[發(fā)明專利]一種采用幀間編碼的字符型通信報文壓縮方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210242081.7
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN102811114A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常傳文;李瑋;茅文深;林明;徐偉;王遠(yuǎn)斌;嵇亮亮;葉玲;樓曉祥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于字符型通信報文的有效壓縮方法，根據(jù)字符型通信報文具有一個有限字符集合的特點，引入了視頻壓縮領(lǐng)域幀間、幀內(nèi)壓縮處理的思想，并結(jié)合Huffman編碼等相關(guān)技術(shù)，取得了良好的壓縮效果。

本發(fā)明適用于任何基于有限字符集合通信報文壓縮的諸如共享、存儲、傳輸?shù)葓龊希绕涫菍笪膫鬏攲崟r性要求比較高的情況下，經(jīng)實際驗證均可良好地滿足其應(yīng)用需求。

背景技術(shù)

術(shù)語解釋：

數(shù)據(jù)壓縮方法按照壓縮前后信息量是否有損失可分為有損壓縮和無損壓縮兩種類型。有損壓縮是指使用壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)（或者叫做還原，解壓縮），重構(gòu)后的數(shù)據(jù)與原來的數(shù)據(jù)有所不同；而無損壓縮是指使用壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)后，數(shù)據(jù)與原來的數(shù)據(jù)完全相同。

無損數(shù)據(jù)壓縮按照實現(xiàn)技術(shù)劃分，可分為預(yù)測、字典、統(tǒng)計三大類。預(yù)測編碼主要是根據(jù)離散信號之間存在著一定關(guān)聯(lián)性的特點，利用前面的一個或多個信號對下一個信號進(jìn)行預(yù)測，然后對實際值和預(yù)測值的差(預(yù)測誤差)進(jìn)行編碼，典型的方法有DPCM，ADPCM等，它們較適合用于聲音、圖像數(shù)據(jù)的壓縮。字典編碼主要是利用數(shù)據(jù)本身包含較多重復(fù)的字符串的特性，其基本原理是不斷的從字符流中提取新的字符串，然后用代號來代替這個字符串，從而實現(xiàn)壓縮，典型的方法有LZW編碼等。LZW編碼是通過在編碼過程中動態(tài)生成一個字符串表，用較短的代號來代替較長的字符串來實現(xiàn)壓縮。統(tǒng)計編碼又稱為熵編碼方法，主要根據(jù)字符出現(xiàn)概率的分布特征而進(jìn)行壓縮，典型的方法有行程編碼、Huffman編碼等。1948年，Shannon在提出信息熵理論的同時，也給出了一種簡單的編碼方法——Shannon編碼，Shannon提出將信源符號依其出現(xiàn)的概率進(jìn)行降序排列，用符號序列累計概率的二進(jìn)制作為對信源的編碼，并從理論上論證了它的優(yōu)越性，該編碼方法揭示了變長編碼的基本規(guī)律，對其后壓縮算法的發(fā)展影響巨大；行程編碼的基本原理是用一個符號值或串代替具有相同值的連續(xù)符號，使符號長度少于原始數(shù)據(jù)的長度，適用于同一符號連續(xù)出現(xiàn)多次的場合；Huffman編碼是1952年由Huffman提出的一種比較常用的變長編碼方法，其主導(dǎo)思想是根據(jù)源數(shù)據(jù)符號發(fā)生的概率進(jìn)行編碼，在源數(shù)據(jù)中出現(xiàn)概率越高的符號，相應(yīng)的碼長越短，出現(xiàn)概率越小的符號，相應(yīng)的碼長越長，從而達(dá)到用盡可能少的碼符號表示源數(shù)據(jù)。理論研究表明，Huffman編碼方法是接近壓縮比上限的一種較好的編碼方法，同時，該編碼方法效率高、運算速度快、實現(xiàn)方式靈活，從20世紀(jì)60年代至今，在數(shù)據(jù)壓縮領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

目前，視頻技術(shù)應(yīng)用廣泛，如網(wǎng)上可視會議、網(wǎng)上政務(wù)、網(wǎng)上學(xué)校、遠(yuǎn)程醫(yī)療、個人網(wǎng)上聊天、可視咨詢等，在以上應(yīng)用中需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，單純用擴(kuò)大存儲器容量、增加通信帶寬的方法是不現(xiàn)實的，對視頻進(jìn)行壓縮編碼是一個行之有效的方法。視頻壓縮編碼就是將數(shù)據(jù)中的冗余信息去掉（去除數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性），大體上分為幀內(nèi)和幀間兩種編碼模式。幀內(nèi)模式是指當(dāng)壓縮一幀圖像時，僅考慮本幀的數(shù)據(jù)而不考慮相鄰幀之間的冗余信息，即去除時域冗余信息，也稱為空間壓縮（Spatial?Compression）；而幀間模式通過比較時間軸上不同幀之間的數(shù)據(jù)，對相鄰幀之間的冗余信息進(jìn)行壓縮，即去除空域冗余信息，也稱為時間壓縮（Temporal?Compression）。具體編碼過程中，對于運動緩和的圖像，幀間編碼模式占據(jù)主導(dǎo)位置，而對畫面切換頻繁或運動劇烈的序列圖像，則幀間編碼模式要頻繁地向幀內(nèi)模式切換。其切換通過I幀的選取來實現(xiàn)，主要方式有兩種，一種是采用固定間隔選取I幀，比如每4秒取一次I幀，另一種是根據(jù)圖像變化幅度等自適應(yīng)的選取I幀。目前，在流行的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)中，MPEG-4和H.264均采用上述技術(shù)，并得到了廣泛的應(yīng)用。

通信報文（后續(xù)簡稱報文）的使用非常普遍，比如雷達(dá)目標(biāo)信息、位置信息、時間信息等。隨著信息時代的來臨，各種報文的存儲呈現(xiàn)海量特性，為共享、存儲、分發(fā)帶來較大壓力。比如覆蓋整個城市的車輛（公交車、出租車）監(jiān)控、調(diào)度系統(tǒng)，各車輛將自身屬性（如位置、狀態(tài)）等通過特定報文格式傳輸至中心，其移動特性決定必須通過無線方式進(jìn)行通信，同時，中心會為各車輛建立歷史情況數(shù)據(jù)庫，數(shù)量巨大的車輛信息給通信、存儲帶來不便。在實際使用中，為便于觀察、交互，大量使用了具有字符特征的報文格式，比如廣泛使用的NMEA-0183的報文格式。