语音压缩感知硬阈值梯度追踪重构算法

本文基于语音信号在DCT域的近似稀疏性,采用压缩感知(Compressed Sensing, CS)理论对其进行压缩采样和重构。CS中的梯度追踪(Gradient Pursuit, GP)算法因计算量小,迭代硬阈值(Iterative Hard Threshold, IHT)算法因实现简单,被广泛用来重构信号。针对压缩感知理论中的GP算法的支撑集在每次迭代时仅增加一个元素,以及该算法每步迭代时仅经过一次沿负梯度方向搜索求得的解可能不是最优解的问题,本文提出了语音重构的硬阈值梯度追踪(Hard Threshold Gradient Pursuit, HTGP)算法。该算法利用IHT算法的思想选择原子更新支撑集,每步迭代时支撑集中含有K个元素,而且HTGP算法每步迭代时经过k次沿负梯度方向搜索得到最优解来代替使用计算量巨大的最小二乘来求解。实验结果表明,压缩比相同的情况下,HTGP算法具有更快速的收敛性和更高的信噪比。      

压缩感知中一种改进的迭代硬阈值算法

研究了压缩感知理论中一种改进的迭代硬阈值稀疏信号重构算法。针对现有IHT算法类最优秀的BIHT算法中回溯操作无法保证稀疏信号重构误差递减的问题,对稀疏重构误差及其差值进行了简单介绍和分析,提出了一种能够保证重构误差随迭代进行单调减小的重构算法,在每次迭代的回溯操作中选择能够保证重构误差逐渐减小的原子,并将其指标与估计支撑集合并,最后基于最小二乘法进行伪逆运算获取稀疏信号估计。对高斯稀疏信号和0-1稀疏信号进行了仿真,证明了优于IHT、NIHT以及BIHT算法的稀疏信号重构性能。     

1-Bit压缩感知盲重构算法

1-Bit压缩感知(CS)是压缩感知理论的一个重要分支。该领域中二进制迭代硬阈值(BIHT)算法重构精度高且一致性好,是一种有效的重构算法。该文针对BIHT算法重构过程需要信号稀疏度为先验信息的问题,提出一种稀疏度自适应二进制迭代硬阈值算法,简称为SABIHT算法。该算法修正了BIHT算法,首先通过自适应过程自动调节硬阈值参数,然后利用测试条件估计信号的稀疏度,最终实现不需要确切信号稀疏度的1-Bit压缩感知盲重构。理论分析和仿真结果表明,该算法较好地实现了未知信号稀疏度的精确重建,并且与BIHT算法相比重构精度及算法复杂度均相当。     

基于小波域滤波的迭代硬阈值压缩感知重构

图像压缩感知迭代重构算法主要采用迭代阈值法解决信号的重构问题,但是迭代阈值法仅仅利用变换系数进行阈值处理,并未考虑系数的邻域统计特性,导致重构性能不高。提出一种基于小波域滤波的迭代硬阈值迭代算法,利用小波域系数的邻域统计特性修订迭代硬阈值重构算法的代价函数,进行两步迭代收缩,并在迭代中用小波域滤波除去其中的重构噪声。实验结果表明,在相同的观测数据下,相比已有的经典算法,新算法的重构图像质量较高,并且可以获得快速的重构速度。     

压缩感知的冗余字典及其迭代软阈值实现算法

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。本文研究了压缩感知理论下的冗余字典、测量矩阵及其限制等容特性(RIP,Restricted Isometry Property),并给出了RIP、字典大小、稀疏度和测量次数的关系,提出了一种新的迭代软阈值(IST)算法,与正交匹配追踪(OMP)算法和迭代硬阈值(IHT)算法相比较,实验结果表明了IST算法具有更高的信号恢复率。     

图像恢复的小波域加速Landweber迭代阈值方法

该文利用对忠诚项的二次逼近方法,提出了一种小波域加速Landweber迭代阈值算法。该算法的每次迭代是对前两次迭代结果的线性组合做阈值处理。与标准的迭代阈值算法相比,该方法收敛速度更快。由于参数的可选择性,新算法更有灵活性。数值实验表明新算法能够有效地提高恢复图像的质量,是一种行之有效的图像恢复方法。     

稀疏信号重构的阈值化迭代检测估计

研究压缩传感(Compressed Sensing,CS)的稀疏信号重构算法,该文提出一种新的算法框架阈值化迭代检测估计(Iterative Detection Estimation with Thresholding,IDET)。算法框架包括两个方面:选择单阶段阈值化(One-Stage Thresholding,OST)算法的迭代步作为支持集检测的参考;根据稀疏信号的特征设计支持集检测方法。同时,提出该算法框架的实现算法,实现算法先检测由迭代硬阈值化(Iterative Hard Thresholding,IHT)迭代步得到一个支持集,然后通过求解支持集上的最小二乘问题来估计待重构的稀疏信号,迭代上述两个步骤直至满足条件停止。IDET算法的关键在于支持集检测,该文提出3种适用于快速衰减信号的支持集检测方法。实验结果表明,IDET稀疏重构性能优于IHT的其他加速算法。     

改进的正交匹配追踪语音增强算法

本文根据语音信号在离散余弦变换（discrete cosine transform,DCT）域上的近似稀疏性,将压缩感知（compressed sensing,CS）应用于语音增强。提出了一种基于压缩感知的语音增强新算法。算法采用对语音信号具有一定鲁棒性的行阶梯矩阵,对含噪语音进行压缩观测,通过改进的正交匹配追踪OMP（orthogonal matching pursuit,OMP）算法重构语音信号,最后用低通滤波器对重构语音进行平滑滤波,实现语音增强。实验结果表明:本文所提语音增强算法在提高输出信噪比的同时,减少了重构时间,具有较强的鲁棒性。      

压缩感知中测量矩阵与重建算法的协同构造

本文提出基于感知字典的迭代硬阈值(SDIHT)算法,以此协同构造压缩感知中测量矩阵与重建算法.将成对测量矩阵与感知字典分别用于压缩投影和构造重建算法,重建迭代至残差为零,从而精确恢复原始稀疏信号.本文证明了SDIHT算法精确恢复原始稀疏信号的充分条件.SDIHT算法的优点是重建精度高和计算复杂度低.仿真实验表明,当信号稀疏度或测量次数相同时,相比IHT、OMP和BIHT算法,SDIHT算法重建0-1稀疏信号和二维图像效果更好、算法效率更高.     

自适应稀疏度的1 bit压缩重构算法

1 bit压缩感知技术日益受到关注.1 bit信号往往有符号跳变,同时信号重构还需要稀疏度先验信息,如何有效地克服信号重构对稀疏度的依赖性,提高重构算法对噪声的鲁棒性,这是该领域面临的重大挑战.本文在二进制迭代硬阈值算法基础上,引入自适应稀疏度,利用残差能量的大小,通过对信号和噪声的学习,解决稀疏度依赖问题,通过引入弹...     

基于硬阈值迭代的电力线载波通信脉冲噪声抑制方法

在电力线载波通信系统中,由于脉冲噪声的存在,系统性能会受到严重影响。考虑到脉冲噪声在时域上具有稀疏性,基于压缩感知的脉冲噪声估计方法被广泛采用。提出了一种基于硬阈值迭代的压缩感知方法来估计脉冲噪声。该方法通过迭代求解更新阈值,然后利用阈值函数对脉冲噪声进行估计,最后在接收信号中减去脉冲噪声的估计值,完成对脉冲噪声的抑制。仿真结果表明,该方法能够准确估计脉冲噪声幅值点,同时在均方误差与估计信噪比的性能上都有提高。     

Accelerated iterative hard thresholding

The iterative hard thresholding algorithm (IHT) is a powerful and versatile algorithm for compressed sensing and other sparse inverse problems. The standard IHT implementation faces several challenges when applied to practical problems. The step-size and sparsity parameters have to be chosen appropriately and, as IHT is based on a gradient descend strategy, convergence is only linear. Whilst the choice of the step-size can be done adaptively as suggested previously, this letter studies the use of acceleration methods to improve convergence speed. Based on recent suggestions in the literature, we show that a host of acceleration methods are also applicable to IHT. Importantly, we show that these modifications not only significantly increase the observed speed of the method, but also satisfy the same strong performance guarantees enjoyed by the original IHT method.     

One-bit compressed sensing recovery algorithm robust to perturbation

One-bit compressed sensing(CS) technology reconstructs the sparse signal when the available measurements are reduced to only their sign-bit. It is well known that CS reconstruction should know the measurement matrix exactly to obtain a correct result. However, the measurement matrix is probably perturbed in many practical scenarios. An iterative algorithm called perturbed binary iterative hard thresholding (PBIHT) is proposed to reconstruct the sparse signal from the binary measurements (sign measurements) where the measurement matrix experiences a general perturbation. The proposed algorithm can reconstruct the original data without any prior knowledge about the perturbation. Specifically, using the ideas of the gradient descent, PBIHT iteratively estimates signal and perturbation until the estimation converges. Simulation results demonstrate that, under certain conditions, PBIHT improves the performance of signal reconstruction in the perturbation scenario.     

帧间自适应语音信号压缩感知

近年来提出的压缩感知是一种以低于传统奈奎斯特速率对信号采样可得到精确恢复的理论。该理论很快应用于简化传统的采样硬件、缩短采样时间、以及减少数据的存储空间。针对语音信号的传输问题,本文提出一种帧间自适应语音信号压缩感知的方法。在离散余弦变换域的语音信号具有稀疏性的前提下,以大量语音信号帧的分析统计为依据,提出一种基于语音帧能量分级和帧间位置惯性的语音信号自适应压缩感知算法。实验结果表明,能量自适应可以显著地提高语音信号的恢复质量,而位置自适应可以明显地减少语音信号的恢复时间,从而本文提出的算法可以用较少的恢复时间获得较好的恢复效果。      

基于自适应滤波的压缩感知重构方法

自适应滤波框架中,滤波器的抽头系数可以利用特定的自适应算法达到近似维纳解,从而使滤波器的输出误差达到最小.将这个框架应用到压缩感知重构信号中,信号的稀疏系数等效为滤波器系数权值向量,从而可获得最佳的稀疏系数,以高概率重构信号.本文介绍了已有学者研究出的一种L0最小均方算法(L0-LMS),该算法中引入零引力项加快了权矢量向稀疏解收敛的速度,保证解的稀疏性.通过仿真可知,基于自适应滤波算法重构稀疏信号的性能较好,甚至优于压缩感知中常用的OMP算法.     

压缩感知中稀疏分解和重构精度改进的一种方法

稀疏分解、非相关观测和重构算法是压缩感知的三大要素,任何一个环节的设计优劣都对压缩感知的性能产生重大影响,稀疏分解是实现压缩感知的前提,现今使用的稀疏分解对大多数自然信号都不能做到理想的绝对稀疏,而是近似稀疏,这大大影响了压缩感知的重构性能。本文设计了一种可逆的阈值,并用其构造门限矩阵,从而门限矩阵可逆,将门限矩阵作用于信号经正交变换后的近似稀疏系数,可使系数更接近理想的绝对稀疏,而且门限矩阵对系数的处理过程是可逆的,即可由处理后的系数无损恢复原来的近似稀疏系数。重构算法采用贪婪算法中的OMP和CoSaMP,从理论上分析了在保证与CoSaMP同样的前提条件下,门限矩阵改进后的CoSaMP重构误差明显减小,仿真实验用门限矩阵对OMP和CoSaMP的改进前后进行对比,验证了门限矩阵对重构精度有进一步的提高。      

基于块稀疏度与自适应迭代的压缩感知方法

针对分块压缩感知算法在平滑块效应时损失了大量的细节纹理信息,从而影响图像的重构效果问题,提出了一种基于块稀疏信号的压缩感知重构算法。该算法先采用块稀疏度估计对信号的稀疏性做初步估计,通过对块稀疏度进行估算初始化阶段长,运用块矩阵与残差信号最匹配原则来选取支撑块,再运用自适应迭代计算实现对块稀疏信号的重构,较好地解决了浪费存储资源和计算量大的问题。实验结果表明,相比常用压缩感知方法,所提算法能明显减少运算时间,且能有效提高图像重构效果。