权重化QR分解的正交匹配追踪算法硬件实现

作     者：王玺 梁文凯 杨虹 张红升 刘挺 牟晓霜 张磊 余柏汕 黎淼 WANG Xi;LIANG Wen-kai;YANG Hong;ZHANG Hong-sheng;LIU Ting;MOU Xiao-shuang;ZHANG Lei;YU Bai-shan;LI Miao

作者机构：重庆邮电大学光电工程学院重庆400065 

出 版 物：《电子学报》 (Acta Electronica Sinica)

年 卷 期：2024年第52卷第5期

页      面：1534-1542页

核心收录：

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

基　　金：国家自然科学基金(No.61604028) 重庆市技术创新与应用发展专项重点项目(No.cstc2020jscx-gksbX0012) 重庆市基础研究与前言探索重点项目(No.cstc2021ycjh-bgzxm0085) 

主　　题：正交匹配追踪算法 最小二乘 权重化 QR分解 ZYNQ 7020 

摘      要：为在小型化、低成本的硬件平台实现正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,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(Weighted QR decomposition OMP,WQR-OMP)算法硬件结构,在ZYNQ 7020型号芯片上搭建WQR-OMP SOC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(QR decomposition OMP,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-OMP SOC系统对256×256分辨率图像的重构时间为400 ms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Block RAM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.