CN104113394B - 通信调制信号的压缩及解压方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信调制信号的压缩解压方法，主要解决现有压缩解压方法针对通信调制信号压缩比不高、通用性不好的问题。其实现方案是：1.将若干个通信调制信号的采样组成数据帧，计算数据帧中数据的绝对值；2.设定一个参考数据为阈值，对绝对值按照相对于参考数据的大小分为两类并按类重组；3.对小于参考数据的数据类直接进行编码，对大于等于参考数据的数据类先，计算其与参考数据之差，再对差值进行编码；4.对编码结果封装成帧进行传输；5.对接收帧解封并解码，用解码得到参考数据和两类数据重构数据帧并输出。本发明有效地解决了现有技术依赖于相邻信号间相关性的问题，提高了压缩效率，并具备较好的通用性。

Description

通信调制信号的压缩及解压方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种压缩方法和解压方法，可用于通信调制信号的压缩编码和存储传输。

背景技术

随着通信业务类型和业务量的日益增长，通信网络中需要进行传输的数据量急剧增加，因而需要更多昂贵的信道资源和存储空间，大大提高了通信***的复杂度和成本，因此首先需要对所要传输的信号或数据进行压缩编码，减少数据量，然后再进行传输，提高传输效率。

现有压缩解压方法主要针对语音和视频等对媒体信号，这些多媒体信号自身具有高度的相关性并具有较好的数学和物理模型，因而具有较好的压缩编码方法。然而通信调制信号大都不具备较好的相关特性，也不存在有利于进行压缩编码的数学和物理模型，通信调制信号的压缩编码具有较大的挑战性，成为相关研究的关键技术之一。因而近年来，在通信领域，尤其是移动通信领域，通信调制信号的压缩编码已成为相关领域重要的研究内容。

现有的压缩方法，是通过子集分离单元将输入的一帧原始数据分解成第一和第二两个子集；估计单元利用第一子集数据估计第二子集数据，然后第二子集减去得到的第二子集的估值得到一组误差数据。第一子集数据经过一个导数编码单元处理得到子集尾数和子集指数送给格式化模块，而误差数据经过另一个导数编码单元处理得到误差尾数和误差指数也送给格式化模块；同时两个上述导数编码单元还输出反映第一子集编码信息的子集导数及子集Huffman表，以及反映误差数据编码信息的误差导数及误差Huffman表，这些导数信息决定了表示一组浮点数据需要的最少存储量。头信息编码单元将接收到的子集导数及子集Huffman表、误差导数及误差Huffman表和来自反映编码单元编码设置的编码参数组合成头信息交给格式化模块；压缩数据格式化模块将接收的头信息、子集尾数和子集指数以及误差尾数和误差指数按照一定的格式组合成编码数据帧，形成压缩数据输出。

现有的解压方法，压缩数据分析模块将接收到的压缩数据帧分解成头信息、子集尾数和子集指数以及误差尾数和误差指数；头信息解码单元将收到的头信息分离成子集导数及子集Huffman表、误差导数及误差Huffman表；两个集成解码单元中，一个利用子集导数及子集Huffman表将子集尾数和子集指数重构成第一子集数据，而一个利用误差导数及误差Huffman表将误差尾数和误差指数重构成误差数据；估计单元根据解码得到的第一子集数据估算出第二子集数据，并将其与误差数据相加，得到第二子集数据，最后第二子集数据与第一子集数据通过子集结合单元处理得到重构数据输出。

上述现有技术利用相邻数据之间的相关性进行数据压缩和编码，这要求相邻数据之间要有较好的连续性和相关性。然而，通信调制信号相邻信号之间随机性较强，而且不具备较好的相关性或短时平稳特性，因而现有技术不能对其进行有效的压缩编码，导致压缩比低、信道利用率不高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种通信调制信号的压缩解压方法，以减小对相邻数据之间要有较好的连续性和相关性要求，提高压缩比和编码效率，进而提高信道利用率。

实现本发明目的的技术方案是：将原始信号进行分帧处理，再将分帧信号的绝对值按照设定的参考数据进行分类重组，然后针对不同分类进行不同的编码。具体步骤包括如下：

本发明的技术方案是这样实现的：

技术方案一：

一种通信调制信号的压缩方法，包括如下步骤：

(1)数据处理步骤：

(1a)按照设定帧长L，将L个通信调制信号的采样数据组成数据帧Dx，提取数据帧Dx中每个数据的符号组成符号位Sn，并计算数据帧Dx中每个数据的绝对值得到绝对值帧Da；

(1b)设定一个参考数据Dr，将绝对值帧Da中小于参考数据的绝对值标定为0类数据，大于等于参考数据的绝对值标定为1类数据，同时得到分类信息C；

(1c)将所有0类数据组合在一起得到0类数据D0，将所有1类数据组合在一起得到1类数据D1，从1类数据D1的绝对值中减掉参考数据Dr得到1类数据差值D2；

(2)编码步骤：

(2a)对参考数据Dr进行编码得到参考数据码字Cr；

(2b)对0类数据D0进行编码得到0类数据码字C0；

(2c)对1类数据差值D2进行编码得到1类数据差值码字C1。

(3)帧封装步骤：

将帧长L、符号位Sn、分类信息C、参考数据码字Cr，0类数据码字C0、1类数据差值码字C1合并，组合成编码帧Bs，并输出到传输信道或存储介质。

作为优选，所述的设定一个参考数据Dr，按如下三种方式之一设定：

一是根据数据绝对值长时分布特性，将参考数据设置成绝对值的数学期望值；

二是根据当前数据帧内绝对值短时分布特性，如果短时分布特性接近均匀分布，则将参考数据设置为当前数据帧内最大绝对值的中值，否则，将参考数据设置为当前数据帧内数据绝对值的平均值；

三是将参考数据设定为能够使得当前数据帧内小于和大于等于它的绝对值数量比满足设定比例的值。

作为优选，所述的分类信息C，由L比特组成，每个比特按顺序对应一个绝对值，分别表示所对应绝对值的分类，即归为0类数据的绝对值对应的比特设置为0，归为1类数据的绝对值对应的比特设置为1。

技术方案二：

一种通信调制信号的解压方法，包括：

1)帧解封步骤：

将来自传输信道或存储介质的编码帧Bs分解为帧长L、符号位Sn、分类信息C、参考数据码字Cr，0类数据码字C0、1类数据差值码字C1；

2)解码步骤：

2a)对参考数据码字Cr解码，得到重构参考数据Dr；

2b)对0类数据码字C0解码，得到重构0类数据D0’；

2c)对1类数据差值码字C1解码，得到重构1类数据差值D2。

3)数据恢复步骤：

3a)将重构参考数据Dr加到重构1类数据差值D2，得到重构1类数据D1；依据分类信息C，将重构0类数据D0’和重构1类数据D1按照压缩之前的顺序进行组合，得到重构数据绝对值帧Da’；

3b)在重构数据绝对值帧Da’上加上对应的符号位Sn，得到重构数据帧Dx’，并输出。

本发明具有如下优点：

通信调制信号的特点是信号随机性较强，邻近信号之间相关性较差、而且还经常出现信号突变的情况。现有技术能够对信号进行有效压缩的条件是要求被压缩信号具有短时平稳和邻近信号之间具有较强的相关性，而通信调制信号并不具备这些特性，所以现有压缩技术用于通信调制信号的压缩，压缩比很低。

本发明所公开的压缩方法，是将若干个通信调制信号采样值组成数据帧，将数据帧绝对值用一个参考数据将其分成两类数据，然后把原来互相交织的两类数据绝对值按类别分别重新组合在一起；这样就把幅度相近的绝对值分别组合在一起，可以充分利用数据帧绝对值幅度分段分布特性，同时也人为的增加了两类数据中数据之间的相关性；正因为如此，本发明所公开的压缩方法不再依赖于待压缩信号邻近信号间的相关性，因而能够有效提高压缩比和编码效率，进而有利于提高信道传输效率和存储效率。同时也使得本发明所公开的压缩方法具有较好的通用性。

附图说明

图1本发明中的压缩流程图；

图2本发明中的压缩子流程图；

图3本发明中的解压流程图；

图4本发明中的原始数据帧示意图；

图5本发明中的数据格式示意图；

图6本发明中的绝对值帧示意图；

图7本发明中的分类数据帧示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明做进一步详细描述。

参照图1，本发明的具体实施步骤如下：

在3G/4G移动通信***中，为了降低基站成本，采用分布式基站和数据拉远技术，把通信数据管理控制部分与需要安装在较偏远地区的射频部分分开，中间用光纤连接来传输通信调制信号。本发明所公开的压缩解压方法就可以用来对分布式基站光纤传输的通信调制信号进行压缩解压，以提高光纤传输效率，从而提高分布式基站的通信吞吐率。

步骤1，接收由L个通信调制信号的采样数据组成的原始数据帧Dx，提取数据帧中每个数据的符号S，并将其组合在一起得到符号位Sn。

如图4所示，原始数据帧Dx是由L个通信调制信号的采样数据组成，L为大于0的整数，所述的采样数据包括但不限制于下面二种数据：时域数据、频域数据；

如图5所示，每个通信调制信号的采样数据用一个二进制补码数据表达。二进制补码数据由符号S、符号扩展Se和有效数据D组成，其中符号S用1比特、符号扩展Se用m比特、有效数据D用n比特，二进制补码数据位宽W＝1+m+n比特；通常W为8的整数倍；

由如图4所示的数据帧中L个数据符号S组成符号位Sn。

步骤2，计算原始数据帧Dx中L个数据的绝对值，并组合在一起得到绝对值帧Da。

参见图6，绝对值帧Da中每个绝对值由Z和D两部分组成，其中Z表示由0组成的比特位，这部分不携带数据信息，D表示有效比特位，这部分是有用数据。

步骤3，设置参考数据Dr。

所述参考数据Dr，它的设定有多种方法，以下给出三种但不局限于这三种：

一是根据数据绝对值长时分布特性，将参考数据设置成绝对值的数学期望值；

二是根据当前数据帧内绝对值短时分布特性，如果短时分布特性接近均匀分布，则将参考数据设置为当前数据帧内最大绝对值的中值，否则，将参考数据设置为当前数据帧内数据绝对值的平均值；

三是将参考数据设定为能够使得当前数据帧内小于和大于等于它的绝对值的数量比满足设定比例的值。

本实例采用第二种方法。

步骤4，以参考数据Dr作为阈值，将绝对值帧Da中所有绝对值分为两类。

将绝对值帧Da中的绝对值与参考数据Dr进行比较，如果绝对值帧Da中的绝对值小于Dr，就将其标定为0类数据，否则标定为1类数据，同时得到分类信息C，如图6所示。

所述分类信息C，它由L比特组成，每个比特按顺序对应一个绝对值，分别表示所对应绝对值的分类，即归为0类数据的绝对值对应的比特设置为0，归为1类数据的绝对值对应的比特设置为1。

步骤5，分类数据重组。

将标定为0类数据的绝对值组合在一起形成0类数据D0；

将标定为1类数据的绝对值组合在一起形成1类数据D1，然后从1类数据D1的绝对值中减掉参考数据Dr得到1类数据差值D2，如图7所示。

其中1类数据差值D2中的R表示各绝对值与参考数据Dr的差值。

步骤6，编码步骤。

参照图2，本步骤的具体实现如下：

(6a)对参考数据Dr进行编码，得到参考数据码字Cr

参考数据Dr的编码，采用无失真编码方法，如Huffman编码或算术编码等熵编码方法，或采用LZW等字典编码方法，也可以采用其它无失真编码方法；

(6b)对0类数据D0进行编码，得到0类数据码字C0

对0类数据D0进行编码要考虑实际应用的两种情况，一种情况是整个压缩解压过程不允许产生失真，另一种情况是整个压缩解压过程允许产生一定失真；

针对不允许产生失真的情况，0类数据D0的编码采用无失真编码方法，例如Huffman编码或算术编码熵编码方法、LZW等字典编码方法；

针对允许产生失真的情况，0类数据D0的编码就采用有失真编码方法，例如均匀量化编码方法、Lloyd-Max非均匀量化编码方法、矢量量化编码方法等；

(6c)对1类数据差值D2进行编码，得到1类数据差值码字C1

1类数据差值D2采用无失真编码方法，如Huffman编码或算术编码等熵编码方法，或采用LZW等字典编码方法，也可以采用其它无失真编码方法。

步骤7，帧封装。

将帧长L、符号位Sn、分类信息C、参考数据码字Cr，0类数据码字C0、1类数据差值码字C1合并，组合成编码帧Bs，并输出到传输信道或存储介质。

参照图3，本发明的解压步骤如下：

步骤一，帧解封。

将来自传输信道或存储介质的编码帧Bs分解为帧长L、符号位Sn、分类信息C、参考数据码字Cr，0类数据码字C0、1类数据差值码字C1；

步骤二，对参考数据码字Cr解码得到重构参考数据Dr：

本步骤的解码按照与压缩过程中步骤(6a)编码对应的方法进行。

步骤三，对0类数据码字C0解码得到重构0类数据D0’：

本步骤的解码按照与压缩过程中步骤(6b)编码对应的方法进行。

步骤四，对1类数据差值码字C1解码得到重构1类数据差值D2：

本步骤的解码按照与压缩过程中步骤(6c)编码对应的方法进行。

步骤五，数据恢复。

将重构参考数据Dr加到重构1类数据差值D2，得到重构1类数据D1；依据分类信息C，将重构0类数据D0’与重构1类数据D1按照压缩之前的顺序进行组合，得到重构绝对值帧Da’。

步骤六，在重构绝对值帧Da’上加上对应的符号位Sn，得到重构数据帧Dx’，并输出。

上述通信调制信号的压缩解压方法中，根据实际应用的不同，支持无失真压缩和有失真压缩两种应用。

本发明所公开的是一种通信调制信号的压缩解压方法，不仅能够对通信调制信号进行有效的压缩编码，同样也能够对相关性不强的信号和非平稳随机信号进行有效压缩。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，并不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种通信调制信号的压缩方法，包括：

(1)数据处理步骤：

(1a)按照设定帧长L，将L个通信调制信号的采样数据组成数据帧Dx，提取数据帧Dx中每个数据的符号组成符号位Sn，并计算数据帧Dx中每个数据的绝对值得到绝对值帧Da；

(1b)设定一个参考数据Dr，将绝对值帧Da中小于参考数据的绝对值标定为0类数据，大于等于参考数据的绝对值标定为1类数据，同时得到分类信息C；

(1c)将所有0类数据组合在一起得到0类数据D0，将所有1类数据组合在一起得到1类数据D1，从1类数据D1的绝对值中减掉参考数据Dr得到1类数据差值D2；

(2)编码步骤：

(2a)对参考数据Dr进行编码得到参考数据码字Cr；

(2b)对0类数据D0进行编码得到0类数据码字C0；

(2c)对1类数据差值D2进行编码得到1类数据差值码字C1；

(3)帧封装步骤：

将帧长L、符号位Sn、分类信息C、参考数据码字Cr，0类数据码字C0、1类数据差值码字C1合并，组合成编码帧Bs，并输出到传输信道或存储介质。

2.根据权利要求1所述的通信调制信号的压缩方法，其中步骤(1b)所述的设定一个参考数据Dr，按如下三种方式之一设定：

一是根据数据绝对值长时分布特性，将参考数据设置成绝对值的数学期望值；

二是根据当前数据帧内绝对值短时分布特性，如果短时分布特性接近均匀分布，则将参考数据设置为当前数据帧内最大绝对值的中值，否则，将参考数据设置为当前数据帧内数据绝对值的平均值；

三是将参考数据设定为能够使得当前数据帧内小于和大于等于它的绝对值数量比满足设定比例的值。

3.根据权利要求1所述的通信调制信号的压缩方法，其中步骤(1b)所述的分类信息C，由L比特组成，每个比特按顺序对应一个绝对值，分别表示所对应绝对值的分类，即归为0类数据的绝对值对应的比特设置为0，归为1类数据的绝对值对应的比特设置为1。

4.一种通信调制信号的解压方法，包括：

1)帧解封步骤

将来自传输信道或存储介质的编码帧Bs分解为帧长L、符号位Sn、分类信息C、参考数据码字Cr，0类数据码字C0、1类数据差值码字C1；

2)解码步骤

2a)对参考数据码字Cr解码得到重构参考数据Dr；

2b)对0类数据码字C0解码得到重构0类数据D0’；

2c)对1类数据差值码字C1解码得到重构1类数据差值D2；

3)数据恢复步骤

3a)将重构参考数据Dr加到重构1类数据差值D2，得到重构1类数据D1；依据分类信息C，将重构0类数据D0’和重构1类数据D1按照压缩之前的顺序进行组合，得到重构数据绝对值帧Da’；

3b)在重构数据绝对值帧Da’上加上对应的符号位Sn，得到重构数据帧Dx’，并输出。