CN105207677B - 一种图形化编解码系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图形化编解码系统及方法，所述编码方法包括将原始数据编码为二进制数据；设定雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N；取与叶子个数相同个数的二进制数据，并将二进制数据依次划分为N个数据串，每个数据串包含2M个数据；从雪花图形固定位置处的分支开始，按照一定顺序将第一组2M个二进制数据生成雪花图形的第一层叶子，然后按照同样方式将剩余的二进制数据依次生成雪花图形的其他层叶子，从而将二进制数据编码为雪花图形。本发明的图形化编解码系统及方法采用雪花图案作为编码和解码的中间媒介，易于理解；算法复杂度低，具有广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及数字信号处理的技术领域，特别是涉及一种图形化编解码系统及方法。
背景技术
在数字信道中传输计算机数据时，要对计算机中的数字信号重新编码以进行基带传输，并在接收端进行解码以得到原始数据。
现有技术中，通常将数据通过二进制编码、曼彻斯特编码等处理来得到相应的数字码流。其中，二进制编码采用两种不同的电联分别表示“1”和“0”。曼彻斯特编码(Manchester Encoding)，也叫做相位编码(Phase Encode，PE)，是一个同步时钟编码技术，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。它在以太网媒介系统中的应用属于数据通信中的两种位同步方法里的自同步法，即接收方利用包含有同步信号的特殊编码从信号自身提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率，达到同步目的。
在数字信号的传输过程中，由于二进制码流的过大，需要对二进制数据进行压缩编码处理，然后再在接收端进行解码以得到原始的二进制数据。
然而，现有的数字编码解码算法的复杂度高，有些算法甚至需要相关的硬件配合才能实现，导致成本过高，不利于广泛使用。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种图形化编解码系统及方法，利用雪花图案作为编码和解码的中间媒介，来实现数字的图形化编解码，其算法简单，适用性强。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种图形化编解码方法，包括编码方法和解码方法；所述编码方法包括以下步骤：步骤S11、将原始数据编码为二进制数据；步骤S12、设定雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N；步骤S13、取与叶子个数相同个数的二进制数据，并将二进制数据依次划分为N个数据串，每个数据串包含2M个数据；步骤S14、从雪花图形固定位置处的分支开始，按照一定顺序将第一组2M个二进制数据生成雪花图形的第一层叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；步骤S15、按照步骤S14的方式，将剩余的二进制数据依次生成雪花图形的其他层叶子，从而将二进制数据编码为雪花图形；所述解码方法包括以下步骤：步骤S21、对于接收到的包含与叶子个数相同个数的二进制数据的雪花图形，从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序解析出雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况，生成第一组2M个二进制数据，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；步骤S22、按照步骤S21的方式，由外到内逐层解析雪花图形的其它层叶子在每一条分支上的有无情况，生成N-1个的2M个二进制数据串；
步骤S23、按照生成的先后顺序，将N个的2M个二进制数据串组合为二进制数据；步骤S24、将二进制数据解码为原始数据。
根据上述的图形化编解码方法，其中：所述步骤S21中雪花图形的解析顺序与所述步骤14中雪花图形的生成顺序一致。
同时，本发明提供一种图形化编解码系统，包括编码系统和解码系统；
所述编码系统包括原始数据转换模块、雪花图形设定模块、二进制数据划分模块和雪花图形生成模块；
所述原始数据转换模块用于将原始数据编码为二进制数据；
所述雪花图形设定模块用于设定雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N；
所述二进制数据划分模块用于取与叶子个数相同个数的二进制数据，并将二进制数据依次划分为N个数据串，每个数据串包含2M个数据；
所述雪花图形生成模块用于从雪花图形固定位置处的分支开始，按照一定顺序将第一组2M个二进制数据生成雪花图形的第一层叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；然后按照同样方式将剩余的二进制数据依次生成雪花图形的其他层叶子，从而将二进制数据编码为雪花图形；
所述解码系统包括雪花图形解析模块、二进制数据生成模块和二进制数据转换模块；
所述雪花图形解析模块用于对于接收到的包含与叶子个数相同个数的二进制数据的雪花图形，从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序解析出雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况，生成第一组2M个二进制数据，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；然后按照同样方式由外到内逐层解析雪花图形的其它层叶子在每一条分支上的有无情况，生成N-1个的2M个二进制数据串；
所述二进制数据生成模块用于按照生成的先后顺序，将N个的2M个二进制数据串组合为二进制数据；
所述二进制数据转换模块用于将二进制数据解码为原始数据。
根据上述的图形化编解码系统，其中：所述雪花图形解析模块中雪花图形的解析顺序与所述雪花图形生成模块中雪花图形的生成顺序一致。
同时，本发明还提供一种图形化编码方法，包括以下步骤：
步骤S11、将原始数据编码为二进制数据；
步骤S12、设定雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N；
步骤S13、取与叶子个数相同个数的二进制数据，并将二进制数据依次划分为N个数据串，每个数据串包含2M个数据；
步骤S14、从雪花图形固定位置处的分支开始，按照一定顺序将第一组2M个二进制数据生成雪花图形的第一层叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；
步骤S15、按照步骤S14的方式，将剩余的二进制数据依次生成雪花图形的其他层叶子，从而将二进制数据编码为雪花图形。
根据上述的图形化编码方法，其中：M取值为6。
相应地，本发明还提供一种图形化编码系统，包括原始数据转换模块、雪花图形设定模块、二进制数据划分模块和雪花图形生成模块；
所述原始数据转换模块用于将原始数据编码为二进制数据；
所述雪花图形设定模块用于设定雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N；
所述二进制数据划分模块用于取与叶子个数相同个数的二进制数据，并将二进制数据依次划分为N个数据串，每个数据串包含2M个数据；
所述雪花图形生成模块用于从雪花图形固定位置处的分支开始，按照一定顺序将第一组2M个二进制数据生成雪花图形的第一层叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；然后按照同样方式将剩余的二进制数据依次生成雪花图形的其他层叶子，从而将二进制数据编码为雪花图形。
同时，本发明还提供一种图形化解码方法，雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N，二进制数据从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序由外到内依次生成雪花图形的所有层的叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；
所述解码方法包括以下步骤：
步骤S21、对于接收到的包含与叶子个数相同个数的二进制数据的雪花图形，从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序解析出雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况，生成第一组2M个二进制数据；
步骤S22、按照步骤S21的方式，由外到内逐层解析雪花图形的其它层叶子在每一条分支上的有无情况，生成N-1个的2M个二进制数据串；
步骤S23、按照生成的先后顺序，将N个的2M个二进制数据串组合为二进制数据；
步骤S24、将二进制数据解码为原始数据。
根据上述的图形化解码方法，其中：M取值为6。
相应地，本发明还提供一种图形化解码系统，雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N，二进制数据从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序由外到内依次生成雪花图形的所有层的叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；
所述解码系统包括雪花图形解析模块、二进制数据生成模块和二进制数据转换模块；
所述雪花图形解析模块用于对于接收到的包含与叶子个数相同个数的二进制数据的雪花图形，从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序解析出雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况，生成第一组2M个二进制数据；然后按照同样方式由外到内逐层解析雪花图形的其它层叶子在每一条分支上的有无情况，生成N-1个的2M个二进制数据串；
所述二进制数据生成模块用于按照生成的先后顺序，将N个的2M个二进制数据串组合为二进制数据；
所述二进制数据转换模块用于将二进制数据解码为原始数据。
如上所述，本发明的图形化编解码系统及方法，具有以下有益效果：
(1)采用雪花图案作为编码和解码的中间媒介，易于理解；
(2)算法复杂度低，具有广泛的适用性。
附图说明
图1显示为本发明的图形化编码方法的流程图；
图2显示为本发明的一个优选实施例中雪花图形的结构示意图；
图3显示为本发明的图形化编码系统的结构示意图；
图4显示为本发明的图形化解码方法的流程图；
图5显示为本发明的图形化解码系统的结构示意图；
元件标号说明
11 原始数据转换模块
12 雪花图形设定模块
13 二进制数据划分模块
14 雪花图形生成模块
21 雪花图形解析模块
22 二进制数据生成模块
23 二进制数据转换模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
参照图1，本发明的图形化编码方法包括以下步骤：
步骤S11、将原始数据编码为二进制数据。
具体地，二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。二进制数据的基数为2，其进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”。一个n位的二进制数据的取值范围为[0，2n-1]。
步骤S12、设定雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N。
其中，M为偶数。M取值为6。N取值为任意自然数。
步骤S13、取与叶子个数相同个数的二进制数据，即2MxN个二进制数据，并将二进制数据依次划分为N个数据串，每个数据串包含2M个数据。
例如，当雪花图形包括6个分支时，每个数据串包括12个二进制数据。
步骤S14、从雪花图形固定位置处的分支开始，按照一定顺序将第一组2M个二进制数据生成雪花图形的第一层叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子。
其中，固定位置处是指雪花图形的特定位置，如正上方、正下方、左上方、左下方、右上方、右下方等等位置。只要每次都从固定位置处开始进行数据处理即可。
在本发明的一个优选实施例中，如图2所示，雪花图形从中心圆点开始共有6个分支，每个分支上有若干层叶子。进行编码时，从雪花图形正上方的分支开始，按照顺时针方式或逆时针方式遍历所有分支的第一层叶子。其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子。这样一来，6个分支的第一层叶子共有12个，总共可以用来编码212个字符数据。
步骤S15、按照步骤S14的方式，将剩余的N-1个数据串依次生成雪花图形的其他层叶子，从而将二进制数据编码为雪花图形。
其中，雪花图形一般在应用层使用，不能在信道中传输，可用作类似二维码的用途。
需要说明的是，一朵雪花图形理论上可以有任意层叶子，也就可以存储无限大的数据量。在实际应用中，没有必要存储无限大的数据量，因此需要按照编码的数据量的大小来指定雪花叶子的层数。
参照图3，本发明的图形化编码系统包括原始数据转换模块11、雪花图形设定模块12、二进制数据划分模块13和雪花图形生成模块14。
原始数据转换模块11用于将原始数据编码为二进制数据。
具体地，二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。二进制数据的基数为2，其进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”。一个n位的二进制数据的取值范围为[0，2n-1]。
雪花图形设定模块12用于设定雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N。
其中，M为偶数。M取值为6。N取值为任意自然数。
二进制数据划分模块13与原始数据转换模块11相连，用于取2MxN个二进制数据，并将二进制数据依次划分为N个数据串，每个数据串包含2M个数据。
例如，当雪花图形包括6个分支时，每个数据串包括12个二进制数据。
雪花图形生成模块14与雪花图形设定模块12和二进制数据划分模块13相连，用于从雪花图形固定位置处的分支开始，按照一定顺序将第一组2M个二进制数据生成雪花图形的第一层叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；然后按照同样方式将剩余的N-1个数据串依次生成雪花图形的其他层叶子，从而将二进制数据编码为雪花图形。
其中，固定位置处是指雪花图形的特定位置，如正上方、正下方、左上方、左下方、右上方、右下方等等位置。只要每次都从固定位置处开始进行数据处理即可。
在本发明的一个优选实施例中，如图2所示，雪花图形从中心圆点开始共有6个分支，每个分支上有若干层叶子。进行编码时，从雪花图形正上方的分支开始，按照顺时针方式或逆时针方式遍历所有分支的第一层叶子。其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子。这样一来，6个分支的第一层叶子共有12个，总共可以用来编码212个字符数据。
需要说明的是，一朵雪花图形理论上可以有任意层叶子，也就可以存储无限大的数据量。在实际应用中，没有必要存储无限大的数据量，因此需要按照编码的数据量的大小来指定雪花叶子的层数。
参照图4，本发明的图形化解码方法包括以下步骤：
步骤S21、对于接收到的包含2MxN个二进制数据的雪花图形，从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序解析出雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况，生成第一组2M个二进制数据，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子。
其中，固定位置处是指雪花图形的特定位置，如正上方、正下方、左上方、左下方、右上方、右下方等等位置。只要每次都从固定位置处开始进行数据处理即可。
其中，雪花图形的解析顺序与雪花图形的生成顺序一致。即，若雪花图形按照顺时针方向生成所有分支上的叶子，则也按照顺时针方向解析雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况；若雪花图形按照逆时针方向生成所有分支上的叶子，则也按照逆时针方向解析雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况。对于其他层的叶子，也是按照上述原则进行解析。
步骤S22、按照步骤S21的方式，由外到内逐层解析雪花图形的其它层叶子在每一条分支上的有无情况，生成N-1个的2M个二进制数据串。
步骤S23、按照生成的先后顺序，将N个的2M个二进制数据串组合为二进制数据。
步骤S24、将二进制数据解码为原始数据。
参照图5，本发明的图形化解码系统包括雪花图形解析模块21、二进制数据生成模块22和二进制数据转换模块23。
雪花图形解析模块21用于对于接收到的包含2MxN个二进制数据的雪花图形，从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序解析出雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况，生成第一组2M个二进制数据，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；然后按照同样方式由外到内逐层解析雪花图形的其它层叶子在每一条分支上的有无情况，生成N-1个的2M个二进制数据串。
其中，固定位置处是指雪花图形的特定位置，如正上方、正下方、左上方、左下方、右上方、右下方等等位置。只要每次都从固定位置处开始进行数据处理即可。
其中，雪花图形的解析顺序与雪花图形的生成顺序一致。即，若雪花图形按照顺时针方向生成所有分支上的叶子，则也按照顺时针方向解析雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况；若雪花图形按照逆时针方向生成所有分支上的叶子，则也按照逆时针方向解析雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况。对于其他层的叶子，也是按照上述原则进行解析。
二进制数据生成模块22与雪花图形解析模块21相连，用于按照生成的先后顺序，将N个的2M个二进制数据串组合为二进制数据。
二进制数据转换模块23与二进制数据生成模块22相连，用于将二进制数据解码为原始数据。
综上所述，本发明的图形化编解码系统及方法采用雪花图案作为编码和解码的中间媒介，易于理解；算法复杂度低，具有广泛的适用性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种图形化编解码方法，其特征在于：包括编码方法和解码方法；
所述编码方法包括以下步骤：
步骤S11、将原始数据编码为二进制数据；
步骤S12、设定雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N；
步骤S13、取与叶子个数相同个数的二进制数据，并将二进制数据依次划分为N个数据串，每个数据串包含2M个数据；
步骤S14、从雪花图形固定位置处的分支开始，按照一定顺序将第一组2M个二进制数据生成雪花图形的第一层叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；
步骤S15、按照步骤S14的方式，将剩余的二进制数据依次生成雪花图形的其他层叶子，从而将二进制数据编码为雪花图形；
所述解码方法包括以下步骤：
步骤S21、对于接收到的包含与叶子个数相同个数的二进制数据的雪花图形，从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序解析出雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况，生成第一组2M个二进制数据，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；
步骤S22、按照步骤S21的方式，由外到内逐层解析雪花图形的其它层叶子在每一条分支上的有无情况，生成N-1个的2M个二进制数据串；
步骤S23、按照生成的先后顺序，将N个的2M个二进制数据串组合为二进制数据；
步骤S24、将二进制数据解码为原始数据。
2.根据权利要求1所述的图形化编解码方法，其特征在于：所述步骤S21中雪花图形的解析顺序与所述步骤S14中雪花图形的生成顺序一致。
3.一种图形化编解码系统，其特征在于：包括编码系统和解码系统；
所述编码系统包括原始数据转换模块、雪花图形设定模块、二进制数据划分模块和雪花图形生成模块；
所述原始数据转换模块用于将原始数据编码为二进制数据；
所述雪花图形设定模块用于设定雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N；
所述二进制数据划分模块用于取与叶子个数相同个数的二进制数据，并将二进制数据依次划分为N个数据串，每个数据串包含2M个数据；
所述雪花图形生成模块用于从雪花图形固定位置处的分支开始，按照一定顺序将第一组2M个二进制数据生成雪花图形的第一层叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；然后按照同样方式将剩余的二进制数据依次生成雪花图形的其他层叶子，从而将二进制数据编码为雪花图形；
所述解码系统包括雪花图形解析模块、二进制数据生成模块和二进制数据转换模块；
所述雪花图形解析模块用于对于接收到的包含与叶子个数相同个数的二进制数据的雪花图形，从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序解析出雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况，生成第一组2M个二进制数据，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；然后按照同样方式由外到内逐层解析雪花图形的其它层叶子在每一条分支上的有无情况，生成N-1个的2M个二进制数据串；
所述二进制数据生成模块用于按照生成的先后顺序，将N个的2M个二进制数据串组合为二进制数据；
所述二进制数据转换模块用于将二进制数据解码为原始数据。
4.根据权利要求3所述的图形化编解码系统，其特征在于：所述雪花图形解析模块中雪花图形的解析顺序与所述雪花图形生成模块中雪花图形的生成顺序一致。
5.一种图形化编码方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S11、将原始数据编码为二进制数据；
步骤S12、设定雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N；步骤S13、取与叶子个数相同个数的二进制数据，并将二进制数据依次划分为N个数据串，每个数据串包含2M个数据；
步骤S14、从雪花图形固定位置处的分支开始，按照一定顺序将第一组2M个二进制数据生成雪花图形的第一层叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；
步骤S15、按照步骤S14的方式，将剩余的二进制数据依次生成雪花图形的其他层叶子，从而将二进制数据编码为雪花图形。
6.根据权利要求5所述的图形化编码方法，其特征在于：M取值为6。
7.一种图形化编码系统，其特征在于：包括原始数据转换模块、雪花图形设定模块、二进制数据划分模块和雪花图形生成模块；
所述原始数据转换模块用于将原始数据编码为二进制数据；
所述雪花图形设定模块用于设定雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N；
所述二进制数据划分模块用于取与叶子个数相同个数的二进制数据，并将二进制数据依次划分为N个数据串，每个数据串包含2M个数据；
所述雪花图形生成模块用于从雪花图形固定位置处的分支开始，按照一定顺序将第一组2M个二进制数据生成雪花图形的第一层叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；然后按照同样方式将剩余的二进制数据依次生成雪花图形的其他层叶子，从而将二进制数据编码为雪花图形。
8.一种图形化解码方法，其特征在于：雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N，二进制数据从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序由外到内依次生成雪花图形的所有层的叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；
步骤S21、对于接收到的包含与叶子个数相同个数的二进制数据的雪花图形，从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序解析出雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况，生成第一组2M个二进制数据；
步骤S22、按照步骤S21的方式，由外到内运层解析雪花图形的其它层叶子在每一条分支上的有无情况，生成N-1个的2M个二进制数据串；
步骤S23、按照生成的先后顺序，将N个的2M个二进制数据串组合为二进制数据；
步骤S24、将二进制数据解码为原始数据。
9.根据权利要求8所述的图形化解码方法，其特征在于：M取值为6。
10.一种图形化解码系统，其特征在于：雪花图形包括M个分支且左右对称，每个分支的叶子层数为N，二进制数据从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序由外到内依次生成雪花图形的所有层的叶子，其中0表示此处无叶子，1表示此处有叶子；
所述解码系统包括雪花图形解析模块、二进制数据生成模块和二进制数据转换模块；
所述雪花图形解析模块用于对于接收到的包含与叶子个数相同个数的二进制数据的雪花图形，从雪花图形固定位置处的分支开始按照一定顺序解析出雪花图形的第一层叶子在每一条分支上的有无情况，生成第一组2M个二进制数据；然后按照同样方式由外到内逐层解析雪花图形的其它层叶子在每一条分支上的有无情况，生成N-1个的2M个二进制数据串；
所述二进制数据生成模块用于按照生成的先后顺序，将N个的2M个二进制数据串组合为二进制数据；
所述二进制数据转换模块用于将二进制数据解码为原始数据。
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