一種基于fpga的壓縮感知方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于FPGA的壓縮感知方法。該方法利用FPGA將聲音信號進行采樣得到非自適應(yīng)線性投影值，通過ZigBee無線模塊進行無線傳輸，通過正交匹配追蹤算法將投影值恢復為原始信號。本發(fā)明突破了奈奎斯特采樣定理的瓶頸，只需通過FPGA傳輸極少個投影值就能實現(xiàn)對原始信號的精確重構(gòu)。該方法不僅能有效保存原信號的客觀質(zhì)量，同時繼承了優(yōu)良的密碼學特性，可以降低存儲、處理和傳輸?shù)某杀?，在壓縮成像系統(tǒng)、模擬/信息轉(zhuǎn)換、生物傳感等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】—種基于FPGA的壓縮感知方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(shù)】
[0002]傳統(tǒng)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(shù)絕對值較大的系數(shù)進行編碼采樣，舍棄零或接近于零的小系數(shù)。通過對系數(shù)進行舍棄壓縮，放棄了采樣獲得的大部分數(shù)據(jù)，但不影響原始信號的恢復效果。例如，在運用數(shù)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(shù)據(jù)，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(gòu)。
[0003]過去的幾十年間，處理系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)的能力不斷地得到增強，需要處理的數(shù)據(jù)量也不斷增多，而傳統(tǒng)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(tǒng)處理信號的能力提出了較高的要求，也給相應(yīng)的硬件設(shè)備帶來了極大的挑戰(zhàn)，增加了數(shù)據(jù)存儲、傳輸?shù)某杀?，因此尋找新的?shù)據(jù)采集處理方法成為一種必然。
[0004]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(xiàn)原始信號的準確或近似重構(gòu)。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(chǔ)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(xiàn)信號重構(gòu)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(gòu)所用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有信號壓縮技術(shù)的不足，提供一種基于FPGA的壓縮感知方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)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(tǒng)上實現(xiàn)，壓縮感知系統(tǒng)包括麥克風、供電模塊、AD轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊相連，AD轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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)麥克風米集聲音信號，并將聲音信號傳送至AD轉(zhuǎn)換模塊；
(2)AD轉(zhuǎn)換模塊將聲音信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并送至FPGA模塊；
(3)FPGA模塊將采樣后得到的數(shù)字信號進行編碼測量，得到非自適應(yīng)線性投影值，該步驟具體為:將數(shù)字信號Z投影到一組測量向量
上，而得到非自適應(yīng)線性投影值八=<XM >，式中，?表示乘積，Φ?為Φ,的轉(zhuǎn)置矩陣，m為矩陣?的維數(shù)；
寫成矩陣形式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA的壓縮感知方法，該方法在壓縮感知系統(tǒng)上實現(xiàn)，壓縮感知系統(tǒng)包括麥克風、供電模塊、AD轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊相連，AD轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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；其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)麥克風米集聲音信號，并將聲音信號傳送至AD轉(zhuǎn)換模塊； (2)AD轉(zhuǎn)換模塊將聲音信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并送至FPGA模塊； (3)FPGA模塊將采樣后得到的數(shù)字信號進行編碼測量，得到非自適應(yīng)線性投影值，該步驟具體為:將數(shù)字信號Z投影到一組測量向量KU.上，而得到非自適應(yīng)線性投影值7? =<^1 >，式中，?表示矩陣的乘積，<為*_的轉(zhuǎn)置矩陣，m為矩陣#的維數(shù)； 寫成矩陣形式為:
【文檔編號】H03M7/30GK103780264SQ201410031914
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】王智, 杜天旭, 劉文靜, 邵華杰, 余愷, 吳連濤, 蔡盛盛 申請人:浙江大學