一种基于fpga的压缩感知方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于FPGA的压缩感知方法。该方法利用FPGA将声音信号进行采样得到非自适应线性投影值，通过ZigBee无线模块进行无线传输，通过正交匹配追踪算法将投影值恢复为原始信号。本发明突破了奈奎斯特采样定理的瓶颈，只需通过FPGA传输极少个投影值就能实现对原始信号的精确重构。该方法不仅能有效保存原信号的客观质量，同时继承了优良的密码学特性，可以降低存储、处理和传输的成本，在压缩成像系统、模拟/信息转换、生物传感等领域有着广阔的应用前景。
【专利说明】—种基于FPGA的压缩感知方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压缩感知方法，尤其涉及一种基于FPGA的压缩感知方法。
【背景技术】
[0002]传统的信号获取和传输过程主要包括采样、压缩、传输和解压四个过程，其采样过程必须满足奈奎斯特采样定理，即采样频率不能低于模拟信号频谱中最高频率的2倍。在信号处理中，首先对信号进行稀疏变换，如离散傅里叶变换或小波变换，然后对少数绝对值较大的系数进行编码采样，舍弃零或接近于零的小系数。通过对系数进行舍弃压缩，放弃了采样获得的大部分数据，但不影响原始信号的恢复效果。例如，在运用数百万像素的单反相机对场景进行拍摄成像时，会得到海量像素数据，但通过压缩编码后，只对部分信息进行存储和传输，最后通过解压缩算法对原始图像进行恢复重构。
[0003]过去的几十年间，处理系统获取数据的能力不断地得到增强，需要处理的数据量也不断增多，而传统的采样定理要求信号的采样率不得低于信号带宽的2倍，这无疑给系统处理信号的能力提出了较高的要求，也给相应的硬件设备带来了极大的挑战，增加了数据存储、传输的成本，因此寻找新的数据采集处理方法成为一种必然。
[0004]压缩感知理论是一个充分利用信号稀疏性或可压缩性的全新的信号采集、编解码理论。该理论表明，当信号具有稀疏性或可压缩性时，通过少量投影值就可实现原始信号的准确或近似重构。压缩感知理论的提出主要建立在已有的盲源分离和稀疏分解理论基础上。盲源分离为压缩感知理论提供了在未知源信号的情况下通过测量编码值实现信号重构的思路，稀疏分解中的具体算法已直接被压缩感知解码重构所用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有信号压缩技术的不足，提供一种基于FPGA的压缩感知方法。
[0006]为了实现上述的目的，本发明提供了一种基于FPGA的压缩感知方法，该方法在压缩感知系统上实现，压缩感知系统包括麦克风、供电模块、AD转换模块、FPGA模块、串口模块、第一无线模块、第二无线模块和上位机；麦克风与AD转换模块相连，AD转换模块与FPGA模块相连，第一无线模块通过串口模块与FPGA模块相连，麦克风、AD转换模块、FPGA模块、串口模块和第一无线模块均由供电模块供电；第二无线模块与上位机相连，第一无线模块和第二无线模块无线通信；该方法包括以下步骤:
(1)麦克风米集声音信号，并将声音信号传送至AD转换模块；
(2)AD转换模块将声音信号转化为数字信号，并送至FPGA模块；
(3)FPGA模块将采样后得到的数字信号进行编码测量，得到非自适应线性投影值，该步骤具体为:将数字信号Z投影到一组测量向量
上，而得到非自适应线性投影值八=<XM >，式中，?表示乘积，Φ?为Φ,的转置矩阵，m为矩阵?的维数；
写成矩阵形式为:
【权利要求】
1.一种基于FPGA的压缩感知方法，该方法在压缩感知系统上实现，压缩感知系统包括麦克风、供电模块、AD转换模块、FPGA模块、串口模块、第一无线模块、第二无线模块和上位机；麦克风与AD转换模块相连，AD转换模块与FPGA模块相连，第一无线模块通过串口模块与FPGA模块相连，麦克风、AD转换模块、FPGA模块、串口模块和第一无线模块均由供电模块供电；第二无线模块与上位机相连，第一无线模块和第二无线模块无线通信；其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)麦克风米集声音信号，并将声音信号传送至AD转换模块； (2)AD转换模块将声音信号转化为数字信号，并送至FPGA模块； (3)FPGA模块将采样后得到的数字信号进行编码测量，得到非自适应线性投影值，该步骤具体为:将数字信号Z投影到一组测量向量KU.上，而得到非自适应线性投影值7? =<^1 >，式中，?表示矩阵的乘积，<为*_的转置矩阵，m为矩阵#的维数； 写成矩阵形式为:
【文档编号】H03M7/30GK103780264SQ201410031914
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】王智, 杜天旭, 刘文静, 邵华杰, 余恺, 吴连涛, 蔡盛盛 申请人:浙江大学