改进的压缩感知重构算法研究

为了对未知稀疏度信号、特殊信号、含噪声信号进行准确重构,提出一种改进的压缩感知重构算法——预测正交匹配追踪算法。提出的算法通过所选支撑集内原子总数、信号间能量差以及残差共同预测并选择所需原子。预测正交匹配追踪算法能够在稀疏度未知的情况下自适应地对块稀疏信号、噪声信号及图片信号进行准确重构。实验结果表明,在相同条件下,改进后的算法提高了重构质量,减少运行时间。     

基于ITCSAMP的周期非均匀采样与重构

根据周期非均匀采样的特点,结合联合子空间理论,将信号采样与重构转化为向量运算.并针对自然界中的稀疏信号,结合压缩传感理论,提出采用阈值迭代压缩采样匹配追踪(ITCSAMP)重构算法进行信号重构,并分析了其完整重构条件.最后,借助软件(Matlab)搭建模型,验证该算法可以很好实现稀疏信号的周期非均匀采样与重构.     

基于块稀疏的低复杂度宽带MIMO-OFDM稀疏信道估计方案

CoSaMP压缩采样匹配追踪算法是一种有效且可靠的稀疏信号重构算法。针对大多数宽带MIMO-OFDM稀疏信道估计方案中常被忽略的信号内部特殊结构问题,采用MIMO-OFDM系统模型,分析信号块稀疏结构特性,研究了CoSaMP算法的改进问题。仿真结果表明,与其他信道估计方案相比,所提方案在未知信号稀疏度值的情况下依旧获得了接近理想状态下的系统和速率、归一化均方误差和信号重构效率,有效降低了计算复杂度。可见,所提方案具有很好的信道估计性能。     

一种改进的子空间追踪算法

为了使压缩感知重构算法在稀疏度未知的情况下能够实现信号精确重构,提出了一种新的贪婪匹配追踪重构算法—一种改进的子空间追踪算法。该算法首先通过一种新的柔性方法获得信号的稀疏度,然后将稀疏度估计的结果和子空间追踪算法结合起来对信号进行重构,若子空间追踪不能精确地重构信号,则利用弱匹配原则来获取新的原子。实验结果表明,和同类算法比较,当信号稀疏度相同时,改进的子空间追踪算法重构的精度较高,运行速度也较快。     

基于局部性质的改进正交匹配追踪算法

正交匹配追踪算法是一种重要的压缩感知重构算法,针对正交匹配追踪算法中当前信号的最优估计,每一个采样点都有它的局部性质,且相邻采样点之间必然相互影响.本文基于局部性质,对正交匹配追踪算法进行改进,提高了对稀疏参数的估计精度,实现了信号的重构,实验证明了该方法的有效性.     

基于DCS的矿山物联网微震数据重构算法研究

煤矿物联网是近几年兴起的热点研究领域。针对煤矿物联网分布式环境下微震数据量大的问题,引入分布式压缩感知理论对微震数据进行压缩以减小数据传输量。以分布式微震信号为对象,通过傅里叶变换基对其进行稀疏性分析,论证了可以用压缩感知相关理论对微震数据进行压缩处理。基于广义正交匹配追踪算法及稀疏度自适应匹配追踪算法,提出了一种改进的分布式稀疏度自适应正交匹配追踪重构算法。基于MATLAB仿真平台,用改进的算法重构稀疏测量后的分布式微震信号,仿真结果表明,该算法在减少计算量的前提下有效地恢复了原始微震信号。     

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.     

基于块目标的频率步进连续波探地雷达压缩感知重建算法

压缩感知理论对于解决频率步进连续波探地雷达信号处理过程中存在的采样速率高、存储数据量大、信号处理时间长等问题具有重要意义. 针对雷达探测中块目标物体在探测区域不满足稀疏性的问题,提出一种适合块目标的压缩感知重构模型.利用某些稀疏正交基对块目标进行稀疏化处理使其满足稀疏性,将字典矩阵与稀疏矩阵结合形成适用于块目标物体的新观测矩阵,再通过压缩感知凸优化算法求解稀疏化系数,最后把该系数通过稀疏变换得到块目标的反射系数.通过实验仿真验证该方法的可行性,与未稀疏化处理的压缩感知重构模型相比具有更高的精度和分辨率.     

一种改进的分段广义正交匹配追踪算法

压缩感知理论是根据信号本身具有的稀疏性提出的新型信号采样理论.为提升正交匹配追踪算法采样信号的准确性和实时性,研究该算法的信号重构算法.分段广义正交匹配追踪算法就是以通过改变原始正交匹配追踪算法筛选原子为依据,达到对正交匹配追踪算法改进的目的.改进算法将原子筛选过程分为2个阶段,不需要已知信号的稀疏度且优化了算法的运行时间,有更准确地恢复初始信号的能力.仿真结果表明,该改进算法的运行时间和对信号的恢复效果均优于正交匹配追踪算法的.     

一种稀疏度自适应正交多匹配追踪重构算法

压缩感知理论是一种利用信号稀疏性或可压缩性对信号进行采样同时压缩的新颖的信号采样理论。针对稀疏度未知信号重构问题,提出了一种稀疏度自适应正交多匹配追踪重构算法。该算法在广义正交匹配算法(generalized orthogonal multi matching pursuit,GOMP)基础上结合稀疏自适应思想。根据相邻阶段信号能量差自适应调整当前步长大小选取支撑集的原子个数,先大步接近,后小步逼近信号真实稀疏度,从而实现对信号精确重构。实验仿真结果表明,该算法能有效精确重构信号。具有良好的重构性能和较高的重构效率。     

基于块分割的新型压缩感知算法

针对现有块分割压缩感知(block compressive sensing,BCS)算法的块效应问题,提出一种低复杂度、可消除块效应的新型块分割重构算法.在稀疏表达时,采用小波变换(DWT)代替离散余弦变换(DCT),改善图像细节分量;在测量时,依据分块图像频率特征对测量矩阵加权,提高图像质量;在重构时,采用正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)算法代替匹配追踪(matching pursuit,MP)算法,提高重构速度.仿真结果表明,所提出的算法可在保证重构速度的情况下,有效消除块效应,且不增加内存占用.     

语音自适应压缩采样匹配追踪重构算法

基于小波分解下的语音压缩编码与重构框架,研究分析了含噪情况下贪婪算法的重构性能和抗噪性能,提出了一种改进的自适应压缩采样匹配追踪算法(ACoSaMP).该算法可在稀疏度未知的情况下,通过设置可变步长分阶段实现对稀疏度的逼近.同时,在每次迭代过程中,用最小二乘法对残差信号进行估计,代替传统CoSaMP算法对整个信号的估计.最后用小波去噪法对合成语音进行处理.实验结果表明:不同压缩比下,该算法的主客观重构效果均优于现有同类算法,对噪声有较强的鲁棒性.     

基于低秩和全变差正则化的图像压缩感知重构

为了解决基于低秩正则化的图像压缩感知重构算法不能充分利用图像局部梯度稀疏特性的问题,提出了一种基于低秩与全变差正则化的图像压缩感知重构算法.首先,通过图像块匹配法寻找结构相似的图像块,组成非局部相似块组;其次,联合相似块矩阵低秩与图像梯度稀疏先验组成正则化项,结合传统的压缩感知模型形成新模型;最后,采用交替方向乘子法实现图像的重构.测试图像为自然灰度图像,为了验证算法的有效性,从主观视觉和峰值信噪比两方面进行对比.试验结果表明,和基于低秩正则化的图像压缩感知算法相比,该算法在准确描述图像非局部自相似性结构特征的前提下提高了重构质量,重构的图像在峰值信噪比上平均提升1 d B.     

基于BP算法的线性分组码译码研究

在压缩感知理论中,基追踪BP算法用于求解l1范数的最小值问题,采用原对偶内点法实现对稀疏信号的重构.在线性分组码译码中,把差错图案E看作一维稀疏信号,借助压缩感知理论,提出了重构差错图案E的方法.把伴随式S和校验矩阵H分别作为测量信号和测量矩阵,代入基追踪BP算法重构出差错图案E.验证了重构的差错图案E是正确的.对线性分组码译码进行仿真实验,通过基追踪BP算法和最大似然算法实现了汉明码的译码,通过基追踪BP算法和Berlekamp算法实现了BCH码的译码.通过比较译码的误码率BER和码字C估值的成功率,可以看出,采用压缩感知理论和基追踪BP算法较好地实现了对汉明码和BCH码的译码.     

基于压缩感知的新型宽带频谱协作检测算法

针对认知无线电领域现有的宽带频谱检测技术在低信噪比情况下检测性能不足的问题,提出了一种新型的基于压缩感知的宽带频谱协作感知算法。该算法依据无线通信信号在循环谱域具有独特的稀疏特性,首先从信号相关函数的压缩采样中获取循环谱的观测值,然后利用稀疏自适应同步匹配追踪协作重构算法重构出整个宽带内所有信号的循环谱。仿真结果表明：该宽带检测算法在低信噪比和瑞利衰落信道条件下,具有较好的检测性能。同时,与以往经典的重构算法相比,该算法中提出的稀疏自适应同步匹配追踪协作重构算法在重构精度和算法复杂度等方面都有较大的提高。     

基于扰动BOMP算法的块稀疏信号重构

给出了测量矩阵受扰动的块正交匹配追踪(BOMP)算法,仿真实验表明:当扰动水平越低、部分扰动元素越少、分块数越小或采样数越多时,重构信号的相对误差越小,即扰动BOMP算法重构性能更好.相比传统的扰动OMP算法,实验结果表明扰动BOMP算法能更加有效地处理块稀疏信号,说明信号结构对于信号恢复至关重要.     

SC-FDE系统中基于压缩感知的海上稀疏多径信道估计方法研究

首先建立了适用于不同海情级、不同频段的海上船舶间通信时的多径信道模型,针对SC-FDE系统在海上多径信道上的传输,研究了基于压缩感知的稀疏信道估计方法,利用CHU序列作为导频设计了一种Toeplitz循环矩阵作为压缩感知的测量矩阵,结合稀疏度自适应匹配追踪信号重构算法提出了T-SAMP算法,分析比较了T-SAMP、正交匹配追踪算法和最小二乘法3种算法的归一化均方误差和误码率性能.仿真结果表明提出的T-SAMP算法可以在未知稀疏度的情况下对信道进行准确估计,比正交匹配追踪算法更具有实用性,而且获得了比最小二乘法更好的信道估计性能,且需要的导频数量较少,提高了频带利用率.     

基于Takenaka-Malmquist系的语音信号压缩与降噪方法

语音信号的稀疏表示是语音压缩与降噪等语音处理的关键技术之一.在匹配追踪(matching pursuit, MP)、正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit, OMP)等算法的基础上,提出了一种基于Takenaka-Malmquist系的贪婪权值算法(a greedy weight algorithm based on the Takenaka-Malmquist system, TMGW).采用TMGW对语音信号进行重构时只需要较少的分解项数,从而达到语音压缩的目的.同时,根据稀疏分解后信号与噪声在时频面上能量分布不同的特点,该算法可实现对含噪语音的降噪.实验结果表明, TMGW比基于自适应Gabor子字典的匹配追踪算法(matching pursuit algorithm based on the adaptive Gabor sub-dictionary, GMP)更适用于语音信号的稀疏表示.     

基于子空间追踪的稀疏信号重构算法

信号重构算法是压缩感知理论中的重要环节,其优劣影响压缩感知的重构效果.基于子空间追踪算法,对经稀疏表示和测量矩阵压缩后的信号进行重构验证,理论分析和实验结果表明,子空间追踪算法能使信号在较高压缩比下保持良好的重构效果.     

基于块对角结构的语音信号盲压缩重构

为在复杂环境中提高语音信号的重构精度, 提出基于正交块对角结构的语音信号盲压缩重构算法, 通过最优求解找到一组对应的正交块对角变换基及稀疏矩阵, 利用二者乘积实现语音信号压缩重构。该算法确保盲压缩感知理论具有唯一解, 能从复杂的环境中恢复原始语音信号, 具有更强的自适应性, 在保证听觉效果的同时, 大大降低了观测维度。实验结果表明, 基于正交块对角结构盲压缩感知(OBD-BCS: Orthonormal Block Diagonal Blind Compressed Sensing)算法能高质量恢复语音信号原始结构。