對信號數據進行壓縮和解壓縮的方法和裝置製造方法
2023-10-09 00:07:09
對信號數據進行壓縮和解壓縮的方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及數據壓縮和解壓縮，具體地，涉及對信號數據進行壓縮和解壓縮的方法和裝置。在一個實施方式中，公開了一種對信號數據進行壓縮的方法，包括：獲取信號數據；確定將所述信號數據劃分為多個數據塊的塊長度和所述數據塊的指數；利用所述數據塊的指數對所述數據塊包含的信號數據進行壓縮，以形成所述數據塊的尾數序列；以及利用所述數據塊的塊長度、指數以及尾數序列形成壓縮的數據塊。本發明的信號數據壓縮的方法通過構造與信號數據的動態特徵相適應的變長的數據塊提高了信號數據的壓縮率。
【專利說明】對信號數據進行壓縮和解壓縮的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及數據壓縮和解壓縮，特別涉及對信號數據進行壓縮和解壓縮的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]在無線信號處理領域，例如在基站信號收發系統和信息採集和處理系統中，信號通常被調製成正交的I和Q兩路數據，並且在數位訊號處理器中I和Q兩路數據通常用長度固定的定點數表示(以16位模數轉換器為例，輸入模擬信號，輸出的I和Q兩路數據均為16位的二進位定點數)。這些I/Q數據具體如下特徵:
[0003](I)較大的數據集，以16位的I/Q數據為例，數據集大小為216。
[0004](2)單個數值出現的頻率的百分值較低，往往低於1%。
[0005](3)連續數據的取值範圍接近，以16位的I/Q數據為例，幾個連續的數據可能都處於[26，27)範圍內。
[0006]對於具有這些特徵的I/Q信號數據進行壓縮能夠更有效地利用資源，具體地，在基站信號收發系統中，由壓縮器實現對信號數據的壓縮處理，信號數據的壓縮能夠減少傳輸鏈路中的信號數據量，從而可以節省帶寬；在信息採集和處理系統中，由壓縮器實現對信號數據的壓縮，信號數據的壓縮能夠減少需要存儲的信號數據量，從而可以節省存儲設備的容量。
[0007]然而基於信息熵理論的傳統的數據壓縮方法，無論是基於概率的Huffman編碼和算術編碼，還是基於字典的LZW等各種方法，在壓縮複雜度、解壓複雜度和壓縮效果三方面均不理想，「較大的數據集」意味著需要維護和存儲一個較大的表，從而使得壓縮複雜度和解壓複雜度都較高；「單個數值出現的頻率的百分值較低」意味著壓縮效果較差。
[0008]因此需要一種高效的信號數據的壓縮方法。
【發明內容】
[0009]基於上述問題，本發明提供一種對信號數據進行壓縮的方法和裝置，以及對壓縮的信號數據進行解壓縮的方法和裝置。
[0010]根據本發明的第一方面，提供一種對信號數據進行壓縮的方法，包括:獲取信號數據；確定將所述信號數據劃分為多個數據塊的塊長度和所述數據塊的指數；利用所述數據塊的指數對所述數據塊包含的信號數據進行壓縮，以形成所述數據塊的尾數序列；以及利用所述數據塊的塊長度、指數以及尾數序列形成壓縮的數據塊。
[0011]根據本發明的第二方面，提供一種對壓縮的信號數據進行解壓縮的方法，包括:獲取壓縮的信號數據；從所述壓縮的信號數據中獲取數據塊的塊長度和指數；根據所述數據塊的塊長度和指數獲取所述數據塊的尾數序列；利用所述尾數序列和指數恢復對應於所述數據塊的原始信號數據。
[0012]根據本發明的第三方面，提供一種對信號數據進行壓縮的裝置，包括:獲取模塊，被配置為獲取信號數據；塊長度和指數確定模塊，被配置為確定將所述信號數據劃分為多個數據塊的塊長度和所述數據塊的指數；尾數序列產生模塊，被配置為利用所述數據塊的指數對所述數據塊包含的信號數據進行壓縮並產生所述數據塊的尾數序列；以及壓縮數據塊產生模塊，被配置為利用所述數據塊的塊長度、指數以及尾數序列形成壓縮的數據塊。
[0013]根據本發明的第四方面，提供一種對壓縮的信號數據進行解壓縮的裝置，包括:獲取模塊，獲取壓縮的信號數據；塊長度和指數獲取模塊，被配置為從所述壓縮的信號數據中獲取數據塊的塊長度和指數；尾數序列獲取模塊，被配置為根據所述數據塊的塊長度和指數獲取所述數據塊的尾數序列；信號數據恢復模塊，被配置為利用所述尾數序列和指數恢復對應於所述數據塊的原始信號數據。
[0014]根據本發明實施例的信號數據壓縮的方法通過構造與信號數據的動態特徵相適應的變長的數據塊，使得信號數據的壓縮具有魯棒性，從而提高了信號數據的壓縮率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]結合附圖，通過參考下列詳細的示例性實施例的描述，將會更好地理解本發明本身、優選的實施方式以及本發明的目的和優點，其中:
[0016]圖1示出了適於用來實現本發明實施方式的示例性計算系統100的框圖；
[0017]圖2示出根據本發明實施例的基站信號收發系統的框圖；
[0018]圖3示出根據本發明實施例的信息採集和處理系統的框圖；
[0019]圖4示出根據本發明實施例對信號數據進行壓縮的方法；
[0020]圖5示出根據本發明的一個實施例確定將所述信號數據劃分為多個數據塊的塊長度和所述數據塊的指數的流程圖；
[0021]圖6示出根據本發明的又一個實施例確定將所述信號數據劃分為多個數據塊的塊長度序列和所述數據塊的指數的流程圖；
[0022]圖7示出根據本發明的實施例產生尾數序列和壓縮的數據塊的實例；
[0023]圖8示出根據本發明實施例對壓縮的信號數據進行解壓縮的方法；
[0024]圖9示出根據本發明的實施例對信號數據進行壓縮的裝置900 ;以及
[0025]圖10示出根據本發明的實施例對信號數據進行解壓縮的裝置1000。
【具體實施方式】
[0026]下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優選實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，並且能夠將本公開的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。
[0027]圖1示出了適於用來實現本發明實施方式的示例性計算系統200的框圖。如圖1所示，計算機系統100可以包括:CPU(中央處理單元)101、RAM(隨機存取存儲器)102、ROM(只讀存儲器)103、系統總線104、硬碟控制器105、鍵盤控制器106、串行接口控制器107、並行接口控制器108、顯示控制器109、硬碟110、鍵盤111、串行外部設備112、並行外部設備113和顯示器114。在這些設備中，與系統總線104耦合的有CPU 101、RAM 102、ROM103、硬碟控制器105、鍵盤控制器106、串行控制器107、並行控制器108和顯示控制器109。硬碟110與硬碟控制器105耦合，鍵盤111與鍵盤控制器106耦合，串行外部設備112與串行接口控制器107耦合，並行外部設備113與並行接口控制器108耦合，以及顯示器114與顯示控制器109耦合。應當理解，圖1所述的結構框圖僅僅是為了示例的目的，而不是對本發明範圍的限制。在某些情況下，可以根據具體情況增加或減少某些設備。
[0028]所屬【技術領域】的技術人員知道，本發明可以實現為系統、方法或電腦程式產品。因此，本公開可以具體實現為以下形式，即:可以是完全的硬體、也可以是完全的軟體(包括固件、駐留軟體、微代碼等)，還可以是硬體和軟體結合的形式，本文一般稱為「電路」、「模塊」或「系統」。此外，在一些實施例中，本發明還可以實現為在一個或多個計算機可讀介質中的電腦程式產品的形式，該計算機可讀介質中包含計算機可讀的程序代碼。
[0029]可以採用一個或多個計算機可讀的介質的任意組合。計算機可讀介質可以是計算機可讀信號介質或者計算機可讀存儲介質。計算機可讀存儲介質例如可以是一但不限於——電、磁、光、電磁、紅外線、或半導體的系統、裝置或器件，或者任意以上的組合。計算機可讀存儲介質的更具體的例子(非窮舉的列表)包括:具有一個或多個導線的電連接、可攜式計算機磁碟、硬碟、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦式可編程只讀存儲器(EPR0M或快閃記憶體)、光纖、可攜式緊湊磁碟只讀存儲器(CD-ROM)、光存儲器件、磁存儲器件、或者上述的任意合適的組合。在本文件中，計算機可讀存儲介質可以是任何包含或存儲程序的有形介質，該程序可以被指令執行系統、裝置或者器件使用或者與其結合使用。
[0030]計算機可讀的信號介質可以包括在基帶中或者作為載波一部分傳播的數據信號，其中承載了計算機可讀的程序代碼。這種傳播的數據信號可以採用多種形式，包括——但不限於——電磁信號、光信號或上述的任意合適的組合。計算機可讀的信號介質還可以是計算機可讀存儲介質以外的任何計算機可讀介質，該計算機可讀介質可以發送、傳播或者傳輸用於由指令執行系統、裝置或者器件使用或者與其結合使用的程序。
[0031]計算機可讀介質上包含的程序代碼可以用任何適當的介質傳輸，包括一但不限於一無線、電線、光纜、RF等等，或者上述的任意合適的組合。
[0032]可以以一種或多種程序設計語言或其組合來編寫用於執行本發明操作的電腦程式代碼，所述程序設計語言包括面向對象的程序設計語言一諸如Java、Smalltalk、C++，還包括常規的過程式程序設計語言一諸如」C」語言或類似的程序設計語言。程序代碼可以完全地在用戶計算機上執行、部分地在用戶計算機上執行、作為一個獨立的軟體包執行、部分在用戶計算機上部分在遠程計算機上執行、或者完全在遠程計算機或伺服器上執行。在涉及遠程計算機的情形中，遠程計算機可以通過任意種類的網絡一包括區域網(LAN)或廣域網(WAN)-連接到用戶計算機，或者，可以連接到外部計算機(例如利用網際網路服務提供商來通過網際網路連接)。
[0033]下面將參照本發明實施例的方法、裝置(系統)和電腦程式產品的流程圖和/或框圖描述本發明。應當理解，流程圖和/或框圖的每個方框以及流程圖和/或框圖中各方框的組合，都可以由電腦程式指令實現。這些電腦程式指令可以提供給通用計算機、專用計算機或其它可編程數據處理裝置的處理器，從而生產出一種機器，這些電腦程式指令通過計算機或其它可編程數據處理裝置執行，產生了實現流程圖和/或框圖中的方框中規定的功能/操作的裝置。
[0034]也可以把這些電腦程式指令存儲在能使得計算機或其它可編程數據處理裝置以特定方式工作的計算機可讀介質中，這樣，存儲在計算機可讀介質中的指令就產生出一個包括實現流程圖和/或框圖中的方框中規定的功能/操作的指令裝置(instructionmeans)的製造品(manufacture)。
[0035]也可以把電腦程式指令加載到計算機、其它可編程數據處理裝置、或其它設備上，使得在計算機、其它可編程數據處理裝置或其它設備上執行一系列操作步驟，以產生計算機實現的過程，從而使得在計算機或其它可編程裝置上執行的指令能夠提供實現流程圖和/或框圖中的方框中規定的功能/操作的過程。
[0036]圖2示出根據本發明實施例的基站信號收發系統的框圖，在上行鏈路，射頻遠程單元中的接收器從天線接收信號，經過模數變換器轉換為信號數據，由壓縮器對信號數據進行壓縮，通過數據傳輸鏈路發送給基帶處理單元，基帶處理單元的解壓器對壓縮的信號數據進行解壓縮，解壓縮後的信號數據發送給後續的基帶處理模塊。在下行鏈路，基帶處理單元中的基帶處理模塊將基帶信號發送給壓縮器，由壓縮器對基帶信號進行壓縮，通過數據傳輸鏈路發送給射頻遠程單元，射頻遠程單元中的解壓器對接收的壓縮信號數據進行解壓，將解壓的信號數據發送至數模變換器轉化為無線信號，並通過發送器發送出去。根據本發明實施例的對信號數據進行壓縮的方法可以在射頻遠程單元和基帶處理單元中的壓縮器中實現，根據本發明實施例的對壓縮的信號數據進行解壓縮的方法可以在射頻遠程單元中的解壓器中實現，也可以在基帶處理單元中的解壓器中實現。
[0037]圖3示出根據本發明實施例的信息採集和處理系統框圖，傳感器子系統採集的信號通過模數變換器轉變為信號數據，壓縮器對信號數據進行壓縮，通過存儲通道或者通信信道發送至存儲設備，由解壓器對存儲設備中壓縮的信號數據進行解壓，將解壓的信號數據傳遞給信號處理器進行處理。根據本發明實施例的對信號數據進行壓縮的方法可以在壓縮器中實現，根據本發明實施例的對壓縮的信號數據進行解壓縮的方法可以在解壓器中實現。
[0038]圖4示出根據本發明實施例對信號數據進行壓縮的方法，包括:在步驟S401，獲取信號數據；在步驟S402，確定將所述信號數據劃分為多個數據塊的塊長度和所述數據塊的指數；在步驟S403，利用所述指數對所述數據塊包含的信號數據進行壓縮，以形成所述數據塊的尾數序列；在步驟S404，由所述數據塊的塊長度、指數以及尾數序列形成壓縮的數據塊。
[0039]步驟S401獲取的信號數據是由模數變換器轉換產生的，並預先存儲在緩存器中。
[0040]圖5示出根據本發明的一個實施例確定將所述信號數據劃分為多個數據塊的塊長度和所述數據塊的指數的流程圖。
[0041]在步驟S501，輸入N個連續的信號數據及參數m，其中m是能夠被N整除的任意整數。
[0042]在步驟S502，將N個信號數據按次序劃分為N/m個大小為m的數據塊B1, B2,,Bk。
[0043]在步驟S503，根據所述數據塊包含的信號數據的指數計算所述數據塊的指數，其中E(B)被定義為數據塊B的指數，
[0044]聊=^辦))，
J '[0045]其中e (dj)表示信號數據4的指數，指數e ((Ij)被定義為從信號數據七的符號位的下一位開始向右計數與符號位數值相同的連續位數。
[0046]在步驟S504,計算相鄰的每兩個數據塊的合併增益G(Merging Gain),具體地,根據相鄰兩個數據塊的指數、塊長度標記的位數、指數的標記位數和塊長度計算相鄰兩個數據塊的合併增益，首先，分別計算相鄰兩個數據塊Bi和Bi+1的壓縮量V (Bi)和v(Bi+1)，然後，計算相鄰兩個數據塊Bi和&+1合併後生成的新數據塊的壓縮量V (Bi U Bi+1)，相鄰兩個數據塊&和Bi+1的合併增益為Gi,i+1 = V (Bi U Bi+1) -(v (Bi) +V (Bi+1))。對於給定的數據塊B，壓縮量V (B)的計算方法如下:v(B) =E(B).IB I _TokenSize〈 IB I >_TokenSize〈E (B) >,其中 |B| 表示數據塊B的塊長度，即包含的信號數據個數，其中TokenSizK | B | >表示數據塊B的長度標記的位數，TokenSize〈E⑶ > 表示數據塊B的指數E⑶的標記位數，例如預先規定用3位二進位數來表示數據塊B的長度標記和指數標記,則TokenSize〈 | B | >和TokenSize〈E (B) >均為3。
[0047]在步驟S505，對每個相鄰兩個數據塊的合併增益進行比較，以獲得最大合併增益。在步驟S506，判斷最大合併增益是否大於0，如果判斷結果為是，則在步驟S507，將最大合併增益對應的相鄰兩個數據塊進行合併，並返回步驟S504，如果判斷結果為否，即最大合併增益小於或等於0，則在步驟S508，根據最後的合併結果確定將信號數據劃分為數據塊的塊長度。例如對於32個信號數據，最後合併結果為8，4，6，4，2，8，表明32個信號數據被依次劃分為6個數據塊，其中第一個數據塊的塊長度為8，即包含8個信號數據，第二個數據塊包含4個信號數據，以此類推。
[0048]圖6示出根據本發明又一個實施例確定將所述信號數據劃分為多個數據塊的塊長度和所述數據塊的指數的流程圖。在步驟S601，輸入N個連續的信號數據& ;在步驟S602，計算N個連續的信號數據Clj的指數eWp，j = 1....1其中指數6(4)被定義為從信號數據4的符號位的下一位開始向右計數與符號位數值相同的連續位數，在步驟S603，將I賦給j ;在步驟S604，比較相鄰兩個信號數據的指數eWp和e(dj+1)，如果Ie(Clj)e (dJ+1) I≤給定閾值，則將相鄰兩個信號數據dj和dH合併；在步驟S605，j = j+1 ;在步驟S606，判斷j是否等於N，如果判斷結果為否，則步驟返回至S604 ;如果判斷結果為是，則在步驟S607，根據最後的合併結果確定將所述信號數據劃分的多個數據塊的塊長度和所述數據塊的指數，數據塊E(B)被定義為數據塊B的指數。
[0049]
【權利要求】
1.一種對信號數據進行壓縮的方法，包括: 獲取信號數據； 確定將所述信號數據劃分為多個數據塊的塊長度和所述數據塊的指數； 利用所述數據塊的指數對所述數據塊包含的信號數據進行壓縮，以形成所述數據塊的尾數序列；以及 由所述數據塊的塊長度、指數以及尾數序列形成壓縮的數據塊。
2.根據權利要求1所述的方法，其中確定將所述信號數據劃分為多個數據塊的塊長度和所述數據塊的指數包括: 1)將所述信號數據初始劃分為多個數據塊； 2)根據所述數據塊包含的信號數據的指數計算所述數據塊的指數，其中E(B)被定義為數據塊B的指數，
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中利用所述數據塊的指數對所述數據塊包含的信號數據進行壓縮，以形成所述數據塊的尾數序列包括:將所述數據塊包含的信號數據從符號位的下一位開始壓縮，其中所述信號數據被壓縮的位數由所述數據塊的指數確定，壓縮後的數據塊形成數據塊的尾數序列。
4.根據權利要求3所述的方法，其中由所述數據塊的塊長度、指數以及尾數序列形成壓縮的數據塊包括: 將所述數據塊的塊長度按照預定位數生成塊長度標記； 將所述數據塊的指數按照預定位數生成指數標記； 將所述塊長度標記、指數標記以及尾數序列按照從高位到低位的順序組合為壓縮的數據塊。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述塊長度標記是按照預定位數對所述數據塊的塊長度進行的二進位編碼，指數標記是按照預定位數對所述數據塊的指數進行的二進位編碼。
6.一種對壓縮的信號數據進行解壓縮的方法，包括: 獲取壓縮的信號數據； 從所述壓縮的信號數據中獲取數據塊的塊長度和指數；根據所述數據塊的塊長度和指數獲取所述數據塊的尾數序列； 利用所述尾數序列和指數恢復對應於所述數據塊的原始信號數據。
7.根據權利要求6所述的方法，其中從所述壓縮的信號數據中獲取數據塊的塊長度和指數包括: 從所述壓縮的信號數據中按照預定位數提取長度標記和指數標記； 將所述長度標記轉化為數據塊的塊長度； 將所述指數標記轉化為數據塊的指數。
8.根據權利要求7所述的方法，其中根據所述數據塊的塊長度和指數獲取所述數據塊的尾數序列包括: 根據所述指數確定所述數據塊包含的每個信號數據被壓縮的位數；根據所述數據塊的塊長度和所述數據塊被壓縮的位數確定尾數序列的長度； 根據尾數序列的長度從所述壓縮的信號數據中獲取尾數序列。
9.一種對信號數據進行壓縮的裝置，包括: 獲取模塊，被配置為獲取信號數據； 塊長度和指數確定模塊，被配置為確定將所述信號數據劃分為多個數據塊的塊長度和所述數據塊的指數； 尾數序列產生模塊，被配置為利用所述數據塊的指數對所述數據塊包含的信號數據進行壓縮以形成所述數據塊的尾數序列；以及 壓縮數據塊產生模塊，被配置為由所述數據塊的塊長度、指數以及尾數序列形成壓縮的數據塊。
10.根據權利要求9所述的裝置，其中塊長度和指數確定模塊包括:初始數據塊劃分模塊，被配置為將所述信號數據初始劃分為多個數據塊； 指數計算模塊，被配置為根據所述數據塊包含的信號數據的指數計算所述數據塊的指數，其中E(B)被定義為數據塊B的指數，
11.根據權利要求9或10所述的裝置，其中尾數序列產生模塊被配置為:將所述數據塊包含的信號數據從符號位的下一位開始壓縮，其中所述信號數據被壓縮的位數由所述數據塊的指數確定，壓縮後的數據塊形成數據塊的尾數序列。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中壓縮數據塊產生模塊被配置為: 將所述數據塊的塊長度按照預定位數生成塊長度標記； 將所述數據塊的指數按照預定位數生成指數標記； 將所述塊長度標記、指數標記以及尾數序列按照從高位到低位的順序組合為壓縮的數據塊。
13.根據權利要求12所述的裝置，其中所述塊長度標記是按照預定位數對所述數據塊的塊長度進行的二進位編碼，指數標記是按照預定位數對所述數據塊的指數進行的二進位編碼。
14.一種對壓縮的信號數據進行解壓縮的裝置，包括: 獲取模塊，獲取壓縮的信號數據； 塊長度和指數獲取模塊，被配置為從所述壓縮的信號數據中獲取數據塊的塊長度和指數； 尾數序列獲取模塊，被配置為根據所述數據塊的塊長度和指數獲取所述數據塊的尾數序列； 信號數據恢復模塊，被配置為利 用所述尾數序列和指數恢復對應於所述數據塊的原始信號數據。
15.根據權利要求14所述的裝置，其中塊長度和指數獲取模塊被配置為: 從所述壓縮的信號數據中按照預定位數提取長度標記和指數標記； 將所述長度標記轉化為數據塊的塊長度； 將所述指數標記轉化為數據塊的指數。
16.根據權利要求15所述的裝置，其中尾數序列獲取模塊被配置為: 根據所述指數確定所述數據塊包含的每個信號數據被壓縮的位數； 根據所述數據塊的塊長度和所述數據塊被壓縮的位數確定尾數序列的長度； 根據尾數序列的長度從所述壓縮的信號數據中獲取尾數序列。
【文檔編號】H04W28/06GK103458460SQ201210177519
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月31日 優先權日:2012年5月31日
【發明者】李明強, 林詠華, 王青, 程鑫豪, 薛超, 祝超, 閻蓉, 佔海 申請人:國際商業機器公司