[發明專利]一種管道毫秒級在線數據的復合壓縮/解壓縮方法

有效

• 申請號: 201510633774.2
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN105187071B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 張化光;馬大中;馮健;李曉瑜;胡旭光;劉金海;汪剛;陳楊
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H03M7/30
• 分類號: H03M7/30
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱

所屬技術領域

本發明屬于數據壓縮領域，具體涉及一種管道毫秒級在線數據的復合壓縮/解壓縮方法。

背景技術

隨著國內外油氣管道鋪設越來越長、輸送量逐步加大，油氣管道的輸送安全及高效得到了更大的重視。在油氣管線的多年使用中，難免會受到外界環境、內部環境的腐蝕和磨損，以及其他意想不到的損傷，這些都會造成油氣在輸送過程中發生泄漏。一旦發生泄漏，不但會造成經濟的巨大損失、能源的巨大浪費，更會污染環境甚至危及人類自身安全。由于管道泄漏檢測都采用在線檢測系統，被檢測的管道長度可達數十公里之長，并且管道內檢測設備較多，因此泄漏檢測過程中所采集到的原始毫秒級數據量較大，然而用于存儲數據的空間有限且存儲設備體積較小。因此，無論是進行數據存儲還是將采集到的數據進行傳輸，都需要進行數據壓縮處理。無損壓縮方法中主要有霍夫曼編碼、算術編碼、行程編碼以及字典編碼等可以實現數據完全無損地壓縮，但壓縮比很高；有損壓縮方法主要有小波變換壓縮算法，但是有損壓縮帶來的重要信息的大量丟失是無法接受的。

發明內容

針對現有方法存在的不足，本發明提出一種管道毫秒級在線數據的復合壓縮/解壓縮方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種管道毫秒級在線數據的復合壓縮方法，包括如下步驟：

步驟1：采集管道實時毫秒級運行信號，并將其轉換為數字電信號；

步驟2：對步驟1的管道運行數字電信號進行多小波變換，得到具有高頻小波系數部分和低頻小波系數部分的小波系數矩陣；方法為：

選擇CL4多小波作為多小波變換的小波基，利用CL4多小波對管道運行數字電信號進行多小波分解，得到具有高頻小波系數部分和低頻小波系數部分的小波系數矩陣；

對小波系數矩陣設置閾值η_j，并利用閾值η_j將小波系數矩陣中數值較小的小波系數舍棄，某一尺度j下閾值η_j的設置公式如下：

η_j＝λ×max{|d_j(p)|},p＝1,2,…,N

其中j為尺度因子；N為數據長度；d_j(p)是小波分解后的高頻小波系數部分；p為采集時刻；λ為比例系數；

步驟3：針對高頻小波系數部分對應的數字電信號，采用改進的SPIHT算法進行有損壓縮；具體包括如下步驟：

步驟3-1：初始化過程；

包括：建立三個有序表：不重要系數表LIP、重要系數表LSP和不重要集合表LIS；

對高頻小波系數部分對應的數字電信號進行逐層小波分解，共進行M次，其中第二層至第M層小波分解得到的數據可以看做是第一層小波分解得到的后代；

將分解得到的第一層所有數據同時放入不重要系數表LIP和不重要集合表LIS中；

將重要系數表LSP置為空集；

初始量化閾值T＝2_n，其中n為閾值指數，0≤i≤m-1，m為經過M層小波分解后得到的小波系數的總個數，c(i)為逐層分解過程中得到的小波系數；

步驟3-2：采用排序掃描的方法，找到重要的高頻小波系數；

方法為：1)利用重要性判斷方法分別判斷不重要系數表LIP中每個小波系數是否重要，是，則向排序位流Sn輸入重要性判斷結果“1”和符號位，然后將該小波系數添加到重要系數表LSP的尾部，從不重要系數表LIP中將該小波系數刪除；否，則向排序位流Sn輸入重要性判斷結果“0”，表明該系數不重要；

所述排序位流Sn是記錄小波系數重要性和符號位的隊列；

2)以D(i)表示不重要集合表LIS中小波系數的后代的集合，其中i為小波系數的序號；分別判斷不重要集合表LIS中每個小波系數對應后代的重要性，方法為：首先利用重要性判斷方法判斷D(i)的重要性，若不重要，則向排序位流Sn輸入重要性判斷結果“0”；若重要，向排序位流Sn輸入重要性判斷結果“1”，并且將集合D(i)分裂為直接后代O(i)(與該層直接相連的)和間接后代L(i)；

然后，再次利用重要性判斷方法對直接后代O(i)的兩個系數分別進行重要性判斷，并向排序位流Sn輸入重要性判斷結果和符號位，將重要小波系數的后代集合添加到重要系數表LSP的尾部，不重要的小波系數添加到不重要系數表LIP的尾部；

再然后，檢查間接后代L(i)是否為空集，若非空，則將間接后代L(i)添加到不重要集合表LIS的尾部，若間接后代L(i)為空集，則將L(i)從不重要集合表LIS中刪除；