CN102932001A - 运动捕获数据压缩、解压缩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运动捕获数据压缩、解压缩方法，所述压缩方法包括如下步骤：设定运动捕获数据包括由PosX,PosY,PosZ三列数据构成的位移数据和由RotX、RotY、RotZ、ω四列构成的旋转数据，每列数据中的每个数据为32位浮点数据；将32位浮点数据转化为16位整数数据，得到PosX〞、PosY〞、PosZ〞三列位移数据和RotX〞、RotY〞、RotZ〞三列旋转数据；对位移数据PosX〞、PosY〞、PosZ〞或旋转数据RotX〞、RotY〞、RotZ〞进行数据预测处理，得到待编码数据；对待编码数据进行编码；本发明针对运动捕获数据进行数据处理，压缩无损高效、节省空间。
Description
技术领域
本发明涉及一种运动捕获数据压缩、解压缩方法。
背景技术
运动捕获数据由于具有能够体现运动细节特征，生成高度逼真性动画的优点，而在计算机动画和游戏开发等领域得到了广泛应用，使得为了便于存储和传输，对运动捕获数据的高质量高效率的压缩成为了保证其应用效果的关键技术，现有技术中的对运动捕获数据的压缩方法如关键帧提取方法等均是有损压缩，由于当前使用的运动捕获数据已是经过关键帧提取技术处理过的数据，采用有损压缩方法，将会影响视觉效果，容易造成视觉误差；现有技术中的通用无损数据压缩方法由于不是针对运动捕获数据这个特定数据，所以不能有效和充分利用运动捕获数据的特点，从而取得的压缩比不高，解压缩时间长。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种高质、高效、无损的运动捕获数据压缩、解压缩方法。
一种运动捕获数据压缩方法，包括如下步骤：
A：设定运动捕获数据包括由PosX,PosY,PosZ三列数据构成的位移数据和由RotX、RotY、RotZ、ω四列构成的旋转数据；PosX、PosY、PosZ分别是运动捕获数据的位置参数；RotX、RotY、RotZ、ω分别是运动捕获数据的旋转参数；每列数据中的每个数据为32位浮点数据；
B：将32位浮点数据转化为16位整数数据：
将PosX,PosY,PosZ每列数据的相邻数据相减获得32位浮点差值数据；对32位浮点差值数据进行量化形成16位整数数据，得到每个数据为16位整数的PosX〞、PosY〞、PosZ〞三列位移数据；
将RotX、RotY、RotZ、ω四列数据通过正交化处理得到正交数据RotX′、RotY′、RotZ′、ω′，对RotX′、RotY′、RotZ′每列中的32位浮点数据进行量化处理形成16位整数数据，得到每个数据为16位整数的RotX〞、RotY〞、RotZ〞三列旋转数据；
C：对位移数据PosX〞、PosY〞、PosZ〞或旋转数据RotX〞、RotY〞、RotZ〞进行数据预测处理，得到待编码数据；
数据预测处理的步骤如下：
C1：开始，之后执行C2；
C2：设定数据预测处理的当前数据为truevalue[i,j]，其中1≤i≤m，1≤j≤n；i是运动捕获数据的列数，j是运动捕获数据的帧数；设定数据预测处理得到的待编码数据为predata[i,j]，执行C3；
C3：令i=1,执行C4；
C4：令j=1,执行C5；
C5：判断j是否等于1，是则执行C6，否则执行C7；
C6：将truevalue[i,1]写入到压缩文件，设置jump[i,1]为0；执行C14；
C7:设置dist[i,j]为当前数据truevalue[i,j]与前一个数据truevalue[i,j-1]相减所获得的差值数据，设置执行C8；
C8：设置jump[i,j-1]为记录的上一次差值数据的绝对值，设置predata[i,j]为dist[i,j]的绝对值与jump[i,j-1]异或运算所获得的数据，执行C9；
C9：判断dist[i,j]是否小于敏感度阈值，是则执行C10,否则转至C11；
C10：设置jump[i,j]为dist[i,j]的绝对值并保存到内存，执行C12；
C11：设置jump[i,j]为jump[i,j-1]并保存到内存，执行C12；
C12：判断dist[i,j]是否小于0，是则执行C13，否则转至C14；
C13：设置符号位isneg[i,j]为1，执行C15；
C14：设置符号位isneg[i,j]为0，执行C15；
C15：将符号位isneg[i,j]写入压缩文件和保存待编码数据predata[i,j]到内存,执行C16；
C16：令j=j+1,执行C17；
C17：判断j是否大于n,是则执行C18，否则返回C5；
C18：令i=i+1,执行C19；
C19：判断i是否大于m,是则执行C20，否则返回C4；
C20：结束；
D:对待编码数据进行编码：
编码的步骤如下：
D1：将每个待编码数据划分为前缀零部分和残留值部分；
D2：统计每个待编码数据的前缀零长度除以2后的长度值的概率分布；
D3：根据统计后的概率分布对每个待编码数据的前缀零长度除以2后的长度值进行哈夫曼编码并构建码表；所述码表的每一项包括前缀零除以2的长度值和其对应的哈夫曼编码；(根据您这次的改动为先构建码表在根据码表进行哈夫曼编码，因为码表中要存储哈夫曼编码所以调整为上述内容)
D4：对哈夫曼编码相同的连续的待编码数据进行行程长度编码；（由于行程长度编码和哈夫曼编码一样，编码方法为现有技术，所以省略其编码方法）
D5：对前缀零长度除以2后的长度值编码后得到的哈夫曼编码相同的多个连续的待编码数据设置成按照标志位、行程长度编码、哈夫曼编码和残留值顺序的编码值写入压缩文件；
对连续的待编码数据中前缀零长度除以2后的长度值编码后得到的哈夫曼编码唯一的每个待编码数据设置成按照标志位、哈夫曼编码和残留值顺序的编码值写入压缩文件；
一种运动捕获数据解压缩方法，包括如下步骤：
S1：开始，之后执行S2；
S2：读取码表，解析数据得到待编码数据predata[i,j]，执行S3；
S3：令i=1,执行S4；
S4：令j=1,执行S5；
S5：判断j是否等于1，是则执行S6，否则执行S7；
S6：读取压缩文件中写入的truevalue[i,1]，设置jump[i,1]为0；执行S14；
S7：读取jump[i,j-1]并将predata[i,j]与jump[i,j-1]进行异或运算，得到dist[i,j]，执行S8；
S8：判断dist[i,j]是否小于敏感度阈值，是则执行S9，否则转至S10；
S9：设置jump[i,j]为dist[i,j]并保存到内存，执行S11；
S10：设置jump[i,j]为jump[i,j-1]并保存到内存，执行S11；
S11：读取压缩文件中的isneg[i,j],执行S12；
S12：判断isneg[i,j]是否为1，是则执行S13，否则执行S14；
S13：设置dist[i,j]等于负dist[i,j],执行S14；
S14:将dist[i,j]与当前数据truevalue[i,j]的前一个数据truevalue[i,j-1]求和得到当前数据truevalue[i,j]并写入到解压缩文件，执行S15；
S15：令j=j+1,执行S16；
S16：判断j是否大于n,是则执行S17，否则返回S5；
S17：令i=i+1,执行S18；
S18：判断i是否大于m,是则执行S19，否则返回S4；
S19：结束。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的运动捕获数据压缩、解压缩方法，针对运动捕获数据并有效利用其特点进行数据处理，解决了利用通用无损数据压缩方法取得的压缩比不高，解压缩时间长的问题，同时采用哈夫曼编码和行程长度编码这两个无损编码结合数据特点充分压缩、节省空间，避免了有损压缩方法影响视觉效果，容易造成视觉误差的问题。
附图说明
图1是本发明所述压缩方法的流程图；
图2是本发明人所述解压缩方法的流程图；
图3是本发明所述数据预测处理的流程图；
图4是本发明所述对待编码数据进行编码的流程图；
图5、图6是本发明编码后的数据记录在码表中的示例图。
具体实施方式
结合附图对本发明作详细说明：
如图1、图3、图4所示的一种运动捕获数据压缩方法，包括如下步骤：
A：设定运动捕获数据包括由PosX,PosY,PosZ三列数据构成的位移数据和由RotX、RotY、RotZ、ω四列构成的旋转数据；PosX、PosY、PosZ分别是运动捕获数据的位置参数；RotX、RotY、RotZ、ω分别是运动捕获数据的旋转参数；每列数据中的每个数据为32位浮点数据；
B：将32位浮点数据转化为16位整数数据：
将PosX,PosY,PosZ每列数据的相邻数据相减获得32位浮点差值数据；对32位浮点差值数据进行量化形成16位整数数据，得到每个数据为16位整数的PosX〞、PosY〞、PosZ〞三列位移数据；
将RotX、RotY、RotZ、ω四列数据通过正交化处理得到正交数据RotX′、RotY′、RotZ′、ω′，对RotX′、RotY′、RotZ′每列中的32位浮点数据进行量化处理形成16位整数数据，得到每个数据为16位整数的RotX〞、RotY〞、RotZ〞三列旋转数据；
C：对位移数据PosX〞、PosY〞、PosZ〞或旋转数据RotX〞、RotY〞、RotZ〞进行数据预测处理，得到待编码数据；
数据预测处理的步骤如下：
C1：开始，之后执行C2；
C2：设定数据预测处理的当前数据为truevalue[i,j]，其中1≤i≤m，1≤j≤n；i是运动捕获数据的列数，j是运动捕获数据的帧数；设定数据预测处理得到的待编码数据为predata[i,j]，执行C3；
C3：令i=1,执行C4；
C4：令j=1,执行C5；
C5：判断j是否等于1，是则执行C6，否则执行C7；
C6：将truevalue[i,1]写入到压缩文件，设置jump[i,1]为0；执行C14；
C7:设置dist[i,j]为当前数据truevalue[i,j]与前一个数据truevalue[i,j-1]相减所获得的差值数据，设置执行C8；
C8：设置jump[i,j-1]为记录的上一次差值数据的绝对值，设置predata[i,j]为dist[i,j]的绝对值与jump[i,j-1]异或运算所获得的数据，执行C9；
C9：判断dist[i,j]是否小于敏感度阈值，是则执行C10,否则转至C11；
C10：设置jump[i,j]为dist[i,j]的绝对值并保存到内存，执行C12；
C11：设置jump[i,j]为jump[i,j-1]并保存到内存，执行C12；
C12：判断dist[i,j]是否小于0，是则执行C13，否则转至C14；
C13：设置符号位isneg[i,j]为1，执行C15；
C14：设置符号位isneg[i,j]为0，执行C15；
C15：将符号位isneg[i,j]写入压缩文件和保存待编码数据predata[i,j]到内存,执行C16；
C16：令j=j+1,执行C17；
C17：判断j是否大于n,是则执行C18，否则返回C5；
C18：令i=i+1,执行C19；
C19：判断i是否大于m,是则执行C20，否则返回C4；
C20：结束；
D:对待编码数据进行编码：
编码的步骤如下：
D1：将每个待编码数据划分为前缀零部分和残留值部分；
D2：统计每个待编码数据的前缀零长度除以2后的长度值的概率分布；
D3：根据统计后的概率分布对每个待编码数据的前缀零长度除以2后的长度值进行哈夫曼编码并构建码表；所述码表的每一项包括前缀零除以2的长度值和其对应的哈夫曼编码；(根据您这次的改动为先构建码表在根据码表进行哈夫曼编码，因为码表中要存储哈夫曼编码所以调整为上述内容)
D4：对哈夫曼编码相同的连续的待编码数据进行行程长度编码；（由于行程长度编码和哈夫曼编码一样，编码方法为现有技术，所以省略其编码方法）
D5：对前缀零长度除以2后的长度值编码后得到的哈夫曼编码相同的多个连续的待编码数据设置成按照标志位、行程长度编码、哈夫曼编码和残留值顺序的编码值写入压缩文件；
对连续的待编码数据中前缀零长度除以2后的长度值编码后得到的哈夫曼编码唯一的每个待编码数据设置成按照标志位、哈夫曼编码和残留值顺序的编码值写入压缩文件；
如图2所示的一种运动捕获数据解压缩方法，包括如下步骤：
S1：开始，之后执行S2；
S2：读取码表，解析数据得到待编码数据predata[i,j]，执行S3；
S3：令i=1,执行S4；
S4：令j=1,执行S5；
S5：判断j是否等于1，是则执行S6，否则执行S7；
S6：读取压缩文件中写入的truevalue[i,1]，设置jump[i,1]为0；执行S14；
S7：读取jump[i,j-1]并将predata[i,j]与jump[i,j-1]进行异或运算，得到dist[i,j]，执行S8；
S8：判断dist[i,j]是否小于敏感度阈值，是则执行S9，否则转至S10；
S9：设置jump[i,j]为dist[i,j]并保存到内存，执行S11；
S10：设置jump[i,j]为jump[i,j-1]并保存到内存，执行S11；
S11：读取压缩文件中的isneg[i,j],执行S12；
S12：判断isneg[i,j]是否为1，是则执行S13，否则执行S14；
S13：设置dist[i,j]等于负dist[i,j],执行S14；
S14:将dist[i,j]与当前数据truevalue[i,j]的前一个数据truevalue[i,j-1]求和得到当前数据truevalue[i,j]并写入到解压缩文件，执行S15；
S15：令j=j+1,执行S16；
S16：判断j是否大于n,是则执行S17，否则返回S5；
S17：令i=i+1,执行S18；
S18：判断i是否大于m,是则执行S19，否则返回S4；
S19：结束。
本发明对旋转数据，将RotX、RotY、RotZ、ω四列数据通过正交化处理得到正交数据RotX′、RotY′、RotZ′、ω′，具体为Rot X′=RotX/sq(RotX2+RotY2+RotZ2+ω2),其中sq表示开根号，RotY、RotZ、ω经过同样变换得到RotY′、RotZ′、ω′，由于RotX′、RotY′、RotZ′、ω′是正交的，且模为1，因此可省略ω′，只对变换后的RotX′、RotY′、RotZ′作进一步处理；
本发明将经过数据预测处理得到的每个待编码数据划分为前缀零部分和残留值部分；具体划分方法为每个待编码数据的前缀中第一个二进制1之前的全部二进制0为前缀零部分，其余部分为残留值部分，如图5所示为对连续的待编码数据中前缀零长度除以2后的长度值编码后，所得到的哈夫曼编码唯一的每个待编码数据经过编码之后写入到压缩文件中的示例图；a表示标志位，0标志针对连续的待编码数据其各自的前缀零长度除以2后的长度值编码后得到的哈夫曼编码没有相同的，该哈夫曼编码制只对应一个待编码数据；b表示对前缀零长度除以2后的长度值的哈夫曼编码，该编码根据该数据前缀零长度除以2后的长度值从码表中查找得到；c表示除去前缀零部分后剩余的残留值部分的编码，由于前缀零长度是不等的，所以残留值部分的编码是变长的；如图6所示为对前缀零长度除以2后的长度值编码后，所得到的哈夫曼编码相同的多个连续的待编码数据经过编码之后写入到压缩文件中的示例图；d表示标志位，1标志对前缀零长度除以2后的长度值编码后得到的哈夫曼编码是多个连续的待编码数据共同拥有的；e表示对相同的哈夫曼编码进行的行程长度编码，示例图中e取值二进制序列0011，对应十进制3，则表示有5个相同的哈夫曼编码，因为具有相同的哈夫曼编码的待编码数据数量至少为2，所以用二进制序列0000表示2，则推出0011表示5；f表示对前缀零长度除以2后的长度值的哈夫曼编码；h、g等分别表示除前缀零部分后各待编码数据剩余的残留值部分的编码；
本发明解压缩时，读取码表和压缩文件并解析数据，如图5所示，首先读取到标志位，值为0则得知对应的编码只对应一个待编码数据，随后读取7位哈夫曼编码，根据哈夫曼编码计算待编码数据的前缀零长度，然后把前缀零和后面的残留值接起来便得到待编码数据，对于图6所示的示例则需先读取行程长度编码，得到共有哈夫曼编码的连续待编码数据的个数，后面的过程与图5的示例处理方式相同；
本发明提供的运动捕获数据压缩、解压缩方法，针对运动捕获数据并有效利用其特点进行数据处理，解决了利用通用无损数据压缩方法取得的压缩比不高，解压缩时间长的问题，同时采用哈夫曼编码和行程长度编码这两个无损编码结合数据特点充分压缩、节省空间，避免了有损压缩方法影响视觉效果，容易造成视觉误差的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种运动捕获数据压缩方法，其特征在于包括如下步骤：
A：设定运动捕获数据包括由PosX,PosY,PosZ三列数据构成的位移数据和由RotX、RotY、RotZ、ω四列构成的旋转数据；PosX、PosY、PosZ分别是运动捕获数据的位置参数；RotX、RotY、RotZ、ω分别是运动捕获数据的旋转参数；每列数据中的每个数据为32位浮点数据；
B：将32位浮点数据转化为16位整数数据：
将PosX,PosY,PosZ每列数据的相邻数据相减获得32位浮点差值数据；
对32位浮点差值数据进行量化形成16位整数数据，得到每个数据为16位整数的PosX〞、PosY〞、PosZ〞三列位移数据；
将RotX、RotY、RotZ、ω四列数据通过正交化处理得到正交数据RotX′、
RotY′、RotZ′、ω′，对RotX′、RotY′、RotZ′每列中的32位浮点数据进行量化处理形成16位整数数据，得到每个数据为16位整数的RotX〞、RotY〞、RotZ〞三列旋转数据；
C：对位移数据PosX〞、PosY〞、PosZ〞或旋转数据RotX〞、RotY〞、RotZ〞进行数据预测处理，得到待编码数据；
数据预测处理的步骤如下：
C1：开始，之后执行C2；
C2：设定数据预测处理的当前数据为truevalue[i,j]，其中1≤i≤m，1≤j≤n；i是运动捕获数据的列数，j是运动捕获数据的帧数；设定数据预测处理得到的待编码数据为predata[i,j]，执行C3；
C3：令i=1,执行C4；
C4：令j=1,执行C5；
C5：判断j是否等于1，是则执行C6，否则执行C7；
C6：将truevalue[i,1]写入到压缩文件，设置jump[i,1]为0；执行C14；
C7:设置dist[i,j]为当前数据truevalue[i,j]与前一个数据truevalue[i,j-1]相减所获得的差值数据，设置执行C8；
C8：设置jump[i,j-1]为记录的上一次差值数据的绝对值，设置predata[i,j]为dist[i,j]的绝对值与jump[i,j-1]异或运算所获得的数据，执行C9；
C9：判断dist[i,j]是否小于敏感度阈值，是则执行C10,否则转至C11；
C10：设置jump[i,j]为dist[i,j]的绝对值并保存到内存，执行C12；
C11：设置jump[i,j]为jump[i,j-1]并保存到内存，执行C12；
C12：判断dist[i,j]是否小于0，是则执行C13，否则转至C14；
C13：设置符号位isneg[i,j]为1，执行C15；
C14：设置符号位isneg[i,j]为0，执行C15；
C15：将符号位isneg[i,j]写入压缩文件和保存待编码数据predata[i,j]到内存,执行C16；
C16：令j=j+1,执行C17；
C17：判断j是否大于n,是则执行C18，否则返回C5；
C18：令i=i+1,执行C19；
C19：判断i是否大于m,是则执行C20，否则返回C4；
C20：结束；
D:对待编码数据进行编码：
编码的步骤如下：
D1：将每个待编码数据划分为前缀零部分和残留值部分；
D2：统计每个待编码数据的前缀零长度除以2后的长度值的概率分布；
D3：根据统计后的概率分布对每个待编码数据的前缀零长度除以2后的长度值进行哈夫曼编码并构建码表；所述码表的每一项包括前缀零除以2的长度值和其对应的哈夫曼编码；(根据您这次的改动为先构建码表在根据码表进行哈夫曼编码，因为码表中要存储哈夫曼编码所以调整为上述内容)
D4：对哈夫曼编码相同的连续的待编码数据进行行程长度编码；（由于行程长度编码和哈夫曼编码一样，编码方法为现有技术，所以省略其编码方法）
D5：对前缀零长度除以2后的长度值编码后得到的哈夫曼编码相同的多个连续的待编码数据设置成按照标志位、行程长度编码、哈夫曼编码和残留值顺序的编码值写入压缩文件；
对连续的待编码数据中前缀零长度除以2后的长度值编码后得到的哈夫曼编码唯一的每个待编码数据设置成按照标志位、哈夫曼编码和残留值顺序的编码值写入压缩文件。
2.一种运动捕获数据解压缩方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：开始，之后执行S2；
S2：读取码表，解析数据得到待编码数据predata[i,j]，执行S3；
S3：令i=1,执行S4；
S4：令j=1,执行S5；
S5：判断j是否等于1，是则执行S6，否则执行S7；
S6：读取压缩文件中写入的truevalue[i,1]，设置jump[i,1]为0；执行S14；
S7：读取jump[i,j-1]并将predata[i,j]与jump[i,j-1]进行异或运算，得到dist[i,j]，执行S8；
S8：判断dist[i,j]是否小于敏感度阈值，是则执行S9，否则转至S10；
S9：设置jump[i,j]为dist[i,j]并保存到内存，执行S11；
S10：设置jump[i,j]为jump[i,j-1]并保存到内存，执行S11；
S11：读取压缩文件中的isneg[i,j],执行S12；
S12：判断isneg[i,j]是否为1，是则执行S13，否则执行S14；
S13：设置dist[i,j]等于负dist[i,j],执行S14；
S14:将dist[i,j]与当前数据truevalue[i,j]的前一个数据truevalue[i,j-1]求和得到当前数据truevalue[i,j]并写入到解压缩文件，执行S15；
S15：令j=j+1,执行S16；
S16：判断j是否大于n,是则执行S17，否则返回S5；
S17：令i=i+1,执行S18；
S18：判断i是否大于m,是则执行S19，否则返回S4；
S19：结束。
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