压缩感知的自适应冗余字典及其图像恢复方法研究

冗余字典的信号稀疏分解是一种新的信号表示理论,采用超完备的冗余函数系统代替传统的正交基函数,为信号自适应地稀疏扩展提供了极大的灵活性.该文研究了压缩感知理论下DCT冗余字典和规范正交基(Dirac基)与DCT基组成的冗余字典,提出了一种适应于图像分块的自适应冗余字典方法.结合迭代硬阈值(IHT)重构算法,实验结果表明了提出的自适应冗余字典具有更好的信号恢复效果.     

自适应语音压缩感知方法

针对固定正交基下语音信号稀疏化程度低、适应性差的问题,提出了一种自适应的语音稀疏化方法,并将其应用到语音压缩感知理论中.该方法首先采用线性预测系数的加权线性组合对语音信号进行线性预测,并以线性预测残差基作为信号基.然后,按照稀疏约束条件训练出稀疏表示的过完备字典,并交替应用1-范数稀疏约束的追踪和奇异值分解算法,达到字典与稀疏系数同步更新.该方法从信号特征入手,学习并提取特征或纹理信息,能较好地实现语音信号的稀疏化,提高语音压缩感知的重构性能.实验结果显示,与其他正交基方法相比,该方法的语音稀疏化程度高.语音质量的主客观评价结果显示,该方法具有良好的重构性能.     

面向音频信号的可迁移的稀疏表示字典学习方法

基于字典对音频信号稀疏表示是1种在音频信号处理中被广泛使用的信号表示方法,但是,如果当前信号与字典学习所使用的信号的数据分布不同时,稀疏表示性能会受到严重影响.本文提出1种用于对音频信号稀疏表示的,可迁移稀疏表示字典学习方法,将经验模态分解得到的成分作为音频信号帧的本质特征,提出基于本质特征和原始信号的字典联合学习方法,使字典具有很强的可迁移性.通过不同话者和不同数据集之间信号的稀疏表示,对字典的可迁移性能进行验证,同时,对字典稀疏表示的效果和效率进行了评估.实验结果表明:本文提出的字典学习方法,在不同话者和不同数据集间迁移时,重构信号的信噪比分别相差0.5和0.8,明显低于当前常用的方法.同时,字典具有更高的稀疏表示效率和更好的效果.     

用于AIS实时信号稀疏表示的追踪算法研究

为解决非周期船舶自动识别系统(AIS)信号的载波跟踪问题,利用信号稀疏表示方法对AIS实时信号进行重构,以获得AIS信号的信道信息,从而为实现定位信息的测量打下基础.从AIS信号特点和AIS实时信号处理的要求出发,对基于K-SVD算法所构造的自适应冗余字典,从信号处理时间、稀疏表示精度、误码率和受噪声的影响几方面对比了基追踪(BP)和正交匹配追踪(OMP)两种不同的追踪算法.实验结果表明,两种算法都能有效精确地重构AIS信号,BP算法相比OMP算法具有更好的稀疏表示精度和误码率,但是信号处理时间会更长.由于AIS对实时性的高要求,OMP算法更适合用于AIS自主定位系统.     

结合系数重用正交匹配追踪的字典学习算法

针对压缩感知中字典对信号稀疏表示能力不足的问题,文中提出了一种结合系数重用正交匹配追踪的自适应字典学习算法,该算法使用系数重用正交匹配追踪算法得到稀疏系数,在字典更新阶段引入上一次迭代过程的先验信息.首先对稀疏系数矩阵进行奇异值分解,再分别用前一次更新的字典对左奇异矩阵和用训练信号对右奇异矩阵进行变换,然后采用变换后的左、右奇异矩阵构造新矩阵,最后利用新矩阵进行字典训练.实验结果表明,采用文中算法得到的字典对图像具有更好的稀疏表示能力,提高了重构图像的质量.     

一种样点缺失条件下的跳频信号参数估计方法

在样点随机缺失条件下研究跳频信号参数估计问题具有现实意义。 针对样点缺失条件下线性时 频分析方法失效的问题, 提出了一种基于正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit, OMP) 和卡尔曼滤波 (Kalmanfilter,KF) 的跳频信号参数实时估计方法。 该方法对信号加滑动窗, 将窗内样点随机缺失建模为 一个信号稀疏表示问题, 傅里叶正交基作为过完备字典, 利用 OMP 直接估计窗内信号频率而不需要恢复信 号。 KF 针对估计得到的信号频率进行平滑, 当频率跳变时, KF 的频率预测值将严重偏离历史值和频率估 计值, 偏离程度作为跳变时刻估计的依据。 仿真结果和对比实验表明, 在样点没有缺失时, 该方法具有更优 的跳频信号参数估计性能, 在滑动窗长足够并满足信号稀疏度要求时, 即使在样点缺失的条件下, 依然可以 获得有效的跳频信号参数估计结果。     

基于Sparse K-SVD学习字典的语音增强方法

提出一种基于Sparse K-SVD学习字典的语音增强方法,采用Sparse K-SVD算法自适应地训练一个可稀疏表示的冗余字典,在该冗余字典上采用正交匹配追踪(OMP)算法对带噪语音信号进行稀疏分解,利用稀疏系数矩阵重构纯净语音,实现语音增强.使用NOIZEUS语音库进行了一系列的语音增强实验,主客观评测数据表明,基于稀疏表示的语音增强方法(分别使用Sparse K-SVD和K-SVD训练字典)相对于传统语音增强方法(小阈值波法、谱减法、改进谱减法)可进一步改善语音质量;对字典训练时间进行统计,发现Sparse K-SVD算法训练字典消耗的时间为K-SVD算法训练时间的1/6~1/10,大幅度提高了计算效率.     

采用非相关字典学习的滚动轴承故障诊断方法

针对轴承振动信号中早期故障特征难以识别的问题,提出了利用非相关字典学习稀疏提取微弱冲击特征,进而完成故障诊断的方法。字典的构造是影响稀疏表示算法性能的关键步骤,而传统字典学习方法构造的冗余字典,原子之间具有很强的相关性,不足以表现信号不同的结构特性,也不利于信号准确稀疏重构,进而影响了冲击故障特征信号的提取。因此,在K均值奇异值分解算法(K-SVD)的基础上加入了原子解相关的步骤,形成了非相关字典学习算法(INK-SVD)。采用INK-SVD算法在含噪振动信号段样本中,学习构造低相关性自适应字典;在此基础上,利用稀疏表示方法准确提取冲击故障特征,从而实现更准确的轴承故障诊断。通过仿真分析及实验数据分析,与传统字典学习方法相比,该方法稀疏系数恢复精确度更高,重构信号的包络解调谱更有利于故障特征的辨识,从而验证了该方法的有效性。     

一种改进的在线字典学习图像超分辨率重建算法

为提高重建图像的质量,详细表达图像高频细节信息,提出了一种改进的在线字典学习图像超分辨率重建算法.该算法在稀疏重建的字典训练阶段,采用在线字典学习以获取最优的超完备字典.在稀疏系数表示阶段,考虑图像多尺度间的冗余信息,构造L1范数正则项补偿对,抑制稀疏系数噪声提高重建效果.实验表明,该算法可更好地恢复图像细节,在客观评价和主观视觉感知上图像的重建质量均有所提高.     

基于非局部稀疏特征的行人检测方法

利用周围邻域信息约束进行加权稀疏表示以达到行人检测的目的.采用Fisher判别字典学习的方法,得到一个能够更好地提取图像的具有更强辨别性稀疏特征的字典,利用图像中周围信息约束,求得该字典表示下的稀疏特征,并根据对当前图像块的稀疏表示残差进行分类.INRIA数据库的实验表明非局部稀疏特征具有明显的区分能力.同时,对行人目标进行邻域约束,能够有效地表示出同目标区域的稀疏特征.     

基于高阶稀疏Radon变换的预测多次波自适应相减方法

利用高分辨率稀疏Radon变换和正交变换两种原子构成过完备的信号重构空间,使得地震信号在此高阶高分辨率稀疏Radon变换域中能够被稀疏表示;结合基于过完备字典的信号稀疏表示,提出高分辨率稀疏Radon变换和正交多项式变换结合的高阶稀疏Radon变换(HOSRT)。所提方法通过将地震数据和预测多次波变换到高阶稀疏Radon空间,用完备的高阶稀疏Radon变换原子稀疏表示,并在该域进行自适应相减,能够有效分离一次波和多次波;而且由于构造的完备空间克服了正交性的问题,压制过程中降低了对一次波的损伤。对合成地震记录和实际资料的处理结果表明该方法能够提高多次波的压制效果,同时还可以较好地保留一次波振幅AVO(振幅随偏移别距的变化)特性。     

基于贪婪算法获取稀疏表示探讨研究

本文给出一个反例,指出在一般的字典中,稀疏表示中正交匹配搜索（OMP）算法不能得到测量的最稀疏信号,从而说明匹配搜索、正交匹配搜索等贪婪算法在稀疏表示中不能保证每一个测量能得到信号的最稀疏表示.     

基于字典学习的大气湍流退化图像复原技术应用

为了消除大气湍流对图像的影响, 提高图像质量, 结合稀疏表示理论, 采用字典学习的算法处理大气湍流退化图像。将DCT 过完备字典、K-svd 全局字典和自适应字典的算法应用于图像去噪过程, 并与维纳滤波算法进行比较。结果表明, 该算法能较好地滤除大气湍流退化图像的噪声, 提高图像的峰值信噪比。仿真实验验证了稀疏表示在处理大气湍流退化图像的可行性, 对比传统算法具有更好的去噪性能。     

基于双稀疏模型和非局部自相似约束的超分辨率算法研究

在基于稀疏表示的图像超分辨率方法中,字典的选择对最终重建质量具有重要影响.目前K-SVD作为基于外部样本学习的过冗余字典在图像重建领域取得广泛的成功,但同时也限制信号输入维度,带来信号降维过程的信息损失.针对这一问题,提出引入一种双稀疏模型,结合结构化字典和非结构化字典优点,避免降维过程信息损失同时保证训练精度;重建阶段引入非局部自相似性约束,迭代求解稀疏系数,降低编码噪声,最终重建高分辨率图像.实验结果表明,该算法在图像质量客观评价指标上优于对比算法,并且在主观视觉效果上获得更清晰的边缘等细节信息.     

基于K-SVD字典学习的核磁共振图像重建方法

基于超完备字典的图像稀疏表示因其具有稀疏性、特征保持性、可分性等特点而被广泛应用于图像处理.本文利用K-SVD字典学习算法并应用于MR图像重建.将字典学习等价于一个二次规划问题,学习得到的字典能有效描述图像特征.基于学习所得的字典,获得图像的稀疏表示,并重建原始图像.实验结果表明,与Zero-filling方法相比,本文的重建结果能更好地保留图像细节信息,获得更高的SNR值.     

采用遗传算法的分层贪婪字典训练算法

针对稀疏表示残差过大的问题,提出了采用遗传算法的分层贪婪字典训练算法.该算法首先将数据样本变成一维信号,然后将问题划分为若干个子问题,采用贪婪算法思想分层训练字典.为了以一定概率寻找到每一层字典的最优值,使用遗传算法来训练每一层字典,最后将每层字典级联作为最终的字典.在训练每一层字典时,先采用号码矩阵对样本的分类进行表示,然后以平均低秩逼近的残差能量作为衡量适应度的参数,以联赛选择的方式选出优胜个体,通过单点交叉和变异方法产生新的个体.对二值序列的稀疏表示信号重建的实验结果表明,该算法在训练样本量较小的情况下,与传统的核奇异值分解算法相比,训练得到的字典在同样的稀疏度约束下重建信噪比提高了10倍以上.     

基于字典稀疏表示和梯度稀疏的图像盲去模糊

基于超完备字典稀疏表示的图像复原利用字典的冗余性能够有效地恢复出图像的结构特征,但由于使用字典稀疏表示时需要对整幅图像进行分块处理,导致复原后的图像块之间重构图像常出现"伪像"效应。针对这一问题,本文将图像梯度稀疏统计特性作为先验知识加入稀疏表示图像盲去模糊模型中,提出了一种基于字典稀疏表示和梯度稀疏的图像盲去模糊算法,同时分析了算法的整体优化求解方法。实验分析和结果表明,本文算法能在一定程度上去除图像块之间的"伪像"效应,保持图像的结构特征和整体平滑。本文算法的去模糊图像在峰值信噪比和视觉效果两方面均有显著提高。     

字典原子优化的图像稀疏表示及其应用

为了提高图像稀疏表示性能,提出了一种有效的结构化字典图像稀疏表示方法.针对过完备字典构造和稀疏分解中原子筛选问题,提出了一种基于灰色关联度的字典原子筛选和结构聚类方案.首先,对测试图像分块处理,利用块作为原子样本;然后,计算原子间的灰色关联度,并设置原子灰色关联度的筛选准则;最后,利用结构特征对原子聚类,构造图像稀疏字典.算法利用灰色关联度选择表征能力强的原子,提高字典的表征能力,缓解了传统字典设计对原子个数的依赖;同时,降低了算法的复杂度.将该方法得到的字典用于图像去噪,结果表明,视觉效果明显优于同类算法,峰值信噪比提高2 dB左右,且算法复杂度显著降低.     

基于噪声分类和字典选择的语音活动检测

为了解决已有语音活动检测方法在噪声条件下性能急剧下降的问题,提出了一种基于稀疏编码的语音活动检测方法.该方法在训练阶段为语音和每种可能的噪声训练字典;在识别阶段首先识别环境噪声类型,然后将语音字典和对应环境噪声字典拼接形成一个大字典用于稀疏分解,最后用语音字典上的稀疏表示实现语音和非语音的判断.该方法一方面引入了噪声类型识别,可以有针对性地选择噪声字典;另一方面引入噪声开集识别机制,能识别新的噪声类型并且为之训练模型.实验结果表明所提方法比传统方法具有更强的噪声鲁棒性.     

稀疏线性预测字典在语音压缩感知中的应用

压缩感知理论框架可以同时实现信号的采样和压缩,将压缩感知应用于语音信号处理是近年来的研究热点之一.本文根据语音信号的特点,采用K-SVD算法获得稀疏线性预测字典,作为语音信号的稀疏变换矩阵.高斯随机矩阵用于原语音信号的采样从而实现信号的压缩,最后通过正交匹配追踪算法(OMP)和采样压缩匹配追踪算法(Co Sa MP)将已采样压缩的语音信号进行信号重构.实验考察了待处理语音信号帧的长度、压缩比,稀疏变换字典以及压缩感知重构算法等因素对语音压缩感知重构性能的影响,结果表明,基于数据集训练的稀疏线性预测字典相比传统解析构造的离散余弦变换字典,对语音的重构性能具有0.6 d B左右的提升.