一種波浪數(shù)據(jù)壓縮及重建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及大型河工模型試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，尤其涉及波浪測(cè)試中大數(shù)據(jù)的 快速壓縮方法及數(shù)據(jù)重建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在大型河工模型試驗(yàn)中，測(cè)量覆蓋范圍廣，測(cè)量的點(diǎn)多，在做波高儀測(cè)試試驗(yàn)時(shí)， 每個(gè)測(cè)量點(diǎn)每秒的采樣數(shù)據(jù)為50點(diǎn)，數(shù)據(jù)率在800bit左右，采用無線傳輸時(shí)，隨著波高 儀數(shù)量的增加，數(shù)據(jù)量將會(huì)變得很大。假設(shè)以60通道的波高儀為例，每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為 48K，考慮編碼頭和編碼尾，實(shí)際數(shù)據(jù)率將超過70Kbps?？紤]數(shù)據(jù)到達(dá)無線發(fā)射端前的各種 數(shù)據(jù)傳輸及其到達(dá)接受端后的各種數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)際信道的傳輸速率應(yīng)在30Kbps。因此如何 利用30Kbps的帶寬傳輸多通道的波高數(shù)據(jù)，是無線化網(wǎng)絡(luò)波高測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)。目前一般 有兩種解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ?br>[0003] 一是降低每臺(tái)波高的采樣速率。如國內(nèi)許多在售的波高儀產(chǎn)品，如CBY-II型波高 測(cè)量控制系統(tǒng)，是采用先進(jìn)的電子技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)硬、軟件技術(shù)最新研制成功的計(jì) 算機(jī)多點(diǎn)同步測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)同步采集處理30點(diǎn)波高，測(cè)量精度高，并設(shè)計(jì)有先進(jìn) 的硬件調(diào)零功能和放大倍數(shù)調(diào)節(jié)功能。但是當(dāng)幾臺(tái)同時(shí)工作時(shí)，由于總傳輸速率是不變的， 所以每臺(tái)波高儀的采樣速率就得降低。
[0004] 二是采用多通道無線傳輸技術(shù)。當(dāng)波高儀數(shù)量增多時(shí)，數(shù)據(jù)量也隨著增大，而這時(shí) 要想數(shù)據(jù)的傳輸速率不變，且要求有實(shí)時(shí)性，因此，采用多通道傳輸來滿足傳輸要求。
[0005] 但是在大型河工模型的試驗(yàn)中，數(shù)據(jù)量太大，上述的兩種方法相結(jié)合仍是無法滿 足試驗(yàn)過程中大量數(shù)據(jù)的高速且實(shí)時(shí)的傳輸?shù)囊蟆?br>[0006] 在大型河工模型的試驗(yàn)中，因?yàn)榭睖y(cè)范圍廣，測(cè)量的點(diǎn)多，每個(gè)點(diǎn)實(shí)時(shí)測(cè)量的速率 快，所以測(cè)量的數(shù)據(jù)量非常大，采用多通道自適應(yīng)無線傳輸技術(shù)還是無法滿足波高儀的采 樣速率，無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。所以本發(fā)明提出了一種基于小波濾波器組的波 浪數(shù)據(jù)壓縮與重建技術(shù)，在采用多通道自適應(yīng)無線傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上，再對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn) 行壓縮數(shù)據(jù)以減小無線模塊需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的大小。從而能夠是上位機(jī)數(shù)據(jù)的處理速率能 夠與波高儀的數(shù)據(jù)采集速率相匹配，實(shí)現(xiàn)真正意義上行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提出了一種基于小波濾波器組的波浪數(shù)據(jù)壓縮與重建方法，對(duì)波高儀采集 的數(shù)據(jù)先是進(jìn)行小波檢測(cè)與消除噪聲，數(shù)據(jù)通過小波濾波器組后在進(jìn)行壓縮，壓縮后的數(shù) 據(jù)再經(jīng)無線模塊采用多通道自適應(yīng)無線傳輸技術(shù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行 重建以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。
[0008] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種波浪數(shù)據(jù)壓縮及重建方法，包括下列步驟：
[0009] (1)波浪數(shù)據(jù)的小波分解：選擇bior3. 7小波構(gòu)建多尺度分解濾波器組，并確定小 波分解的層次為2,每級(jí)濾波器組中包括一個(gè)低通濾波器組和一個(gè)高通濾波器組，形成四通 道濾波器；（2)采集64個(gè)波浪數(shù)據(jù)，并對(duì)采集的信號(hào)在兩端進(jìn)行信號(hào)延拓；
[0010] (3)利用濾波器組對(duì)波浪數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)濾波和數(shù)據(jù)抽取處理，得到(Mk)，d2(k)， d3(k)，d4(k)四組數(shù)據(jù)，每組16個(gè)點(diǎn)；
[0011] (4)小波分解后高頻和低頻系數(shù)的閾值量化：對(duì)第1和第2層的每一層高頻系數(shù) 和低頻系數(shù)，選擇一個(gè)閾值進(jìn)行軟閾值量化處理；
[0012] (5)對(duì)量化后的變換系數(shù)進(jìn)行一維編碼：將量化后的變換系數(shù)按層順序排列，進(jìn) 行LWZ編碼；
[0013] (6)波浪數(shù)據(jù)的小波重構(gòu)：接收傳輸?shù)木幋a，對(duì)編碼進(jìn)行解碼，通過bior3. 7小波 多尺度兩層重構(gòu)濾波器組恢復(fù)數(shù)據(jù)。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟（3)中的軟閾值為：估計(jì)噪聲方差
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種波浪數(shù)據(jù)壓縮及重建方法，其特征是，該方法包括下列步驟： (1) 波浪數(shù)據(jù)的小波分解：選擇bior3. 7小波構(gòu)建多尺度分解濾波器組，并確定小波分 解的層次為兩層，每級(jí)濾波器組中包括一個(gè)低通濾波器組和一個(gè)高通濾波器組，形成四通 道濾波器； (2) 采集64個(gè)波浪數(shù)據(jù)，并對(duì)采集的信號(hào)在兩端進(jìn)行信號(hào)延拓； (3) 利用濾波器組對(duì)波浪數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)濾波和數(shù)據(jù)抽取處理，得到Cl1 (k)，d2 (k)，d3 (k)， d4(k)四組數(shù)據(jù)，每組16個(gè)點(diǎn)； (4) 小波分解后高頻和低頻系數(shù)的閾值量化：對(duì)第1和第2層的每一層高頻系數(shù)和低 頻系數(shù)，選擇一個(gè)閾值進(jìn)行軟閾值量化處理； (5) 對(duì)量化后的變換系數(shù)進(jìn)行一維編碼：將量化后的變換系數(shù)按層順序排列，進(jìn)行LWZ 編碼； (6) 波浪數(shù)據(jù)的小波重構(gòu)：接收傳輸?shù)木幋a，對(duì)編碼進(jìn)行解碼，通過bior3. 7小波多尺 度兩層重構(gòu)濾波器組恢復(fù)數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪數(shù)據(jù)壓縮及重建方法，其特征是，所述步驟（4)中的軟閾 值為：估計(jì)噪聲方_
對(duì)每層中每個(gè)子帶，按下列軟閾值方法修改濾波數(shù)據(jù)：
其中，η為小波系數(shù)的個(gè)數(shù)。
【專利摘要】一種波浪數(shù)據(jù)壓縮及重建方法，包括：選擇bior3.7小波構(gòu)建多尺度分解濾波器組，并確定小波分解的層次為兩層，每級(jí)濾波器組中包括一個(gè)低通濾波器組和一個(gè)高通濾波器組，為四通道濾波器；采集64個(gè)波浪數(shù)據(jù)，并對(duì)采集的信號(hào)在兩端進(jìn)行信號(hào)延拓；利用濾波器組對(duì)波浪數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)濾波和數(shù)據(jù)抽取處理，得到四組數(shù)據(jù)，每組16個(gè)點(diǎn)；對(duì)第1和第2層的每一層高頻系數(shù)和低頻系數(shù)，選擇一個(gè)閾值進(jìn)行軟閾值量化處理；對(duì)量化后的變換系數(shù)進(jìn)行一維編碼：將量化后的變換系數(shù)按層順序排列，進(jìn)行LWZ編碼；波浪數(shù)據(jù)的小波重構(gòu)。波高儀采集的數(shù)據(jù)經(jīng)本發(fā)明方法處理后，采集的數(shù)據(jù)既消除了噪聲，也壓縮了采集的數(shù)據(jù)所占的空間，提高了無線傳輸?shù)乃俾省?br>【IPC分類】H03M7-30
【公開號(hào)】CN104682961
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510045159
【發(fā)明人】夏云峰, 黃海龍, 王馳, 霍曉燕, 房紅兵, 金捷, 陳誠, 周良平
【申請(qǐng)人】水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日