的研究成果“反超”同行。

在11日举行的国家科学技术奖励大会上,谢胜利团队的《盲信号的分离和辨识理论及其应用》获得了广东省高校中唯一的一个自然科学奖二等奖。

“我们推翻了他的结论,他却推荐我们进入国际权威期刊”

有内行人说,比起国家技术发明奖、国家科学技术进步奖来,国家自然科学奖的获奖难度更大。该奖项的三个基本要求是:“前人尚未发现或者尚未阐明”,“具有重大科学价值”,以及“得到国内外自然科学界公认”。此次,全国只有28个项目获得二等奖及以上奖项。

在盲分离研究领域,基本理论是公认的难点问题。混合信号中,什么是可分辨的、什么是不可分辨的?如何将各种信号分离开来?英国学者Stone教授试图利用信号的可预测性来展开突破。他应用自己在《自然》上发表的关于信号的可预测性研究成果,在《神经计算》上发表了著名的“Stone猜想”:混叠信号的预测度小于或等于独立源信号的预测度。

网投正规真人在线信誉平台,但谢胜利团队通过大量、反复的仿真实验,并进行了深入的分析和探讨,通过构造不同情况的反例发现了这一“权威结论”的错误。他为盲分离研究重新找了一把“尺子”,并将其命名为“信号方差比”。“‘方差比’就是盲信号的特征值,它可以从根本上将判别信号。就像我们可以用‘基因’来判别生物,用‘分子’来判别糖和糖精一样。”

谢胜利团队从理论上严格地证明了“信号方差比定理”:任何混叠信号的方差比都介于源信号最大和最小方差比之间。以这个定理为基础,相继发现了“可分离性定理” 和“可分离性定理II”,这些结论为盲信号可分性基本理论奠定了坚实的数学理论基础,同时也为构建实际的盲分离算法提供了理论指导。

“我们将这个结论寄给了Stone教授。没想到,我们推翻了他的结论,他推荐我们进入国际权威期刊。”谢胜利笑着说。由Stone本人推荐,上述结论分别发表于信息学科国际权威刊物《Neural Computation》、《IEEE Trans. Signal Processing》上,而且被Stone教授写入其专著《Independent Component Analysis: A Tutorial Introduction》中。

“盲分离”有啥用?

通信抗干扰、医疗、故障诊断等有应用前景

听上去高深玄妙的科研成果,能应用到生活的哪些领域呢?“这个范围就广了。”53岁的谢胜利眉飞色舞、如数家珍:“比如说,在国防中,如果有敌方信号干扰,我们以往只能‘躲避’;‘盲分离’解决之后就可以从容地抗干扰。比如说,孕妇做产检的时候,得到的胎心电实际上是大人和胎儿的混合信号,现在只能滤波之后凭医生的经验做诊断。如果实现‘盲分离’就能得到完整而纯粹的胎心电。”

谢胜利团队采用自创的稀疏分析方法,分别在第四届脑电信号分析与处理国际竞赛中获得第一名,在第五届世界计算智能大会“福特挑战赛”中获得第一名。“我们对汽车故障的混合信号进行分离,准确率超过90%。也就是说,不用把一辆车都拆开就能找到故障所在。”

再比如,在火车行驶过程中,沿线可能有潜在的不安全因素。但在以往,很难从混合信息中分析出具体是哪一个路段、哪一个铁轨处存在问题。但应用“盲分离”研究之后,可以定位及分析出问题的具体所在。

谢胜利介绍,目前团队已经成功地将盲分离技术应用于胎心电检测、通信抗干扰等实际系统中,形成了具有自主知识产权的应用系统。研究成果分别得到了美国科学院院士Christof Koch教授、俄罗斯国家科学院院士Frolov Alexander 教授等本领域著名学者的肯定与正面评价。

“我们的下一步研究计划,就是采用‘张量分析’这种数学工具,对高纬数据进行处理。”这意味着,谢胜利团队将向分析和处理更复杂的信号发起冲击。

获奖感言:

成功的奥秘无外乎“天道酬勤”

谢胜利是湖北荆州人,1995年进入华南理工大学读博士。他的履历表非常漂亮:1989年、他33岁时就破格晋升为副教授,36岁时提了正教授。在华工,他用一年半时间获得博士学位,并被团广东省委授予“南粤优秀博士生”称号,这个记录在华工至今无人打破。

谢胜利说:“在同学里面,我不是最聪明的,但天道酬勤。”到华工读博后,勤奋的谢胜利遇到了一个更勤奋的导师——刘永清教授。“老师每天清晨起床,在校园里锻炼,锻炼完了就到博士生宿舍挨个敲门,那时候才早上6点钟!”想睡懒觉是不可能的了,于是每个人都赶在老师来敲门之前穿戴整齐。博导每天早上敲博士的门,这件事至今仍让华工人津津乐道。

如今,谢胜利也要求自己的学生勤奋、努力。“硕士、博士、博士后一共有50多个,我不去敲他们的门,我每天一早就到实验室各个房间‘打转’。”他在实验室里,挂了一块牌匾,上面题着四个字“天道酬勤”。