基于压缩感知块结构信号的稀疏表示与重构算法研究

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1、硕士学位论文基于压缩感知块结构信号的稀疏表示与重构算法研究作者姓名曾祥洲学科专业信号与信息处理指导教师马丽红教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2016年6月ResearchonSparseRepresentationandReconstructionforBlock-StructuredSignalBasedonCompressiveSensingADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZengXiangzhouSupervisor：Prof.MaLihongSouthCh

2、inaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP391学校代号：10561学号：201320109248华南理工大学硕士学位论文基于压缩感知块结构信号的稀疏表示与重构算法研究作者姓名：曾祥洲指导教师姓名、职称：马丽红教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：信号与信息处理研究方向：图像处理与视频信号处理论文提交日期：2016年6月12日论文答辩日期：2016年6月8日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：2016年月日答辩委员会成员：主席：杜明辉教授委员：杨春玲教授刘杰平副教授马丽红教授华南理工大

3、学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行硏究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内容外，本讼文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体。，均己在文中明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。，又Ｈ曰期；以／曰作者签名：弯碑名年＾月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即；研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部口或

4、机构送交论文的复印件和电子版，化许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可臥公布学位论文的全、汇编学位部或部分内容，可ｙ？化许采用影印、缩印或其它复制手段保存一致论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。＾ｚ＾不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议ｔ的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子莽志社全文出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。＂＂Ｖ（请在卽＾相应方框内打）州

5、—化作者签名：唯崎１日期：Ａ／Ｖ日期．ｆＬ指导教师签名而：ＷＵ：作者联系电话：电子邮箱系地址（含编：联邮）摘要块稀疏信号是一种特殊的结构稀疏信号，即信号的非零元以块结构为单位存在。实际多频带信号、人脸、运动目标等都可看成是块稀疏信号。块稀疏信号拓展了压缩感知(CS)理论的适用范围，并且能有效利用信号的内在结构信息。本文重点研究了块稀疏信号中感知矩阵优化下的块结构字典学习算法、有效的重构算法设计及真实块稀疏信号的应用问题。主要工作包括：1.提出基于等角紧框架（ETF）的感知矩阵优化及块结构字典学习算法。以ETF为目标的感

6、知矩阵优化可让等价块字典的互相关性逼近理论最小值-welch界，且同时引入块结构字典学习方法来对信号进行更好的块稀疏表示。在学习块结构字典时，为克服KSVD算法仅收敛到局部最优解及计算复杂度大的问题，引入了矩阵分解的思想来替代KSVD算法。实验结果表明，提出的方法相比KSVD、BKSVD、BKSVD_ETF、CBKSVD_ETF方法的PSNR分别平均提高了约4.4185dB、1.6865dB、1.6706dB、0.6368dB，且块字典训练时间相比于CBKSVD_ETF算法平均减少了约60%。2.提出了基于感知矩阵优化的子空间回溯块正交匹配

7、追踪算法（SMOB-BOMP）。利用ETF下的感知矩阵优化来提高块正交匹配追踪(BOMP)算法的性能，并针对BOMP算法在迭代中仅选取使当次迭代性能最优的原子块及对误选原子块无“自我修正”能力问题，在其每次迭代中嵌入了具有原子块回溯修正能力的BSP算法来得到全局最优解。实验结果表明，在二维图像信号重构过程中，SMOB-BOMP算法与BOMP、BSP、B-BOMP、BSP算法相比，其PSNR值分别平均提高了约4.0481dB、2.9054dB、2.1020dB、0.8515dB。3.为有效处理调制宽带转换器（MWC）下的块结构稀疏多频带信号，

8、提出了两种改进措施：a)针对随机观测矩阵不稳定且存储空间大等问题，构造确定性广义下三角循环观测矩阵在不降低采样及重构性能的同时来解决上述问题；b)在重构算法的原子匹配过程中，为避