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他给声音做导航—记国家自然科学奖二等奖获得者谢胜利

    在2009年,广东省自动化学会谢胜利副理事长主导的《盲信号的分离和辨识理论及其应用》在2009年度国家科学技术奖励大会上获得国家自然科学奖二等奖,这是广东省高校唯一获得的二等奖奖,是我省自动化学科可喜可贺的大事。在这里特别转载广东科技报对谢胜利副理事长的专题报道。  
                                                    广东省自动化学会秘书处  
                                                             2010.2.8


广东科技报2010年1月15日6版  记者 冯海波 通讯员 祝和平
人物简介:

    谢胜利 华南理工大学电子与信息学院副院长,教授、博士生导师,智能信息处理研究所所长,国家杰出青年科学基金获得者。1997年3月获华南理工大学工学博士学位,1998年9月于华南理工大学通信与电子学博士后流动站出站, 1999年任博士生导师,2000年起享受政府特殊津贴, 2002年获得教育部“跨世纪优秀人才基金”,入选教育部跨世纪优秀人才培育对象;2003年获国家杰出青年科学基金,同年荣获第七届广东省丁颖科技奖;2004年入选广东省“千百十人才工程”国家级学科带头人培养对象;2005年获得教育部自然科学一等奖;2007年获得广东省自然科学一等奖,同年入选教育部创新团队学科带头人。

    孕妇做胎心电检测的时候,得到的往往是母体和宝宝的混合心电信号,这往往导致胎检结果出现偏差而需医生的经验判断。而应用盲分离技术,就能清晰地分离出母体和宝宝的心电信号,便于医生做准确的诊断。

    什么是“盲分离技术”?在国内推动盲分离(BSS)这门新兴学科研究并使其在相关领域走向国际前列的谢胜利教授介绍说,母体和宝宝的心电信号混合在一起,要把彼此区分开来,其难度甚至大过电影中007的闻声识人。谢胜利带领团队在试验中创造性地找到了“信号方差比”。“如同基因之于生物,分子之于物质结构,信号方差比是一把尺子,能够精确地度量盲信号,为声音做导航,从而把特定的语言提取出来。为此,他们也凭借开创性的研究成果《盲信号的分离和辨识理论及其应用》,荣获国家自然科学奖二等奖。

    “我们推翻了著名的“斯通猜想”,斯通推荐我们进入国际权威期刊”

     鸡尾酒会上觥筹交错,一片欢声笑语;通常每个麦克风接收到的都是多个说话者的混合声音。如何把感兴趣的某个特定语音分离出来?谢胜利说,信息学科中的一项新兴研究领域——“盲分离”技术(BSS),就致力于解决这类“鸡尾酒会问题”。他表示,上世纪80年代初,因大量实际问题的驱动,在信号处理领域诞生了盲信号处理这门新生学科。此后,在该领域的研究中,一直都是西方科学家独领风骚。那时,美国、法国、意大利、英国和俄罗斯等国的顶级学者,已分别在《自然》、《科学》等国际著名刊物上发表了研究论文,确立了相应的理论体系。

    谢胜利说,一直以来,盲分离的基本理论是该领域的公开难点问题之一。英国科学家斯通(Stone)教授曾应用自己在《自然》杂志上发表的关于信号的可预测性研究成果,在《神经计算》上发表了著名的关于信号预测度的“斯通猜想” (Stone's Conjecture)。然而,谢胜利及其研究团队通过大量和反复的仿真实验,进行深入的分析和探讨,通过构造不同情况的反例发现了“斯通猜想”的错误,并从理论上严格地证明了“信号方差比定理”。以此为基础,又相继发现了“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斯通,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。”谢胜利介绍说。经斯通本人推荐,他们的研究成果分别在本学科的国际权威刊物《神经计算》和《IEEE信号处理汇刊》上发表,同时还被斯通教授写入其专著《独立分量分析简介教程》中。

    “学习权威但不要迷信权威,要敢于怀疑权威结论。”在谈到他们取得成功的原因时,谢胜利说,他们接触“盲分离”技术研究比较晚,开始也是抱着仰望的态度学习这些权威。而当发现这条路走不通后,他们就另辟蹊径。在盲信号处理领域,谢胜利及其团队的很多研究成果都属于开创性,这也为他们赢得了国际声誉,得到了一批国际权威学者的充分肯定。

     “我不是最聪明的,我是靠拼命,才有今天的成绩”

    1995年9月,谢胜利进入华南理工大学攻读博士;1997年3月,他获得了华工的工学博士学位。从入学到获得学位,他仅用了一年半的时间,这在华工历史上也创造了一个记录,这个记录至今仍无人打破。期间,他还获得了“南粤优秀博士生”称号。

     然而,谢胜利却说:“在同学里面,我不是最聪明的,但天道酬勤。”在大学里,谢胜利显得很“不合群”,同学们打牌、下围棋,大家玩得很高兴,而他却从来不参与。“我有很多同学,他们有的很聪明,成绩也比我好,毕业后有10个留校。我是靠拼命,才有今天成绩的。”回忆当时求学和科研的艰辛,谢胜利说,搞基础研究就是要全身心投入,要耐得住寂寞。“白天,把脚泡在水桶里,又凉快又防蚊子;夜里,当忽然有个好想法时,半夜也会跳下床,把它记录下来。”

    那时,勤奋的谢胜利还遇到了一个更加勤奋的导师——华工电信学院的刘永清教授。谢胜利当年就吃够了导师的“苦头”,从来就没有机会睡一个懒觉。“导师总会在每天早上六点敲响我们的宿舍门。开始我们起不了床,后来很不好意思,都赶在老师来之前,都穿得整整齐齐的。”一分耕耘一分收获,如今,谢胜利及其同门师兄弟李远清、谭洪舟等都已经成为各个领域的中坚力量,特别是推动了“盲信号分离”这门学科的发展,并扬威国际学术界。

    博导每天早上去敲博士的门,这件事至今仍让华工的师生津津乐道。多年来,谢胜利不仅自己一直保持着勤奋努力的习惯,同时也把这一良好习惯带给了学生。“我不去敲他们的门,但我每天一早会到实验室的各个房间‘打转’,看他们在研究中有没什么问题。”他还特意送给学生一块“天道酬勤”的牌匾,挂在实验室,以此激励学生。

    “过去我们是跟踪国际,现在我们在很多领域已经领先国际”

    “获奖难,获国家自然科学奖更难。它的获奖项目要求‘前人尚未发现或者尚未阐明’,‘具有重大科学价值’,‘得到国内外自然科学界公认’。而在盲信号处理领域,我们解决了学科发展的瓶颈,走到了国际前沿。”对于此次获奖,谢胜利自豪地说。事实上,中国科学家进入盲信号处理领域比国际同行晚了近20年。在谢胜利开始加入研究行列时,国外的科学家已在这个领域留下了很多经典的难题和权威的结论。然而,10多年又过去了,中国在这方面的研究不仅没有被远远地拉下,反而渐渐具有后来居上的气势。

    谢胜利认为,他们的研究能取得一些成果,还在于他们始终坚持团队作战。“现在做大事,没有团队是不行的,单打独斗可以干成一点事,但干不了大事。”他表示,在盲信号研究项目里,团队成员每人都有一个重点研究的领域,每个人都能在团队中找到自己的位置,团队成员每人都能获得发展,因此形成了强大的合力。

    他们还成功地把盲分离研究成果应用于实际。团队创立的稀疏分析方法,已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。“在‘福特挑战赛’中,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。”同时,盲分离技术也在胎心电检测、通信抗干扰等实际系统中得到应用,形成了具有自主知识产权的应用系统(产品原型机),从本质上提升和创新了相应系统的性能。相关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。

    “在国防中,‘盲分离’解决之后,就可以从容地应对信号干扰。交通领域,在火车行驶过程中,沿线可能有潜在的不安全因素。应用“盲分离”研究之后,可以准确定位分析,找出问题的具体所在。”对于“盲分离”技术的应用前景,谢胜利信心十足。“过去我们是跟踪国际先进,现在我们在很多领域已经领先国际先进,我们未来的目标是建立一个充满生机的创新团队,长期引领学科的发展……”