ISSN 1002-4956
CN11-2034/T
D O I: 10.16791/j.cnki.sjg.2021.05.009
实验技术与管理
Experimental Technology and Management
第38卷 第 5期 2021年5月
Vol.38 No.5 May 2021
基 于 System G e n e ra to r的稀疏编码
算法设计及硬件实现
徐 金 鹏 ，刘 宜 成 ，涂 海 燕 ，成鸿群
( 四川大学电气工程学院，四川成都 610065 )
摘 要 ：为了提高稀疏编码算法的处理速度，设 计 了 -种 通 过 System G enerator在 F P G A 上实现的正交匹配追踪
算 法 算 法 由 矩 阵 数 据 并 行 输 出 模 块 、矩阵乘法运算模块、最匹配原子与列索引选择模块、Cholesky分解模块与
求逆算法模块、残 差 更 新 模 块 5 个模块 组成：通过对模块内部算法并行化设计，提高了正交闪配追踪算法的运行
速 韦 ：仿真结果表明 ：设计的系统可以有效实现正交匹配追踪算法，算法的处理速度比软件处理有了明显的提升,
处理结果精度较好，证明该设计可行且有效。
关 键 词 ：稀疏 编 码 ；正交匹配追踪；现场可编程门阵列；乔列斯基分解；硬件实现
中 图 分 类 号 ：TP391.4 文 献 标 识 码 ： A 文 章 编 号 ：1002-4956(2021)05-0042-08
Design and hardware implementation of sparse coding
algorithm based on System Generator
XU Jinpeng, LIU Yicheng, TU Haiyan, CHENG Hongqun
(College of Electrical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)
A b stract: To improve the processing speed o f sparse coding algorithm, an orthogonal m atching pursuit algorithm
implem ented on FPGA by system generator is designed. The algorithm consists o f five modules: matrix data
parallel output module, matrix multiplication operation module, most matching atom and column index selection
module, Cholesky decomposition module, inversion algorithm module and residual update module. Through the
parallel design o f the internal algorithm of the module, the running speed o f the orthogonal matching pursuit
algorithm is improved. The simulation results show that the designed system can correctly implement the
orthogonal matching pursuit algorithm, the processing speed o f the algorithm is significantly improved compared
with the software processing, and the accuracy o f the processing results is good, the feasibility and validity o f the
presented method is demonstrated.
Key w ords: sparse coding; orthogonal matching pursuit; field programmable gate array; Cholesky decomposition;
hardware implementation
稀疏编码被广泛应用在信号处理领域中，2006年
Candds和 Donoho提出的压缩感知理论进一步推动了
稀疏编码算法的发展n_21。稀疏编码算法仅用几个非零
特征值及最相关原子就能表达信号的主要特征[3],同
时也丰富了信号的表达方式[4]。0 前国内外对稀疏编
码的理论研究日渐成熟，其中最常见的稀疏编码算法
是匹配追踪（ matching pursuit, MP ) 算法[5]和正交匹
酉己追踪（ orthogonal matching pursuit, OMP ) 算法
OMP算法是在M P算法的基础上进行了优化，通过正
交化方法对信号进行近似，加速迭代收敛[7]。然而，
目前的信号稀疏编码算法大多还是在中央处理器或图
形处理器上以软件编程的方式来实现，这在电子计算
收稿日期：2020-08-09
基金项目：国家自然科学基金 项目（81803056)
作者简介：徐 金 鹏 （ 1994一 ），男 ，山 东 烟 台 .硕 士 ，主要研究方向为阁像+E建算法加速
，
1320625072@qq.com
通信作者：涂 海 燕 （ 1971 — ），女 ，四川成都，博士
，
副教授，主要研究方向为生物医学工程
，
1194890889@qq.com
引文格式：徐金鹏，刘宜成，涂海燕，等 . 基 于 SystemGenerator的稀疏编码算法设计及硬件实现[ J ] . 实验技术与管理，2021，38(5>:42-49.
Cite this article: XU J P, LIU Y C, TU H Y, et al. Design and hardware implementation of sparse coding algorithm based on System Generator[J].
Experimental Technology and Management, 2021, 38(5): 42-49. (in Chinese)
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