一種錄波數(shù)據(jù)的處理方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種錄波數(shù)據(jù)的處理方法及系統(tǒng)，方法包括數(shù)據(jù)壓縮步驟，具體包括數(shù)據(jù)差分運算；對差分值提取符號位合并成符號字存儲；等分差分絕對值為差分片段，統(tǒng)計出現(xiàn)次數(shù)并以其為權(quán)重生成片段霍夫曼編碼樹；統(tǒng)計量程出現(xiàn)次數(shù)并以其為權(quán)重生成量程霍夫曼編碼樹；根據(jù)霍夫曼編碼樹對差分片段及量程進(jìn)行編碼并存儲；波形數(shù)據(jù)壓縮文件存儲結(jié)構(gòu)包括記錄頭和記錄體，記錄頭包括記錄基本信息、編碼樹信息和編碼區(qū)信息，記錄體包括編碼樹區(qū)、符號編碼區(qū)、量程編碼區(qū)和差分編碼區(qū)；系統(tǒng)包括CPU處理器、分別與CPU連接的采樣系統(tǒng)、外部存儲器和錄波觸發(fā)系統(tǒng)。本發(fā)明壓縮率受波形畸變影響較小，適合狀態(tài)量和模擬量的混合壓縮，耗費內(nèi)存小，編解碼耗時少，實施成本低。
【專利說明】
一種錄波數(shù)據(jù)的處理方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種對錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和解壓的方法，還涉及一種對錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行 處理的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 錄波一般用于電力系統(tǒng)或電力電子系統(tǒng)的電氣量故障檢測，當(dāng)故障或其它觸發(fā)源 觸發(fā)記錄時，檢查設(shè)備記錄下所需電氣量的波形，以便對電氣量進(jìn)行分析。由于錄波的波形 數(shù)據(jù)長度較大，數(shù)據(jù)重復(fù)且存在較大相關(guān)性，因此，需要對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，以節(jié)省存儲 空間和數(shù)據(jù)傳輸時間。
[0003] 專利號為201110417346.8的中國專利公開了"一種基于擾動指示器的故障錄波數(shù) 據(jù)壓縮方法"，該方法在故障擾動出現(xiàn)時，向前追溯5毫秒并采用一階差分或二階差分對數(shù) 據(jù)進(jìn)行壓縮。
[0004] 上述現(xiàn)有錄波數(shù)據(jù)壓縮方法存在如下缺陷，由于該方法基于一階或二階差分算 法，當(dāng)錄波的波形存在較大畸變時，會造成差分值的數(shù)值分布范圍分散，給差分值的編碼效 率造成較大的影響，使得數(shù)據(jù)壓縮率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)之一問題是，提供一種錄波數(shù)據(jù)的處理方法，克服現(xiàn)有技術(shù) 對較大畸變波形壓縮率低的缺陷。
[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)之二問題是，提供一種錄波數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù) 對較大畸變波形壓縮率低的缺陷。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題之一所采用的技術(shù)方案是：提供一種錄波數(shù)據(jù)的處理方 法，其特征在于，包括數(shù)據(jù)壓縮步驟，該數(shù)據(jù)壓縮步驟包括：
[0008] SPA1、CPU對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行一階或二階差分運算，其中，一階差分方程為Y(k) =X (k)-X(k-l)，二階差分方程為 Z(k)=Y(k)-Y(k-l)=X(k)-2X(k-l)+X(k-2);
[0009] SPA2、對差分值提取符號位，合并到符號字中并寫入外部存儲器的符號區(qū)；將差分 絕對值等分成若干個差分片段，片段位長為字長的約數(shù)，第一個非零片段及以后片段的個 數(shù)為量程；
[0010] 對差分片段進(jìn)行出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計，以片段出現(xiàn)次數(shù)為權(quán)重生成片段霍夫曼編碼樹； 對量程進(jìn)行出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計，以量程出現(xiàn)次數(shù)為權(quán)重生成量程霍夫曼編碼樹；
[0011] 根據(jù)片段霍夫曼編碼樹得到差分片段編碼并壓縮，將壓縮的片段編碼按bit位合 成編碼序列暫存至外部存儲器的差分編碼區(qū)；
[0012] 根據(jù)量程霍夫曼樹對量程進(jìn)行編碼并壓縮，將壓縮的量程編碼按bit位合并成編 碼序列暫存至外部存儲器的量程編碼區(qū)；
[0013] 所述波形數(shù)據(jù)壓縮文件的存儲結(jié)構(gòu)包括記錄頭和記錄體，記錄頭包括記錄基本信 息、編碼樹信息和編碼區(qū)信息，記錄體包括編碼樹區(qū)、符號編碼區(qū)、量程編碼區(qū)和差分編碼 區(qū)；所述壓縮文件的文件頭記錄符號區(qū)、量程編碼區(qū)、差分編碼區(qū)的起始地址和長度，并記 錄量程編碼樹和差分編碼樹。
[0014] 在本發(fā)明的錄波的數(shù)據(jù)處理方法中，包括數(shù)據(jù)解壓步驟，該數(shù)據(jù)解壓步驟包括：
[0015] SPB1、從波形數(shù)據(jù)壓縮文件記錄頭中的編碼樹地址和長度取得量程編碼樹和差分 編碼樹；
[0016] SPB2、從量程編碼區(qū)地址和長度找到量程編碼區(qū)，用量程編碼樹對量程碼進(jìn)行解 碼得到波形數(shù)據(jù)差分值量程；
[0017] 從差分編碼區(qū)地址和長度找到差分編碼區(qū)，用差分編碼樹對差分片段碼進(jìn)行解碼 得到波形數(shù)據(jù)差分值片段；
[0018] 從符號區(qū)地址和長度找到符號區(qū)，從符號字中分離出波形數(shù)據(jù)差分值符號位；
[0019] SPB3、用所述波形數(shù)據(jù)的差分值符號位、量程和差分值片段合成差分值，通過所述 差分方程得到波形數(shù)據(jù)原始值。
[0020] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題之二所采用的技術(shù)方案是：提供一種錄波數(shù)據(jù)的處理系 統(tǒng)，其特征在于，包括CPU處理器、分別與該CPU處理器連接的采樣系統(tǒng)、外部存儲器和錄波 觸發(fā)系統(tǒng);其中，在錄波觸發(fā)后，
[0021 ]由所述采樣系統(tǒng)完成波形原始數(shù)據(jù)記錄；
[0022] 由所述CPU完成數(shù)據(jù)壓縮，并將壓縮結(jié)果暫存在所述外部存儲器中；
[0023] 所述波形數(shù)據(jù)壓縮文件在該外部存儲器中的存儲結(jié)構(gòu)為，該波形數(shù)據(jù)壓縮文件包 括記錄頭和記錄體，該記錄頭包括記錄基本信息、編碼樹信息和編碼區(qū)信息；該記錄體包括 編碼樹區(qū)、符號編碼區(qū)、量程編碼區(qū)和差分編碼區(qū)。
[0024]在本發(fā)明的錄波數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)中，所述記錄基本信息包括記錄標(biāo)識、觸發(fā)時刻、 觸發(fā)源號、錄波采樣點數(shù)量和錄波通道數(shù)；
[0025] 所述編碼樹信息包括量程編碼樹地址和長度、差分值編碼樹地址和長度；
[0026] 所述編碼區(qū)信息包括量程編碼區(qū)地址和長度、差分值編碼區(qū)地址和長度。
[0027] 實施本發(fā)明的錄波的數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)比較，其有益效果是：
[0028] 1、錄波的數(shù)據(jù)處理方法實測壓縮結(jié)果如表1所示：
[0029] 表1:壓縮率
[0031]測試條件為:二階差分壓縮;原始數(shù)據(jù)長度1920k*16bit;不同幅值的鋸齒波，正弦 波幅值相同，現(xiàn)場波形為正弦波和狀態(tài)量的組合。從表中看出，實際應(yīng)用中現(xiàn)場錄波具有較 高的壓縮率；同時該壓縮方法占用較少的MCU內(nèi)部資源，占用內(nèi)部存儲空間512字，ROM空間 1500字，適用于MCU平臺；
[0032] 2、本錄波數(shù)據(jù)的處理方法克服了現(xiàn)有技術(shù)缺陷，壓縮率受波形畸變影響較小，適 用于狀態(tài)量和模擬量的混合壓縮；
[0033] 3、通過量程將寬范圍的差分絕對值切成若干個相同的較小數(shù)據(jù)范圍的差分片段， 大大增加編碼和解碼效率，減小數(shù)據(jù)處理復(fù)雜度，耗費內(nèi)存小，編碼及解碼耗時少。
[0034] 4、系統(tǒng)簡潔，實施成本低。
【附圖說明】
[0035] 圖1是本發(fā)明錄波數(shù)據(jù)的處理方法中數(shù)據(jù)壓縮及解壓原理圖。
[0036] 圖2是本發(fā)明錄波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
[0037]圖3是本發(fā)明錄波數(shù)據(jù)的處理方法中原始波形數(shù)據(jù)的存儲原理圖。
[0038]圖4是本發(fā)明錄波數(shù)據(jù)的處理方法中壓縮后記錄的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0039]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0040] 如圖1所示，本發(fā)明錄波數(shù)據(jù)的處理方法的數(shù)據(jù)壓縮包括：
[0041] 首先，對原始波形數(shù)據(jù)進(jìn)行一階或二階差分運算，其中，一階差分方程為Y(k) =X (k)-X(k-l)，二階差分方程為 Z(k)=Y(k)-Y(k-l)=X(k)-2X(k-l)+X(k-2)。
[0042] 然后，對差分結(jié)果提取出符號位和差分絕對值，符號位由Ibit位組成，按字組合成 符號序列存入外部存儲器的符號區(qū)。
[0043] 將每個差分值的絕對值按bit位等分成若干個差分值片段，每個差分值片段位長 為n，n取字長的約數(shù)。例如，字長一般為16bit、32bit或64bit，片段位長η-般為4bit或8bit 等。由高位到低位，從第一個非零片段開始計數(shù)的片段個數(shù)即為量程。
[0044] 對整條記錄的所有片段進(jìn)行出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計，按次數(shù)排序，以出現(xiàn)的次數(shù)為權(quán)重，用 動態(tài)霍夫曼編碼對片段字符進(jìn)行編碼，生成片段霍夫曼編碼樹，出現(xiàn)次數(shù)多的片段碼長小， 相反出現(xiàn)次數(shù)少的片段碼長大，將差分片段進(jìn)行壓縮，結(jié)果按字組合成差分片段編碼序列， 然后存入外部存儲器壓縮文件的差分編碼區(qū)。
[0045] 對量程進(jìn)行霍夫曼編碼，以量程出現(xiàn)次數(shù)為權(quán)重生成量程霍夫曼編碼樹，出現(xiàn)次 數(shù)多的量程用較短的碼長表示，反之，出現(xiàn)次數(shù)少的量程用較長的碼長表示，將量程位進(jìn)行 壓縮，結(jié)果按字組合成量程碼序列，然后存入外部存儲器壓縮文件的量程編碼區(qū)。
[0046] 當(dāng)錄波觸發(fā)后，波形數(shù)據(jù)被鎖定，波形數(shù)據(jù)的存儲格式如圖3所示。
[0047] 如圖4所示，波形數(shù)據(jù)壓縮文件的存儲結(jié)構(gòu)包括記錄頭和記錄體，記錄頭包括記錄 基本信息、編碼樹信息和編碼區(qū)信息，記錄體包括編碼樹區(qū)、符號編碼區(qū)、量程編碼區(qū)和差 分編碼區(qū)。其中，記錄基本信息包括記錄標(biāo)識、觸發(fā)時刻、觸發(fā)源號、錄波采樣點數(shù)量和錄波 通道數(shù);編碼樹信息包括量程編碼樹地址和長度、差分值編碼樹地址和長度;編碼區(qū)信息包 括量程編碼區(qū)地址和長度、差分值編碼區(qū)地址和長度。
[0048] 壓縮文件的文件頭記錄符號區(qū)、量程編碼區(qū)、差分編碼區(qū)的起始地址和長度，并記 錄量程編碼樹和差分編碼樹。
[0049] 如圖1所示，本發(fā)明錄波數(shù)據(jù)的處理方法中的數(shù)據(jù)解壓包括：
[0050] 首先，從外部存儲器波形數(shù)據(jù)壓縮文件記錄頭中的編碼樹地址和長度取得量程編 碼樹和差分編碼樹。
[0051 ] 然后，從量程編碼區(qū)地址和長度找到量程編碼區(qū)，用量程編碼樹對量程碼進(jìn)行解 碼得到波形數(shù)據(jù)差分值量程；
[0052]從差分編碼區(qū)地址和長度找到差分編碼區(qū)，用差分編碼樹對差分片段碼進(jìn)行解碼 得到波形數(shù)據(jù)差分值片段；
[0053] 從符號區(qū)地址和長度找到符號區(qū)，從符號字中分離出波形數(shù)據(jù)差分值符號位；
[0054] 然后，根據(jù)上述波形數(shù)據(jù)差分值符號位、量程和差分值片段合成差分值，通過差分 方程得到波形數(shù)據(jù)的原始值。
[0055] 如圖2所示，本發(fā)明的錄波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括CPU處理器、分別與該CPU處理器連接 的采樣系統(tǒng)、外部存儲器和錄波觸發(fā)系統(tǒng)。
[0056] 在錄波觸發(fā)后，由采樣系統(tǒng)完成波形原始數(shù)據(jù)記錄；由CPU完成數(shù)據(jù)壓縮，并將壓 縮結(jié)果暫存在外部存儲器中。
[0057] 波形數(shù)據(jù)壓縮文件在外部存儲器中的存儲結(jié)構(gòu)如圖4所示，波形數(shù)據(jù)壓縮文件包 括記錄頭和記錄體，記錄頭包括記錄基本信息、編碼樹信息和編碼區(qū)信息;記錄體包括編碼 樹區(qū)、符號編碼區(qū)、量程編碼區(qū)和差分編碼區(qū)。
[0058] 其中，記錄基本信息包括記錄標(biāo)識、觸發(fā)時刻、觸發(fā)源號、錄波采樣點數(shù)量和錄波 通道數(shù);編碼樹信息包括量程編碼樹地址和長度、差分值編碼樹地址和長度;編碼區(qū)信息包 括量程編碼區(qū)地址和長度、差分值編碼區(qū)地址和長度。
【主權(quán)項】
1. 一種錄波數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于，包括數(shù)據(jù)壓縮步驟，該數(shù)據(jù)壓縮步驟包括： SPA1、CPU對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行一階或二階差分運算，其中，一階差分方程為Y(k)=x(k)-x (k-1)，二階差分方程為 Z(k)=Y(k)-Y(k-l)=X(k)-2X(k-l)+X(k-2); SPA2、對差分值提取符號位，合并到符號字中并寫入外部存儲器的符號區(qū)；將差分絕對 值等分成若干個差分片段，片段位長為字長的約數(shù)，第一個非零片段及以后片段的個數(shù)為 口 里fe; 對差分片段進(jìn)行出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計，以片段出現(xiàn)次數(shù)為權(quán)重生成片段霍夫曼編碼樹;對量 程進(jìn)行出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計，以量程出現(xiàn)次數(shù)為權(quán)重生成量程霍夫曼編碼樹； 根據(jù)片段霍夫曼編碼樹得到差分片段編碼并壓縮，將壓縮的片段編碼按bit位合成編 碼序列暫存至外部存儲器的差分編碼區(qū)； 根據(jù)量程霍夫曼樹對量程進(jìn)行編碼并壓縮，將壓縮的量程編碼按bit位合并成編碼序 列暫存至外部存儲器的量程編碼區(qū)； 所述波形數(shù)據(jù)壓縮文件的存儲結(jié)構(gòu)包括記錄頭和記錄體，記錄頭包括記錄基本信息、 編碼樹信息和編碼區(qū)信息，記錄體包括編碼樹區(qū)、符號編碼區(qū)、量程編碼區(qū)和差分編碼區(qū)； 所述壓縮文件的文件頭記錄符號區(qū)、量程編碼區(qū)、差分編碼區(qū)的起始地址和長度，并記錄量 程編碼樹和差分編碼樹。2. 如權(quán)利要求1所述的錄波數(shù)據(jù)的處理方法，其特征是，包括數(shù)據(jù)解壓步驟，該數(shù)據(jù)解 壓步驟包括： SPB1、從波形數(shù)據(jù)壓縮文件記錄頭中的編碼樹地址和長度取得量程編碼樹和差分編碼 樹； SPB2、從量程編碼區(qū)地址和長度找到量程編碼區(qū)，用量程編碼樹對量程碼進(jìn)行解碼得 到波形數(shù)據(jù)差分值量程； 從差分編碼區(qū)地址和長度找到差分編碼區(qū)，用差分編碼樹對差分片段碼進(jìn)行解碼得到 波形數(shù)據(jù)差分值片段； 從符號區(qū)地址和長度找到符號區(qū)，從符號字中分離出波形數(shù)據(jù)差分值符號位； SPB3、用所述波形數(shù)據(jù)差分值符號位、量程和差分值片段合成差分值，通過所述差分方 程得到波形數(shù)據(jù)原始值。3. -種錄波數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)，其特征在于，包括CPU處理器、分別與該CPU處理器連接的 采樣系統(tǒng)、外部存儲器和錄波觸發(fā)系統(tǒng);其中，在觸發(fā)后， 由所述采樣系統(tǒng)完成波形原始數(shù)據(jù)記錄； 由所述CHJ完成數(shù)據(jù)壓縮，并將壓縮結(jié)果暫存在所述外部存儲器中； 所述波形數(shù)據(jù)壓縮文件在該外部存儲器中的存儲結(jié)構(gòu)為，該波形數(shù)據(jù)壓縮文件包括記 錄頭和記錄體，該記錄頭包括記錄基本信息、編碼樹信息和編碼區(qū)信息;該記錄體包括編碼 樹區(qū)、符號編碼區(qū)、量程編碼區(qū)和差分編碼區(qū)。4. 如權(quán)利要求3所述的錄波數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)，其特征是， 所述記錄基本信息包括記錄標(biāo)識、觸發(fā)時刻、觸發(fā)源號、錄波采樣點數(shù)量和錄波通道 數(shù)； 所述編碼樹信息包括量程編碼樹地址和長度、差分值編碼樹地址和長度； 所述編碼區(qū)信息包括量程編碼區(qū)地址和長度、差分值編碼區(qū)地址和長度。
【文檔編號】H03M7/30GK105915226SQ201610270654
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】周朝陽, 彭意成, 呂航, 呂一航
【申請人】深圳市禾望電氣股份有限公司