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存儲優(yōu)化的粒子濾波裝置的制作方法

文檔序號:6353137閱讀:442來源:國知局
專利名稱:存儲優(yōu)化的粒子濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及信號處理、人工智能和計算機(jī)視覺領(lǐng)域,尤其是一種粒子濾波裝置。
背景技術(shù)
粒子濾波是一種基于蒙特卡洛模擬和遞推貝葉斯估計的濾波方法。它采用粒子描 述狀態(tài)空間,使用一組帶權(quán)重的粒子近似表示系統(tǒng)的后驗概率密度,并通過模型方程和觀 測信息實現(xiàn)遞推的估計過程。常用的粒子濾波算法在一個遞推過程中包括采樣、權(quán)重計算 和重采樣三個步驟。雖然粒子濾波可以廣泛用于非高斯、非線性的動態(tài)估計問題,但龐大的運(yùn)算量限 制了其軟件實現(xiàn)在實時性要求較高的場合的應(yīng)用,因此粒子濾波的硬件實現(xiàn)具有重要意 義。通用的粒子濾波裝置的處理過程有以下兩種一是采樣和權(quán)重計算結(jié)束后,在重采樣中逐個計算下一個要復(fù)制的粒子并分別保 存復(fù)制粒子和丟棄粒子的索引;二是采樣和權(quán)重計算結(jié)束后,在重采樣中分別計算每一個粒子的復(fù)制因子并保存 該復(fù)制因子以及復(fù)制粒子和丟棄粒子的索引。兩種方法由于都要保存粒子的索引,因此消 耗了大量的存儲資源。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有粒子濾波裝置的存儲開銷較大、不能適用于實時性要求較高的場合 的不足,本發(fā)明提供一種有效減少存儲開銷、適用于實時性要求較高的場合的存儲優(yōu)化的 粒子濾波裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種存儲優(yōu)化的粒子濾波裝置,包括采樣模塊、權(quán)重計算模塊、重采樣模塊、粒子 狀態(tài)存儲器和粒子權(quán)重存儲器,所述采樣模塊連接所述權(quán)重計算模塊和粒子狀態(tài)存儲器, 所述權(quán)重計算模塊連接所述粒子權(quán)重存儲器,所述粒子權(quán)重存儲器和重采樣模塊連接,所 述重采樣模塊與所述粒子狀態(tài)存儲器連接,所述粒子濾波裝置還包括復(fù)制因子標(biāo)志位存儲 器,在所述重采樣模塊中,根據(jù)各個粒子的復(fù)制因子設(shè)置復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中相應(yīng)的 位,并將復(fù)制因子大于0的粒子重新存儲于所述粒子狀態(tài)存儲器的頂部;在所述采樣模塊 中,根據(jù)復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中各個位的值采樣粒子狀態(tài)存儲器中的粒子并寫回原來位 置,當(dāng)粒子復(fù)制因子大于1時,將額外的采樣粒子寫回粒子狀態(tài)存儲器的底部,同時將復(fù)制 因子標(biāo)志位存儲器中相應(yīng)的位復(fù)位。作為優(yōu)選的一種方案在所述的重采樣模塊中,當(dāng)粒子的復(fù)制因子大于0時,粒子 狀態(tài)存儲器寫使能,寫地址加1,將該粒子重新存儲于粒子狀態(tài)存儲器的頂部;同時,復(fù)制 因子標(biāo)志位存儲器寫使能,寫地址累加該復(fù)制因子,將對應(yīng)的位設(shè)置為1。進(jìn)一步,在所述的采樣模塊中,當(dāng)讀出的復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中的位值為1時,粒子狀態(tài)存儲器的讀地址加1,相應(yīng)的粒子經(jīng)采樣后寫回原來位置,同時復(fù)制因子標(biāo)志位存 儲器寫使能,將該位的1復(fù)位;當(dāng)讀出的復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中的位值為0時,新采樣的 粒子按降序地址依次寫回粒子狀態(tài)存儲器的底部。再進(jìn)一步,所述的復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器為雙端口存儲器,且存儲器寬度為1比 特。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為重采樣模塊根據(jù)各個粒子的復(fù)制因子設(shè)置復(fù)制因子標(biāo)志位 存儲器中相應(yīng)的位,并將復(fù)制因子大于0的粒子重新存儲于粒子狀態(tài)存儲器的頂部;采樣 模塊根據(jù)復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中各個位的值采樣粒子狀態(tài)存儲器中的粒子并寫回原來 位置,當(dāng)粒子復(fù)制因子大于1時,將額外的采樣粒子寫回粒子狀態(tài)存儲器的底部,同時將復(fù) 制因子標(biāo)志位存儲器中相應(yīng)的位復(fù)位;復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器為雙端口存儲器,且存儲器 寬度為1比特。通過使用復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器和重存儲復(fù)制因子大于0的粒子到粒子狀態(tài)存 儲器的頂部,避免了復(fù)制因子或粒子索引的保存,降低了粒子濾波硬件實現(xiàn)過程中存儲的 開銷。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在有效減少存儲開銷、適用于實時性要求較高的場
I=I O


圖1為本發(fā)明提出的粒子濾波裝置的原理框圖。圖2為重采樣模塊的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖3為采樣模塊和權(quán)重計算模塊的硬件結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。參照圖1 圖3,一種存儲優(yōu)化的粒子濾波裝置,包括采樣模塊、權(quán)重計算模塊、重 采樣模塊、粒子狀態(tài)存儲器和粒子權(quán)重存儲器,所述采樣模塊連接所述權(quán)重計算模塊和粒 子狀態(tài)存儲器,所述權(quán)重計算模塊連接所述粒子權(quán)重存儲器,所述粒子權(quán)重存儲器和重采 樣模塊連接,所述重采樣模塊與所述粒子狀態(tài)存儲器連接,所述粒子濾波裝置還包括復(fù)制 因子標(biāo)志位存儲器,在所述重采樣模塊中,根據(jù)各個粒子的復(fù)制因子設(shè)置復(fù)制因子標(biāo)志位 存儲器中相應(yīng)的位,并將復(fù)制因子大于0的粒子重新存儲于所述粒子狀態(tài)存儲器的頂部; 在所述采樣模塊中,根據(jù)復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中各個位的值采樣粒子狀態(tài)存儲器中的粒 子并寫回原來位置,當(dāng)粒子復(fù)制因子大于1時,將額外的采樣粒子寫回粒子狀態(tài)存儲器的 底部,同時將復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中相應(yīng)的位復(fù)位。在所述的重采樣模塊中,當(dāng)粒子的復(fù)制因子大于0時,粒子狀態(tài)存儲器寫使能,寫 地址加1,將該粒子重新存儲于粒子狀態(tài)存儲器的頂部;同時,復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器寫使 能,寫地址累加該復(fù)制因子,將對應(yīng)的位設(shè)置為1。在所述的采樣模塊中,當(dāng)讀出的復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中的位值為1時,粒子狀 態(tài)存儲器的讀地址加1,相應(yīng)的粒子經(jīng)采樣后寫回原來位置,同時復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器寫 使能,將該位的1復(fù)位;當(dāng)讀出的復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中的位值為0時,新采樣的粒子按
4降序地址依次寫回粒子狀態(tài)存儲器的底部。所述的復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器為雙端口存儲器,且存儲器寬度為1比特。本實施例中,采樣模塊根據(jù)上一時刻重采樣后的粒子和系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程通過 采樣得到本時刻新的粒子;權(quán)重計算模塊根據(jù)系統(tǒng)的觀測方程賦予各新粒子相應(yīng)的權(quán)重; 重采樣模塊根據(jù)各粒子的權(quán)重計算其相應(yīng)的復(fù)制因子;粒子狀態(tài)存儲器用于存儲采樣得到 的各新粒子的狀態(tài);粒子權(quán)重存儲器用于存儲各新粒子的權(quán)重。在圖2所示的重采樣模塊中,當(dāng)粒子的復(fù)制因子大于0時,粒子狀態(tài)存儲器寫使 能,計數(shù)器加1作為其寫地址,將該粒子重新存儲于粒子狀態(tài)存儲器的頂部;同時,復(fù)制因 子標(biāo)志位存儲器寫使能,累加器累加該復(fù)制因子后作為其寫地址,將對應(yīng)的位設(shè)置為1。在圖3所示的采樣和權(quán)重計算模塊中,當(dāng)讀出的復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中的位值 為1時,加計數(shù)器使能加1并作為粒子狀態(tài)存儲器的讀地址,相應(yīng)的粒子經(jīng)采樣后寫回原來 位置,同時復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器寫使能,將該位的1復(fù)位;當(dāng)讀出的復(fù)制因子標(biāo)志位存儲 器中的位值為0時,需要采樣的粒子從狀態(tài)寄存器中讀取,減計數(shù)器使能減1并作為新采樣 粒子在粒子狀態(tài)存儲器中的寫地址。各采樣后粒子的寫地址同時作為其對應(yīng)權(quán)重在粒子權(quán) 重存儲器中的寫地址。圖1 圖3中的復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器為雙端口存儲器,且存儲器 寬度為1比特。
權(quán)利要求
1.一種存儲優(yōu)化的粒子濾波裝置,包括采樣模塊、權(quán)重計算模塊、重采樣模塊、粒子狀 態(tài)存儲器和粒子權(quán)重存儲器,所述采樣模塊連接所述權(quán)重計算模塊和粒子狀態(tài)存儲器,所 述權(quán)重計算模塊連接所述粒子權(quán)重存儲器,所述粒子權(quán)重存儲器和重采樣模塊連接,所述 重采樣模塊與所述粒子狀態(tài)存儲器連接,其特征在于所述粒子濾波裝置還包括復(fù)制因子 標(biāo)志位存儲器,在所述重采樣模塊中,根據(jù)各個粒子的復(fù)制因子設(shè)置復(fù)制因子標(biāo)志位存儲 器中相應(yīng)的位,并將復(fù)制因子大于0的粒子重新存儲于所述粒子狀態(tài)存儲器的頂部;在所 述采樣模塊中,根據(jù)復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中各個位的值采樣粒子狀態(tài)存儲器中的粒子并 寫回原來位置,當(dāng)粒子復(fù)制因子大于1時,將額外的采樣粒子寫回粒子狀態(tài)存儲器的底部, 同時將復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中相應(yīng)的位復(fù)位。
2.如權(quán)利要求1中所述的存儲優(yōu)化的粒子濾波裝置,其特征在于在所述的重采樣模 塊中,當(dāng)粒子的復(fù)制因子大于0時,粒子狀態(tài)存儲器寫使能,寫地址加1,將該粒子重新存儲 于粒子狀態(tài)存儲器的頂部;同時,復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器寫使能,寫地址累加該復(fù)制因子, 將對應(yīng)的位設(shè)置為1。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的存儲優(yōu)化的粒子濾波裝置,其特征在于在所述的采樣 模塊中,當(dāng)讀出的復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中的位值為1時,粒子狀態(tài)存儲器的讀地址加1, 相應(yīng)的粒子經(jīng)采樣后寫回原來位置,同時復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器寫使能,將該位的1復(fù)位; 當(dāng)讀出的復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中的位值為0時,新采樣的粒子按降序地址依次寫回粒子 狀態(tài)存儲器的底部。
4.如權(quán)利要求1或2中所述的存儲優(yōu)化的粒子濾波裝置,其特征在于所述的復(fù)制因 子標(biāo)志位存儲器為雙端口存儲器,且存儲器寬度為1比特。
全文摘要
一種存儲優(yōu)化的粒子濾波裝置,包括采樣模塊、權(quán)重計算模塊、重采樣模塊、粒子狀態(tài)存儲器和粒子權(quán)重存儲器,所述粒子濾波裝置還包括復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器,在所述重采樣模塊中,根據(jù)各個粒子的復(fù)制因子設(shè)置復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中相應(yīng)的位,并將復(fù)制因子大于0的粒子重新存儲于粒子狀態(tài)存儲器的頂部;在所述采樣模塊中,根據(jù)復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中各個位的值采樣粒子狀態(tài)存儲器中的粒子并寫回原來位置,當(dāng)粒子復(fù)制因子大于1時,將額外的采樣粒子寫回粒子狀態(tài)存儲器的底部,同時將復(fù)制因子標(biāo)志位存儲器中相應(yīng)的位復(fù)位。本發(fā)明能有效減少存儲開銷、適用于實時性要求較高的場合。
文檔編號G06F17/00GK102073619SQ201110007168
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者嚴(yán)曉浪, 宦若虹, 潘赟, 鄭寧 申請人:浙江大學(xué)
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