[發明專利]一種基于冗余熵變換的數據壓縮方法

在審

• 申請號: 201410377845.2
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104168085A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 衛永琴;吳娜;郭銀景;呂文紅;孫紅雨;梁泉泉;陸翔;衛阿盈;丁慶安;王正杰;張瑞
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于傳感節點無損壓縮算法領域，尤其涉及一種基于冗余熵變換的數據壓縮方法。

背景技術

目前，傳感節點中的無損壓縮算法研究，還停留在比較原始的階段。主要表現是還沒有專用的算法出現，還停留在對PC機上經典算法進行改造并使之可以運行于節點之中的階段。其實，傳感節點所采集到的數據有自己的分布規律，通過分析這些規律就可以找到更適合的壓縮方法。同時，傳感節點的CPU也有自己的特點，通過分析這些特點就可以開發出更高效的壓縮算法。

數據可以進行壓縮的根本原因是數據本身存在冗余，冗余度大小與數據中每個信源符號的概率和數據間的相關性有關，減少或去除數據間的相關性就可以實現數據壓縮。數據壓縮的理論的極限是信源的極限熵，而信源的極限熵又與信源符號的概率分布有關，當信源符號為等概率分布(即均勻分布)時，極限熵取得最大值，等于信源的最大熵；反過來，當信源符號的概率分布越不均勻時，極限熵越小。經文獻查閱，多種信源編碼的壓縮率已經接近或達到了信源數據壓縮的理論極限，基于信源編碼的數據壓縮研究已無太大的潛力可挖，但其效率與實際應用對數據壓縮的需求相比，仍有一定差距，因此，實際應用中，通常會對信源先進行變換，再進行編碼，以實現更高的壓縮率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于冗余熵變換的數據壓縮方法，旨在降低數據壓縮和解壓縮過程中的能耗，實現更高的壓縮率。

本發明是這樣實現的，一種基于冗余熵變換的數據壓縮方法是這樣實現的：傳感器采集到的數據首先進入去冗余熵變換模塊，使變換后數據的概率分布更有規律，更有利于熵編碼；之后，變換后的數據進入熵網絡編碼實現數據壓縮、融合，壓縮融合后的數據通過無線通信模塊發送出去，到達解壓縮過程，然后將解壓縮后的數據進入去冗余熵逆變換，恢復出原始的傳感數據。

進一步，所述的基于冗余熵變換的數據壓縮方法采用的是基于冗余熵變換的數據壓縮方法。

進一步，所述的基于冗余熵變換的數據壓縮方法的具體方法為：

步驟一、在編碼時，首先根據E1_n+1＝E1_n+d_n+1式計算出E1值，再根據和式計算出擬合殘差，計算這兩步時，均需要對結果進行越限判斷，判斷E1是否越限是為了避免其超過傳感器數據總線上限而造成溢出；判斷殘差是否越限是為了實現分段擬合，以提高擬合精度；

步驟二、當一段輸入數據的擬合殘差全部計算完后，就可以構造出{d_n,E1_n,DFR₃,DFR₄,…DFR_n}所示的數據包，通過S-Huffman編碼方法對其進行熵編碼，然后發送出去，接收端解碼時，先將接收到的一組數據解碼，還原出{d_n,E1_n,DFR₃,DFR₄,…DFR_n}式所示的數據包，然后根據式計算并還原出所有原始數據。

進一步，所述的擬合差值殘差去冗余熵變換算法的偽C碼為：

E1＝d1+d2

i＝3

While(I<＝n)

{

E1＝E1+d_i

CalculateΔd'_ifrom?E1and?d_i?by?formula(5.32)；

DFR_i＝d_i-Δd'_i；

If(DFR_iwithin?threshold)break；

}

Output?sequence:{d_i,E1,DFR₃,DFR₄…DFR_i}TO?ND-encoding?module。

進一步，所述的擬合差值殘差去冗余熵逆變換的偽C碼為：

i＝n；

while(i>1)

{

CalculateΔd'_ifrom?E1?and?d_iby(5.32)

E₁＝E₁-d_i；

}

d₁＝E₁。