圖像壓縮感知裝置的制作方法

本實用新型適用于圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種圖像壓縮感知裝置。

背景技術(shù)：

壓縮感知(Compressed sensing)理論，也被稱為壓縮采樣(Compressive sampling)，是近年來信號處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。該理論指出：若信號是稀疏的信號，則在遠(yuǎn)小于奈奎斯特(Nyquist)采樣率的條件下，對該信號進(jìn)行抽樣，并通過求解優(yōu)化問題的方法還原該信號，壓縮感知方法可以同時執(zhí)行采樣和壓縮過程，并且無需復(fù)雜的壓縮編碼，就可以減少大量的采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)而提高了壓縮速率。

目前的使用壓縮感知理論一般是針對一維信號的處理。如果需要對二維的圖像信號進(jìn)行壓縮抽樣，則需要將二維的圖像信號堆疊成一維的列向量，然后對一維的列向量進(jìn)行壓縮抽樣。由于現(xiàn)有的方法需要將二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為一維數(shù)據(jù)，導(dǎo)致在壓縮抽樣過程中觀測矩陣數(shù)據(jù)龐大，并且需要占用大量的存儲空間進(jìn)行大量的邏輯運(yùn)算，進(jìn)而出現(xiàn)壓縮抽樣的速度慢，效率低的問題。

現(xiàn)有的壓縮感知領(lǐng)域中，沒有任何裝置可以解決上述出現(xiàn)的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種圖像壓縮感知裝置，旨在解決現(xiàn)有的壓縮感知裝置壓縮抽樣的速度慢，效率低的問題。

本實用新型提供一種圖像壓縮感知裝置，包括：輸入端口、輸出端口、壓縮抽樣模塊、控制器、存儲器、第一選擇器和第二選擇器；

所述輸入端口通過所述第一選擇器，與所述壓縮抽樣模塊的輸入端相連，包含圖像數(shù)據(jù)的二維數(shù)組經(jīng)所述輸入端口輸入；

所述控制器與所述第一選擇器相連，所述控制器控制所述第一選擇器選擇導(dǎo)通所述輸入端口與所述壓縮抽樣模塊的輸入端，并控制所述壓縮抽樣模塊，逐行將所述二維數(shù)組中的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)所述輸入端輸入；

所述壓縮抽樣模塊的輸出端與所述第二選擇器相連，所述壓縮抽樣模塊對輸入的每一行數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮抽樣，得到各行的數(shù)據(jù)對應(yīng)的行壓縮抽樣數(shù)據(jù)，將所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)從所述輸出端輸出；

所述控制器分別與所述第二選擇器、所述存儲器和所述壓縮抽樣模塊相連，所述存儲器分別與所述第一選擇器和所述第二選擇器相連，所述控制器控制所述第二選擇器選擇導(dǎo)通所述存儲器與所述輸出端，并將所述輸出端輸出的所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)，保存至所述存儲器，當(dāng)所述二維數(shù)組中所有行的數(shù)據(jù)均完成壓縮抽樣后，所述控制器控制所述第一選擇器選擇導(dǎo)通所述存儲器與所述壓縮抽樣模塊的輸入端，控制所述存儲器按列輸出所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)，并控制所述壓縮抽樣模塊逐列輸入輸出的每一列數(shù)據(jù)；

所述壓縮抽樣模塊對輸入的每一列數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮抽樣，得到各列對應(yīng)的壓縮抽樣結(jié)果；

所述輸出端口通過所述第二選擇器，與所述壓縮抽樣模塊的輸出端相連，所述控制器控制所述第二選擇器選擇導(dǎo)通所述輸出端口與所述壓縮抽樣模塊的輸出端，并控制所述壓縮抽樣模塊輸出所述壓縮抽樣結(jié)果，所述壓縮抽樣結(jié)果從所述輸出端口輸出。

從上述本實用新型實施例可知，通過上述圖像壓縮感知裝置中的硬體器件以及各器件間的連接結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)的壓縮感知，同時該裝置先對圖像的每一行數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮抽樣，然后再對每一列數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮抽樣，無需等待整幀圖像數(shù)據(jù)全部輸入完成，再執(zhí)行壓縮抽樣過程，進(jìn)而該裝置在邏輯運(yùn)算時占用的資源少，處理速度快，從而提高了處理效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型第一實施例提供的圖像壓縮感知裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型第二實施例提供的圖像壓縮感知裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型第二實施例提供的壓縮抽樣模塊22的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使得本實用新型的實用新型目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而非全部實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

請參見圖1，圖1為本實用新型第一實施例提供的圖像壓縮感知裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示的圖像壓縮感知裝置100包括：輸入端口10與輸出端口11、壓縮抽樣模塊12、控制器13、存儲器14、第一選擇器15和第二選擇器16。

輸入端口10通過第一選擇器15，與壓縮抽樣模塊12的輸入端相連，包含圖像數(shù)據(jù)的二維數(shù)組經(jīng)輸入端口10輸入。

控制器13與第一選擇器15相連，控制器13控制第一選擇器15選擇導(dǎo)通輸入端口10與壓縮抽樣模塊12的輸入端，并控制壓縮抽樣模塊12，逐行將所述二維數(shù)組中的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)所述輸入端輸入。

壓縮抽樣模塊12的輸出端與第二選擇器16相連，壓縮抽樣模塊12對輸入 的每一行數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮抽樣，得到各行的數(shù)據(jù)對應(yīng)的行壓縮抽樣數(shù)據(jù)，將所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)從所述輸出端輸出。

控制器13分別與第二選擇器16、存儲器14和壓縮抽樣模塊12相連，存儲器14分別與第一選擇器15和第二選擇器16相連，控制器13控制第二選擇器16選擇導(dǎo)通存儲器14與所述輸出端，并將所述輸出端輸出的所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)，保存至存儲器14，當(dāng)所述二維數(shù)組中所有行的數(shù)據(jù)均完成壓縮抽樣后，控制器13控制所述第一選擇器15選擇導(dǎo)通所述存儲器14與所述壓縮抽樣模塊12的輸入端，控制所述存儲器14按列輸出所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)，并控制所述壓縮抽樣模塊12逐列輸入存儲器14輸出的每一列數(shù)據(jù)。

壓縮抽樣模塊12對輸入的每一列數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮抽樣，得到各列對應(yīng)的壓縮抽樣結(jié)果。

輸出端口11通過第二選擇器16，與壓縮抽樣模塊12的輸出端相連，控制器13控制第二選擇器16選擇導(dǎo)通輸出端口11與壓縮抽樣模塊12的輸出端，并控制壓縮抽樣模塊12輸出所述壓縮抽樣結(jié)果，壓縮抽樣結(jié)果從輸出端口11輸出?？刂破?3分別與存儲器14和壓縮抽樣模塊12相連，即圖2中的空心箭頭，該控制器通過該通路向存儲器14和壓縮抽樣模塊12發(fā)送控制信號，以控制存儲器14和壓縮抽樣模塊12。

需要說明的是，本發(fā)明提供的圖像壓縮感知裝置中的硬體結(jié)構(gòu)和各結(jié)構(gòu)間的連接關(guān)系是一個創(chuàng)新裝置，現(xiàn)有技術(shù)中僅是通過軟體實現(xiàn)的壓縮感知理論，并沒有一個實體裝置來實現(xiàn)該理論。

本實用新型實施例中，通過上述圖像壓縮感知裝置中的硬體器件以及各器件間的連接結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)的壓縮感知，同時該裝置先對圖像的每一行數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮抽樣，然后再對每一列數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮抽樣，無需等待整幀圖像數(shù)據(jù)全部輸入完成，再執(zhí)行壓縮抽樣過程，進(jìn)而該裝置在邏輯運(yùn)算時占用的資源少，處理速度快，從而提高了處理效率，同時利用該圖像壓縮感知裝置輸出的壓縮抽樣結(jié)果恢復(fù)的圖像，效果好且還原度高。

請參見圖2和圖3，圖2為本實用新型第二實施例提供的圖像壓縮感知裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本實用新型第二實施例提供的壓縮抽樣模塊22的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，該圖像壓縮感知裝置200包括：輸入端口20與輸出端口21、壓縮抽樣模塊22、控制器23、存儲器24、第一選擇器25、第二選擇器26、時鐘信號輸入端27。

所述時鐘信號輸入端27分別與所述壓縮抽樣模塊22、所述控制器23和所述存儲器24相連，向所述壓縮抽樣模塊22、所述控制器23和所述存儲器24提供時鐘信號。

所述輸入端口20通過所述第一選擇器25，與所述壓縮抽樣模塊22的輸入端相連，包含圖像數(shù)據(jù)的二維數(shù)組經(jīng)所述輸入端口20輸入。

所述控制器23與所述第一選擇器25相連，所述控制器23控制所述第一選擇器25選擇導(dǎo)通所述輸入端口20與所述壓縮抽樣模塊22的輸入端，并控制所述壓縮抽樣模塊22，逐行將所述二維數(shù)組中的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)所述輸入端輸入。

所述壓縮抽樣模塊22的輸出端與所述第二選擇器26相連，所述壓縮抽樣模塊22對輸入的每一行數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮抽樣，得到各行的數(shù)據(jù)對應(yīng)的行壓縮抽樣數(shù)據(jù)，將所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)從所述輸出端輸出。

所述控制器23分別與所述第二選擇器26、所述存儲器24和所述壓縮抽樣模塊22相連，所述存儲器24分別與所述第一選擇器25和所述第二選擇器26相連，所述控制器23控制所述第二選擇器26選擇導(dǎo)通所述存儲器24與所述輸出端，并將所述輸出端輸出的所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)，保存至所述存儲器24，當(dāng)所述二維數(shù)組中所有行的數(shù)據(jù)均完成壓縮抽樣后，所述控制器23控制所述第一選擇器25選擇導(dǎo)通所述存儲器24與所述壓縮抽樣模塊22的輸入端，控制所述存儲器24按列輸出所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)，并控制所述壓縮抽樣模塊22逐列輸入輸出的每一列數(shù)據(jù)。

所述壓縮抽樣模塊22對輸入的每一列數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮抽樣，得到各列對應(yīng)的壓縮抽樣結(jié)果。

所述輸出端口21通過所述第二選擇器26，與所述壓縮抽樣模塊22的輸出端相連，所述控制器23控制所述第二選擇器26選擇導(dǎo)通所述輸出端口21與所述壓縮抽樣模塊22的輸出端，并控制所述壓縮抽樣模塊22輸出所述壓縮抽樣結(jié)果，所述壓縮抽樣結(jié)果從所述輸出端口21輸出。

進(jìn)一步地，如圖3所示，所述壓縮抽樣模塊22包括：80個累加器220、一個320位的循環(huán)移位寄存器221、一個80位的移位寄存器222、加載信號端口223、數(shù)據(jù)輸入端口224和控制信號輸入端口226。

所述循環(huán)移位寄存器221與所述加載信號端口223相連，存儲所述控制器23經(jīng)所述加載信號端口223，裝載的數(shù)值為0或1的隨機(jī)伯努利向量。

各累加器220的輸入端與數(shù)據(jù)輸入端口224相連，各累加器220接收所述控制器23經(jīng)所述控制信號輸入端口226發(fā)送的控制信號，并將由所述數(shù)據(jù)輸入端口224輸入的所述二維數(shù)組中的圖像數(shù)據(jù)，逐行的進(jìn)行輸入。

所述循環(huán)移位寄存器221中1至80位端口分別與各累加器220的控制端口相連，按照裝載的隨機(jī)伯努利向量，向各控制端口輸出高電平信號或低電平信號。

各累加器220按照輸入的高電平信號/低電平信號，對逐行輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加/累減運(yùn)算，得到各行的數(shù)據(jù)對應(yīng)的行壓縮抽樣數(shù)據(jù)，各行的數(shù)據(jù)對應(yīng)的所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)經(jīng)各累加器220的輸出端輸出，并寫入至所述移位寄存器222。其中高電平信號對應(yīng)累加運(yùn)算，低電平信號對應(yīng)累減運(yùn)算。

移位寄存器222中1至80位端口分別與各累加器220的輸出端相連，存儲寫入的所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)。

所述控制器23經(jīng)所述控制信號輸入端口226發(fā)送控制信號，以控制所述移位寄存器222將存儲的所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)逐個寫入所述存儲器24中。

這里是控制器23控制第二選擇器26選擇導(dǎo)通的壓縮抽樣模塊22的輸出端與存儲器24，所述移位寄存器222才可以將所述行壓縮抽樣數(shù)據(jù)逐個寫入所述存儲器24。

當(dāng)所述二維數(shù)組中所有行的數(shù)據(jù)均經(jīng)過壓縮抽樣后，所述控制器23將隨機(jī)伯努利向量裝載至所述循環(huán)移位寄存器221?！?/p>

控制器23經(jīng)所述控制信號輸入端口226發(fā)送控制信號，以控制各累加器220經(jīng)所述數(shù)據(jù)輸入端口224，逐個輸入存儲器24輸出的每一列的數(shù)據(jù)。

這里是控制器23控制第一選擇器25選擇導(dǎo)通的壓縮抽樣模塊22的輸入端與存儲器24，各累加器220才可以逐個輸入所述存儲器24輸出的每一列的數(shù)據(jù)。

各累加器220按照各控制端口輸入的高電平信號/低電平信號，對輸入的每一列數(shù)據(jù)進(jìn)行累加/累減運(yùn)算，得到各列的數(shù)據(jù)對應(yīng)的壓縮抽樣結(jié)果，所述壓縮抽樣結(jié)果從各累加器220的輸出端輸出，并寫入至所述移位寄存器222。

所述移位寄存器222存儲寫入的所述壓縮抽樣結(jié)果。

然后所述控制器23控制所述第二選擇器26選擇導(dǎo)通所述輸出端口21與所述壓縮抽樣模塊22的輸出端，并控制所述移位寄存器222輸出所述壓縮抽樣結(jié)果，所述壓縮抽樣結(jié)果從所述輸出端口21輸出。

進(jìn)一步地，所述壓縮抽樣模塊22還包括：異步清零端口227，所述異步清零端口227與各累加器220的異步清零輸入端相連。

所述控制器23每將一行數(shù)據(jù)對應(yīng)的行壓縮抽樣數(shù)據(jù)寫入所述存儲器24后，向異步清零端口發(fā)送低電平信號，以控制各累加器220清零，并重新裝載隨機(jī)伯努利向量至所述循環(huán)移位寄存器221。

經(jīng)所述輸出端口21每輸出一列的數(shù)據(jù)對應(yīng)的壓縮抽樣結(jié)果后，所述控制器23向異步清零端口發(fā)送低電平信號，以控制各累加器220清零，并重新裝載隨機(jī)伯努利向量至所述循環(huán)移位寄存器221。

進(jìn)一步地，累加器220每接收到一個數(shù)據(jù)，所述循環(huán)移位寄存器221存儲的隨機(jī)伯努利向量循環(huán)向左移一位。

進(jìn)一步地，所述第一選擇器25和所述第二選擇器26分別為多路的數(shù)據(jù)選擇器。該多路的數(shù)據(jù)選擇器的作用相當(dāng)于多路開關(guān)，一般該多路的數(shù)據(jù)選擇器 可以是四選一、八選一或十六選一的選擇器。

進(jìn)一步地，該壓縮抽樣模塊22還包括：時鐘信號端225，與各累加器220和循環(huán)移位寄存器221相連，將時鐘信號輸入端27輸入的時鐘信號提供給各累加器220和循環(huán)移位寄存器221。

需要說明的是，控制器發(fā)送控制信號是為了控制各累加器的輸入數(shù)據(jù)，以及控制移位寄存器輸出數(shù)據(jù)。

下面以圖2和圖3為例對該圖像感知裝置的壓縮抽樣過程進(jìn)行說明：

步驟1：控制器23裝載一組隨機(jī)伯努利向量到循環(huán)移位寄存器221；

步驟2：所述循環(huán)移位寄存器221按照裝載的隨機(jī)伯努利向量，向各累加器220的控制端口輸出高電平信號或低電平信號；

步驟3：所述控制器23控制所述第一選擇器25選擇導(dǎo)通所述輸入端口20與壓縮抽樣模塊22的輸入端，二維數(shù)組的圖像數(shù)據(jù)中一行數(shù)據(jù)經(jīng)輸入端口20和數(shù)據(jù)輸入端224輸入至各累加器220中，每輸入一個數(shù)據(jù)至累加器220，循環(huán)移位寄存器221存儲的隨機(jī)伯努利向量循環(huán)向左移一位，并各累加器220按照各控制端口輸入的高電平信號或低電平信號，對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加或累減運(yùn)算，得到行壓縮抽樣數(shù)據(jù)；

步驟4：當(dāng)該行數(shù)據(jù)全部輸入至累加器后，該行數(shù)據(jù)對應(yīng)的行壓縮抽樣數(shù)據(jù)經(jīng)各累加器220的輸出端輸出，并寫入移位寄存器222，然后控制器23控制所述第二選擇器26選擇導(dǎo)通所述存儲器24與壓縮抽樣模塊22的輸出端，并控制移位寄存器222將該行數(shù)據(jù)對應(yīng)的行壓縮抽樣數(shù)據(jù)逐個寫入存儲器24中；

步驟5：控制器23重新裝載一組隨機(jī)伯努利向量，并向異步清零端口發(fā)送低電平信號，以控制各累加器220清零；

步驟6：重復(fù)上述步驟2至步驟5的過程，直至所述二維數(shù)組中所有行的圖像數(shù)據(jù)均寫入存儲器24中；

步驟7：控制器23裝載一組隨機(jī)伯努利向量至循環(huán)移位寄存器221；

步驟8：控制器23控制第一選擇器25選擇導(dǎo)通存儲器24與壓縮抽樣模塊 22的輸入端，控制存儲器24中按列輸出存儲的該行壓縮抽樣數(shù)據(jù)，并控制各累加器220逐個輸入輸出的一列數(shù)據(jù)，其中每輸入一個數(shù)據(jù)至累加器220，循環(huán)移位寄存器221存儲的隨機(jī)伯努利向量循環(huán)向左移一位；

步驟9：所述循環(huán)移位寄存器221按照裝載的隨機(jī)伯努利向量，向各累加器220的控制端口輸出高電平信號或低電平信號；

步驟10：各累加器220按照各控制端口輸入的高電平信號或低電平信號，對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加或累減運(yùn)算，得到壓縮抽樣結(jié)果；

步驟11：當(dāng)該列數(shù)據(jù)全部輸入至累加器220后，該列數(shù)據(jù)對應(yīng)的壓縮抽樣結(jié)果經(jīng)各累加器220的輸出端輸出，并寫入移位寄存器222，所述控制器23控制所述第二選擇器26選擇導(dǎo)通所述輸出端口21與所述壓縮抽樣模塊22的輸出端，控制器23控制所述移位寄存器222將存儲的所述壓縮抽樣結(jié)果輸出，該列數(shù)據(jù)對應(yīng)的壓縮抽樣結(jié)果逐個從輸出端口21輸出；

步驟12：控制器23重新裝載一組隨機(jī)伯努利向量至循環(huán)移位寄存器，向異步清零端口發(fā)送低電平信號，以控制各累加器220清零；

步驟13：重復(fù)執(zhí)行步驟9至步驟12的過程，直至存儲器24中存儲的所有數(shù)據(jù)均完成壓縮抽樣。

以上過程為壓縮抽樣模塊22和其連接的器件如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的壓縮抽樣的，在上述過程中省略數(shù)據(jù)輸入端口224輸入數(shù)據(jù)，和控制信號輸入端口226輸入控制信號的過程，相關(guān)描述請參見上述實施例中的相關(guān)描述，此處不再贅述。

需要說明的是，上述所描述的圖像數(shù)據(jù)為圖像的像素點(diǎn)的灰度值。

本實用新型實施例中，通過上述圖像壓縮感知裝置中的硬體器件以及各器件間的連接結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)的壓縮感知，同時該裝置先對圖像的每一行數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮抽樣，然后再對每一列數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮抽樣，無需等待整幀圖像數(shù)據(jù)全部輸入完成，再執(zhí)行壓縮抽樣過程，進(jìn)而該裝置在邏輯運(yùn)算時占用的資源少，處理速度快，從而提高了處理效率，同時利用該圖像壓縮感知裝置輸出的壓縮抽樣結(jié)果恢復(fù)的圖像，效果好且還原度高。

基于上述通過上述圖像壓縮感知裝置中的硬體器件以及各器件間的連接結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)的壓縮感知，并且具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、處理速度快，該裝置可以并行處理多個過程，如，當(dāng)對該裝置是可以對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行行壓縮抽樣時，該裝置可以同時將上一行對應(yīng)得到的行壓縮抽樣數(shù)據(jù)寫入存儲器中。經(jīng)上述的實驗，若輸入的時鐘信號取值為20MHz,則從圖像數(shù)據(jù)開始輸入到壓縮抽樣結(jié)果輸出，耗費(fèi)時間大約為4ms。

2、圖像恢復(fù)效果好，由于本裝置對圖像先行壓縮抽樣再列壓縮抽樣，避免了分塊壓縮抽樣導(dǎo)致的恢復(fù)質(zhì)量下降，圖像的還原度高。

以上為對本實用新型所提供的圖像壓縮感知裝置的描述，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型實施例的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實用新型的限制。