存储优化的粒子滤波装置

摘要

一种存储优化的粒子滤波装置，包括采样模块、权重计算模块、重采样模块、粒子状态存储器和粒子权重存储器，所述粒子滤波装置还包括复制因子标志位存储器，在所述重采样模块中，根据各个粒子的复制因子设置复制因子标志位存储器中相应的位，并将复制因子大于0的粒子重新存储于粒子状态存储器的顶部；在所述采样模块中，根据复制因子标志位存储器中各个位的值采样粒子状态存储器中的粒子并写回原来位置，当粒子复制因子大于1时，将额外的采样粒子写回粒子状态存储器的底部，同时将复制因子标志位存储器中相应的位复位。本发明能有效减少存储开销、适用于实时性要求较高的场合。

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理、人工智能和计算机视觉领域，尤其是一种粒子滤波装置。

背景技术

粒子滤波是一种基于蒙特卡洛模拟和递推贝叶斯估计的滤波方法。它采用粒子描述状态空间，使用一组带权重的粒子近似表示系统的后验概率密度，并通过模型方程和观测信息实现递推的估计过程。常用的粒子滤波算法在一个递推过程中包括采样、权重计算和重采样三个步骤。

虽然粒子滤波可以广泛用于非高斯、非线性的动态估计问题，但庞大的运算量限制了其软件实现在实时性要求较高的场合的应用，因此粒子滤波的硬件实现具有重要意义。

通用的粒子滤波装置的处理过程有以下两种：

一是采样和权重计算结束后，在重采样中逐个计算下一个要复制的粒子并分别保存复制粒子和丢弃粒子的索引；

二是采样和权重计算结束后，在重采样中分别计算每一个粒子的复制因子并保存该复制因子以及复制粒子和丢弃粒子的索引。两种方法由于都要保存粒子的索引，因此消耗了大量的存储资源。

发明内容

为了克服已有粒子滤波装置的存储开销较大、不能适用于实时性要求较高的场合的不足，本发明提供一种有效减少存储开销、适用于实时性要求较高的场合的存储优化的粒子滤波装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种存储优化的粒子滤波装置，包括采样模块、权重计算模块、重采样模块、粒子状态存储器和粒子权重存储器，所述采样模块连接所述权重计算模块和粒子状态存储器，所述权重计算模块连接所述粒子权重存储器，所述粒子权重存储器和重采样模块连接，所述重采样模块与所述粒子状态存储器连接，所述粒子滤波装置还包括复制因子标志位存储器，在所述重采样模块中，根据各个粒子的复制因子设置复制因子标志位存储器中相应的位，并将复制因子大于0的粒子重新存储于所述粒子状态存储器的顶部；在所述采样模块中，根据复制因子标志位存储器中各个位的值采样粒子状态存储器中的粒子并写回原来位置，当粒子复制因子大于1时，将额外的采样粒子写回粒子状态存储器的底部，同时将复制因子标志位存储器中相应的位复位。

作为优选的一种方案：在所述的重采样模块中，当粒子的复制因子大于0时，粒子状态存储器写使能，写地址加1，将该粒子重新存储于粒子状态存储器的顶部；同时，复制因子标志位存储器写使能，写地址累加该复制因子，将对应的位设置为1。

进一步，在所述的采样模块中，当读出的复制因子标志位存储器中的位值为1时，粒子状态存储器的读地址加1，相应的粒子经采样后写回原来位置，同时复制因子标志位存储器写使能，将该位的1复位；当读出的复制因子标志位存储器中的位值为0时，新采样的粒子按降序地址依次写回粒子状态存储器的底部。

再进一步，所述的复制因子标志位存储器为双端口存储器，且存储器宽度为1比特。

本发明的技术构思为：重采样模块根据各个粒子的复制因子设置复制因子标志位存储器中相应的位，并将复制因子大于0的粒子重新存储于粒子状态存储器的顶部；采样模块根据复制因子标志位存储器中各个位的值采样粒子状态存储器中的粒子并写回原来位置，当粒子复制因子大于1时，将额外的采样粒子写回粒子状态存储器的底部，同时将复制因子标志位存储器中相应的位复位；复制因子标志位存储器为双端口存储器，且存储器宽度为1比特。

通过使用复制因子标志位存储器和重存储复制因子大于0的粒子到粒子状态存储器的顶部，避免了复制因子或粒子索引的保存，降低了粒子滤波硬件实现过程中存储的开销。

本发明的有益效果主要表现在：有效减少存储开销、适用于实时性要求较高的场合。

附图说明

图1为本发明提出的粒子滤波装置的原理框图。

图2为重采样模块的硬件结构图。

图3为采样模块和权重计算模块的硬件结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1～图3，一种存储优化的粒子滤波装置，包括采样模块、权重计算模块、重采样模块、粒子状态存储器和粒子权重存储器，所述采样模块连接所述权重计算模块和粒子状态存储器，所述权重计算模块连接所述粒子权重存储器，所述粒子权重存储器和重采样模块连接，所述重采样模块与所述粒子状态存储器连接，所述粒子滤波装置还包括复制因子标志位存储器，在所述重采样模块中，根据各个粒子的复制因子设置复制因子标志位存储器中相应的位，并将复制因子大于0的粒子重新存储于所述粒子状态存储器的顶部；在所述采样模块中，根据复制因子标志位存储器中各个位的值采样粒子状态存储器中的粒子并写回原来位置，当粒子复制因子大于1时，将额外的采样粒子写回粒子状态存储器的底部，同时将复制因子标志位存储器中相应的位复位。

在所述的重采样模块中，当粒子的复制因子大于0时，粒子状态存储器写使能，写地址加1，将该粒子重新存储于粒子状态存储器的顶部；同时，复制因子标志位存储器写使能，写地址累加该复制因子，将对应的位设置为1。

在所述的采样模块中，当读出的复制因子标志位存储器中的位值为1时，粒子状态存储器的读地址加1，相应的粒子经采样后写回原来位置，同时复制因子标志位存储器写使能，将该位的1复位；当读出的复制因子标志位存储器中的位值为0时，新采样的粒子按降序地址依次写回粒子状态存储器的底部。

所述的复制因子标志位存储器为双端口存储器，且存储器宽度为1比特。

本实施例中，采样模块根据上一时刻重采样后的粒子和系统的状态转移方程通过采样得到本时刻新的粒子；权重计算模块根据系统的观测方程赋予各新粒子相应的权重；重采样模块根据各粒子的权重计算其相应的复制因子；粒子状态存储器用于存储采样得到的各新粒子的状态；粒子权重存储器用于存储各新粒子的权重。

在图2所示的重采样模块中，当粒子的复制因子大于0时，粒子状态存储器写使能，计数器加1作为其写地址，将该粒子重新存储于粒子状态存储器的顶部；同时，复制因子标志位存储器写使能，累加器累加该复制因子后作为其写地址，将对应的位设置为1。

在图3所示的采样和权重计算模块中，当读出的复制因子标志位存储器中的位值为1时，加计数器使能加1并作为粒子状态存储器的读地址，相应的粒子经采样后写回原来位置，同时复制因子标志位存储器写使能，将该位的1复位；当读出的复制因子标志位存储器中的位值为0时，需要采样的粒子从状态寄存器中读取，减计数器使能减1并作为新采样粒子在粒子状态存储器中的写地址。各采样后粒子的写地址同时作为其对应权重在粒子权重存储器中的写地址。图1～图3中的复制因子标志位存储器为双端口存储器，且存储器宽度为1比特。