通信調制信號的壓縮及解壓方法
【專利摘要】本發明公開了一種通信調制信號的壓縮解壓方法，主要解決現有壓縮解壓方法針對通信調制信號壓縮比不高、通用性不好的問題。其實現方案是：1.將若干個通信調制信號的采樣組成數據幀，計算數據幀中數據的絕對值；2.設定一個參考數據為閾值，對絕對值按照相對于參考數據的大小分為兩類并按類重組；3.對小于參考數據的數據類直接進行編碼，對大于等于參考數據的數據類先，計算其與參考數據之差，再對差值進行編碼；4.對編碼結果封裝成幀進行傳輸；5.對接收幀解封并解碼，用解碼得到參考數據和兩類數據重構數據幀并輸出。本發明有效地解決了現有技術依賴于相鄰信號間相關性的問題，提高了壓縮效率，并具備較好的通用性。
【專利說明】通信調制信號的壓縮及解壓方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于通信【技術領域】，特別涉及一種壓縮方法和解壓方法，可用于通信調制 信號的壓縮編碼和存儲傳輸。

【背景技術】
[0002] 隨著通信業務類型和業務量的日益增長，通信網絡中需要進行傳輸的數據量急劇 增加，因而需要更多昂貴的信道資源和存儲空間，大大提高了通信系統的復雜度和成本，因 此首先需要對所要傳輸的信號或數據進行壓縮編碼，減少數據量，然后再進行傳輸，提高傳 輸效率。
[0003] 現有壓縮解壓方法主要針對語音和視頻等對媒體信號，這些多媒體信號自身具有 高度的相關性并具有較好的數學和物理模型，因而具有較好的壓縮編碼方法。然而通信調 制信號大都不具備較好的相關特性，也不存在有利于進行壓縮編碼的數學和物理模型，通 信調制信號的壓縮編碼具有較大的挑戰性，成為相關研究的關鍵技術之一。因而近年來，在 通信領域，尤其是移動通信領域，通信調制信號的壓縮編碼已成為相關領域重要的研究內 容。
[0004] 現有的壓縮方法，是通過子集分離單元將輸入的一幀原始數據分解成第一和第二 兩個子集；估計單元利用第一子集數據估計第二子集數據，然后第二子集減去得到的第二 子集的估值得到一組誤差數據。第一子集數據經過一個導數編碼單元處理得到子集尾數和 子集指數送給格式化模塊，而誤差數據經過另一個導數編碼單元處理得到誤差尾數和誤差 指數也送給格式化模塊；同時兩個上述導數編碼單元還輸出反映第一子集編碼信息的子集 導數及子集Huffman表，以及反映誤差數據編碼信息的誤差導數及誤差Huffman表，這些導 數信息決定了表示一組浮點數據需要的最少存儲量。頭信息編碼單元將接收到的子集導數 及子集Huffman表、誤差導數及誤差Huffman表和來自反映編碼單元編碼設置的編碼參數 組合成頭信息交給格式化模塊；壓縮數據格式化模塊將接收的頭信息、子集尾數和子集指 數以及誤差尾數和誤差指數按照一定的格式組合成編碼數據幀，形成壓縮數據輸出。
[0005] 現有的解壓方法，壓縮數據分析模塊將接收到的壓縮數據幀分解成頭信息、子集 尾數和子集指數以及誤差尾數和誤差指數；頭信息解碼單元將收到的頭信息分離成子集導 數及子集Huffman表、誤差導數及誤差Huffman表；兩個集成解碼單元中，一個利用子集導 數及子集Huffman表將子集尾數和子集指數重構成第一子集數據，而一個利用誤差導數及 誤差Huffman表將誤差尾數和誤差指數重構成誤差數據；估計單元根據解碼得到的第一子 集數據估算出第二子集數據，并將其與誤差數據相加，得到第二子集數據，最后第二子集數 據與第一子集數據通過子集結合單元處理得到重構數據輸出。
[0006] 上述現有技術利用相鄰數據之間的相關性進行數據壓縮和編碼，這要求相鄰數據 之間要有較好的連續性和相關性。然而，通信調制信號相鄰信號之間隨機性較強，而且不具 備較好的相關性或短時平穩特性，因而現有技術不能對其進行有效的壓縮編碼，導致壓縮 比低、信道利用率不高。


【發明內容】

[0007] 針對上述問題，本發明的目的是提供一種通信調制信號的壓縮解壓方法，以減小 對相鄰數據之間要有較好的連續性和相關性要求，提高壓縮比和編碼效率，進而提高信道 利用率。
[0008] 實現本發明目的的技術方案是：將原始信號進行分幀處理，再將分幀信號的絕對 值按照設定的參考數據進行分類重組，然后針對不同分類進行不同的編碼。具體步驟包括 如下：
[0009] 本發明的技術方案是這樣實現的：
[0010] 技術方案一：
[0011] 一種通信調制信號的壓縮方法，包括如下步驟：
[0012] (1)數據處理步驟：
[0013] (la)按照設定幀長L，將L個通信調制信號的采樣數據組成數據幀Dx，提取數據幀 Dx中每個數據的符號組成符號位Sn，并計算數據幀Dx中每個數據的絕對值得到絕對值幀 Da ；
[0014] (lb)設定一個參考數據Dr，將絕對值幀Da中小于參考數據的絕對值標定為0類 數據，大于等于參考數據的絕對值標定為1類數據，同時得到分類信息C ;
[0015] (lc)將所有0類數據組合在一起得到0類數據D0,將所有1類數據組合在一起得 到1類數據D1，從1類數據D1的絕對值中減掉參考數據Dr得到1類數據差值D2 ;
[0016] (2)編碼步驟：
[0017] (2a)對參考數據Dr進行編碼得到參考數據碼字Cr ;
[0018] (2b)對0類數據DO進行編碼得到0類數據碼字C0 ;
[0019] (2c)對1類數據差值D2進行編碼得到1類數據差值碼字Cl。
[0020] (3)幀封裝步驟：
[0021 ] 將幀長L、符號位Sn、分類信息C、參考數據碼字Cr，0類數據碼字⑶、1類數據差值 碼字C1合并，組合成編碼幀Bs，并輸出到傳輸信道或存儲介質。
[0022] 作為優選，所述的設定一個參考數據Dr，按如下三種方式之一設定：
[0023] -是根據數據絕對值長時分布特性，將參考數據設置成絕對值的數學期望值；
[0024] 二是根據當前數據幀內絕對值短時分布特性，如果短時分布特性接近均勻分布， 則將參考數據設置為當前數據幀內最大絕對值的中值，否則，將參考數據設置為當前數據 幀內數據絕對值的平均值；
[0025] 三是將參考數據設定為能夠使得當前數據幀內小于和大于等于它的絕對值數量 比滿足設定比例的值。
[0026] 作為優選，所述的分類信息C，由L比特組成，每個比特按順序對應一個絕對值，分 別表示所對應絕對值的分類，即歸為〇類數據的絕對值對應的比特設置為〇,歸為1類數據 的絕對值對應的比特設置為1。
[0027] 技術方案二：
[0028] -種通信調制信號的解壓方法，包括：
[0029] 1)幀解封步驟：
[0030] 將來自傳輸信道或存儲介質的編碼幀Bs分解為幀長L、符號位Sn、分類信息C、參 考數據碼字Cr，0類數據碼字CO、1類數據差值碼字C1 ;
[0031] 2)解碼步驟：
[0032] 2a)對參考數據碼字Cr解碼，得到重構參考數據Dr ;
[0033] 2b)對0類數據碼字C0解碼，得到重構0類數據DO' ；
[0034] 2c)對1類數據差值碼字Cl解碼，得到重構1類數據差值D2。
[0035] 3)數據恢復步驟：
[0036] 3a)將重構參考數據Dr加到重構1類數據差值D2,得到重構1類數據D1 ;依據分 類信息C，將重構0類數據D0'和重構1類數據D1按照壓縮之前的順序進行組合，得到重構 數據絕對值幀Da' ；
[0037] 3b)在重構數據絕對值幀Da'上加上對應的符號位Sn，得到重構數據幀Dx'，并輸 出。
[0038] 本發明具有如下優點：
[0039] 通信調制信號的特點是信號隨機性較強，鄰近信號之間相關性較差、而且還經常 出現信號突變的情況。現有技術能夠對信號進行有效壓縮的條件是要求被壓縮信號具有短 時平穩和鄰近信號之間具有較強的相關性，而通信調制信號并不具備這些特性，所以現有 壓縮技術用于通信調制信號的壓縮，壓縮比很低。
[0040] 本發明所公開的壓縮方法，是將若干個通信調制信號采樣值組成數據幀，將數據 幀絕對值用一個參考數據將其分成兩類數據，然后把原來互相交織的兩類數據絕對值按類 別分別重新組合在一起；這樣就把幅度相近的絕對值分別組合在一起，可以充分利用數據 幀絕對值幅度分段分布特性，同時也人為的增加了兩類數據中數據之間的相關性；正因為 如此，本發明所公開的壓縮方法不再依賴于待壓縮信號鄰近信號間的相關性，因而能夠有 效提高壓縮比和編碼效率，進而有利于提高信道傳輸效率和存儲效率。同時也使得本發明 所公開的壓縮方法具有較好的通用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041] 圖1本發明中的壓縮流程圖；
[0042] 圖2本發明中的壓縮子流程圖；
[0043] 圖3本發明中的解壓流程圖；
[0044] 圖4本發明中的原始數據幀示意圖；
[0045] 圖5本發明中的數據格式示意圖；
[0046] 圖6本發明中的絕對值幀示意圖；
[0047] 圖7本發明中的分類數據幀示意圖。

【具體實施方式】
[0048] 以下結合附圖，對本發明做進一步詳細描述。
[0049] 參照圖1，本發明的具體實施步驟如下：
[0050] 在3G/4G移動通信系統中，為了降低基站成本，采用分布式基站和數據拉遠技術， 把通信數據管理控制部分與需要安裝在較偏遠地區的射頻部分分開，中間用光纖連接來傳 輸通信調制信號。本發明所公開的壓縮解壓方法就可以用來對分布式基站光纖傳輸的通信 調制信號進行壓縮解壓，以提高光纖傳輸效率，從而提高分布式基站的通信吞吐率。
[0051] 步驟1，接收由L個通信調制信號的采樣數據組成的原始數據幀Dx，提取數據幀中 每個數據的符號S，并將其組合在一起得到符號位Sn。
[0052] 如圖4所示，原始數據幀Dx是由L個通信調制信號的采樣數據組成，L為大于0的 整數，所述的采樣數據包括但不限制于下面二種數據：時域數據、頻域數據；
[0053] 如圖5所示，每個通信調制信號的采樣數據用一個二進制補碼數據表達。二進制 補碼數據由符號S、符號擴展Se和有效數據D組成，其中符號S用1比特、符號擴展Se用m 比特、有效數據D用η比特，二進制補碼數據位寬W = l+m+η比特；通常W為8的整數倍；
[0054] 由如圖4所示的數據幀中L個數據符號S組成符號位Sn。
[0055] 步驟2,計算原始數據巾貞Dx中L個數據的絕對值，并組合在一起得到絕對值巾貞Da。
[0056] 參見圖6,絕對值幀Da中每個絕對值由Z和D兩部分組成，其中Z表示由0組成的 比特位，這部分不攜帶數據信息，D表示有效比特位，這部分是有用數據。
[0057] 步驟3，設置參考數據Dr。
[0058] 所述參考數據Dr，它的設定有多種方法，以下給出三種但不局限于這三種：
[0059] -是根據數據絕對值長時分布特性，將參考數據設置成絕對值的數學期望值；
[0060] 二是根據當前數據幀內絕對值短時分布特性，如果短時分布特性接近均勻分布， 則將參考數據設置為當前數據幀內最大絕對值的中值，否則，將參考數據設置為當前數據 幀內數據絕對值的平均值；
[0061] 三是將參考數據設定為能夠使得當前數據幀內小于和大于等于它的絕對值的數 量比滿足設定比例的值。
[0062] 本實例采用第二種方法。
[0063] 步驟4,以參考數據Dr作為閾值，將絕對值幀Da中所有絕對值分為兩類。
[0064] 將絕對值幀Da中的絕對值與參考數據Dr進行比較，如果絕對值幀Da中的絕對值 小于Dr，就將其標定為0類數據，否則標定為1類數據，同時得到分類信息C，如圖6所示。 [0065] 所述分類信息C，它由L比特組成，每個比特按順序對應一個絕對值，分別表示所 對應絕對值的分類，即歸為0類數據的絕對值對應的比特設置為0,歸為1類數據的絕對值 對應的比特設置為1。
[0066] 步驟5,分類數據重組。
[0067] 將標定為0類數據的絕對值組合在一起形成0類數據D0 ;
[0068] 將標定為1類數據的絕對值組合在一起形成1類數據D1，然后從1類數據D1的絕 對值中減掉參考數據Dr得到1類數據差值D2,如圖7所示。
[0069] 其中1類數據差值D2中的R表示各絕對值與參考數據Dr的差值。
[0070] 步驟6,編碼步驟。
[0071] 參照圖2,本步驟的具體實現如下：
[0072] ^a)對參考數據Dr進行編碼，得到參考數據碼字Cr
[0073] 參考數據Dr的編碼，米用無失真編碼方法，如Huffman編碼或算術編碼等摘編碼 方法，或采用LZW等字典編碼方法，也可以采用其它無失真編碼方法；
[0074] (6b)對0類數據D0進行編碼，得到0類數據碼字C0
[0075] 對0類數據DO進行編碼要考慮實際應用的兩種情況，一種情況是整個壓縮解壓過 程不允許產生失真，另一種情況是整個壓縮解壓過程允許產生一定失真；
[0076] 針對不允許產生失真的情況，0類數據D0的編碼采用無失真編碼方法，例如 Huffman編碼或算術編碼熵編碼方法、LZW等字典編碼方法；
[0077] 針對允許產生失真的情況，0類數據D0的編碼就采用有失真編碼方法，例如均勻 量化編碼方法、Lloyd-Max非均勻量化編碼方法、矢量量化編碼方法等；
[0078] (6c)對1類數據差值D2進行編碼，得到1類數據差值碼字C1
[0079] 1類數據差值D2采用無失真編碼方法，如Huffman編碼或算術編碼等熵編碼方法， 或采用LZW等字典編碼方法，也可以采用其它無失真編碼方法。
[0080] 步驟7,幀封裝。
[0081] 將幀長L、符號位Sn、分類信息C、參考數據碼字Cr，0類數據碼字⑶、1類數據差值 碼字C1合并，組合成編碼幀Bs，并輸出到傳輸信道或存儲介質。
[0082] 參照圖3,本發明的解壓步驟如下：
[0083] 步驟一，幀解封。
[0084] 將來自傳輸信道或存儲介質的編碼幀Bs分解為幀長L、符號位Sn、分類信息C、參 考數據碼字Cr，0類數據碼字CO、1類數據差值碼字C1 ;
[0085] 步驟二，對參考數據碼字Cr解碼得到重構參考數據Dr :
[0086] 本步驟的解碼按照與壓縮過程中步驟^a)編碼對應的方法進行。
[0087] 步驟三，對0類數據碼字C0解碼得到重構0類數據D0' ：
[0088] 本步驟的解碼按照與壓縮過程中步驟^b)編碼對應的方法進行。
[0089] 步驟四，對1類數據差值碼字C1解碼得到重構1類數據差值D2 :
[0090] 本步驟的解碼按照與壓縮過程中步驟^c)編碼對應的方法進行。
[0091] 步驟五，數據恢復。
[0092] 將重構參考數據Dr加到重構1類數據差值D2,得到重構1類數據D1 ;依據分類信 息C，將重構0類數據D0'與重構1類數據D1按照壓縮之前的順序進行組合，得到重構絕對 值幀Da'。
[0093] 步驟六，在重構絕對值幀Da'上加上對應的符號位Sn，得到重構數據幀Dx'，并輸 出。
[0094] 上述通信調制信號的壓縮解壓方法中，根據實際應用的不同，支持無失真壓縮和 有失真壓縮兩種應用。
[〇〇95] 本發明所公開的是一種通信調制信號的壓縮解壓方法，不僅能夠對通信調制信號 進行有效的壓縮編碼，同樣也能夠對相關性不強的信號和非平穩隨機信號進行有效壓縮。 [〇〇96] 以上描述僅是本發明的一個具體實例，并不構成對本發明的任何限制。顯然對于 本領域的專業人員來說，在了解了本
【發明內容】
和原理后，都可能在不背離本發明原理、結構 的情況下，進行形式和細節上的各種修正和改變，但是這些基于本發明思想的修正和改變 仍在本發明的權利要求保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種通信調制信號的壓縮方法，包括： (1) 數據處理步驟： (la) 按照設定幀長L，將L個通信調制信號的采樣數據組成數據幀Dx，提取數據幀 Dx中每個數據的符號組成符號位Sn，并計算數據幀Dx中每個數據的絕對值得到絕對值幀 Da ； (lb) 設定一個參考數據Dr，將絕對值幀Da中小于參考數據的絕對值標定為0類數據， 大于等于參考數據的絕對值標定為1類數據，同時得到分類信息C ; (lc) 將所有0類數據組合在一起得到0類數據D0,將所有1類數據組合在一起得到1 類數據D1，從1類數據D1的絕對值中減掉參考數據Dr得到1類數據差值D2 ; (2) 編碼步驟： (2a)對參考數據Dr進行編碼得到參考數據碼字Cr ; (2b)對0類數據DO進行編碼得到0類數據碼字CO ; (2c)對1類數據差值D2進行編碼得到1類數據差值碼字Cl。 (3) 幀封裝步驟： 將幀長L、符號位Sn、分類信息C、參考數據碼字Cr，0類數據碼字CO、1類數據差值碼字 C1合并，組合成編碼幀Bs，并輸出到傳輸信道或存儲介質。
2. 根據權利要求1所述的通信調制信號的壓縮方法，其中步驟（lb)所述的設定一個參 考數據Dr，按如下三種方式之一設定： 一是根據數據絕對值長時分布特性，將參考數據設置成絕對值的數學期望值； 二是根據當前數據幀內絕對值短時分布特性，如果短時分布特性接近均勻分布，則將 參考數據設置為當前數據幀內最大絕對值的中值，否則，將參考數據設置為當前數據幀內 數據絕對值的平均值； 三是將參考數據設定為能夠使得當前數據幀內小于和大于等于它的絕對值數量比滿 足設定比例的值。
3. 根據權利要求1所述的通信調制信號的壓縮方法，其中步驟（lb)所述的分類信息 C，由L比特組成，每個比特按順序對應一個絕對值，分別表示所對應絕對值的分類，即歸為 〇類數據的絕對值對應的比特設置為〇,歸為1類數據的絕對值對應的比特設置為1。
4. 一種通信調制信號的解壓方法，包括： 1) 幀解封步驟 將來自傳輸信道或存儲介質的編碼幀Bs分解為幀長L、符號位Sn、分類信息C、參考數 據碼字Cr，0類數據碼字CO、1類數據差值碼字C1 ; 2) 解碼步驟 2a)對參考數據碼字Cr解碼得到重構參考數據Dr ; 2b)對0類數據碼字C0解碼得到重構0類數據DO' ； 2c)對1類數據差值碼字Cl解碼得到重構1類數據差值D2。 3) 數據恢復步驟 3a)將重構參考數據Dr加到重構1類數據差值D2,得到重構1類數據D1 ;依據分類信 息C，將重構0類數據D0'和重構1類數據D1按照壓縮之前的順序進行組合，得到重構數據 絕對值巾貞Da' ； 3b)在重構數據絕對值幀Da'上加上對應的符號位Sn，得到重構數據幀Dx'，并輸出。
【文檔編號】H04L1/00GK104113394SQ201410366597
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】馬詩洋, 馬鴻飛 申請人:西安電子科技大學