压缩感知学习入门

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压缩感知是什么:

传统信号采样由于香农定理的限制,采样频率要大于2倍信号频率,压缩感知就是希望以较小的频率采样,实现信号的采样 编码(压缩) 传输 解码

 

 

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压缩感知的几个关键步骤:(参照下图)

 
1 :信号要有冗余才能压缩,所以原始信号需要是稀疏的Sparse,此时才能分解成如下图X=*S,其中我们叫做观测矩阵,S是一个稀疏信号,X是原始信     号。
       第一步要做的事情是对原始信号S如何找到一个正确的观测矩阵,使得原始信号可以分解为和S的内积,并且保证S足够的稀疏度?
 
2 :对稀疏信号S进行采样,生成y矩阵,且y中所含数据较少,并且含有重要的重构x的信息。
     
3 : 在信号处理端要做的事情是对y恢复出原始信号x。
        第三步就是要通过y来唯一的恢复出X,有等式y=*X,这里面有两个问题,
       1) 一个是确定?; 另一个是如何进行x的恢复?
    
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如何恢复信号x

 
       定理:假设Ax=b中,A是m*n的矩阵,x是n维向量,y是m维向量,A中任意2S列都是线性无关的(即无法线性组合得到0向量),则s-sparse的向量x可以被b和A唯一地重构出来,i.e.
      证明:假设可以重建出两个向量x,x'同时满足Ax=Ax'=b,其中x和x'都是S-Sparse的;那么就有A(x-x')=0; 因为x-x'中非零元素个数<=2S,所以x-x'是2S-Sparse的,又因为给出条件A中任意2S个列向量都是线性独立(线性无关)的,这就与A(x-x')=0矛盾了,所以假设不成立,即,可以根据b和A唯一地恢复出x∈C(n*1)。
       对应本例子,A就是(M*N的),y是(M*1),S是(N*1),所以问题相当于求N个未知数的线性方程组的解,由于A有M<N为扁矩阵,根据上面的定理是可以恢复信号x的,
 
      
 
 
 
 

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