[發明專利]一種基于FPGA的壓縮感知方法

無效

• 申請號: 201410031914.4
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103780264A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 王智;杜天旭;劉文靜;邵華杰;余愷;吳連濤;蔡盛盛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H03M7/30
• 分類號: H03M7/30
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及一種壓縮感知方法，尤其涉及一種基于FPGA的壓縮感知方法。

背景技術

傳統的信號獲取和傳輸過程主要包括采樣、壓縮、傳輸和解壓四個過程，其采樣過程必須滿足奈奎斯特采樣定理，即采樣頻率不能低于模擬信號頻譜中最高頻率的2倍。在信號處理中，首先對信號進行稀疏變換,?如離散傅里葉變換或小波變換,?然后對少數絕對值較大的系數進行編碼采樣,?舍棄零或接近于零的小系數。通過對系數進行舍棄壓縮，放棄了采樣獲得的大部分數據，但不影響原始信號的恢復效果。例如，在運用數百萬像素的單反相機對場景進行拍攝成像時，會得到海量像素數據，但通過壓縮編碼后，只對部分信息進行存儲和傳輸，最后通過解壓縮算法對原始圖像進行恢復重構。

過去的幾十年間，處理系統獲取數據的能力不斷地得到增強，需要處理的數據量也不斷增多，而傳統的采樣定理要求信號的采樣率不得低于信號帶寬的?2倍，這無疑給系統處理信號的能力提出了較高的要求，也給相應的硬件設備帶來了極大的挑戰，增加了數據存儲、傳輸的成本，因此尋找新的數據采集處理方法成為一種必然。

壓縮感知理論是一個充分利用信號稀疏性或可壓縮性的全新的信號采集、編解碼理論。該理論表明，當信號具有稀疏性或可壓縮性時，通過少量投影值就可實現原始信號的準確或近似重構。壓縮感知理論的提出主要建立在已有的盲源分離和稀疏分解理論基礎上。盲源分離為壓縮感知理論提供了在未知源信號的情況下通過測量編碼值實現信號重構的思路，稀疏分解中的具體算法已直接被壓縮感知解碼重構所用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有信號壓縮技術的不足，提供一種基于FPGA的壓縮感知方法。

為了實現上述的目的，本發明提供了一種基于FPGA的壓縮感知方法，該方法在壓縮感知系統上實現，壓縮感知系統包括麥克風、供電模塊、AD轉換模塊、FPGA模塊、串口模塊、第一無線模塊、第二無線模塊和上位機；麥克風與AD轉換模塊相連，AD轉換模塊與FPGA模塊相連，第一無線模塊通過串口模塊與FPGA模塊相連，麥克風、AD轉換模塊、FPGA模塊、串口模塊和第一無線模塊均由供電模塊供電；第二無線模塊與上位機相連，第一無線模塊和第二無線模塊無線通信；該方法包括以下步驟：

（1）麥克風采集聲音信號，并將聲音信號傳送至AD轉換模塊；

（2）AD轉換模塊將聲音信號轉化為數字信號，并送至FPGA模塊；

（3）FPGA模塊將采樣后得到的數字信號進行編碼測量，得到非自適應線性投影值，該步驟具體為：將數字信號?x?投影到一組測量向量????????????????????????????????????????????????上，而得到非自適應線性投影值，式中，<>表示乘積，為的轉置矩陣，m為矩陣的維數；

寫成矩陣形式為：???????????????????

??????????????????????????????；????????????????????????

式中：是矩陣，是的非自適應投影值矩陣，是的測量矩陣；

（4）FPGA模塊將非自適應線性投影值通過串口傳輸給第一無線模塊，由第一無線模塊和第二無線模塊傳輸給上位機；

（5）上位機接收到投影值后通過正交匹配追蹤算法來恢復原始信號：所述正交匹配追蹤算法步驟如下；

（5.1）初始化余量，索引集合，迭代次數；

（5.2）找到索引，使其滿足；

（5.3）增加索引集合和集合；

（5.4）用最小二乘法去獲得新的信號估計；

（5.5）計算新的余量?；

（5.6）增加，驗證，是否成立，如果成立，則返回步驟5.2，如果不成立，則轉入步驟5.7；

（5.7）最后即為要恢復的信號。

本發明的有益效果在于，本發明能夠利用FPGA發送的極少量采樣投影值就可實現信號的準確或近似重構，尤其是在大規模數據信號而且信標節點稀疏性很大的場景下具有比較明顯的優勢。

附圖說明

圖1是本發明的壓縮感知系統的結構示意圖。

具體實施方式