优化正交匹配追踪和短时谱估计用于声音识别

声音事件识别时受到各种环境声的影响,采用优化正交匹配跟踪（Orthogonal Matching Pursuit,OMP）和短时谱估计对声音信号进行二次重构,能有效提高识别性能。采用粒子群算法（Particle Swarm Optimization,PSO）优化OMP稀疏分解作首次重构,保留声音信号的主体;采用短时谱估计对首次重构后的残余信号作声音增强处理,完成二次重构,去除非平稳噪声和提高重构声音信号的精度;对重构信号提取梅尔频率倒谱系数（Mel Frequency Cepstrum Coefficient,MFCC）特征、优化OMP时-频特征和基频（Pitch）特征,组成复合抗噪特征集OOMP;使用深度置信网络（Deep Belief Network,DBN）对OOMP特征进行学习,并对40种声音事件在不同环境不同信噪比下进行识别。实验结果表明,该方法在不同信噪比的各种环境声中平均识别率为70.44%,且在?5?dB的情况下仍然可以达到49.90%的识别率,从而说明所提方法能有效地识别各种环境下的声音事件。     

分段正交匹配追踪（StOMP）算法改进研究

信号重构是压缩感知的核心技术之一,而其重构精度和所耗时长直接影响其应用效果。现今分段正交匹配追踪算法（StOMP）因耗时短而得到广泛应用,但也存在着重构精度差、稳定性低的缺点。提出一种基于粒子群优化（PSO）算法且同时具有回溯特性的StOMP改进算法（ba-IWPSO-StOMP）,即首先在StOMP算法的一次原子选择上,引入回溯策略,实现原子的二次筛选;在每次迭代计算中,使用具有惯性权重指数递减的PSO（IWPSO）算法对传感矩阵中部分原子进行优化,从而实现更高精度,更少迭代次数的信号重构。对一维信号和二维图像的重构结果表明,在稀疏条件相同的情况下,算法在收敛时间较短的情况下,其重构精度明显优于StOMP等同类算法。     

改进的基于树型搜索的正交匹配追踪算法

正交匹配追踪算法(OMP)是一种利用一个超完备的字典进行信号分解的非线性自适应算法.文献[2]提出了基于树型搜索的正交匹配追踪算法(TB-OMP),尽管TB-OMP算法能够改进向量的逼近性能,但使计算的复杂度成指数倍的增加,严重限制了该算法在许多领域里的应用.在本文中将介绍一种灵活的基于树型搜索的正交匹配追踪算法(FTB-OMP)[5],算法通过设置参数,能够在算法逼近性能和计算复杂度之间找到一个灵活的折衷方案.     

基于自适应稀疏分解的声音识别算法

针对公共环境中异常声音的检测与识别存在的强噪声干扰及检测效率低的问题,提出基于参数自适应匹配跟踪的声信号识别算法.基于粒子和种群的进化率改进粒子群参数的自适应设置并优化稀疏分解目标函数;基于自适应粒子群算法的连续集搜索特性建立连续超完备Gabor原子集,以提高最匹配优原子与声信号的匹配度并加速原子的匹配搜索;使用SVM分类器实现公共环境异常声信号的复合特征识别.实验结果表明,与已有算法相比,该算法的公共环境异常声信号的识别率最优,且对不同背景噪声具有较好的识别鲁棒性.     

基于萤火虫算法的匹配追踪用于生态声音辨识

针对生态环境中背景噪声对声音辨识产生干扰的问题,提出利用萤火虫算法优化匹配追踪的方法进行生态声音辨识。利用匹配追踪（MP）稀疏分解声音信号,在保留信号主体结构的前提下对其进行重构,减小噪声的影响。使用萤火虫（GSO）算法优化搜索最佳匹配原子,实现MP快速分解。对重构信号提取Mel频率倒谱系数（MFCCs）,MP时频特征及基音频率。结合支持向量机（SVM）对56种生态声音在不同环境和信噪比情况下进行分类识别。实验结果表明,与传统MFCC与SVM的方法相比,该方法对生态声音在不同信噪比下的识别性能得到不同程度的改善并且具有较好的抗噪性,尤其适合低信噪比（30 dB以下）噪声情境下使用。     

一种基于FPGA实现的优化正交匹配追踪算法设计

针对压缩感知重构算法中正交匹配追踪(OMP)算法在每次迭代中不能选取最优原子问题,对OMP算法进行优化设计,保证了每次迭代的当前观测信号余量最小,并提出了一种基于FPGA实现的优化OMP算法硬件结构设计。在矩阵分解部分采用了修正乔列斯基(Cholesky)分解方法,回避开方运算,以减少计算延时,易于FPGA实现。整个系统采用并行计算、资源复用技术,在提高运算速度的同时减少资源利用。在Quartus II开发环境下对该设计进行了RTL级描述,并在FPGA仿真平台上进行仿真验证。仿真结果验证了设计的正确性。     

基于灰度共生矩阵和同步正交匹配追踪的分形图像压缩

针对传统分形图像压缩中存在计算复杂度高以及编码时间较长的问题,提出了一种基于灰度共生矩阵纹理特征的正交化分形编码算法.首先,从特征提取和图像检索的角度建立起范围块和域块之间的相似性度量矩阵,由此将全局搜索转化为局域搜索来缩减码本;然后,定义一个新的规范块作为新的灰度描述特征,从而简化了块之间的变换过程;最后,引入同步正...     

正交匹配追踪算法的优化设计与FPGA实现

设计了一种基于FPGA的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法的硬件优化结构,对OMP算法进行了改进,大大减少了乘法运算次数;在矩阵分解部分采用了交替柯列斯基分解(Alternative Cholesky Decomposition,ACD)方法避免开方运算,以减小计算延迟,整个系统采用并行计算、资源复用技术,在提高运算速度的同时减少资源利用。在Quartus II开发环境下对该设计进行了RTL级描述,在Altera公司的Cyclone II EP2C70F672C6上进行综合并完成时序仿真,仿真结果验证了设计的正确性。     

基于深度置信网络的心电信号分类识别

传统的心电信号分类方法通常需要人为提取特征,导致系统的分类性能不稳定.基于此,运用了基于深度置信网络的心电信号分类算法,利用网络的深层次学习能力自动学习信号的特征.提取特征后,选用Softmax分类器对信号进行分类,并用误差反向传播算法微调网络,提高分类性能.选取MIT-BIH数据库中的正常心拍、室性早搏、房性早搏和起...     

基于深度置信网络的广告点击率预估的优化

随着互联网广告的飞速发展,如何预测目标用户对互联网广告的点击率（click-through rate,简称CTR）,成为精确广告推荐投放的关键技术,并成为计算广告领域的研究热点和深度神经网络的应用热点.为了提高广告点击率预估的精确度,提出了基于深度置信网络的广告点击率预估模型,并通过基于Kaggle数据挖掘平台数据集的1 000万条随机数据的实验,研究不同的隐藏层层数和隐含节点数目对预测结果的影响.为了解决深度置信网络在数据规模较大的工业界解决方案中的训练效率问题,通过实验证明：广告点击率预估中,深度置信网络的损失函数存在大量的驻点,并且这些驻点对网络训练效率有极大的影响.为了提高模型效率,从发掘网络损失函数特性入手,进一步提出了基于随机梯度下降算法和改进型粒子群算法的融合算法,以优化网络训练.融合算法在迭代步长小于阈值时可以跳出驻点平面,继续正常迭代.实验结果表明,与传统的基于梯度提升决策树和逻辑回归的广告点击率预估模型以及模糊深度神经网络模型相比,基于深度置信网络的预估模型具有更好的预估精度,在均方误差、曲线下面积和对数损失函数指标上分别提升2.39%,9.70%,2.46%和1.24%,7.61%,1.30%;使用融合方法训练深度置信网络,训练效率提高30%~70%.     

基于深度置信网络的目标识别方法

针对合成孔径雷达图像预处理鲁棒性不足、特征提取及利用不充分等问题,提出了一种基于深度置信网络的合成孔径雷达(SAR)图像目标自动识别算法。首先提出一种基于双树复小波变换（DT-CWT）的非局部均值图像降斑算法,并结合目标方位角估计实现对原始数据鲁棒的预处理;最后,引入多层深度置信网络提取针对合成孔径雷达目标的深度抽象视觉信息作为特征并完成识别任务。采用3类运动与静止目标的获取与识别(MSTAR)实测数据进行的仿真实验结果表明,所提算法具有较高鲁棒性和识别率。     

基于子空间追踪的人脸识别

针对现有的基于稀疏表示的人脸识别方法没有更新优化选择的原子的问题,提出一种基于子空间追踪的人脸识别方法。在稀疏编码过程中的原子选择步骤中,引入回溯迭代优化思想和多原子选择方案,通过移除可信度较低的原子来更新优化候选支撑向量中选择的原子,使选择的原子与待识别人脸图像具有最相似的结构,从而在该原子上的稀疏编码系数具有较好的人脸重构能力。实验证明,与基于正交匹配追踪（OMP）算法和基于OMP-cholesky算法的人脸识别相比,该算法在ORL和Yale B人脸数据库上的算法复杂度较低且识别率均提高了约5%。     

基于布谷鸟搜索和深度信念网络的肺部肿瘤图像识别算法

针对深度信念网络（DBN）权值随机初始化易使网络陷入局部最优的问题,在传统DBN模型中引入布谷鸟搜索（CS）算法,提出一种基于CS-DBN的肺部肿瘤图像识别算法。首先,利用CS的全局寻优能力对DBN的初始权值进行优化,并在此基础上进行DBN的逐层预训练;然后,利用反向传播（BP）算法对整个网络进行微调,从而使网络权值达到最优;最后,将CS-DBN应用于肺部肿瘤图像的识别,实验从受限玻尔兹曼机（RBM）训练次数、训练批次大小、DBN隐层层数和隐层节点数四个角度将CS-DBN与传统DBN进行比较,以验证该算法的可行性和有效性。实验结果表明,CS-DBN的识别精度明显高于传统DBN,在不同RBM训练次数、训练批次大小、DBN隐层层数和隐层节点数条件下,CS-DBN较传统DBN识别率提高百分点的范围分别是1.13~4.33、2.00~3.34、1.07~3.34和1.40~3.34。CS-DBN能够在一定程度上提高肺部肿瘤的识别精度,从而提高肺部肿瘤计算机辅助诊断性能。     

改进的压缩采样匹配追踪算法

针对压缩采样匹配追踪( CoSaMP)算法重构精度相对较差的问题,为了提高算法的重构性能,提出了一种基于伪逆处理改进的压缩采样匹配追踪( MCoSaMP)算法。首先,在迭代前,对观测矩阵进行伪逆处理,以此来降低原子间的相干性,从而提高原子选择的准确性;然后,结合正交匹配追踪算法( OMP),将OMP算法迭代K次后的原子和残差作为CoSaMP算法的输入;最后,每次迭代后,通过判断残差是否小于预设阈值来决定算法是否终止。实验结果表明,无论是对一维高斯随机信号还是二维图像信号,MCoSaMP算法的重构效果优于CoSaMP算法,能够在观测值相对较少的情况下,实现信号的精确重构。     

基于改进的子空间追踪算法的人脸识别

基于稀疏表示的人脸识别中的子空间追踪（SP）算法的候选原子个数固定与稀疏度相同,因此需要已知信号的稀疏度。针对该缺点,提出一种改进的子空间追踪算法,在选择原子的过程中引入回溯迭代优化思想,候选原子个数随着迭代次数逐一增加。通过移除候选原子集中数量同样逐一增加的可信度较低的原子,使选择的原子与待识别人脸图像具有最相似的结构,能较好地重构人脸。采用稀疏表示分类（SRC）框架,分别与基于SP、SASP、正交匹配追踪（OMP）、OMP-cholesky的人脸识别相比,在ORL和Yale B人脸数据库上的实验结果表明,该算法有最高的识别率。     

基于深度置信网络的语音活性检测算法的改进

为了更好地运用深度置信网络（ DBN）进行语音活性检测（ VAD）,针对现有方法过于繁杂的问题,提出采用语音频谱作为深度置信网络的输入的改进算法。在Matlab环境下使用TIMIT语料库进行仿真实验,实验结果验证了该方法的有效性,并且在Babble噪声环境下验证该方法比现有方法具有更高的检测正确率。     

基于深度神经网络的特征加权融合人脸识别方法

针对目前难以提取到适合用于分类的人脸特征以及在非限条件下进行人脸识别准确率低的问题,提出了一种基于深度神经网络的特征加权融合人脸识别方法(DLWF)。首先,应用主动形状模型(ASM)提取出人脸面部的主要特征点,并根据主要特征点对人脸不同器官区域进行采样;然后,将所得采样块分别输入到对应的深度信念网络(DBN)中进行训练,获得网络最优参数;最后,利用Softmax回归求出各个区域的相似度向量,将多区域的相似度向量加权融合得到综合相似度评分进行人脸识别。经ORL和WFL人脸库上进行实验验证,DLWF算法的识别准确率分别达到97%和88.76%,与传统算法主成分分析(PCA)、支持向量机(SVM)、DBN及FIP+线性判别式分析(LDA)相比,无论是限制条件还是非限制条件下,识别率均有提高。实验结果表明,该算法具有高效的人脸识别能力。     

融合深度置信网络与与核极限学习机算法的核磁共振测井储层渗透率预测方法

由于低孔低渗储层孔隙结构较为复杂,现有核磁共振（NMR）测井渗透率模型对于低孔低渗储层预测精度不高。为此,提出一种融合深度置信网络（DBN）算法与核极限学习机（KELM）算法的渗透率预测方法。该方法首先对DBN模型进行预训练,然后将KELM模型作为预测器放置在训练好DBN模型后,利用训练数据进行有监督的训练,最终形成深度置信-核极限学习机（DBKELMN）模型。考虑到该模型需充分利用反映孔隙结构的横向弛豫时间谱信息,将离散化后的核磁共振测井横向弛豫时间谱作为输入,渗透率作为输出,确定NMR测井横向弛豫时间谱与渗透率的函数关系,并基于该函数关系对储层渗透率进行预测。实例应用表明,融合DBN算法与KELM算法的渗透率预测方法是有效的,预测样本的平均绝对误差（MAE）较斯伦贝谢道尔研究中心（SDR）模型降低了0.34。融合DBN算法与KELM算法的渗透率预测方法可提高低孔渗储层渗透率预测精度,可应用于油气田勘探开发。     

基于改进深度信念网络的农业温室温度预测方法

针对浅层神经网络面对温室复杂多变环境因子表征能力低、学习时间长的问题，提出一种基于改进深度信念网络并结合经验模态分解与门控循环单元的温室预测方法。首先，通过经验模态分解将温度环境因子进行信号分解，之后将分解出来的固有模态函数与残差信号进行不同程度的预测；然后，引入神经胶质改进深度信念网络，并将分解信号结合光照和二氧化碳进行多属性的特征提取；最后，将门控循环单元预测的信号分量相加获得最终的预测结果。仿真实验结果表明，与经验模态分解-深度信念网络（EMD-DBN）和深度信念网络-神经胶质链（DBN-g）相比，所提方法的预测误差分别降低了6.25%和5.36%，验证了其在强噪声、强耦合的温室时序环境下预测的有效性和可行性。