基于地址译码的压缩感知视频图像采集电路制造技术

本发明专利技术公开了的基于地址译码的压缩感知视频图像采集电路，包括传感器模块、模拟选通器和ADC单元；及矩阵参数配置、地址译码器、时序控制器、存储RAM和加法器；传感器模块将采集的数据信号输入到模拟选通器中，地址译码器将片选控制信号输入到模拟选通器，模拟选通器在片选控制信号的作用下将采集的数据信号送入ADC单元，加法器接收从ADC单元输入的数据信号；存储RAM在时序控制器的作用将片选控制信号作为地址信号输入到地址译码器中；本发明专利技术提供的电路利用高度稀疏性采样矩阵进行压缩感知采集，突破了传统压缩感知在随机采样矩阵RAM大以及冗余ADC数量多的问题，可大大减少RAM的大小以及ADC的数量；具有高度可配置性。

【技术实现步骤摘要】
基于地址译码的压缩感知视频图像采集电路
本专利技术涉及图像处理
，特别是一种基于地址译码的压缩感知视频图像采集电路结构。
技术介绍
压缩感知自2006年提出以来，在理论创新方面有着越来越多的发展和新发现，目前基于压缩感知理论的研究很多集中在理论创新和算法改进方面，比如基于组波变换压缩感知的图像处理方法；相比于传统信号的采集，压缩感知采样突破了传统奈奎斯特采样频率必须2倍于数据频率的带宽要求，在低速频率下即可进行数据的采样，而且在数据采样的同时就可以完成数据的压缩，降低了系统对于采样频率的要求，并省去采样后再进行压缩所造成的系统开销。再在重构端用适当的重构算法恢复出原始信息。真正实现了从信号的采样到信息的采样过渡，目前压缩感知在各个领域都有所研究与应用，国内的主要研究成果包括在高光谱方面；在光图像处理领域；压缩感知恢复算法创新等等。传统基于压缩感知理论的图像采集系统通常由三个部分组成传感器阵列，ADC整列，数据压缩模块。然而传统压缩感知图像采集系统常常需要集成同原始信号X相同维度数量的ADC以及用于存储整个采样矩阵的存储单元RAM，这对于资源有限的嵌入式系统而言无疑是一项挑战，而过多冗余资源的消耗又没有必要的，故如何通过某种方法来减少压缩感知前端采集系统的复杂程度，提高采集系统的资源利用率，裁剪过多的冗余资源具有十分重要的意义。因此，需要一种基于地址译码的压缩感知视频图像采集电路结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于地址译码的压缩感知视频图像采集电路结构。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供的基于地址译码的压缩感知视频图像采集电路，包括模拟模块和数字模块；所述模拟模块包括传感器模块、模拟选通器和ADC单元；所述数字模块包括矩阵参数配置、地址译码器、时序控制器、存储RAM和加法器；所述传感器模块将采集的数据信号输入到模拟选通器中，所述地址译码器将片选控制信号输入到模拟选通器，所述模拟选通器在片选控制信号的作用下将采集的数据信号送入ADC单元，所述加法器在时序控制器的作用下接收从ADC单元输入的数据信号；所述存储RAM在时序控制器的作用将片选控制信号作为地址信号输入到地址译码器中；所述矩阵参数配置与存储RAM连接，用于配置系统的采样矩阵参数，这里，系统所需要的矩阵参数通过离线计算得到，为了在重构端能更高概率的重构压缩后的信号，该采样矩阵与小波基矩阵进行相关性验证，满足一定自相关性之后，才对存储RAM进行参数配置。进一步，所述片选控制信号按照以下方式获取：获取压缩感知采样原始信号X；将原始信号X与采样矩阵Φ相乘得到稀疏化采样矩阵Φ；将疏化采样矩阵Φ中的非零项对应的地址输入到存储RAM中。进一步，所述时序控制器用于控制所述加法器、ADC单元以及地址译码器的时钟保持相同状态。进一步，所述加法器对通过数据位判断后出来数据进行累加。进一步，所述模拟选通器包括一个PMOS管和一个NMOS管；所述PMOS管和NMOS管并联；所使用的模拟选通器为mos开关，这里所述PMOS管栅极与NMOS管栅极连接到片选信号、PMOS漏极连接NMOS漏极与传感器输出的信号连接、PMOS源极连接NMOS源极与ADC输入端口连接，形成传输门结构。进一步，所述ADC单元为模数转换电路。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本专利技术提供的基于地址译码的压缩感知视频图像采集电路结构，使用的资源更少；利用高度稀疏性采样矩阵进行压缩感知采集，突破了传统压缩感知在随机采样矩阵RAM大以及冗余ADC数量多(必须是N个)的问题，可大大减少RAM的大小以及ADC的数量(采样矩阵稀疏度)；具有高度可配置性；可针对维度在256维以内任意维度的压缩，并且可配置压缩率M/N为任意大小(0<＝rate<＝1)，可以任意配置输入维度N，可以任意配置采样矩阵稀疏度P；具有较强的实时性：以100M时钟为例，每秒钟可实现压缩152帧256*256像素大小视频流数据。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明本专利技术的附图说明如下。图1为本专利技术的信号的稀疏表示。图2为本专利技术的信号的压缩。图3为本专利技术的稀疏二值化采样矩阵与浮点数采样矩阵采样对比。图4为本专利技术的基于稀疏二值化采样矩阵系统工作流程图。图5为本专利技术的基于稀疏性采样矩阵的压缩感知嵌入式系统框图。图6为本专利技术的稀疏采样压缩模块图示。图7为本专利技术的并行加法器模块。图8为本专利技术的RAM-地址译码控制模块图示。图9为本专利技术的模拟选通器。图10a是M/N为0.1的效果图。图10b是M/N为0.2的效果图。图10c是M/N为0.3的效果图。图10d是M/N为0.4的效果图。图10e是M/N为0.5的效果图。图10f是M/N为0.6的效果图。图10g是M/N为0.7的效果图。图10h是M/N为0.8的效果图。图10i是M/N为0.9的效果图。图10j是M/N为1的效果图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图所示，本实施例提供的基于地址译码的压缩感知视频图像采集电路结构，基本原理是利用采样矩阵的压缩感知，由于压缩感知采样矩阵往往具有十分高的稀疏性，压缩感知采集过程原理及算法过程：设原始未压缩N维信号X∈RN，通常来说，该一维信号X存在一个特定的正交变换基{Ψj}j＝1N进行线性表示，该变换基也就是信号X的稀疏基，在该稀疏基下X信号可以用稀疏信号α表示，如图1所示，即信号X∈RN可以用下列矩阵运算表示：X＝Ψα＝ΣΘjΨj；信号的测量指的是用N维的信号X投影到更低的纬度(通常为M维)，得到观测向量Y，及通过构造一个M×N维的采样矩阵A，有如下：Y＝AX；该过程可以由图2表示，由于用于观测的维度M远远小于原始信号的维度N，对于求解α的过程实际是可认为是求解欠定性方程组的问题。可得到无数多个解，若采样矩阵与稀疏矩阵满足限制等距性原理(RIP)，则可以保证方程有唯一求解。在重构端利用一系列求解方法如OMP算法将信号进行重构出来。在实际压缩感知过程中，由于某一信号的稀疏基通常是确定的，故为了满足RIP条件，通常通过设计采样矩阵Φ来实现。数学家Tao和DLDonoho等人证明，当采样矩阵Φ的RIP参数δ与信号X满足：(1-δ)‖x‖22≤‖Φx‖22≤(1+δ)‖x‖22；其中，x为K稀疏信号，若δ<1,则采样矩阵满足K阶RIP，其中有：M≧cKlog(N/K)；其中，M表示观测次数；C表示常数。因此，这种方法保证采样矩阵Φ与稀疏基Ψ之间的不相关性。压缩感知采样理论的关键部分主要有两点：第一信号的稀疏性表示，第二稀疏基与采样矩阵之间满足RIP原理。保证通过该采样矩阵的K稀疏信号能被唯一的重构算法求解出来。由于某一个信号的稀疏基通常是可知的，例如图片的稀疏基可以是小波基、时域信号有傅里叶基等等。而采样矩阵通常可以是随机高斯矩阵、伯努利采样矩阵、局部傅里叶矩阵等等。采样矩阵在压缩感知的整个处理过程中扮演着十分重要的角色，二值化后的采样矩阵在性能上相对于传统浮点型随机矩阵在某些方面不本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于地址译码的压缩感知视频图像采集电路，其特征在于：包括模拟模块和数字模块；所述模拟模块包括传感器模块、模拟选通器和ADC单元；所述数字模块包括矩阵参数配置、地址译码器、时序控制器、存储RAM和加法器；所述传感器模块将采集的数据信号输入到模拟选通器中，所述地址译码器将片选控制信号输入到模拟选通器，所述模拟选通器在片选控制信号的作用下将采集的数据信号送入ADC单元，所述加法器在时序控制器的作用下接收从ADC单元输入的数据信号；所述存储RAM在时序控制器的作用将片选控制信号作为地址信号输入到地址译码器中；所述矩阵参数配置与存储RAM连接，用于配置系统的采样矩阵参数；系统所需要的矩阵参数通过离线计算得到，为了在重构端能更高概率的重构压缩后的信号，该采样矩阵与小波基矩阵进行相关性验证，满足一定自相关性之后，才对存储RAM进行参数配置。

【技术特征摘要】
1.基于地址译码的压缩感知视频图像采集电路，其特征在于：包括模拟模块和数字模块；所述模拟模块包括传感器模块、模拟选通器和ADC单元；所述数字模块包括矩阵参数配置、地址译码器、时序控制器、存储RAM和加法器；所述传感器模块将采集的数据信号输入到模拟选通器中，所述地址译码器将片选控制信号输入到模拟选通器，所述模拟选通器在片选控制信号的作用下将采集的数据信号送入ADC单元，所述加法器在时序控制器的作用下接收从ADC单元输入的数据信号；所述存储RAM在时序控制器的作用将片选控制信号作为地址信号输入到地址译码器中；所述矩阵参数配置与存储RAM连接，用于配置系统的采样矩阵参数；系统所需要的矩阵参数通过离线计算得到，为了在重构端能更高概率的重构压缩后的信号，该采样矩阵与小波基矩阵进行相关性验证，满足一定自相关性之后，才对存储RAM进行参数配置。2.如权利要求1所述的基于地址译码的压缩感知视频图像采集电路，其特征在于：所述片选控制信号按照以下方...

【专利技术属性】
技术研发人员：周喜川，谭跃，任丰博，徐埌，赵昕，唐枋，胡盛东，林智，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50