一种链式压缩感知数据流编码方法、解码方法及装置与流程

技术特征：
1.一种链式压缩感知数据流编码方法，其特征在于，包括：采用预置稀疏矩阵采样原始信号，得到预处理后信号；通过时间窗口方式对所述预处理后信号进行划分，并对每个时间窗口内的信号进行二进制编码，得到编码信号；基于哈希算法将每个时间窗口的编码信号链接起来，得到各个时间窗口的信号链状态，其中，第一个时间窗口的信号链状态通过密钥初始化得到；将同一时间窗口的编码信号和信号链状态进行混合得到混合信号，并通过随机矩阵对各时间窗口的所述混合信号进行加密得到各时间窗口的密文，其中，所述随机矩阵通过所述密钥初始化生成；将各时间窗口的所述密文按列进行排列，得到密文向量，通过预置子采样矩阵对所述密文向量的前若干列数据进行子采样，并将子采样后的密文向量还原为矩阵形式，得到最终密文。2.根据权利要求1所述的链式压缩感知数据流编码方法，其特征在于，所述预处理后信号为：x＝a
×
l；式中，x为预处理后信号，a∈{-1,0,1}
n
×
n
为预置稀疏矩阵，l为原始信号。3.根据权利要求1所述的链式压缩感知数据流编码方法，其特征在于，所述通过滑动时间窗口方式对所述预处理后信号进行处理，并对每个时间窗口内的信号进行二进制编码，得到编码信号，包括：采用t个时间窗口对所述预处理后信号进行划分，得到t个时间窗口的信号，每个时间窗口的信号为n维；设置信号的比特数b
x
，通过b
x
位对每个时间窗口的信号进行二进制编码，得到编码信号x
i
，其中，x
i
∈z(b
x
)
n
，z(b
x
)＝{-2
bx-1,...,0,...,2
bx-1}。4.根据权利要求3所述的链式压缩感知数据流编码方法，其特征在于，所述基于哈希算法将每个时间窗口的编码信号链接起来，得到各个时间窗口的信号链状态，包括：设置i＝1，通过密钥初始化得到第i个时间窗口的信号链状态；对第i个时间窗口的信号链状态和第i个时间窗口的编码信号进行哈希运算，得到第i 1个时间窗口的信号链状态；设置i＝i 1，返回所述对第i个时间窗口的信号链状态和第i个时间窗口的编码信号进行哈希运算，得到第i 1个时间窗口的信号链状态的步骤，直至i＝t，得到各个时间窗口的信号链状态。5.根据权利要求4所述的链式压缩感知数据流编码方法，其特征在于，哈希运算过程为：式中，c
i 1
为第i 1个时间窗口的信号链状态，h()为哈希函数，c
i
为第i个时间窗口的信号链状态，x
i
为第i个时间窗口的编码信号，η＝1均为中间参数，b
c
为信号链状态的比特数，mod为取模运算。6.根据权利要求1所述的链式压缩感知数据流编码方法，其特征在于，所述密文的加密
过程为：z
i
＝φ
(i)
q
i
；式中，z
i
为第i个时间窗口的密文，φ
(i)
∈{-1,1}
n
×
n
为第i个时间窗口的随机矩阵，n为每个时间窗口的信号的长度，q
i
为第i个时间窗口的混合矩阵，q
i
＝x
i
c
i
，c
i
为第i个时间窗口的信号链状态，x
i
为第i个时间窗口的编码信号。7.一种链式压缩感知数据流解码方法，其特征在于，包括：s1、通过第一个时刻的信号链状态对接收到第一个时刻的密文进行解码，得到第一时刻的子采样后的预处理后信号，其中，第一个时刻的信号链状态通过密钥初始化得到；s2、根据第一个时刻的信号链状态和子采样后的预处理后信号获取下一时刻的信号链状态，并通过下一时刻的信号链状态对接收到下一时刻的密文进行解码，得到下一时刻的子采样后的预处理后信号；s3、将下一时刻的预处理后信号和信号链状态作为第一个时刻的预处理后信号和信号链状态，并返回步骤s2，逐步得到各个时刻的子采样后的预处理后信号；s4、通过预置子采样矩阵和预置稀疏矩阵生成结构随机矩阵，将所述结构随机矩阵作为测量矩阵，并通过压缩感知重构方法根据所述测量矩阵和各个时刻的子采样后的预处理后信号进行信号重构，得到原始信号。8.根据权利要求7所述的链式压缩感知数据流解码方法，其特征在于，所述通过预置子采样矩阵和预置稀疏矩阵生成结构随机矩阵，包括：将预置子采样矩阵和预置稀疏矩阵进行相乘，得到结构随机矩阵。9.一种链式压缩感知数据流编码装置，其特征在于，包括：预处理单元，用于采用预置稀疏矩阵采样原始信号，得到预处理后信号；编码单元，用于通过时间窗口方式对所述预处理后信号进行划分，并对每个时间窗口内的信号进行二进制编码，得到编码信号；加链单元，用于基于哈希算法将每个时间窗口的编码信号链接起来，得到各个时间窗口的信号链状态，其中，第一个时间窗口的信号链状态通过密钥初始化得到；加密单元，用于将同一时间窗口的编码信号和信号链状态进行混合得到混合信号，并通过随机矩阵对各时间窗口的所述混合信号进行加密得到各时间窗口的密文，其中，所述随机矩阵通过所述密钥初始化生成；子采样单元，用于将各时间窗口的所述密文按列进行排列，得到密文向量，通过预置子采样矩阵对所述密文向量的前若干列数据进行子采样，并将子采样后的密文向量还原为矩阵形式，得到最终密文。10.一种链式压缩感知数据流解码装置，其特征在于，包括：解码单元，用于通过第一个时刻的信号链状态对接收到第一个时刻的密文进行解码，得到第一时刻的子采样后的预处理后信号，其中，第一个时刻的信号链状态通过密钥初始化得到；获取单元，用于根据第一个时刻的信号链状态和子采样后的预处理后信号获取下一时刻的信号链状态，并通过下一时刻的信号链状态对接收到下一时刻的密文进行解码，得到下一时刻的子采样后的预处理后信号；触发单元，用于将下一时刻的预处理后信号和信号链状态作为第一个时刻的预处理后
信号和信号链状态，并触发所述获取单元，逐步得到各个时刻的子采样后的预处理后信号；重构单元，用于通过预置子采样矩阵和预置稀疏矩阵生成结构随机矩阵，将所述结构随机矩阵作为测量矩阵，并通过压缩感知重构方法根据所述测量矩阵和各个时刻的子采样后的预处理后信号进行信号重构，得到原始信号。

技术总结
本申请公开了一种链式压缩感知数据流编码方法、解码方法及装置，采用预置稀疏矩阵采样原始信号得到预处理后信号；对预处理后信号进行划分，并对划分后的信号进行二进制编码得到编码信号；基于哈希算法将各时间窗口的编码信号链接起来，得到各时间窗口的信号链状态；将同一时间窗口的编码信号和信号链状态进行混合，并通过随机矩阵加密混合信号得到各时间窗口的密文，第一个时间窗口的信号链状态和随机矩阵通过密钥初始化得到；将各时间窗口的密文按列进行排列得到密文向量，通过预置子采样矩阵对密文向量进行子采样并还原为矩阵，得到最终密文，提高了数据传输的安全性，减少了数据传输量，从而降低了系统的能耗，并增强了系统的重构性能。统的重构性能。统的重构性能。


技术研发人员：张军 周家鑫 张枝
受保护的技术使用者：人工智能与数字经济广东省实验室（广州）
技术研发日：2022.08.30
技术公布日：2022/11/29