CN116684003B - 一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法及*** - Google Patents
一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法及*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN116684003B CN116684003B CN202310927047.1A CN202310927047A CN116684003B CN 116684003 B CN116684003 B CN 116684003B CN 202310927047 A CN202310927047 A CN 202310927047A CN 116684003 B CN116684003 B CN 116684003B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- type
- length
- data
- bit
- sequence
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 20
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 241000764238 Isis Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/70—Photonic quantum communication
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/0001—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
- H04L1/0006—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission format
- H04L1/0007—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission format by modifying the frame length
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/0078—Avoidance of errors by organising the transmitted data in a format specifically designed to deal with errors, e.g. location
- H04L1/0079—Formats for control data
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/24—Testing correct operation
- H04L1/245—Testing correct operation by using the properties of transmission codes
- H04L1/246—Testing correct operation by using the properties of transmission codes two-level transmission codes, e.g. binary
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Abstract
本发明涉及数据传输技术领域，具体涉及一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法及***，获取数据序列和所有种待编码对象；根据所有种待编码对象的频率计算每个比特长度对对应的平均比特长度；根据平均比特长度将所有种待编码对象划分为第一类型和第二类型；获得编码表；根据周期长度对应的所有位的第一类型的概率和第二类型的概率计算周期长度的适用程度；根据适用程度获得目标周期长度和对应的类型模板；根据类型模板和编码表对数据序列进行编码获得数据序列的编码结果和补充序列并传输。本发明通过两种不同的比特长度对数据序列进行编码，通过目标周期长度和对应的类型模板保证编码结构的可解码性，提高编码效率和数据传输的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域，具体涉及一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法及***。
背景技术
无人机技术以无人机为飞行平台，通过搭载的传感设备获取地物信息，具有机动性强、获取数据快和数据精度高的特点，适用于高铁线路的日常巡检和特定任务巡检工作；同时，基于对无人机巡线采集数据的专业分析，为高铁线路管理和维护提供数据支持。
无人机在获取数据的同时，将数据存储在本地存储设备上或实时将视频图像数据传输到地面机场，不论是本地存储还是实时传输，采用合适的编码方法对数据进行压缩，可以降低数据传输和存储的成本，提高数据传输的可靠性，同时保证数据质量。
对数据序列进行编码时，数据序列的编码结果的最佳平均比特长度等于数据序列的信息熵，信息熵这个平均比特长度的理论值不一定是整数，而不论哪种现有编码方式，待编码对象的比特长度必须是整数，导致现有的编码方法如香农-范诺编码、霍夫曼编码的平均比特长度均达不到信息熵这个理论值。
因此，如何使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值，是提高编码效率、降低数据传输和存储的成本以及提高数据传输的可靠性的关键。
发明内容
本发明提供一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法及***，以解决现有的问题。
本发明的一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法及***采用如下技术方案：
本发明提供了一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法，该方法包括以下步骤：
获取数据序列和所有种待编码对象；
获得所有比特长度对，根据所有种待编码对象的频率计算每个比特长度对对应的平均比特长度；根据平均比特长度将所有种待编码对象划分为第一类型和第二类型；获得编码表；
根据周期长度对应的所有位的第一类型的概率和第二类型的概率计算周期长度的适用程度；根据适用程度获得目标周期长度和对应的类型模板；
根据类型模板和编码表对数据序列进行编码获得数据序列的编码结果和补充序列，对编码结果和补充序列进行传输。
进一步地，所述获得所有比特长度对，包括的具体步骤如下：
将两个整数分别作为比特长度，且/>，将两个比特长度组成比特长度对；本实施例需要用两种比特长度对应的定长码字编码所有种待编码对象，要求两种比特长度对应的定长码字的数量大于等于待编码对象的种类数量，因此，要求/>，其中，M表示待编码对象的种类数量，定长码字是指两种比特长度对应的二进制数；获得满足要求的所有比特长度对。
进一步地，所述计算每个比特长度对对应的平均比特长度，包括的具体步骤如下：
统计数据序列中每种待编码对象的频率，将所有种待编码对象按照频率从大到小的顺序排列；
对于任意一个比特长度对，给前/>种待编码对象分配比特长度等于/>的定长码字，给剩余的待编码对象分配比特长度等于/>的定长码字；
根据比特长度对对应的定长码字的分配结果，计算比特长度对对应的平均比特长度，具体计算公式为：
式中，表示比特长度对/>对应的平均比特长度，/>表示第i个待编码对象的频率，/>和/>分别为第一比特长度和第二比特长度，M表示待编码对象的种类数量。
进一步地，所述根据平均比特长度将所有种待编码对象划分为第一类型和第二类型，包括的具体步骤如下：
将平均比特长度最小时的比特长度对中的两个整数分别作为第一比特长度和第二比特长度/>；
将所有种待编码对象按照频率从大到小的顺序排列，将前种待编码对象的类型记为第一类型，并将剩余的待编码对象的类型记为第二类型。
进一步地，所述获得编码表，包括的具体步骤如下：
给第一类型的待编码对象分配第一比特长度对应的定长码字，给第二类型的待编码对象分配第二比特长度对应的定长码字，将所有待编码对象分配定长码字的结果记为编码表。
进一步地，所述计算周期长度的适用程度，包括的具体步骤如下：
将预设范围Q中的任意一个整数记为周期长度n，根据周期长度n将数据序列划分为若干个子序列；将所有子序列中的第j个数据组成的集合记为第j集合，根据第j集合中所有数据所属的类型，分别统计第j集合中第一类型的概率和第二类型的概率，分别记为周期长度N对应的第j位的第一类型的概率和第二类型的概率/>；
根据周期长度n对应的所有位的第一类型的概率和第二类型的概率，计算周期长度n的适用程度，计算公式为：
式中，周期长度n的适用程度，/>表示周期长度n对应的第j位的第一类型的概率，/>表示周期长度n对应的第j位的第二类型的概率，/>表示取绝对值。
进一步地，所述获得目标周期长度和对应的类型模板，包括的具体步骤如下：
将适用程度最大的周期长度记为目标周期长度N；
根据目标周期长度对应的每一位的第一类型的概率和第二类型的概率，获得目标周期长度对应的每一位的目标类型，具体为：对于目标周期长度对应的第j位，如果，则将第一类型作为目标周期长度对应的第j位的目标类型，否则，将第二类型作为目标周期长度对应的第j位的目标类型；将目标周期长度对应的每一位的目标类型按照顺序组成的序列记为类型模板。
进一步地，所述获得数据序列的编码结果和补充序列，包括的具体步骤如下：
根据类型模板对数据序列中每个数据所属的类型进行判断：如果数据序列中第k个数据所属的类型与类型模板中第个目标类型不同，则第k个数据为特殊数据；将所有特殊数据在数据序列中对位置序号组成对序列记为补充序列，其中，/>表示除法取余，N表示目标周期长度；
根据所有种待编码对象的定长码字对数据序列进行编码，将数据序列中所有数据的编码结果按照顺序组成的序列记为数据序列的编码结果。
本发明另外还提供了一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测***，包括发送方通信模块和接收方通信模块，发送方通信模块包括编码模块、光源模块以及发送方量子编码模块，接收方通信模块包括接收方量子解码模块、接收方数据读取模块以及解码模块；编码模块用于实现上述方法的步骤；光源模块用于发出含有多个不同频率成份的编码脉冲；发送方量子编码模块与光源模块相连，用于获得编码脉冲，并将编码脉冲传输至接收方解码模块；接收方量子解码模块用于对编码脉冲进行相位解码，得到解码脉冲，并将解码脉冲传输至接收方数据读取模块；接收方数据读取模块用于对所述解码脉冲进行同频率脉冲干涉，得到通信数据；解码模块用于根据类型模板、编码表和补充序列对通信数据进行解码。
进一步地，所述根据类型模板、编码表和补充序列对通信数据进行解码，包括的具体步骤如下：
按照顺序对通信数据进行解码，解码获得第k个数据时，获得类型模板中第个目标类型，判断补充序列中是否存在k：如果不存在，则第k个数据所属类型为目标类型，根据目标类型对应的比特长度获得定长码字，根据编码表对定长码字进行解码，获得第k个数据；否则，第k个数据所属类型为目标类型的反类型，如果目标类型为第一类型，则目标类型的反类型为第二类型，如果目标类型为第二类型，则目标类型的反类型为第以类型，根据目标类型对应的比特长度获得定长码字，根据编码表对定长码字进行解码，获得第k个数据。
本发明的技术方案的有益效果是：
1、针对信息熵这个平均比特长度的理论值不一定是整数，而待编码对象的比特长度必须是整数，导致定长编码的平均比特长度达不到理论值的问题，本发明定义两种不同比特长度的定长码字，通过调整两种不同比特长度的定长码字在数据序列中的频率，来使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值。
2、本发明通过待编码对象的数量以及根据所有种待编码对象的频率计算的平均比特长度，获得使数据序列的编码结果的平均比特长度最小的两种不同的比特长度，使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值，提高编码效率，降低数据传输和存储的成本，提高数据传输的可靠性。
3、针对根据两种不同比特长度的定长码字对数据序列进行编码后，编码结果中两种不同比特长度的定长码字混在一起，导致采用两种不同比特长度的定长码字对序列进行编码时，编码结果的可解码性较差的问题，本发明根据比特长度将待编码对象分为不同类型，考虑结合数据序列中不同位置的类型的出现规律，尝试获得类型的出现周期，将出现周期内的类型的规律作为类型模板；在解码时，根据类型模板确定编码结果中每个待解码数据的类型，使编码结果具有可解码性；同时对于数据序列中可能会存在数据的类型不符合类型模板的特殊情况，单独记录特殊情况的位置，这会导致增加编码结果的数据量，因此，本发明根据不同的周期长度对应的所有位的第一类型的概率和第二类型的概率，计算不同的周期长度的适用程度，获得适用程度最大的目标周期长度和对应的类型模板，使需要单独记录位置的特殊情况最少，较少数据量，降低数据传输和存储的成本，提高数据传输的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法的步骤流程图；
图2为本发明的一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测***的***框图；
图3为发送方通信模块的***框图；
图4为接收方通信模块的***框图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法的具体方案。
请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：
S001，获取数据序列和所有种待编码对象。
需要说明的是，无人机技术以无人机为飞行平台，通过搭载的传感设备获取地物信息，具有机动性强、获取数据快和数据精度高的特点，适用于高铁线路的日常巡检和特定任务巡检工作；同时，基于对无人机巡线采集数据的专业分析，为高铁线路管理和维护提供数据支持。无人机在获取数据的同时，将数据存储在本地存储设备上或实时将视频图像数据传输到地面机场。
具体的，将预设时间内无人机采集的数据按照采集顺序组成的序列记为数据序列；数据序列中相同的数据记为一种待编码对象，获得数据序列中的所有待编码对象，待编码对象的种类数量记为M。
S002，获得所有比特长度对，根据所有种待编码对象的频率计算每个比特长度对对应的平均比特长度；根据平均比特长度将所有种待编码对象划分为第一类型和第二类型；获得编码表。
需要说明的是，数据序列的最佳平均比特长度等于信息熵S，因此，如何使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值，是提高编码效率的关键。想要通过不定长编码使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值，例如霍夫曼编码，该编码方法简单高效，但是为了保证可解码性，霍夫曼编码中任何一个码字均不是另一个码字的前缀，例如，如果“0001”这个码字使用过，则以“0001”为前缀的任意长度大于4的码字均不能被使用，导致霍夫曼编码的平均比特长度与理论值还是有一定差别。想要通过定长编码使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值，信息熵这个平均比特长度的理论值不一定是整数，而待编码对象的比特长度必须是整数，导致定长编码的平均比特长度达不到理论值。
进一步需要说明的是，如果数据序列的信息熵为9.5，即平均比特长度的理论值为9.5，想要使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值，可以将数据序列中一半的数据用比特长度等于9的定长码字来编码，另一半的数据用比特长度等于10的定长码字来编码，这样就能够使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值；因此，定义两种不同比特长度的定长码字，通过调整两种不同比特长度的定长码字在数据序列中的频率，来使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值。
1、获得所有比特长度对。
具体的，将两个整数分别作为比特长度，且/>，将两个比特长度组成比特长度对/>；本实施例需要用两种比特长度对应的定长码字编码所有种待编码对象，要求两种比特长度对应的定长码字的数量大于等于待编码对象的种类数量，因此，要求，其中，M表示待编码对象的种类数量，定长码字是指两种比特长度对应的二进制数；获得满足要求的所有比特长度对。
需要说明的是，针对信息熵这个平均比特长度的理论值不一定是整数，而待编码对象的比特长度必须是整数，导致定长编码的平均比特长度达不到理论值的问题，本实施例定义两种不同比特长度的定长码字，通过调整两种不同比特长度的定长码字在数据序列中的频率，来使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值。
2、根据所有种待编码对象的频率计算每个比特长度对对应的平均比特长度。
需要说明的是，为了保证数据序列的编码结果的平均比特长度逼近信息熵这个理论值，在给待编码对象分配定长码字时，需要根据定长码字的分配原则进行分配，具体为：频率越大的待编码对象分配的比特长度越短的定长码字，频率越小的待编码对象分配的比特长度越长的定长码字；根据不同的比特长度对，待编码对象分配的定长码字不同，最终数据序列的编码结果的平均比特长度不同，因此，本实施例需要根据不同的比特长度对对应的待编码对象的定长码字，计算数据序列的编码结果的平均比特长度，将平均比特长度最小时的比特长度对作为第一比特长度和第二比特长度。
具体的，统计数据序列中每种待编码对象的频率，将所有种待编码对象按照频率从大到小的顺序排列；对于任意一个比特长度对，根据定长码字的分配原则，给前/>种待编码对象分配比特长度等于/>的定长码字，给剩余的待编码对象分配比特长度等于/>的定长码字。
进一步，根据比特长度对对应的定长码字的分配结果，计算比特长度对对应的平均比特长度，具体计算公式为：
式中，表示比特长度对/>对应的平均比特长度，/>表示第i个待编码对象的频率，/>和/>分别为第一比特长度和第二比特长度，M表示待编码对象的种类数量。
3、根据平均比特长度将所有种待编码对象划分为第一类型和第二类型。
具体的，计算所有比特长度对对应的平均比特长度，将平均比特长度最小时的比特长度对中的两个整数分别作为第一比特长度和第二比特长度/>；将所有种待编码对象按照频率从大到小的顺序排列，将前/>种待编码对象的类型记为第一类型，并将剩余的待编码对象的类型记为第二类型。
需要说明的是，本实施例通过待编码对象的数量以及根据所有种待编码对象的频率计算的平均比特长度，获得使数据序列的编码结果的平均比特长度最小的两种不同的比特长度，使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值，提高编码效率，降低数据传输和存储的成本，提高数据传输的可靠性。
4、获得编码表。
具体的，给第一类型的待编码对象分配第一比特长度对应的定长码字，给第二类型的待编码对象分配第二比特长度对应的定长码字，将所有待编码对象分配定长码字的结果记为编码表。
S003，根据周期长度对应的所有位的第一类型的概率和第二类型的概率，计算周期长度的适用程度，根据适用程度获得目标周期长度和对应的类型模板。
1、根据周期长度对应的所有位的第一类型的概率和第二类型的概率，计算周期长度的适用程度。
需要说明的是，虽然通过调整两种不同比特长度的定长码字在数据序列中的频率，可以来使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值；但是在实际根据两种不同比特长度的定长码字对数据序列进行编码后，会导致编码结果中，两种不同比特长度的定长码字混在一起，在解码时，由于不确定是哪种比特长度的定长码字，会导致解码错误。例如，对于待编码对象A、B、C、D，对应的定长码字分别为A:00001111,B:000011110,C:00011110, D:01010101，如果数据序列为“ABBDC”，则数据序列的编码结果为“000011110000111100000111100000111100101010100011110”，对于数据序列“ABBDC”的编码结果“000011110000111100000111100000111100101010100011110”进行解码时，由于存在两种不同比特长度的定长码字，因此，可能按照“00001111，000011110”解码为“AB”，也可能按照“000011110，00011110”解码为“BC”，导致采用两种不同比特长度的定长码字对序列进行编码时，编码结果的可解码性较差。
进一步需要说明的是，想要通过调整两种不同比特长度的定长码字在数据序列中的频率，来使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值，同时使编码结果具有可解码性，需要确定编码结果中每个定长码字的比特长度，因此，根据比特长度将待编码对象分为不同类型，考虑结合数据序列的编码结果中不同位置的类型的出现规律，尝试获得类型的出现周期，将出现周期内的类型的规律作为类型模板；在解码时，根据类型模板确定编码结果中每个待解码数据的类型，使编码结果具有可解码性；但是数据序列中可能会存在数据的类型不符合类型模板的特殊情况，对于特殊情况，就需要单独对特殊情况的位置进行记录，进而增加编码结果的数据量，因此，对于获得的类型模板，期望特殊情况越少越好。
预设一个范围Q，其中本实施例以Q=[2,10]为例进行叙述，本实施例不进行具体限定，其中Q根据具体实施情况而定。
具体的，将范围Q中的任意一个整数记为周期长度n，根据周期长度n将数据序列划分为若干个子序列；将所有子序列中的第j个数据组成的集合记为第j集合，根据第j集合中所有数据所属的类型（第一类型或第二类型），分别统计第j集合中第一类型的概率和第二类型的概率，分别记为周期长度N对应的第j位的第一类型的概率和第二类型的概率。
进一步，根据周期长度n对应的所有位的第一类型的概率和第二类型的概率，计算周期长度n的适用程度，计算公式为：
式中，周期长度n的适用程度，/>表示周期长度n对应的第j位的第一类型的概率，/>表示周期长度n对应的第j位的第二类型的概率，/>表示取绝对值。
越大，周期长度n对应的第j位上第一类型的概率/>和第二类型的概率/>的差异越大，则说明周期长度n对应的第j位上有越多的数据所属的类型和频率较大的类型相同，此时，将频率较大的类型作为周期长度n对应的类型模板中第j位的目标类型，需要单独对进行记录位置的特殊情况越少，数据序列的编码结果的数据量越少，数据序列的编码结果的平均比特长度越短，数据序列的编码效率越高，因此，周期长度n的适用程度越大。
2、根据适用程度获得目标周期长度和对应的类型模板。
具体的，将适用程度最大的周期长度记为目标周期长度N，根据目标周期长度对应的每一位的第一类型的概率和第二类型的概率，获得目标周期长度对应的每一位的目标类型，具体为：对于目标周期长度对应的第j位，如果，则将第一类型作为目标周期长度对应的第j位的目标类型，否则，将第二类型作为目标周期长度对应的第j位的目标类型；将目标周期长度对应的每一位的目标类型按照顺序组成的序列记为类型模板。
需要说明的是，针对根据两种不同比特长度的定长码字对数据序列进行编码后，编码结果中两种不同比特长度的定长码字混在一起，导致采用两种不同比特长度的定长码字对序列进行编码时，编码结果的可解码性较差的问题，本实施例根据比特长度将待编码对象分为不同类型，考虑结合数据序列中不同位置的类型的出现规律，尝试获得类型的出现周期，将出现周期内的类型的规律作为类型模板；在解码时，根据类型模板确定编码结果中每个待解码数据的类型，使编码结果具有可解码性；同时对于数据序列中可能会存在数据的类型不符合类型模板的特殊情况，单独记录特殊情况的位置，这会导致增加编码结果的数据量，因此，本实施例根据不同的周期长度对应的所有位的第一类型的概率和第二类型的概率，计算不同的周期长度的适用程度，获得适用程度最大的目标周期长度和对应的类型模板，使需要单独记录位置的特殊情况最少，较少数据量，降低数据传输和存储的成本，提高数据传输的可靠性。
S004.根据类型模板和编码表对数据序列进行编码，获得数据序列的编码结果和补充序列。
具体的，根据类型模板对数据序列中每个数据所属的类型进行判断：如果数据序列中第k个数据所属的类型与类型模板中第个目标类型不同，则第k个数据为特殊数据；将所有特殊数据在数据序列中对位置序号组成对序列记为补充序列，其中，/>表示除法取余，N表示目标周期长度。
根据所有种待编码对象的定长码字对数据序列进行编码，将数据序列中所有数据的编码结果按照顺序组成的序列记为数据序列的编码结果，对编码结果和补充序列进行传输。
例如：对于待编码对象A、B、C、D，对应的定长码字分别为A:00001111,B:000011110,C:00011110, D:01010101，其中，A、C、D所属的类型为第一类型，B所属的类型为第二类型，目标周期长度N=3，类型模板为{第一类型,第二类型,第二类型}，如果数据序列为“ABBDCBB”，其中，数据序列中第5个数据所属的类型(第一类型)与类型模板中第个目标类型(第二类型)不同，数据序列中第7个数据所属的类型(第二类型)与类型模板中第/>个目标类型(第一类型)不同，因此，第5个数据和第7个数据为特殊数据，补充序列为{5,7}；数据序列的编码结果为“0000111100001111000001111000001111001010101000111100000111100000011110”。
S005、根据类型模板、编码表和补充序列对数据序列的编码结果进行解码。
具体的，按照顺序对数据序列的编码结果进行解码，解码获得第k个数据时，获得类型模板中第个目标类型，判断补充序列中是否存在k：如果不存在，则第k个数据所属类型为目标类型，根据目标类型对应的比特长度获得定长码字，根据编码表对定长码字进行解码，获得第k个数据；否则，第k个数据所属类型为目标类型的反类型，如果目标类型为第一类型，则目标类型的反类型为第二类型，如果目标类型为第二类型，则目标类型的反类型为第以类型，根据目标类型对应的比特长度获得定长码字，根据编码表对定长码字进行解码，获得第k个数据。
请参阅图2，其示出了本发明一个实施例提供的一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测***的***框图，该***包括发送方通信模块和接收方通信模块；请参阅图3，其示出了发送方通信模块的***框图，发送方通信模块包括编码模块、光源模块以及发送方量子编码模块；请参阅图4，其示出了接收方通信模块的***框图，接收方通信模块包括接收方量子解码模块、接收方数据读取模块以及解码模块，具体为：
编码模块用于实现上述S001到S004方法的步骤；
光源模块用于发出含有多个不同频率成份的编码脉冲；
发送方量子编码模块与光源模块相连，用于获得编码脉冲，并将编码脉冲传输至接收方解码模块；
接收方量子解码模块用于对编码脉冲进行相位解码，得到解码脉冲，并将解码脉冲传输至接收方数据读取模块；
接收方数据读取模块用于对所述解码脉冲进行同频率脉冲干涉，得到通信数据；
解码模块用于实现上述S005方法的步骤。
本发明针对信息熵这个平均比特长度的理论值不一定是整数，而待编码对象的比特长度必须是整数，导致定长编码的平均比特长度达不到理论值的问题，本发明定义两种不同比特长度的定长码字，通过调整两种不同比特长度的定长码字在数据序列中的频率，来使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值。本发明通过待编码对象的数量以及根据所有种待编码对象的频率计算的平均比特长度，获得使数据序列的编码结果的平均比特长度最小的两种不同的比特长度，使数据序列的平均比特长度逼近信息熵这个理论值，提高编码效率，降低数据传输和存储的成本，提高数据传输的可靠性。针对根据两种不同比特长度的定长码字对数据序列进行编码后，编码结果中两种不同比特长度的定长码字混在一起，导致采用两种不同比特长度的定长码字对序列进行编码时，编码结果的可解码性较差的问题，本发明根据比特长度将待编码对象分为不同类型，考虑结合数据序列中不同位置的类型的出现规律，尝试获得类型的出现周期，将出现周期内的类型的规律作为类型模板；在解码时，根据类型模板确定编码结果中每个待解码数据的类型，使编码结果具有可解码性；同时对于数据序列中可能会存在数据的类型不符合类型模板的特殊情况，单独记录特殊情况的位置，这会导致增加编码结果的数据量，因此，本发明根据不同的周期长度对应的所有位的第一类型的概率和第二类型的概率，计算不同的周期长度的适用程度，获得适用程度最大的目标周期长度和对应的类型模板，使需要单独记录位置的特殊情况最少，较少数据量，降低数据传输和存储的成本，提高数据传输的可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取数据序列和所有种待编码对象；
获得所有比特长度对，根据所有种待编码对象的频率计算每个比特长度对对应的平均比特长度；根据平均比特长度将所有种待编码对象划分为第一类型和第二类型；获得编码表；
根据周期长度对应的所有位的第一类型的概率和第二类型的概率计算周期长度的适用程度；根据适用程度获得目标周期长度和对应的类型模板；
根据类型模板和编码表对数据序列进行编码获得数据序列的编码结果和补充序列，对编码结果和补充序列进行传输；
所述待编码对象的获取方法为：
将数据序列中相同的数据记为一种待编码对象，获得数据序列中的所有待编码对象；
所述计算每个比特长度对对应的平均比特长度，包括的具体步骤如下：
统计数据序列中每种待编码对象的频率，将所有种待编码对象按照频率从大到小的顺序排列；
对于任意一个比特长度对，给前/>种待编码对象分配比特长度等于/>的定长码字，给剩余的待编码对象分配比特长度等于/>的定长码字；
根据比特长度对对应的定长码字的分配结果，计算比特长度对对应的平均比特长度，具体计算公式为：
式中，表示比特长度对/>对应的平均比特长度，/>表示第i个待编码对象的频率，/>和/>分别为第一比特长度和第二比特长度，M表示待编码对象的种类数量；
所述根据平均比特长度将所有种待编码对象划分为第一类型和第二类型，包括的具体步骤如下：
将平均比特长度最小时的比特长度对中的两个整数分别作为第一比特长度和第二比特长度/>；
将所有种待编码对象按照频率从大到小的顺序排列，将前种待编码对象的类型记为第一类型，并将剩余的待编码对象的类型记为第二类型；
所述获得编码表，包括的具体步骤如下：
给第一类型的待编码对象分配第一比特长度对应的定长码字，给第二类型的待编码对象分配第二比特长度对应的定长码字，将所有待编码对象分配定长码字的结果记为编码表；
所述计算周期长度的适用程度，包括的具体步骤如下：
将预设范围Q中的任意一个整数记为周期长度n，根据周期长度n将数据序列划分为若干个子序列；将所有子序列中的第j个数据组成的集合记为第j集合，根据第j集合中所有数据所属的类型，分别统计第j集合中第一类型的概率和第二类型的概率，分别记为周期长度N对应的第j位的第一类型的概率和第二类型的概率/>；
根据周期长度n对应的所有位的第一类型的概率和第二类型的概率，计算周期长度n的适用程度，计算公式为：
式中，周期长度n的适用程度，/>表示周期长度n对应的第j位的第一类型的概率，表示周期长度n对应的第j位的第二类型的概率，/>表示取绝对值；
所述获得目标周期长度和对应的类型模板，包括的具体步骤如下：
将适用程度最大的周期长度记为目标周期长度N；
根据目标周期长度对应的每一位的第一类型的概率和第二类型的概率，获得目标周期长度对应的每一位的目标类型，具体为：对于目标周期长度对应的第j位，如果，则将第一类型作为目标周期长度对应的第j位的目标类型，否则，将第二类型作为目标周期长度对应的第j位的目标类型；将目标周期长度对应的每一位的目标类型按照顺序组成的序列记为类型模板；
所述获得数据序列的编码结果和补充序列，包括的具体步骤如下：
根据类型模板对数据序列中每个数据所属的类型进行判断：如果数据序列中第k个数据所属的类型与类型模板中第个目标类型不同，则第k个数据为特殊数据；将所有特殊数据在数据序列中的位置序号组成对序列记为补充序列，其中，/>表示除法取余，N表示目标周期长度；
根据所有种待编码对象的定长码字对数据序列进行编码，将数据序列中所有数据的编码结果按照顺序组成的序列记为数据序列的编码结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法，其特征在于，所述获得所有比特长度对，包括的具体步骤如下：
将两个整数分别作为比特长度，且/>，将两个比特长度组成比特长度对/>；需要用两种比特长度对应的定长码字编码所有种待编码对象，要求两种比特长度对应的定长码字的数量大于等于待编码对象的种类数量，因此，要求/>，其中，M表示待编码对象的种类数量，定长码字是指两种比特长度对应的二进制数；获得满足要求的所有比特长度对。
3.一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测***，其特征在于，包括发送方通信模块和接收方通信模块，所述发送方通信模块包括编码模块、光源模块以及发送方量子编码模块，所述接收方通信模块包括接收方量子解码模块、接收方数据读取模块以及解码模块；所述编码模块用于实现如权利要求1到权利要求2的任意一项方法的步骤；所述光源模块用于发出含有多个不同频率成份的编码脉冲；所述发送方量子编码模块与所述光源模块相连，用于获得编码脉冲，并将编码脉冲传输至所述接收方解码模块；所述接收方量子解码模块用于对编码脉冲进行相位解码，得到解码脉冲，并将解码脉冲传输至所述接收方数据读取模块；所述接收方数据读取模块用于对所述解码脉冲进行同频率脉冲干涉，得到通信数据；所述解码模块用于根据类型模板、编码表和补充序列对通信数据进行解码。
4.根据权利要求3所述的一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测***，其特征在于，所述根据类型模板、编码表和补充序列对通信数据进行解码，包括的具体步骤如下：
按照顺序对通信数据进行解码，解码获得第k个数据时，获得类型模板中第个目标类型，判断补充序列中是否存在k：如果不存在，则第k个数据所属类型为目标类型，根据目标类型对应的比特长度获得定长码字，根据编码表对定长码字进行解码，获得第k个数据；否则，第k个数据所属类型为目标类型的反类型，如果目标类型为第一类型，则目标类型的反类型为第二类型，如果目标类型为第二类型，则目标类型的反类型为第一类型，根据目标类型对应的比特长度获得定长码字，根据编码表对定长码字进行解码，获得第k个数据。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310927047.1A CN116684003B (zh) | 2023-07-27 | 2023-07-27 | 一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法及*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310927047.1A CN116684003B (zh) | 2023-07-27 | 2023-07-27 | 一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法及*** |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116684003A CN116684003A (zh) | 2023-09-01 |
| CN116684003B true CN116684003B (zh) | 2023-10-24 |
Family
ID=87785778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310927047.1A Active CN116684003B (zh) | 2023-07-27 | 2023-07-27 | 一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法及*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116684003B (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6115425A (en) * | 1996-11-15 | 2000-09-05 | Ntt Mobile Communications Networks, Inc. | Variable length coded data transmission device, transmitter side device, receiver side device, and method thereof |
| JP2002076907A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-15 | Seiko Epson Corp | 可変長符号化データの復号化方法及び可変長符号化データの復号化装置並びに可変長符号化データの復号化処理プログラムを記録した記録媒体 |
| CN1589023A (zh) * | 2004-08-06 | 2005-03-02 | 联合信源数字音视频技术（北京）有限公司 | 一种基于上下文的多码表变长编解码方法及编解码装置 |
| CN1645750A (zh) * | 2005-01-21 | 2005-07-27 | 华中科技大学 | 一种变长码的编码和解码方法 |
| CN101501999A (zh) * | 2006-06-19 | 2009-08-05 | 埃塞克斯Pa有限责任公司 | 数据编码 |
| CN102238387A (zh) * | 2011-05-25 | 2011-11-09 | 深圳市融创天下科技股份有限公司 | 一种视频熵编码、熵解码方法、装置及介质 |
| CN102752592A (zh) * | 2012-06-20 | 2012-10-24 | 深圳广晟信源技术有限公司 | 视频变换系数的熵编码方法 |
| CN103119849A (zh) * | 2010-04-13 | 2013-05-22 | 弗兰霍菲尔运输应用研究公司 | 概率区间分割编码器和译码器 |
| CN104168085A (zh) * | 2014-08-01 | 2014-11-26 | 山东科技大学 | 一种基于冗余熵变换的数据压缩方法 |
| CN108574494A (zh) * | 2017-03-13 | 2018-09-25 | 华为技术有限公司 | 编译码方法及装置 |
| CN114143003A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-04 | 南京中科齐信科技有限公司 | 一种基于量子通信的车地无线通信网络安全***及其方法 |
| CN115409150A (zh) * | 2021-05-27 | 2022-11-29 | 华为技术有限公司 | 一种数据压缩方法、数据解压方法及相关设备 |
-
2023
- 2023-07-27 CN CN202310927047.1A patent/CN116684003B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6115425A (en) * | 1996-11-15 | 2000-09-05 | Ntt Mobile Communications Networks, Inc. | Variable length coded data transmission device, transmitter side device, receiver side device, and method thereof |
| JP2002076907A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-15 | Seiko Epson Corp | 可変長符号化データの復号化方法及び可変長符号化データの復号化装置並びに可変長符号化データの復号化処理プログラムを記録した記録媒体 |
| CN1589023A (zh) * | 2004-08-06 | 2005-03-02 | 联合信源数字音视频技术（北京）有限公司 | 一种基于上下文的多码表变长编解码方法及编解码装置 |
| CN1645750A (zh) * | 2005-01-21 | 2005-07-27 | 华中科技大学 | 一种变长码的编码和解码方法 |
| CN101501999A (zh) * | 2006-06-19 | 2009-08-05 | 埃塞克斯Pa有限责任公司 | 数据编码 |
| CN103119849A (zh) * | 2010-04-13 | 2013-05-22 | 弗兰霍菲尔运输应用研究公司 | 概率区间分割编码器和译码器 |
| CN102238387A (zh) * | 2011-05-25 | 2011-11-09 | 深圳市融创天下科技股份有限公司 | 一种视频熵编码、熵解码方法、装置及介质 |
| CN102752592A (zh) * | 2012-06-20 | 2012-10-24 | 深圳广晟信源技术有限公司 | 视频变换系数的熵编码方法 |
| CN104168085A (zh) * | 2014-08-01 | 2014-11-26 | 山东科技大学 | 一种基于冗余熵变换的数据压缩方法 |
| CN108574494A (zh) * | 2017-03-13 | 2018-09-25 | 华为技术有限公司 | 编译码方法及装置 |
| CN115409150A (zh) * | 2021-05-27 | 2022-11-29 | 华为技术有限公司 | 一种数据压缩方法、数据解压方法及相关设备 |
| CN114143003A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-04 | 南京中科齐信科技有限公司 | 一种基于量子通信的车地无线通信网络安全***及其方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于不同排序方法的快速霍夫曼编码硬件实现;李宜珂;王旃;;计算机科学(第S2期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116684003A (zh) | 2023-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109039468B (zh) | 一种信息调制方法、信息解调方法、装置及通信*** | |
| EP0826275B1 (en) | Method of and device for coding a digital information signal | |
| EP3837844A1 (en) | Joint source channel coding for noisy channels using neural networks | |
| CN116405574B (zh) | 一种远程医疗图像优化通讯方法及*** | |
| CN116506073B (zh) | 一种工业计算机平台数据快速传输方法及*** | |
| MX2011000374A (es) | Metodo para codificar un simbolo, metodos para decodificar un simbolo, metodo para transmitir un simbolo desde un transmisor a un receptor, codificador, decodificador y sistema para transmitir uin simbiolo desde un transmisor a un receptor. | |
| CN110635807A (zh) | 一种数据编码方法及译码方法 | |
| CN108846873A (zh) | 一种基于灰度概率的医学图像无损压缩方法 | |
| CN111670543A (zh) | 用于信号整形的多组成编码 | |
| US7342965B2 (en) | Adaptive method and system for mapping parameter values to codeword indexes | |
| CN111865892A (zh) | 用于压缩数据流的方法和装置 | |
| CN104135345A (zh) | 一种应用于长期演进***的跨层编解码方法 | |
| CN1422471A (zh) | 错误校正解码方法 | |
| CN116684003B (zh) | 一种基于量子通信的铁路沿线空地综合监测方法及*** | |
| CN103365814B (zh) | 一种串行数据传输方法及其*** | |
| CN117240409A (zh) | 一种用于智能手机与智能穿戴设备的数据处理方法 | |
| CN1615590A (zh) | 数字信息信号的数据压缩和扩展 | |
| KR100636370B1 (ko) | 결정 비트를 이용한 부호화 장치 및 그 방법과 그에 따른복호화 장치 및 그 방법 | |
| CN102841356A (zh) | 用于北斗发送通用航空器经纬位置数据的多模型压缩方法 | |
| CN117356077A (zh) | 用于发送二进制数据的方法和装置 | |
| DK1504408T3 (en) | Arithmetic coding system and method | |
| US20190347309A1 (en) | Encoder and Decoder for Transmission of Coefficients to a Neural Network | |
| RU2510940C1 (ru) | Система передачи и приема информации | |
| CN104113394A (zh) | 通信调制信号的压缩及解压方法 | |
| Xu et al. | Hard decision and iterative joint source channel coding using arithmetic codes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |