[0001] 本实用新型适用于图像处理领域，尤其涉及一种图像压缩感知装置。

[0002] 压缩感知(Compressed sensing)理论，也被称为压缩采样(Compressive sampling)，是近年来信号处理领域的研究热点。该理论指出：若信号是稀疏的信号，则在远小于奈奎斯特(Nyquist)采样率的条件下，对该信号进行抽样，并通过求解优化问题的方法还原该信号，压缩感知方法可以同时执行采样和压缩过程，并且无需复杂的压缩编码，就可以减少大量的采样数据，进而提高了压缩速率。

[0003] 目前的使用压缩感知理论一般是针对一维信号的处理。如果需要对二维的图像信号进行压缩抽样，则需要将二维的图像信号堆叠成一维的列向量，然后对一维的列向量进行压缩抽样。由于现有的方法需要将二维数据转为一维数据，导致在压缩抽样过程中观测矩阵数据庞大，并且需要占用大量的存储空间进行大量的逻辑运算，进而出现压缩抽样的速度慢，效率低的问题。

[0004] 现有的压缩感知领域中，没有任何装置可以解决上述出现的问题。实用新型内容

[0005] 本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种图像压缩感知装置，旨在解决现有的压缩感知装置压缩抽样的速度慢，效率低的问题。

[0006] 本实用新型提供一种图像压缩感知装置，包括：输入端口、输出端口、压缩抽样模块、控制器、存储器、第一选择器和第二选择器；

[0007] 所述输入端口通过所述第一选择器，与所述压缩抽样模块的输入端相连，包含图像数据的二维数组经所述输入端口输入；

[0008] 所述控制器与所述第一选择器相连，所述控制器控制所述第一选择器选择导通所述输入端口与所述压缩抽样模块的输入端，并控制所述压缩抽样模块，逐行将所述二维数组中的图像数据经所述输入端输入；

[0009] 所述压缩抽样模块的输出端与所述第二选择器相连，所述压缩抽样模块对输入的每一行数据进行压缩抽样，得到各行的数据对应的行压缩抽样数据，将所述行压缩抽样数据从所述输出端输出；

[0010] 所述控制器分别与所述第二选择器、所述存储器和所述压缩抽样模块相连，所述存储器分别与所述第一选择器和所述第二选择器相连，所述控制器控制所述第二选择器选择导通所述存储器与所述输出端，并将所述输出端输出的所述行压缩抽样数据，保存至所述存储器，当所述二维数组中所有行的数据均完成压缩抽样后，所述控制器控制所述第一选择器选择导通所述存储器与所述压缩抽样模块的输入端，控制所述存储器按列输出所述行压缩抽样数据，并控制所述压缩抽样模块逐列输入输出的每一列数据；

[0011] 所述压缩抽样模块对输入的每一列数据进行压缩抽样，得到各列对应的压缩抽样结果；

[0012] 所述输出端口通过所述第二选择器，与所述压缩抽样模块的输出端相连，所述控制器控制所述第二选择器选择导通所述输出端口与所述压缩抽样模块的输出端，并控制所述压缩抽样模块输出所述压缩抽样结果，所述压缩抽样结果从所述输出端口输出。

[0013] 从上述本实用新型实施例可知，通过上述图像压缩感知装置中的硬体器件以及各器件间的连接结构，可以实现对图像数据的压缩感知，同时该装置先对图像的每一行数据进行压缩抽样，然后再对每一列数据进行压缩抽样，无需等待整帧图像数据全部输入完成，再执行压缩抽样过程，进而该装置在逻辑运算时占用的资源少，处理速度快，从而提高了处理效率。

[0018] 为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0019] 请参见图1，图1为本实用新型第一实施例提供的图像压缩感知装置的结构示意图，如图1所示的图像压缩感知装置100包括：输入端口10与输出端口11、压缩抽样模块12、控制器13、存储器14、第一选择器15和第二选择器16。

[0020] 输入端口10通过第一选择器15，与压缩抽样模块12的输入端相连，包含图像数据的二维数组经输入端口10输入。

[0021] 控制器13与第一选择器15相连，控制器13控制第一选择器15选择导通输入端口10与压缩抽样模块12的输入端，并控制压缩抽样模块12，逐行将所述二维数组中的图像数据经所述输入端输入。

[0022] 压缩抽样模块12的输出端与第二选择器16相连，压缩抽样模块12对输入 的每一行数据进行压缩抽样，得到各行的数据对应的行压缩抽样数据，将所述行压缩抽样数据从所述输出端输出。

[0023] 控制器13分别与第二选择器16、存储器14和压缩抽样模块12相连，存储器14分别与第一选择器15和第二选择器16相连，控制器13控制第二选择器16选择导通存储器14与所述输出端，并将所述输出端输出的所述行压缩抽样数据，保存至存储器14，当所述二维数组中所有行的数据均完成压缩抽样后，控制器13控制所述第一选择器15选择导通所述存储器14与所述压缩抽样模块12的输入端，控制所述存储器14按列输出所述行压缩抽样数据，并控制所述压缩抽样模块12逐列输入存储器14输出的每一列数据。

[0024] 压缩抽样模块12对输入的每一列数据进行压缩抽样，得到各列对应的压缩抽样结果。

[0025] 输出端口11通过第二选择器16，与压缩抽样模块12的输出端相连，控制器13控制第二选择器16选择导通输出端口11与压缩抽样模块12的输出端，并控制压缩抽样模块12输出所述压缩抽样结果，压缩抽样结果从输出端口11输出。控制器13分别与存储器14和压缩抽样模块12相连，即图2中的空心箭头，该控制器通过该通路向存储器14和压缩抽样模块12发送控制信号，以控制存储器14和压缩抽样模块12。

[0026] 需要说明的是，本发明提供的图像压缩感知装置中的硬体结构和各结构间的连接关系是一个创新装置，现有技术中仅是通过软体实现的压缩感知理论，并没有一个实体装置来实现该理论。

[0027] 本实用新型实施例中，通过上述图像压缩感知装置中的硬体器件以及各器件间的连接结构，可以实现对图像数据的压缩感知，同时该装置先对图像的每一行数据进行压缩抽样，然后再对每一列数据进行压缩抽样，无需等待整帧图像数据全部输入完成，再执行压缩抽样过程，进而该装置在逻辑运算时占用的资源少，处理速度快，从而提高了处理效率，同时利用该图像压缩感知装置输出的压缩抽样结果恢复的图像，效果好且还原度高。

[0028] 请参见图2和图3，图2为本实用新型第二实施例提供的图像压缩感知装置的结构示意图，图3为本实用新型第二实施例提供的压缩抽样模块22的内部结构示意图，如图2所示，该图像压缩感知装置200包括：输入端口20与输出端口21、压缩抽样模块22、控制器23、存储器24、第一选择器25、第二选择器26、时钟信号输入端27。

[0029] 所述时钟信号输入端27分别与所述压缩抽样模块22、所述控制器23和所述存储器24相连，向所述压缩抽样模块22、所述控制器23和所述存储器24提供时钟信号。

[0030] 所述输入端口20通过所述第一选择器25，与所述压缩抽样模块22的输入端相连，包含图像数据的二维数组经所述输入端口20输入。

[0031] 所述控制器23与所述第一选择器25相连，所述控制器23控制所述第一选择器25选择导通所述输入端口20与所述压缩抽样模块22的输入端，并控制所述压缩抽样模块22，逐行将所述二维数组中的图像数据经所述输入端输入。

[0032] 所述压缩抽样模块22的输出端与所述第二选择器26相连，所述压缩抽样模块22对输入的每一行数据进行压缩抽样，得到各行的数据对应的行压缩抽样数据，将所述行压缩抽样数据从所述输出端输出。

[0033] 所述控制器23分别与所述第二选择器26、所述存储器24和所述压缩抽样模块22相连，所述存储器24分别与所述第一选择器25和所述第二选择器26相连，所述控制器23控制所述第二选择器26选择导通所述存储器24与所述输出端，并将所述输出端输出的所述行压缩抽样数据，保存至所述存储器24，当所述二维数组中所有行的数据均完成压缩抽样后，所述控制器23控制所述第一选择器25选择导通所述存储器24与所述压缩抽样模块22的输入端，控制所述存储器24按列输出所述行压缩抽样数据，并控制所述压缩抽样模块22逐列输入输出的每一列数据。

[0034] 所述压缩抽样模块22对输入的每一列数据进行压缩抽样，得到各列对应的压缩抽样结果。

[0035] 所述输出端口21通过所述第二选择器26，与所述压缩抽样模块22的输出端相连，所述控制器23控制所述第二选择器26选择导通所述输出端口21与所述压缩抽样模块22的输出端，并控制所述压缩抽样模块22输出所述压缩抽样结果，所述压缩抽样结果从所述输出端口21输出。

[0036] 进一步地，如图3所示，所述压缩抽样模块22包括：80个累加器220、一个320位的循环移位寄存器221、一个80位的移位寄存器222、加载信号端口223、数据输入端口224和控制信号输入端口226。

[0037] 所述循环移位寄存器221与所述加载信号端口223相连，存储所述控制器23经所述加载信号端口223，装载的数值为0或1的随机伯努利向量。

[0038] 各累加器220的输入端与数据输入端口224相连，各累加器220接收所述控制器23经所述控制信号输入端口226发送的控制信号，并将由所述数据输入端口224输入的所述二维数组中的图像数据，逐行的进行输入。

[0039] 所述循环移位寄存器221中1至80位端口分别与各累加器220的控制端口相连，按照装载的随机伯努利向量，向各控制端口输出高电平信号或低电平信号。

[0040] 各累加器220按照输入的高电平信号/低电平信号，对逐行输入的数据进行累加/累减运算，得到各行的数据对应的行压缩抽样数据，各行的数据对应的所述行压缩抽样数据经各累加器220的输出端输出，并写入至所述移位寄存器222。其中高电平信号对应累加运算，低电平信号对应累减运算。

[0041] 移位寄存器222中1至80位端口分别与各累加器220的输出端相连，存储写入的所述行压缩抽样数据。

[0042] 所述控制器23经所述控制信号输入端口226发送控制信号，以控制所述移位寄存器222将存储的所述行压缩抽样数据逐个写入所述存储器24中。

[0043] 这里是控制器23控制第二选择器26选择导通的压缩抽样模块22的输出端与存储器24，所述移位寄存器222才可以将所述行压缩抽样数据逐个写入所述存储器24。

[0044] 当所述二维数组中所有行的数据均经过压缩抽样后，所述控制器23将随机伯努利向量装载至所述循环移位寄存器221。·

[0045] 控制器23经所述控制信号输入端口226发送控制信号，以控制各累加器220经所述数据输入端口224，逐个输入存储器24输出的每一列的数据。

[0046] 这里是控制器23控制第一选择器25选择导通的压缩抽样模块22的输入端与存储器24，各累加器220才可以逐个输入所述存储器24输出的每一列的数据。

[0047] 各累加器220按照各控制端口输入的高电平信号/低电平信号，对输入的每一列数据进行累加/累减运算，得到各列的数据对应的压缩抽样结果，所述压缩抽样结果从各累加器220的输出端输出，并写入至所述移位寄存器222。

[0048] 所述移位寄存器222存储写入的所述压缩抽样结果。

[0049] 然后所述控制器23控制所述第二选择器26选择导通所述输出端口21与所述压缩抽样模块22的输出端，并控制所述移位寄存器222输出所述压缩抽样结果，所述压缩抽样结果从所述输出端口21输出。

[0050] 进一步地，所述压缩抽样模块22还包括：异步清零端口227，所述异步清零端口227与各累加器220的异步清零输入端相连。

[0051] 所述控制器23每将一行数据对应的行压缩抽样数据写入所述存储器24后，向异步清零端口发送低电平信号，以控制各累加器220清零，并重新装载随机伯努利向量至所述循环移位寄存器221。

[0052] 经所述输出端口21每输出一列的数据对应的压缩抽样结果后，所述控制器23向异步清零端口发送低电平信号，以控制各累加器220清零，并重新装载随机伯努利向量至所述循环移位寄存器221。

[0053] 进一步地，累加器220每接收到一个数据，所述循环移位寄存器221存储的随机伯努利向量循环向左移一位。

[0054] 进一步地，所述第一选择器25和所述第二选择器26分别为多路的数据选择器。该多路的数据选择器的作用相当于多路开关，一般该多路的数据选择器 可以是四选一、八选一或十六选一的选择器。

[0055] 进一步地，该压缩抽样模块22还包括：时钟信号端225，与各累加器220和循环移位寄存器221相连，将时钟信号输入端27输入的时钟信号提供给各累加器220和循环移位寄存器221。

[0056] 需要说明的是，控制器发送控制信号是为了控制各累加器的输入数据，以及控制移位寄存器输出数据。

[0057] 下面以图2和图3为例对该图像感知装置的压缩抽样过程进行说明：

[0058] 步骤1：控制器23装载一组随机伯努利向量到循环移位寄存器221；

[0059] 步骤2：所述循环移位寄存器221按照装载的随机伯努利向量，向各累加器220的控制端口输出高电平信号或低电平信号；

[0060] 步骤3：所述控制器23控制所述第一选择器25选择导通所述输入端口20与压缩抽样模块22的输入端，二维数组的图像数据中一行数据经输入端口20和数据输入端224输入至各累加器220中，每输入一个数据至累加器220，循环移位寄存器221存储的随机伯努利向量循环向左移一位，并各累加器220按照各控制端口输入的高电平信号或低电平信号，对输入的数据进行累加或累减运算，得到行压缩抽样数据；

[0061] 步骤4：当该行数据全部输入至累加器后，该行数据对应的行压缩抽样数据经各累加器220的输出端输出，并写入移位寄存器222，然后控制器23控制所述第二选择器26选择导通所述存储器24与压缩抽样模块22的输出端，并控制移位寄存器222将该行数据对应的行压缩抽样数据逐个写入存储器24中；

[0062] 步骤5：控制器23重新装载一组随机伯努利向量，并向异步清零端口发送低电平信号，以控制各累加器220清零；

[0063] 步骤6：重复上述步骤2至步骤5的过程，直至所述二维数组中所有行的图像数据均写入存储器24中；

[0064] 步骤7：控制器23装载一组随机伯努利向量至循环移位寄存器221；

[0065] 步骤8：控制器23控制第一选择器25选择导通存储器24与压缩抽样模块 22的输入端，控制存储器24中按列输出存储的该行压缩抽样数据，并控制各累加器220逐个输入输出的一列数据，其中每输入一个数据至累加器220，循环移位寄存器221存储的随机伯努利向量循环向左移一位；

[0066] 步骤9：所述循环移位寄存器221按照装载的随机伯努利向量，向各累加器220的控制端口输出高电平信号或低电平信号；

[0067] 步骤10：各累加器220按照各控制端口输入的高电平信号或低电平信号，对输入的数据进行累加或累减运算，得到压缩抽样结果；

[0068] 步骤11：当该列数据全部输入至累加器220后，该列数据对应的压缩抽样结果经各累加器220的输出端输出，并写入移位寄存器222，所述控制器23控制所述第二选择器26选择导通所述输出端口21与所述压缩抽样模块22的输出端，控制器23控制所述移位寄存器222将存储的所述压缩抽样结果输出，该列数据对应的压缩抽样结果逐个从输出端口21输出；

[0069] 步骤12：控制器23重新装载一组随机伯努利向量至循环移位寄存器，向异步清零端口发送低电平信号，以控制各累加器220清零；

[0070] 步骤13：重复执行步骤9至步骤12的过程，直至存储器24中存储的所有数据均完成压缩抽样。

[0071] 以上过程为压缩抽样模块22和其连接的器件如何进行数据的压缩抽样的，在上述过程中省略数据输入端口224输入数据，和控制信号输入端口226输入控制信号的过程，相关描述请参见上述实施例中的相关描述，此处不再赘述。

[0072] 需要说明的是，上述所描述的图像数据为图像的像素点的灰度值。

[0073] 本实用新型实施例中，通过上述图像压缩感知装置中的硬体器件以及各器件间的连接结构，可以实现对图像数据的压缩感知，同时该装置先对图像的每一行数据进行压缩抽样，然后再对每一列数据进行压缩抽样，无需等待整帧图像数据全部输入完成，再执行压缩抽样过程，进而该装置在逻辑运算时占用的资源少，处理速度快，从而提高了处理效率，同时利用该图像压缩感知装置输出的压缩抽样结果恢复的图像，效果好且还原度高。

[0074] 基于上述通过上述图像压缩感知装置中的硬体器件以及各器件间的连接结构，可以实现对图像数据的压缩感知，并且具有以下优点：

[0075] 1、处理速度快，该装置可以并行处理多个过程，如，当对该装置是可以对输入的数据进行行压缩抽样时，该装置可以同时将上一行对应得到的行压缩抽样数据写入存储器中。经上述的实验，若输入的时钟信号取值为20MHz,则从图像数据开始输入到压缩抽样结果输出，耗费时间大约为4ms。

[0076] 2、图像恢复效果好，由于本装置对图像先行压缩抽样再列压缩抽样，避免了分块压缩抽样导致的恢复质量下降，图像的还原度高。

[0077] 以上为对本实用新型所提供的图像压缩感知装置的描述，对于本领域的技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。