CN102546497B - 一种采样数据的压缩方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采样数据的压缩方法和装置。所述方法包括接收以采样速率为f_s获得的实数据序列，并对所述实数据序列进行时域压缩处理，其中，f_s＞0；对经时域压缩处理的实数据序列进行分组，每组包括N₁个数据，其中，N₁＝2^a，a为自然数；依次对各组实数据序列进行N₁点的傅里叶变换，得到带宽为W₁的频域数据序列；依次对各组带宽为W₁的频域数据序列进行频域压缩处理，得到每组包括N₂个数据，带宽为W₂的频域数据序列；依次将各组带宽为W₂的频域数据序列，进行N₂点的反傅里叶变换，得到压缩后的时域数据序列；将各组压缩后的时域数据序列依次相连，得到所述实数据序列对应的压缩结果。本申请可以降低高速率通信系统对设备数据处理速率的要求。

Description

一种采样数据的压缩方法及装置

技术领域

本申请涉及数据处理领域，特别是涉及一种采样数据的压缩方法，以及，一种采样数据的压缩装置。

背景技术

随着无线移动通信技术和网络技术的快速发展，用户对无线通信系统的速率提出了越来越高的要求。因此用于提高数据传输速率的多种无线通信技术，如MIMO技术，正在快速的发展。更高速率信号的传输依赖于更大的带宽和更高的采样速率。因此，通信设备需要处理的数据速率将变得越来越大，从而对通信设备的数据处理速率提出了更高的要求。

而现有技术中，一方面，由于硬盘的读写速率和某些种类接口(如GE口)的处理速率的限制，很多通信平台无法处理过高速率的数据流，因此需要对数据进行压缩处理，以向下兼容数据处理速率较低的设备。例如，对高速率通信系统的无线信道参数进行测量和分析时，由于发送端数据速率很高，可达到Gbit/s的数量级，接收端对数据处理速率的要求也会很高。但是由于海量的数据需要用硬盘来进行存储，以及用接口将数据接入PC进行分析和处理，而硬盘的读写速率和接口的处理速率一般很难达到Gbit/s的数量级。

另一方面，过高的数据速率对数据处理设备提出了很高要求的同时未必能够带来用户体验的大幅度增加。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种采样数据的压缩方法，用以降低高速率通信系统对设备数据处理速率的要求。

本申请还提供了一种采样数据的压缩装置，用以保证上述方法在实际中的应用及实现。

为了解决上述问题，本申请公开了一种采样数据的压缩方法，包括：

接收以采样速率为f_s获得的实数据序列，并对所述实数据序列进行时域压缩处理，其中，f_s＞0；

对经时域压缩处理的实数据序列进行分组，每组包括N₁个数据，其中，N₁＝2^a，a为自然数；

依次对各组实数据序列进行N₁点的傅里叶变换，得到带宽为W₁的频域数据序列；

依次对各组带宽为W₁的频域数据序列进行频域压缩处理，得到每组包括N₂个数据，带宽为W₂的频域数据序列，其中，W₂＞W₁＞0，2N₂＜N₁， $N_2=\frac{W_2}{f_s}{N}_1=2^b,$ b为自然数；

依次将各组带宽为W₂的频域数据序列，进行N₂点的反傅里叶变换，得到压缩后的时域数据序列；

将各组压缩后的时域数据序列依次相连，得到所述实数据序列对应的压缩结果。

优选的，所述接收以采样速率为f_s获得的实数据序列，并对实数据序列进行时域压缩处理的步骤包括：

接收以采样速率为f_s获得的，序列长度为N₃的实数据序列；

对所述实数据序列，每m个数据求平均值，得到n个平均值，作为时域压缩处理的结果，其中，m×n＝N₃，m、n和N₃均为正整数。

优选的，所述接收以采样速率为f_s获得的实数据序列，并对实数据序列进行时域压缩处理的步骤包括：

接收以采样速率为f_s获得的，序列长度为N₃的实数据序列；

对所述实数据序列，每m个数据抽取一个数据，得到n个数据，作为时域压缩处理的结果，其中，m×n＝N₃，m、n和N₃均为正整数。

优选的，所述频域压缩处理为，依次将各组带宽为W₁的频域数据序列，通过带宽为W₂的滤波器进行滤波。

优选的，所述滤波器为低通滤波器、带通滤波器或高通滤波器。

本申请还提供了一种采样数据的压缩装置，包括：

时域压缩模块，用于接收以采样速率为f_s获得的实数据序列，并对所述实数据序列进行时域压缩处理，其中，f_s＞0；

实数据序列分组模块，用于对经时域压缩处理的实数据序列进行分组，每组包括N₁个数据，其中，N₁＝2^a，a为自然数；

傅里叶变换模块，用于依次对各组实数据序列进行N₁点的傅里叶变换，得到带宽为W₁的频域数据序列；

频域压缩模块，用于依次对各组带宽为W₁的频域数据序列进行频域压缩处理，得到每组包括N₂个数据，带宽为W₂的频域数据序列，其中，W₂＞W₁＞0，2N₂＜N₁， $N_2=\frac{W_2}{f_s}{N}_1=2^b,$ b为自然数；

反傅里叶变换模块，用于依次将各组带宽为W₂的频域数据序列，进行N₂点的反傅里叶变换，得到压缩后的时域数据序列；

时域数据序列连接模块，用于将各组压缩后的时域数据序列依次相连，得到所述实数据序列对应的压缩结果。

优选的，所述时域压缩模块包括：

第一数据接收子模块，用于接收以采样速率为f_s获得的，序列长度为N₃的实数据序列；

平均压缩子模块，用于对所述实数据序列，每m个数据求平均值，得到n个平均值，作为时域压缩处理的结果，其中，m×n＝N₃，m、n和N₃均为正整数。

优选的，所述时域压缩模块包括：

第二数据接收子模块，用于接收以采样速率为f_s获得的，序列长度为N₃的实数据序列；

抽取压缩子模块，用于对所述实数据序列，每m个数据抽取一个数据，得到n个数据，作为时域压缩处理的结果，其中，m×n＝N₃，m、n和N₃均为正整数。

优选的，所述频域压缩模块包括：

滤波子模块，用于依次将各组带宽为W₁的频域数据序列，通过带宽为W₂的滤波器进行滤波。

优选的，所述滤波器为低通滤波器、带通滤波器或高通滤波器。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：

本申请对接收到的采样数据，首先进行时域压缩，减少采样数据的数据量，然后变换到频域进行频域压缩，滤除在预设信号带宽之外的噪音信号，然后将信号变换回时域信号，完成对信号的压缩处理。依据本申请可以在采样速率很高的情况下，大大减少需要处理的数据量，降低了高速率通信系统对设备数据处理速率的要求，不用提高系统成本。

同时，由于在极短的时间内，信道的变化不大，因此，对这段时间内获得的数据进行压缩的同时，可以保证分析结果的精度，进而保证足够的用户体验。本申请可以用于各种信道测量设备和需要进行高速率数据压缩的设备中。

附图说明

图1是本申请的一种采样数据的压缩方法实施例的流程图；

图2是本申请的一种采样数据的压缩装置实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

参考图1，示出了本申请的一种采样数据的压缩方法实施例的流程图，具体可以包括以下步骤：

步骤101、接收以采样速率为f_s获得的实数据序列，并对所述实数据序列进行时域压缩处理，其中，f_s＞0。

在本申请的一种优选示例中，所述步骤101可以包括：

子步骤S11、接收以采样速率为f_s获得的，序列长度为N₃的实数据序列；

子步骤S12、对所述实数据序列，每m个数据求平均值，得到n个平均值，作为时域压缩处理的结果，其中，m×n＝N₃，m、n和N₃均为正整数。

以f_s采样速率采集实数据序列s₁(j)(j＝0，1，2，...，N₃-1)(N₃＝1，2，3，...)，输入系统后进行时域压缩处理。

在本示例中，时域压缩处理采用平均压缩法，在采样时，可以设定一份数据的个数为n(n为任意正整数)，或设定一个时间长度t，在t时间段内获取n个数据(n＝f_s×t)，接收m份数据作为进行压缩处理的实数据序列，序列长度为N₃＝m×n。在进行时域压缩时，提取实数据序列中的m个数据求平均值，如此将计算出来的n个均值替换掉原来的m×n个数据，作为时域压缩处理的结果。

在具体的实现中，可以按照原实数据序列的顺序，依次提取m个数据求均值；也可以将实数据序列按照顺序分为m份，将m份数据按照顺序进行叠加，然后对叠加的各个数据求均值，此处，以高速率的MIMO信道测量为例进行说明。

在高速率的m×N MIMO信道中，以一个发天线分别和N个收天线依次进行时间长度为t(t＞0)的通信为一个快拍。通信的数据在接收端以频率为fs进行采样。

首先，依次存储第一个快拍的所有数据x₁₁，x₁₂，...，x_1n，其中，n为一个快拍的数据个数，满足n＝N×t×f_s。然后将第二个快拍的所有数据依次叠加到第一个快拍相应位置的数据上，即x₂₁+x₁₁，x₂₂+x₁₂，...，x_2n+x_1n。依此类推，对之后输入的m-2个快拍的数据不断叠加到相应位置的数据上，从而完成对m个快拍相应位置的数据的求和，求和后进行平均，即

即完成了对m个快拍数据的时域压缩，原实数据序列s₁(j)(j＝0，1，2，...，N₃-1)(N₃＝1，2，3，...)压缩为s₂(j)(j＝0，1，2，...，n-1)(n＝1，2，3，...)，序列长度由N₃＝m×n减少为n。

在具体的实现中，进行时域压缩的时间由数字信号发生器ESG控制，时钟频率f＝f_s。

在本申请的另一种优选示例中，所述步骤101可以包括：

子步骤S21、接收以采样速率为f_s获得的，序列长度为N₃的实数据序列。

子步骤S22、对所述实数据序列，每m个数据抽取一个数据，得到n个数据，作为时域压缩处理的结果，其中，m×n＝N₃，m、n和N₃均为正整数。

在本示例中，时域压缩处理采用抽取压缩法，同上个示例，可以设定一份数据的个数为n(n为任意正整数)，或设定一个时间长度t，在t时间段内获取n个数据(n＝f_s×t)，接收了m份数据后，提取其中n个数据作为时域压缩处理的结果。

在具体的实现中，可以按照原实数据序列的顺序，依次提取n个数据，如上面的例子，依次存储第一个快拍的所有数据x₁₁，x₁₂，...，x_1n，对之后的m-1个快拍的数据做丢弃处理，序列长度由n×m减少为n。

也可以将实数据序列按照顺序分为m份，在每份数据中提取1个数据，共n个数据作为时域压缩处理的结果，其中，各数据在其所在那份数据中的位置均不相同。

步骤102、对经时域压缩处理的实数据序列进行分组，每组包括N₁个数据，其中，N₁＝2^a，a为自然数。

由于采样数据的数据量比较大，需要划分为个数适合的多组，分别进行傅里叶变换，每组的数据个数要求为2的a次幂，若N₁并非2的a次幂的整数倍，可以以0补充。

步骤103、依次对各组实数据序列进行N₁点的傅里叶变换，得到带宽为W₁的频域数据序列。

对上述步骤中获得的时域实数据序列进行傅里叶变换，是为了方便在频域上对信号做处理。第i组实数据序列进行N₁(N₁＝2^a，a＝0，1，2，...)点傅里叶变换之后，依次获得第i组复频域信号

带宽记为W₁。

步骤104、依次对各组带宽为W₁的频域数据序列进行频域压缩处理，得到每组包括N₂个数据，带宽为W₂的频域数据序列，其中，W₂＞W₁＞0，2N₂＜N₁， $N_2=\frac{W_2}{f_s}{N}_1=2^b,$ b为自然数。

在具体的实现中，所述频域压缩处理可以为，依次将各组带宽为W₁的频域数据序列，通过带宽为W₂的滤波器进行滤波，即用带宽为W₂的数字滤波器依次对第组频域数据序列z_i ¹(k)(k＝0，1，2，...，N₁-1)的实部和虚部进行滤波，滤波后依次得到第i组带宽为W₂的频域数据序列Z_i ²(k)(k＝0，1，...，N₂-1)，其中，滤波器的带宽W₂大于频域数据序列的带宽，2N₂＜N₁，并且 $N_2=\frac{W_2}{f_s}{N}_1=2^b,$ b为自然数。

具体的，所述滤波器可以为低通滤波器、带通滤波器或高通滤波器。

步骤105、依次将各组带宽为W₂的频域数据序列，进行N₂点的反傅里叶变换，得到压缩后的时域数据序列。

依次对第

组压缩后的频域数据Z_i ²(k)(k＝0，1，...，N₂-1)进行N₂点反傅里叶变换，得到对应的复时域数据序列s_{i_comp}(l)(l＝0，1，2，...，N₂-1)。

步骤106、将各组压缩后的时域数据序列依次相连，得到所述实数据序列对应的压缩结果。

将各组对应的复时域数据序列依次连接起来，可以所述实数据序列对应的压缩结果

其中l＝0，1，2，...，N₂-1，

由于最终的数据序列为复数，因此可以将采取实部序列和虚部序列分别存储的方法。

综上所述，本申请提供了一种采样数据的压缩方法，对接收到的采样数据，首先进行时域压缩，减少采样数据的数据量，然后变换到频域进行频域压缩，滤除在预设信号带宽之外的噪音信号，然后将信号变换回时域信号，完成对信号的压缩处理。依据本申请可以在采样速率很高的情况下，大大减少需要处理的数据量，降低了高速率通信系统对设备数据处理速率的要求，不用提高系统成本。

同时，由于在极短的时间内，信道的变化不大，因此，对这段时间内获得的数据进行压缩的同时，可以保证分析结果的精度，进而保证足够的用户体验。本申请可以用于各种信道测量设备和需要进行高速率数据压缩的设备中。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

参考图2，示出了本申请的一种采样数据的压缩装置实施例的结构框图，具体可以包括以下模块：

时域压缩模块201，用于接收以采样速率为f_s获得的实数据序列，并对所述实数据序列进行时域压缩处理，其中，f_s＞0；

实数据序列分组模块202，用于对经时域压缩处理的实数据序列进行分组，每组包括N₁个数据，其中，N₁＝2^a，a为自然数；

傅里叶变换模块203，用于依次对各组实数据序列进行N₁点的傅里叶变换，得到带宽为W₁的频域数据序列；

频域压缩模块204，用于依次对各组带宽为W₁的频域数据序列进行频域压缩处理，得到每组包括N₂个数据，带宽为W₂的频域数据序列，其中，W₂＞W₁＞0，2N₂＜N₁， $N_2=\frac{W_2}{f_s}{N}_1=2^b,$ b为自然数；

反傅里叶变换模块205，用于依次将各组带宽为W₂的频域数据序列，进行N₂点的反傅里叶变换，得到压缩后的时域数据序列；

时域数据序列连接模块206，用于将各组压缩后的时域数据序列依次相连，得到所述实数据序列对应的压缩结果。

在本申请的一种优选实施例中，所述时域压缩模块可以包括：

第一数据接收子模块，用于接收以采样速率为f_s获得的，序列长度为N₃的实数据序列；

平均压缩子模块，用于对所述实数据序列，每m个数据求平均值，得到n个平均值，作为时域压缩处理的结果，其中，m×n＝N₃，m、n和N₃均为正整数。

在本申请的另一种优选实施例中，所述时域压缩模块可以包括：

第二数据接收子模块，用于接收以采样速率为f_s获得的，序列长度为N₃的实数据序列；

抽取压缩子模块，用于对所述实数据序列，每m个数据抽取一个数据，得到n个数据，作为时域压缩处理的结果，其中，m×n＝N₃，m、n和N₃均为正整数。

在本申请的另一种优选实施例中，所述频域压缩模块可以包括：

滤波子模块，用于依次将各组带宽为W₁的频域数据序列，通过带宽为W₂的滤波器进行滤波。

在本申请的另一种优选实施例中，所述滤波器可以为低通滤波器、带通滤波器或高通滤波器。

由于所述装置实施例基本相应于前述图1所示的方法实施例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此就不赘述了。

本申请可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种采样数据的压缩方法，以及，一种采样数据的压缩装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种采样数据的压缩方法，其特征在于，包括：

接收以采样速率为f_s获得的实数据序列，并对所述实数据序列进行时域压缩处理，其中，f_s>0；

对经时域压缩处理的实数据序列进行分组，每组包括N₁个数据，其中，N₁=2^a，a为自然数，若N₁并非2的a次幂的整数倍，以0补充；

依次对各组实数据序列进行N₁点的傅里叶变换，得到带宽为W₁的频域数据序列；

依次对各组带宽为W₁的频域数据序列进行频域压缩处理，得到每组包括N₂个数据，带宽为W₂的频域数据序列，其中，W₂>W₁>0，2N₂<N₁，

b为自然数；

依次将各组带宽为W₂的频域数据序列，进行N₂点的反傅里叶变换，得到压缩后的时域数据序列；

将各组压缩后的时域数据序列依次相连，得到所述实数据序列对应的压缩结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收以采样速率为f_s获得的实数据序列，并对实数据序列进行时域压缩处理的步骤包括：

接收以采样速率为f_s获得的，序列长度为N₃的实数据序列；

对所述实数据序列，每m个数据求平均值，得到n个平均值，作为时域压缩处理的结果，其中，m×n=N₃，m、n和N₃均为正整数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收以采样速率为f_s获得的实数据序列，并对实数据序列进行时域压缩处理的步骤包括：

接收以采样速率为f_s获得的，序列长度为N₃的实数据序列；

对所述实数据序列，每m个数据抽取一个数据，得到n个数据，作为时域压缩处理的结果，其中，m×n=N₃，m、n和N₃均为正整数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频域压缩处理为，依次将各组带宽为W₁的频域数据序列，通过带宽为W₂的滤波器进行滤波。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述滤波器为低通滤波器、带通滤波器或高通滤波器。

6.一种采样数据的压缩装置，其特征在于，包括：

时域压缩模块，用于接收以采样速率为f_s获得的实数据序列，并对所述实数据序列进行时域压缩处理，其中，f_s>0；

实数据序列分组模块，用于对经时域压缩处理的实数据序列进行分组，每组包括N₁个数据，其中，N₁=2^a，a为自然数，若N₁并非2的a次幂的整数倍，以0补充；

傅里叶变换模块，用于依次对各组实数据序列进行N₁点的傅里叶变换，得到带宽为W₁的频域数据序列；

频域压缩模块，用于依次对各组带宽为W₁的频域数据序列进行频域压缩处理，得到每组包括N₂个数据，带宽为W₂的频域数据序列，其中，W₂>W₁>0，2N₂<N₁，

b为自然数；

反傅里叶变换模块，用于依次将各组带宽为W₂的频域数据序列，进行N₂点的反傅里叶变换，得到压缩后的时域数据序列；

时域数据序列连接模块，用于将各组压缩后的时域数据序列依次相连，得到所述实数据序列对应的压缩结果。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述时域压缩模块包括：

第一数据接收子模块，用于接收以采样速率为f_s获得的，序列长度为N₃的实数据序列；

平均压缩子模块，用于对所述实数据序列，每m个数据求平均值，得到n个平均值，作为时域压缩处理的结果，其中，m×n=N₃，m、n和N₃均为正整数。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述时域压缩模块包括：

第二数据接收子模块，用于接收以采样速率为f_s获得的，序列长度为N₃的实数据序列；

抽取压缩子模块，用于对所述实数据序列，每m个数据抽取一个数据，得到n个数据，作为时域压缩处理的结果，其中，m×n=N₃，m、n和N₃均为正整数。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述频域压缩模块包括：

滤波子模块，用于依次将各组带宽为W₁的频域数据序列，通过带宽为W₂的滤波器进行滤波。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述滤波器为低通滤波器、带通滤波器或高通滤波器。

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