作過程:
[0045]設(shè)仁和f t+1是前一時(shí)刻和這一時(shí)刻采集到的擁有N個(gè)元素的數(shù)據(jù)，這兩個(gè)數(shù)據(jù)中都存在多個(gè)元素項(xiàng)，η表示元素項(xiàng)的個(gè)數(shù)，f t, i = I, 2, 3.....n f t+1，j =
1，2，3——n，ajP b.j分別表示f t^P f t+1中的元素項(xiàng)，由a k壓縮b k，其中，N與n的值相等。具體實(shí)施步驟如下:
[0046]步驟1、數(shù)據(jù)壓縮，流程圖如圖1所示:
[0047]步驟1.1、準(zhǔn)備Ibit存儲(chǔ)匕的符號域，命名為Sb，采用該方式可以避免數(shù)據(jù)具有單調(diào)性，只需要考慮指數(shù)部分和尾數(shù)部分；
[0048]步驟1.2、用Δ e表示b !^勺指數(shù)域的差值，SP Δ e = e b_ea。在這里，用2bit表示Ae，而不是8bit，這是因?yàn)榭茖W(xué)數(shù)據(jù)密集度高，大部分?jǐn)?shù)據(jù)的指數(shù)域相同或相差1，僅有少數(shù)數(shù)據(jù)的指數(shù)域相差較大。由于2bit的△ e只能表示4種情況，所以當(dāng)^與b k的指數(shù)域的差值為0，1，-1時(shí)，對應(yīng)的Ae分別等于0，1，2;當(dāng)指數(shù)域的差值是其它情況時(shí)，Ae等于3，并額外存儲(chǔ)Ibyte用于單獨(dú)表示b的指數(shù)域，命名為eb;
[0049]步驟1.3、準(zhǔn)備Ibit表示815與1315的尾數(shù)域部分(ma&mb)誰更大，命名為I。這是因?yàn)槲矓?shù)域部分的差值取的是絕對值，在解壓縮時(shí)，必須區(qū)分誰大誰小，才能完整的恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，所以該標(biāo)志的存儲(chǔ)是不可缺少的；
[0050]步驟1.4、由于單精度浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)的尾數(shù)部分只有23位，而目前計(jì)算機(jī)的最小單位是字節(jié)byte，所以首先給815與b k的尾數(shù)域頭部填充lbit，將其擴(kuò)展為24bit，以便于計(jì)算機(jī)識別及計(jì)算；然后采用內(nèi)存拷貝映射尾數(shù)域部分使其變成整數(shù)；最后求出％與1^的尾數(shù)域部分差值的絕對值，命名為A m ;
[0051]步驟1.5、計(jì)算Am頭部冗余零位數(shù)Iiumlt3考慮到數(shù)據(jù)壓縮的效率及計(jì)算時(shí)間，我們以2bit為單位對!^^進(jìn)行計(jì)算，刪除頭部「num Jl\ *2位冗余零，最后只存儲(chǔ)余下的有效數(shù)據(jù)；為了解壓縮時(shí)具有可分辨性，額外用4bit標(biāo)志保存有效數(shù)據(jù)的位數(shù)，命名為num。
[0052]步驟1.6、將所有的標(biāo)志位sb，Δ e，1，num重新組合成一個(gè)字節(jié)，命名為mark。此處的技巧在于既充分利用了浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)各部分的物理含義及每部分的密集性特點(diǎn)，又剛好將所有標(biāo)志位組合成lbyte，以便于計(jì)算機(jī)識別及后面壓縮數(shù)據(jù)的封裝。
[0053]步驟1.7、將獲得的有效數(shù)據(jù)按位位相接的原則，封裝成字符串，命名為data ;
[0054]步驟1.8、返回步驟1.1直至ft+1中所有數(shù)據(jù)被壓縮完成，將所有mark組成一個(gè)數(shù)組*mark，所有由其它情況產(chǎn)生的eb組成數(shù)組*e b，所有data組成一個(gè)數(shù)組*data。
[0055]步驟2、數(shù)據(jù)解壓縮，流程圖如圖2所示:
[0056]步驟2.1、從數(shù)組*mark中取出一個(gè)數(shù)據(jù)mark，按照移位原則分解出sb，Δ e, 1，num ο
[0057]步驟2.2、根據(jù)Sb值確定b k的符號域。
[0058]步驟2.3、由Δ e確定bk的指數(shù)域與a!^勺指數(shù)域的差值，若屬于0，-1，I三種情況，則結(jié)合指數(shù)部分確定b !^勺指數(shù)域；若屬于其它情況，則從數(shù)組*e 取出一個(gè)字節(jié)e b，并將其作為bk的指數(shù)部分。
[0059]步驟2.4、由I可知道^與b 尾數(shù)域部分誰大誰小，從而可確定b k的尾數(shù)域部分與ak的尾數(shù)域部分的運(yùn)算符號。
[0060]步驟2.5、根據(jù)num可知在數(shù)組*data中存儲(chǔ)了多少位有效數(shù)據(jù)，采用反壓縮法提取出num*2位有效數(shù)據(jù)，然后添加冗余零到這些有效數(shù)據(jù)的頭部以構(gòu)成23bit，從而得出ak與1\的尾數(shù)域差值I Am|。
[0061]步驟2.6、根據(jù)1，確定出I Am|實(shí)際值的大小，在結(jié)合化的尾數(shù)域，計(jì)算出b k的尾數(shù)域。最后采用內(nèi)存反映射的方式得出bk的尾數(shù)域。
[0062]步驟2.7、由步驟2.1至步驟2.6即完成了浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)符號域、指數(shù)域、尾數(shù)域的解壓縮。通過移位等操作，將這三部分重新組合成一個(gè)新的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，它與原始數(shù)據(jù)完全相等，沒有任何bit位的丟失，也沒有破壞原始數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，并且方法簡單高效。
[0063]步驟2.8、返回步驟2.1繼續(xù)解壓直至ft+1中所有數(shù)據(jù)被解壓完成。
[0064]如圖3所示為本發(fā)明無損壓縮方法(TMI)與WinRAR、WinZIP的壓縮率比較圖，由圖3可以得出:對于壓縮結(jié)果復(fù)雜的流體仿真數(shù)據(jù)(如圖中U文件、V文件、UV文件)，本發(fā)明TMI方法取得了比常規(guī)壓縮工具WinRAR和WinZIP更好的壓縮效果。
[0065]如圖4所示為本發(fā)明無損壓縮方法(TMI)與WinRAR、WinZIP的壓縮和解壓縮時(shí)間比較圖，由圖4可以得出:本發(fā)明TMI方法對U文件、V文件、UV文件的壓縮和解壓縮速度比常規(guī)壓縮工具WinRAR和WinZIP更快。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種面向科學(xué)計(jì)算的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)無損壓縮方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟1、對浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)的符號域、指數(shù)域和尾數(shù)域分別映射、分別壓縮，并對壓縮后的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制位為單位進(jìn)行存儲(chǔ)； 步驟2、獲得尾數(shù)域差值的有效數(shù)據(jù)、指數(shù)域差值和符號域，并根據(jù)IEEE754格式和參考數(shù)據(jù)，完整恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)， 其中，參考數(shù)據(jù)是前一個(gè)被壓縮數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向科學(xué)計(jì)算的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)無損壓縮方法，其特征在于，所述步驟I具體為: 步驟1.1、內(nèi)存拷貝參考數(shù)據(jù)和被壓縮數(shù)據(jù)，將其分別轉(zhuǎn)換為4個(gè)字節(jié)的整數(shù)； 步驟1.2、根據(jù)IEEE754格式，提取出參考數(shù)據(jù)和被壓縮數(shù)據(jù)的符號域、指數(shù)域和尾數(shù)域； 步驟1.3、保持被壓縮數(shù)據(jù)的符號域值不變； 步驟1.4、采用減法運(yùn)算得出被壓縮數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)的指數(shù)域差值，當(dāng)指數(shù)域差值的值較小時(shí)，標(biāo)記相應(yīng)的標(biāo)志位；當(dāng)指數(shù)域差值的值較大時(shí)，單獨(dú)存儲(chǔ)被壓縮數(shù)據(jù)的指數(shù)域，并標(biāo)記相應(yīng)的標(biāo)志位； 步驟1.5、采用減法運(yùn)算得出被壓縮數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)的尾數(shù)域差值，刪除尾數(shù)域差值頭部的連續(xù)冗余O，存儲(chǔ)有效數(shù)據(jù)，同時(shí)標(biāo)記有效數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)； 步驟1.6、采用位位相接的方式封裝所有數(shù)據(jù)尾數(shù)域差值的有效數(shù)據(jù)位，并封裝被壓縮數(shù)據(jù)的符號域、指數(shù)域及各種標(biāo)志位，即實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的完全無損壓縮。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種面向科學(xué)計(jì)算的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)無損壓縮方法，其特征在于，所述步驟1.4中指數(shù)域差值的值較小為被壓縮數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)的指數(shù)域差值為O，1，-1，對應(yīng)的標(biāo)記位為O，1，2 ;指數(shù)域差值的值較大為被壓縮數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)的指數(shù)域差值為其他，對應(yīng)的標(biāo)記位為3。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向科學(xué)計(jì)算的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)無損壓縮方法，其特征在于，所述步驟2具體為: 步驟2.1、根據(jù)尾數(shù)部分的標(biāo)志位值確定尾數(shù)域差值的有效數(shù)據(jù)位數(shù)，并按位從尾數(shù)域的壓縮數(shù)據(jù)中取出該差值；然后由IEEE754格式可知該差值頭部所需的冗余O位數(shù)，并對其進(jìn)行填充；最后根據(jù)參考數(shù)據(jù)的尾數(shù)值恢復(fù)出被壓縮數(shù)據(jù)的尾數(shù)域； 步驟2.2、根據(jù)指數(shù)部分的標(biāo)志位值，如果獲得的是指數(shù)域差值，根據(jù)參考數(shù)據(jù)的指數(shù)域恢復(fù)出被壓縮數(shù)據(jù)的指數(shù)域，轉(zhuǎn)到步驟2.3 ;如果獲得的是被壓縮數(shù)據(jù)的指數(shù)域，直接轉(zhuǎn)到步驟2.3 ； 步驟2.3、從壓縮數(shù)據(jù)中取出被壓縮數(shù)據(jù)的符號域； 步驟2.4、按照IEEE754格式，組合符號域、指數(shù)域和尾數(shù)域變成4個(gè)字節(jié)的整數(shù)，并內(nèi)存映射該整數(shù)使其還原成被壓縮的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向科學(xué)計(jì)算的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)無損壓縮方法，數(shù)據(jù)壓縮部分包括對浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)的符號域、指數(shù)域和尾數(shù)域分別映射、分別壓縮，并對壓縮后的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制位為單位進(jìn)行存儲(chǔ)；解壓縮部分包括由標(biāo)志位獲得尾數(shù)域差值的有效數(shù)據(jù)、指數(shù)差值和符號域等各部分，并根據(jù)IEEE754格式和參考數(shù)據(jù)，完整恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。本發(fā)明的壓縮方法，是按照浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)的物理含義對數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分的，壓縮率高；并且本發(fā)明的壓縮方法沒有過多的數(shù)據(jù)預(yù)測或變換算法，這樣加快了數(shù)據(jù)的壓縮速度。
【IPC分類】H03M7/30
【公開號】CN105024702
【申請?zhí)枴緾N201510398051
【發(fā)明人】王彬, 李帆, 黑新宏, 劉文娟, 張丹, 謝國, 王磊
【申請人】西安理工大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月8日