权重化QR分解的正交匹配追踪算法硬件实现

文档摘要：为在小型化、低成本的硬件平台实现正交匹配追踪(OrthogonalMatchingPursuit,OMP)算法,针对OMP算法中最小二乘法的问题,该文构造一个确定性的传感矩阵,提出一种低复杂度、低资源的权重化QR分解的OMP(WeightedQRdecompositionOMP,WQR-OMP)算法硬件结构,在ZYNQ7020型号芯片上搭建WQR-OMPSOC系统.WQR-OMP算法在传感矩阵进行QR分解后,根据三角矩阵R中元素的分布特性,通过权重化运算只保留主对角线上的元素而其他余元素归零,得到对角矩阵D,然后近似计算稀疏向量的解.实验结果表明:与基于QR分解的OMP(QRdecompositionOMP,QR-OMP)和Batch-OMP算法的硬件结构相比,WQR-OMP算法硬件结构的重构速度更快、存储资源更少.在压缩率为0.25的条件下,WQR-OMPSOC系统对256×256分辨率图像的重构时间为400ms左右,其速率比仅使用ARM处理器的重构速率提高了约6.3倍.与其他现有研究对比,该系统在BlockRAM存储资源消耗较少的情况下,进一步提升了重构速度,适用于存储资源受限的硬件平台.

Abstract：Torealizetheorthogonalmatchingpursuit(OMP)algorithmonaminiaturizedandlow-costhardwareplat-form,forcalculationoftheleastsquaremethodintheOMPalgorithm,thispaperconstructsadeterministicperceptionma-trixandproposesalow-complexity,low-resourceweightedQRdecompositionOMP(WQR-OMP)algorithmhardwarear-chitecture,andtheWQR-OMPSOCsystemisbuiltontheZYNQ7020chip.TheWQR-OMPalgorithmisthataftertheQRdecompositionofthesensingmatrixaccordingtothedistributioncharacteristicsoftheelementsinthetriangularmatrixR,theelementsonthemaindiagonalareretainedthroughtheweightingoperation,whichreturnsotherelementstozerotoobtainthediagonalmatrixD,andthenapproximatelycomputesthesolutionforthesparsevector.TheexperimentalresultsshowthatcomparedwiththehardwarearchitectureofOMPalgorithmbasedonQRdecompositionOMP(QR-OMP)andBatch-OMPalgorithm,theWQR-OMPalgorithmhaslowercomputationalcomplexityandfewerstorageresources.There-constructiontimeoftheWQR-OMPSOCsystemisabout400msfor256×256resolutionimagesatacompressionrateof0.25,whichis6.3timesfasterthantheARMprocessordoes.Comparedwithotherexistingresearchers,thissystemfurtherimprovesthereconstructionspeedwithlessconsumptionofBlockRAMstorageresourcesandissuitableforhardwareplat-formswithlimitedstorageresources.

作者：王玺  梁文凯  杨虹  张红升  刘挺  牟晓霜  张磊  余柏汕  黎淼Author：WANGXi  LIANGWen-kai  YANGHong  ZHANGHong-sheng  LIUTing  MOUXiao-shuang  ZHANGLei  YUBai-shan  LIMiao
作者单位：重庆邮电大学光电工程学院,重庆400065
刊名：电子学报 ISTICEIPKU
Journal：ActaElectronicaSinica
年，卷(期)：2024, 52(5)
分类号：TN911.7
关键词：正交匹配追踪算法  最小二乘  权重化  QR分解  ZYNQ7020  
Keywords：orthogonalmatchingpursuitalgorithm  leastsquares  weighted  QRdecomposition  ZYNQ7020  
机标分类号：TN911.7TP391.41TP273
在线出版日期：2024年7月22日
基金项目：权重化QR分解的正交匹配追踪算法硬件实现[
期刊论文]  电子学报--2024, 52(5)王玺  梁文凯  杨虹  张红升  刘挺  牟晓霜  张磊  余柏汕  黎淼为在小型化、低成本的硬件平台实现正交匹配追踪(OrthogonalMatchingPursuit,OMP)算法,针对OMP算法中最小二乘法的问题,该文构造一个确定性的传感矩阵,提出一种低复杂度、低资源的权重化QR分解的OMP(WeightedQRdecomp...参考文献和引证文献
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2024-10-4 01:37 上传 权重化QR分解的正交匹配追踪算法硬件实现.pdf

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