CN105049055B

CN105049055B - 一种数据压缩方法和数据解压方法

Info

Publication number: CN105049055B
Application number: CN201510371514.2A
Authority: CN
Inventors: 张永强; 彭能岭; 李振山; 王永秋; 李钰锐
Original assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Current assignee: Yutong Bus Co Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2019-04-05
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: CN105049055A

Abstract

本发明涉及一种数据压缩方法和数据解压方法。压缩方法为：对待压缩的数据，将每帧数据均划分为n个单元，以某一帧数据为参考帧，完整保存该参考帧数据；对于其他任一帧数据，保存一个n位的状态字和若干单元的数据：将任一帧数据中的n个单元与上一帧或参考帧中的n个单元一一对应比对，若该任一帧数据中一个单元与上一帧或参考帧对应单元数据不同，则将所述状态字中对应位置为1，并且保存该单元数据；若相同，则置为0。解压方法为压缩方法的逆向处理。使用上述压缩方法进行数据压缩，避免了相同的数据重复保存，减少了存储空间，实现了对数据的有效压缩处理，提高了数据处理效率。

Description

一种数据压缩方法和数据解压方法

技术领域

本发明涉及一种数据压缩方法和数据解压方法，属于汽车数据的压缩保存技术领域。

背景技术

随着汽车电子技术的高速发展，特别是汽车CAN总线技术发展更为迅速，大量的汽车电子部件使用CAN通讯进行数据传输。

近几年，新能源汽车得以大力发展，随着CAN总线技术的大量应用，有关CAN总线数据记录设备也得以大力发展，但现有的CAN总线数据记录设备大都是直接流水式进行数据记录存储，没有对数据进行压缩处理，这样会有以下弊端：

1：实时的大量数据记录存储，对CAN总线数据记录设备系统的运算处理实时性要求较高；

2：实时的大量数据记录存储，对CAN总线数据记录设备系统的存储容量要求较大，这样必将导致设备成本较高；

3：在进行数据读取及回放过程中，因数据量较大，导致速度较慢，时间较长。

4：在进行长时间现场CAN数据记录采样时，如果数据量较大，CAN总线数据记录设备的存储器存储的时间较短，需要定期的去维护采集到的数据，影响工作效率。

除了上述流水式进行数据记录存储的方式外，目前还有一种针对CAN数据的压缩方式，比如说申请号为201310184675.1，发明名称为“一种针对汽车车身小格式数据的压缩方法”的中国专利申请，其公开了一种数据压缩方法，该方法大致为：首先进行数据转化，然后应用滑动窗口对数据进行自适应Huffman编码并发送，随后，将窗口下移，累加最后一帧数据中的权值信息，减去第一帧对应的权值信息，更新树中相应叶子节点及其父母节点的权值，根据顶端优势策略更新Huffman树结构，最后，按上述步骤处理数据，直到没有新数据获取。该方法能够对数据进行高效压缩，具有较高的压缩率，但是该方法相对比较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种数据压缩方法，解决了现有数据压缩和存储的方法较为复杂的问题。本发明同时提供一种数据解压方法。

为实现上述目的，本发明的方案包括：一种数据压缩方法，对待压缩的数据，将每帧数据均划分为n个单元，以某一帧数据为参考帧，完整保存该参考帧数据；对于除参考帧以外的任一帧数据，保存一个n位的状态字和若干单元的数据：将所述任一帧数据中的n个单元与上一帧或参考帧中的n个单元一一对应比对，若该任一帧数据中一个单元与上一帧或参考帧对应单元数据不同，则将所述状态字中对应位置为1，并且保存该单元数据；若该任一帧数据中的所述单元与上一帧或参考帧对应单元数据相同，则将所述状态字中对应位置为0。

所述数据为通过CAN总线传输的数据。

所述n个单元中，每个单元中的数据的长度相等。

所述每帧数据为8个字节，每帧数据中的每个单元的数据为1个字节。

一种数据解压方法，首先解压出参考帧的数据；对于待解压的某帧的状态字和对应保存的数据，根据状态字和参考帧或已解压的上一帧数据还原该帧数据：该帧中，对于一个单元，若该单元的对应状态字为1，则取所述保存的设定长度的数据为该单元数据；若该单元的对应状态字为0，则取参考帧或已解压的上一帧数据的对应单元的数据。

所述数据为通过CAN总线传输的数据。

每个单元中的数据的长度相等。

每帧数据为8个字节，每帧数据中的每个单元的数据为1个字节。

在数据压缩时，将每帧的数据均划分为若干个单元，不管是先保存某一帧数据，然后在保存其他帧数据时，将其他帧数据中的任一帧的所有单元与上述某一帧的对应单元进行比对，还是先保存第一帧数据，其他各帧的数据与前一帧的数据进行比对，这两种情况都是将比对结果中的数据相同的单元对应的状态字为0，数据不同的单元对应的状态字为1，得到n位的状态字；在保存数据时，仅保存对应的状态字中的状态字为1的对应单元的数据。使用这种方式进行压缩数据，避免了相同的数据重复保存，减少了存储空间，实现了对数据的有效压缩处理，提高了数据处理效率。并且，状态字中的几位状态字为二进制数字，其占用的存储空间很小，将状态字与对应帧的数据同时进行保存也不会占用太大的存储空间。

另外，与背景技术中的对比文件相比，本发明提供的数据存储方法中的压缩过程比较简单，先进行比较，然后进行相应的保存，整个过程不复杂。

附图说明

图1是数据处理的流程图。

具体实施方式

实施例1

在传输数据时，为了便于后续地处理数据，经常事先将数据存储到存储器里，或者记录到记录设备里。虽然保存一帧的数据需要的存储空间比较小，但是长久以往，数据的存储量是很大的。另外，实时的大量数据记录和保存，对记录设备或者存储器的运算处理实时性要求较高，并且对记录设备或者存储器的存储空间的要求很高。所以，这就需要对数据进行相应地压缩处理。

本实施例中提供了一种数据压缩和解压方法，用于对数据实时进行压缩处理和相应的解压处理。

如图1所示，在数据处理时，首先做功能选择。如果为数据采集模式，则进入数据采集，压缩存储模式；如果为数据读取，则进入数据解压缩，传送数据模式。

在压缩数据时，将每帧数据均划分为n个单元，每个单元内均包含一定的子数据。另外，设置一个由二进制数字组成的状态字，该状态字中的二进制数字的位数与每帧的数据划分的单元的个数相同，每次压缩时产生一个状态字，其中的每个二进制数字与每个单元对应。

当压缩第一帧数据时，设置的与第一帧数据对应的状态字内的每个二进制数字全部为1。当压缩第二帧数据时，设置一个与第二帧数据对应的状态字，该状态字是在压缩第二帧数据时，将第二帧数据中的n个单元与第一帧中的n个单元一一对应比对出来的；如果第二帧数据的某个单元中的子数据与第一帧数据的对应的单元中的子数据不同，那么，该单元对应的二进制数字为1，反之，该单元对应的二进制数字为0。二进制数字为1代表对应的单元需要保存，二进制数字为0代表对应的单元不需要保存，所以，在保存第二帧数据时，只保存第二帧数据对应的状态字中的二进制数字1对应的单元的数据。当压缩第三帧数据时，设置一个与第三帧数据对应的状态字，该状态字是在压缩第三帧数据时，将第三帧数据中的n个单元与第二帧中的n个单元一一对应比对出来的；如果第三帧数据的某个单元中的子数据与第二帧数据的对应的单元中的子数据不同，那么，该单元对应的二进制数字为1，反之，该单元对应的二进制数字为0，在保存第三帧数据时，只保存第三帧数据对应的状态字中的二进制数字1对应的单元的数据。

也就是说，在进行任一帧数据压缩时，将该任一帧数据中的n个单元与上一帧中的n个单元一一对应比对，若该任一帧数据中一个单元与上一帧对应单元数据不同，则将状态字中对应位置为1，并且保存该单元数据；若该任一帧数据中的单元与上一帧对应单元数据相同，则将状态字中对应位置为0。

压缩每帧数据时，该帧对应的状态字也随着对应的数据进行保存，根据状态字上的二进制数字的状态来确定对应的单元是否进行了保存。由于状态字的组成部分是若干个二进制数字，其占用的存储空间比较小。

解压缩是压缩的逆向处理，当对保存的数据进行解压缩时，要遵循“先压先解”的原则，即先解压第一帧数据，然后第二帧数据，依次类推。

首先解压第一帧数据，第一帧数据解压后是其全部的数据，当解压第二帧数据时，根据对应的状态字中的二进制数字进行数据解压还原，若第二帧数据中的一个单元对应的状态字中的二进制数字为1时，那么该单元中的数据为保存的该第二帧的对应单元的数据；若第二帧数据的一个单元对应的状态字中的二进制数字0时，那么该单元中的数据为第一帧数据中的对应单元中的子数据，进而得出第二帧数据的全部单元的数据。

当解压第三帧数据时，根据对应的状态字中的二进制数字进行数据解压还原，若第三帧数据中的一个单元对应的状态字中的二进制数字为1时，那么该单元中的数据为保存的该第三帧的对应单元的数据；若第三帧数据的一个单元对应的状态字中的二进制数字0时，那么该单元中的数据为第二帧数据中的对应单元中的子数据，进而得出第三帧数据的全部单元的数据。

得到第四帧数据的步骤与上述得到第二帧、第三帧数据的步骤相同。

依次类推，可以解压得到全部帧的数据。也就是说，当解压数据时，首先解压出第一帧的数据；对于待解压的以下某帧的状态字和对应保存的数据，根据状态字和上一帧数据还原该帧数据：该帧中，对于一个单元，若该单元的对应状态字为1，则取保存的设定长度的数据为该单元数据；若该单元的对应状态字为0，则取上一帧数据的对应单元的数据。这里设定长度是根据每个单元中的数据的长度决定，如果每个单元中的数据为1个字节，那么，设定长度为1个字节，如果每个单元中的数据为2个字节，那么，设定长度为2个字节，等等。

下面结合附图和具体实例进行说明。

用1个字节的8位表示每帧CAN数据的8个字节的状态，该字节命名为状态字节。在压缩第一帧数据时，保存8个字节中的全部数据，其对应的状态字节的8位全部为1，与该第一帧数据同时进行保存；在压缩第二帧数据时，产生一个状态字节，状态字节的位为1时，表示该位对应的字节中的子数据与第一帧数据对应的字节中的子数据不同，当位为0时，表示该位对应的字节中的子数据与第一帧数据对应的字节中的子数据相同。状态字节的位为1时，对应的字节需要保存，状态字节的位为0时，对应的字节不需要保存，在保存第二帧数据时，只保存对应的状态字节中的状态字1对应的单元中的数据；与第二帧数据对应的状态字节与第二帧数据同时进行保存。压缩第三帧数据的方法步骤和第二帧的一样，具体如表1所示。

表1

原数据(十六进制)	状态字节(二进制)	压缩数据(十六进制)
			32 00 00 00 00 00 FA 00	11111111	32 00 00 00 00 00 FA 00
32 00 00 00 00 FB 00 00	00000110	FB 00
			32 00 00 00 FC 00 00 00	00001100	FC 00
32 00 AB 00 00 00 FD 00	00101010	AB 00 FD
			32 00 AB 00 00 00 FD 00	00000000
32 CD 00 00 00 00 FE 00	01100010	CD 00 FE

从上面表格可以看出，原数据有6帧数据，不压缩处理需要保存48个字节的数据。通过压缩处理后，只需要保存18个字节的数据就可以将原6帧数据全部保存，再加上6个状态字节，每个状态字节占用1个字节的存储空间。所以，该6帧数据在压缩后，共需要24个字节的存储空间，可以看出，压缩后大大降低了存储空间。

如下表2所示，当进行解压缩时，首先解压缩第一帧数据，解压后是其全部的数据；当解压缩第二帧数据时，解压出的是与第一帧数据不同的字节，然后根据其对应的状态字节确定第二帧数据的完整数据：如果状态字节的位为0，则对应单元的数据取第一帧对应单元的数据，如果状态字节的位为1，则对应单元取保存的1个字节的长度的数据，第三帧数据的解压缩和第二帧数据的解压缩的方法相同。

表2

压缩数据(进制)	状态字节(二进制)	解压数据(十六进制)
			32 00 00 00 00 00 FA 00	11111111	32 00 00 00 00 00 FA 00
FB 00	00000110	32 00 00 00 00 FB 00 00
			FC 00	00001100	32 00 00 00 FC 00 00 00
AB 00 FD	00101010	32 00 AB 00 00 00 FD 00
				00000000	32 00 AB 00 00 00 FD 00
CD 00 FE	01100010	32 CD 00 00 00 00 FE 00

利用上述数据的压缩保存方法设计的一种数据记录仪，在使用过程中，将本数据记录仪记录的数据与类似功能的数据记录仪记录的相同的CAN数据进行对比发现，同样的数据，本记录仪存储数据占用的容量约为其它记录仪存储数据占用的容量的三分之一。同时，电脑从本记录仪读取数据的速度约比其它记录仪快3倍。

另外，同样4G的SD卡，原数据记录仪在实际车辆上进行CAN总线数据采集时间约1周时间即可存满，使用本数据记录仪约可以使用20天的时间，大大提高了设备的使用效率。

上述实施例中，先压缩第一帧数据，然后进行后续其他帧的压缩，这里的第一帧数据并不是绝对意义的第一帧数据，它前面还可以有其他帧数据，这些其他帧数据可能采用其他的压缩方式进行压缩处理，所以，本实施例中的第一帧是指采用本发明提供的压缩方法进行压缩的第一帧数据。

实施例2

当压缩第一帧数据时，设置的与第一帧数据对应的状态字内的每个二进制数字全部为1。当压缩第二帧数据时，设置一个与第二帧数据对应的状态字，该状态字是在压缩第二帧数据时，将第二帧数据中的n个单元与第一帧中的n个单元一一对应比对出来的；如果第二帧数据的某个单元中的子数据与第一帧数据的对应的单元中的子数据不同，那么，该单元对应的二进制数字为1，反之，该单元对应的二进制数字为0。二进制数字为1代表对应的单元需要保存，二进制数字为0代表对应的单元不需要保存，所以，在压缩第二帧数据时，只保存第二帧数据对应的状态字中的二进制数字1对应的单元的数据。当压缩第三帧数据时，设置一个与第三帧数据对应的状态字，该状态字是在压缩第三帧数据时，将第三帧数据中的n个单元与第一帧中的n个单元一一对应比对出来的；如果第三帧数据的某个单元中的子数据与第一帧数据的对应的单元中的子数据不同，那么，该单元对应的二进制数字为1，反之，该单元对应的二进制数字为0，在压缩第三帧数据时，只保存对应的状态字中的状态字为1的对应的单元中的数据。当压缩第四帧数据时，同样和第一帧数据进行比较，状态字为1代表保存，状态字为0代表不保存，只保存对应的状态字中的状态字为1的对应的单元中的数据。依次类推。

也就是说，在进行任一帧数据压缩时，将该任一帧数据中的n个单元与参考帧中的n个单元一一对应比对，若该任一帧数据中一个单元与参考帧对应单元数据不同，则将状态字中对应位置为1，并且保存该单元数据；若该任一帧数据中的单元与参考帧对应单元数据相同，则将状态字中对应位置为0。

压缩每帧数据时，该帧对应的状态字也随着对应的数据进行保存，根据状态字上的二进制数据的状态来确定对应的单元是否进行了保存。由于状态字的组成部分是若干个二进制数字，其占用的存储空间比较小。

解压缩是压缩的逆向处理，由于本实施例中的压缩方法中，除第一帧数据之外的所有帧都是和第一帧作比较，那么，先解压第一帧数据，其余帧的数据没有解压的先后顺序，先解压哪一帧都可以，因为他们都是并列的。第一帧数据解压后是其全部的数据，当解压余下的所有帧数据时，根据对应的状态字的状态进行数据解压还原。

当解压第二帧数据时，若第二帧数据中的一个单元对应的状态字中的二进制数字为1时，那么该单元中的数据为保存的该第二帧的对应单元的数据；若第二帧数据的一个单元对应的状态字中的二进制数字0时，那么该单元中的数据为第一帧数据中的对应单元中的子数据，进而得出第二帧数据的全部单元的数据。

当解压第三帧数据时，若第三帧数据中的一个单元对应的状态字中的二进制数字为1时，那么该单元中的数据为保存的该第三帧的对应单元的数据；若第三帧数据的一个单元对应的状态字中的二进制数字0时，那么该单元中的数据为第一帧数据中的对应单元中的子数据，进而得出第三帧数据的全部单元的数据。

依次类推，可以解压得到所有帧的数据。也就是说，当解压数据时，首先解压出参考帧的数据；对于待解压的以下某帧的状态字和对应保存的数据，根据状态字和参考帧数据还原该帧数据：该帧中，对于一个单元，若该单元的对应状态字为1，则取保存的设定长度的数据为该单元数据；若该单元的对应状态字为0，则取参考帧数据的对应单元的数据。这里设定长度是根据每个单元中的数据的长度决定，如果每个单元中的数据为1个字节，那么，设定长度为1个字节，如果每个单元中的数据为2个字节，那么，设定长度为2个字节，等等。

上述实施方式中，参考帧为第一帧数据，在压缩时，首先压缩第一帧数据，其余各帧数据均与第一帧作比较，这里，在压缩第二帧时，对于第二帧来说，参考帧和上一帧的含义一样，均是指第一帧数据；作为其他的实施方式，参考帧并不一定是第一帧，可以是其他帧，比如说：第二帧或者第三帧等等，然后其他各帧均与这首先压缩的参考帧的数据作比较，然后确定相应的状态字，其具体压缩方法与上述实施例中的做法相同，这里不做赘述。

上述实施方式中，是以CAN数据的压缩为例，CAN数据中的每一帧字节相同，帧与帧之中只有少数数据不同，所以本发明提供的方法比较适用于CAN数据的压缩。当然，本发明提供的方法不局限于CAN数据的压缩，也适用于其他数据的压缩。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。比如说，上述2个实施例中，每个单元中的数据的长度相同，而且具体为每帧8个字节，每个单元1个字节，上述均是一种具体实施方式，本发明并不局限于上述实施方式。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种数据压缩方法，其特征在于，对待压缩的数据，将每帧数据均划分为n个单元，n≥2，以某一帧数据为参考帧，完整保存该参考帧数据；对于除参考帧以外的任一帧数据，保存一个n位的状态字和若干单元的数据：将所述任一帧数据中的n个单元与上一帧或参考帧中的n个单元一一对应比对，若该任一帧数据中一个单元与上一帧或参考帧对应单元数据不同，则将所述状态字中对应位置为1，并且保存该单元数据；若该任一帧数据中的所述单元与上一帧或参考帧对应单元数据相同，则将所述状态字中对应位置为0。

2.根据权利要求1所述的数据压缩方法，其特征在于，所述数据为通过CAN总线传输的数据。

3.根据权利要求1所述的数据压缩方法，其特征在于，所述n个单元中，每个单元中的数据的长度相等。

4.根据权利要求2所述的数据压缩方法，其特征在于，所述每帧数据为8个字节，每帧数据中的每个单元的数据为1个字节。

5.一种数据解压方法，其特征在于，首先解压出参考帧的数据；对于待解压的某帧的状态字和对应保存的数据，根据状态字和参考帧或已解压的上一帧数据还原该帧数据：该帧中，对于一个单元，若该单元的对应状态字为1，则取所述保存的设定长度的数据为该单元数据；若该单元的对应状态字为0，则取参考帧或已解压的上一帧数据的对应单元的数据。

6.根据权利要求5所述的数据解压方法，其特征在于，所述数据为通过CAN总线传输的数据。

7.根据权利要求5所述的数据解压方法，其特征在于，每个单元中的数据的长度相等。

8.根据权利要求7所述的数据解压方法，其特征在于，每帧数据为8个字节，每帧数据中的每个单元的数据为1个字节。