CN107209755A - 用于转换二进制数据流的方法 - Google Patents

Abstract

概括性地，本发明涉及一种用于转换二进制数据流、优选EXI数据流的方法，其中在初始化阶段中从存储区读出大量事先由至少一个描述语言模板生成的语法并且将它们组合成经组合的语法，并且其中经组合的语法被输送给运行时间环境，用来转换二进制数据流。本发明一方面允许与在需要时生成的由各个模板构成的语法相比对所希望的语法的显著加速的生成，另一方面，存储空间需求可以被保持得小，因为取消了对语法的组合多样性的维持。

Description

用于转换二进制数据流的方法

技术领域

本发明涉及一种用于转换二进制数据流、优选EXI数据流的方法。

背景技术

在现有技术中，公知有用于规定数据格式和对于数据的处理所需的方法的描述语言。一种公知的描述语言是“可扩展标记语言（Extensible Markup Language）”（缩写为XML），利用所述“可扩展标记语言”，以文本格式或纯文本（Plain Text）来描述在等级上结构化的数据。描述语言XML被用于在计算机系统之间不依赖于平台地交换数据。由于XML的文本属性，所述XML不仅能由机器来读取，而且能由人来读取。此外，还公知有用于描述结构并且用于定义数据类型的模板（Schemata）。用于应用于XML数据的模板也公知为XML模板定义（Schema Definition）或XSD。

常常需要在计算机系统之间的有效的数据交换，所述有效的数据交换不能以诸如XML的文本描述语言来实现。因此，曾提出了XML的二进制表示。XML的被称作“有效XML交换”（缩写为EXI）的二进制表示与基于文本的XML数据相比可以更快地被处理，并且在计算机系统之间的数据交换时需要更少的传输带宽。此外，EXI的应用不仅仅限于XML的二进制表示，EXI可以作为交换格式被用于传送任意的半结构化的数据。

交换格式EXI尤其是在采用微控制器的情况下的基于XML的应用中使用时发挥出优点，所述微控制器具有有限的存储空间供应和计算能力供应。基于微控制器来工作的设备、例如在生产线中或者在车辆中的智能传感器通常被设立用于在设备内部处理二进制格式的数据，并且通常也基于二进制数据通过相应的通信接口彼此交换这些数据。在此，尤其是按照EXI规范的二进制数据能够实现与基于XML的系统的共同使用性。

对于交换格式EXI来说，模板、例如XML模板文件的应用也是有利的。模板的使用允许对进行交换的数据的类型化的表示（在学术界也公知为“类型化数据（typed data）”），所述类型化的表示在接收方一侧允许将数据更快地转变成内部的表示。此外，该措施还允许还更紧凑的表示，因为在接收方侧已经公知的知识（诸如XML元素名称）不再以文本格式来传输，而是能通过在两侧都公知的、短的标识符来传输。

为了进一步优化要按照EXI传输的二进制数据流而规定：以语法（也公知为EXI语法）来对模板进行编码。此外，语法也允许名称空间或Namespace的经编码的表示或声明。出于简单的原因，在下文，通用的上位概念模板不仅被理解为之前的描述意义上的模板而且被理解为名称空间。

以语法对模板的编码是费时并且劳动强度高的。另一问题从如下事实得出：目前常用的用于转换和/或传输二进制EXI数据流的方法常常规定使用多个模板。在这样的情况下，需要多个模板或模板文件的组合，以便对语法进行编码。在此，在多个目前的应用情况下，如果多个EXI数据流要求模板的相同或同样的组合，那么该过程不必多次被实施。

在常常出现的情况（按照所述情况，由大量模板构成的模板受到改变）下，必须在所述情况下也不改变地重复由大量模板构成的语法的编码的过程。

模板的多个不同的组合分别导致每个组合有一个语法。目前，仅仅能够通过以下方式满足持久地维持用于模板的不同的组合的语法的技术需求，即事先产生语法的多个变型方案。变型方案的数目由于组合可能性的组合多样性随着模板的数目增加而急剧地增加，使得对于存储语法所需的存储空间与此相应地是高的。

发明内容

本发明所提出的任务是提供一种装置，通过所述装置，对相应于模板的语法的一个或多个组合的提供与较少的时间花费和存储器花费相关联。

该任务通过具有专利权利要求1的特征的方法来解决。

按照本发明的方法设置在用于转换在发送方与接收方之间的二进制数据流的方法中的初始化阶段，在所述初始化阶段中，从存储区读出大量事先生成的语法并且将这些语法组合成经组合的语法。

在接下来的或者基本上同时进行的编码阶段或运行时间阶段中，在应用所述经组合的语法的情况下，将二进制数据和/或文本格式数据转换成二进制数据流或者将二进制数据流转换成二进制数据和/或文本格式数据。第一替换方案优选地涉及编码装置，第二替换方案优选地涉及解码装置。

优选地以描述语言模板（例如XML模板文件）或者与XML等效的数据结构的形式来实现将文本格式数据输送到运行时间环境或从运行时间环境提取文本格式数据。

优选地，例如在使用也公知为文件对象模型（Document Object Model（DOM））的情况下以存储器表示的形式来实现将二进制数据输送到运行时间环境或从运行时间环境提取二进制数据。

存储器表示是对通过描述语言模板描述的并且能通过二进制数据流传输的数据的能直接利用程序交换并且处理的表示。根据所述存储器表示，编码装置通常为了传输的目的而创建串行二进制数据流。解码装置将串行二进制数据流转换成存储器表示。然后，存储器表示被用于对二进制数据进行设备内部的处理。

在此，术语“运行时间”应该理解成对二进制数据流的真正的转换，所述转换例如通过编码装置或EXI编码器或者通过解码装置或EXI解码器来实现。替代地，编码装置和解码装置组合成唯一的装置，通常运行时间环境参考所述唯一的装置。

按照本发明规定：持久地存放由一个或多个模板生成的“原子”语法。在需要组合时，所需的语法可以单个地被加载并且以组合来处理，就像它们已经组合地存在一样。

按照本发明的方法允许：事先或在有改变时将各个模板或者各个模板的组合转变成相应的语法表示。在有需要时，在运行时间环境下从所述原子语法的每个组合生成在应用情况下所需的经组合的语法。该措施一方面允许对所希望的语法的显著加速的生成，另一方面，存储空间需求可以被保持得小，因为取消了对语法的组合多样性的维持。

此外，该任务还通过具有专利权利要求10的特征的计算机程序产品来解决。该计算机程序在编码装置和/或解码装置中运行，所述计算机程序随着所述运行实施该方法。

此外，该任务还通过具有专利权利要求11的特征的编码装置以及通过具有专利权利要求12的特征的解码装置来解决。

本发明的其它的设计方案是从属专利权利要求的主题。

附图说明

在下文中，本发明的其它实施例和优点依据附图进一步予以阐述。在此，附图示出了编码装置的功能单元的示意图，在所述编码装置中，将描述语言的被输送给编码装置的文本格式数据转换成二进制数据流。

具体实施方式

在被称作运行时间环境RTE的单元中实现真正的编码，输入数据以文件格式或文本格式输送给所述单元。例如，输入数据以XML文件FLE的形式被输送给运行时间环境RTE。替代地，存储表示或者与XML等效的数据结构作为输入数据来输送。

在运行时间环境RTE下，在使用结构编码STC和内容编码CTC的情况下生成二进制数据流DST，所述二进制数据流DST通过编码装置的接口IFC被传输到未示出的接收方。

在初始化阶段，大量事先从至少一个描述语言模板生成的原子语法GR1、GR2从未示出的存储区被读出并且被组合成经组合的语法CGR。经组合的语法CGR通过未经标准化的接口、例如EXI语法接口被输送给运行时间环境RTE。根据所需的组合需求，所需的语法GR1、GR2单个地被加载并且在组合之后作为经组合的语法CGR来处理，就像语法已经组合地存在一样。

根据所述经组合的语法CGR，借助于结构编码STC和内容编码CTC将被输送给运行时间环境RTE的输入数据FLE处理成二进制数据流DST。

以本领域技术人员公知的方式，语法是XML文件、与XML等效的数据结构或者例如作为编码装置的文件对象模型（DOM）的XML文件的存储器表示的编码和解码指令。解码装置使用作为指令的语法，以便根据所接收到的数据流来创建XML文件、与XML文件等效的数据结构或者XML文件的存储器表示。

在附图中示出的功能单元不仅可以在发送方一侧的编码装置中存在，而且可以在接收方一侧的解码装置中存在。接着，二进制数据流DST在接收方一侧形成输入数据，所述输入数据通过接口IFC被输送给用于结构编码STC和内容编码CTC的单元，用于生成结构和内容。接着，XML文件、存储器表示或者与XML等效的数据结构是接收方的输出数据。

按照本发明的一个实施方式，然而在接收方一侧也可以取消针对发送方描述的并且与经组合的语法的组合相关联的初始化阶段。在该实施方式中，这通过如下方式来实现：对于发送方和接收方的功能所需的语法CGR由发送方生成并且接着在数据交换的真正的运行时间之前的初始化阶段中被传输到接收方。包含在语法CGR中的全部信息可以包含在通常特别地被表征的第一数据流部分中，所述第一数据流部分由发送方传输到接收方。

在下文中，经组合的语法的按照本发明的概念依据图解说明的例子予以阐述。在此出发点是：为了转换二进制数据流而始终需要具有文件名称“korb.xsd”的XML模板，其中文件后缀“xsd”表示XML模板定义。在模板Korb（篮）中，按具体情况使用其它模板（例如模板“apfel.xsd”、“birne.xsd”和“citrus.xsd”）的元素。

为了利用到目前为止公知的方法转换二进制数据流，需要从模板的相应的组合生成并且维持下列具有调出指令grammar(...)的语法Gk、Gka、Gkb、...Gkabc：

Gk = grammar(korb.xsd)

Gka = grammar(korb.xsd + apfel.xsd)

Gkb = grammar(korb.xsd + birne.xsd)

Gkc = grammar(korb.xsd + citrus.xsd)

Gkab = grammar(korb.xsd + apfel.xsd + birne.xsd)

Gkac = grammar(korb.xsd + apfel.xsd + citrus.xsd)

Gkbc = grammar(korb.xsd + birne.xsd + citrus.xsd)

Gkabc = grammar(korb.xsd + apfel.xsd + birne.xsd + citrus.xsd)。

上面描绘的语法Gk、Gka、Gkb、...Gkabc必须或者专门地（ad hoc）、即直接在它们相应的通过编码器或解码器应用之前由相应的模板创建或者事先生成，并且被暂存在存储区、尤其是缓冲存储器中，直至它们的应用。第一变型方案由于费时并且费资源的专门生成而是不利的，而第二变型方案具有的缺点是：为了维持所有可能需要的语法而需要高的存储需求。此外,在所述模板之一中发生改变时还需要重新创建所有涉及到的语法。

此外，在加入另一模板（例如“dattel.xsd”）时需要针对具有该模板的每个可能的组合生成一个语法，在上面的例子中，可能的模板组合的18个附加的组合会加入。这通常导致模板korb.xsd的改变，由此针对模板的所有组合必须生成新的语法，于是在上面的例子中是26个。

与此相对地，在按照本发明的装置的应用中规定：将大量事先已经从一个模板生成的语法组合成经组合的语法。替代地，这些已经事先生成的语法也可以由大量模板生成。

为了维持事先已经从一个模板生成的语法G'k、G'a、G'b、G'c（在下文也被称作原子语法或可组合的原子语法），如下地使用调出指令atomic_grammar(...)。

G'k = atomic grammar( korb.xsd)

G'a = atomic grammar(apfel.xsd)

G'b = atomic grammar(birne.xsd)

G'c = atomic grammar(citrus.xsd)。

在运行时间环境下，这些原子语法允许比先前公知的从模板的组合生成语法显著更有效地组合成经组合的语法，使得在运行时间环境下能够显著更快地实现由多个原子语法组合成经组合的语法。

即使在所阐述的对另一模板的添加的情况下，也只须重新创建每个直接被改变的模板，如在下文中以所要添加的模板Dattel为例所阐述的那样：

G'd = atomic_grammar(dattel.xsd)

仅仅被分配给经改变的模板Korb的原子语法G'k必须在所述添加的过程中重新被创建：

G'k = atomic_grammar(korb.xsd)

现在，如果在应用中需要如下语法Gkbc，所述语法Gkbc根据常规方法或者必须存在于缓存中或者在缓存中生成，那么所述语法可以按照所述按照本发明的装置、例如利用调出指令combine(...)被组合成由原子语法构成的经组合的语法：

Gkbc = combine(G'k + G'b + G'c)

此外，所述经组合的语法在运行时间上与常规生成的语法、也就是说利用调出指令grammar(...)从模板Korb、Birne、Citrus的组合生成并且维持的语法一致：

Gkbc = grammar(korb.xsd + birne.xsd + citrus.xsd)

在按照EXI标准的规定来实现运行时间环境时，所得到的经组合的语法对应于如下语法，所述语法即使在由按照XML模板定义或XSD的不同的模板构成的组合的情况下也会形成。

对于原子语法的可组合性的要按照一般的实施方式来要求的前提条件是：相应的原子的、也就是说事先生成的语法的全局元素能被输送到所述经组合的语法的全局元素的经组合的列表中。

按照一个实施方式，这例如通过以下方式来实现：将对各个原子语法的元素的合格的名称（所述名称在EXI语言用法中被称作Q名称）的参阅聚集在列表中，所述列表最后显示出所述经组合的语法。合格的名称是全局明确的标识符，所述标识符由元素名称和用于名称空间的标识符组成。详细地，合格的名称或Q名称可以由所谓的NC名称（非克隆化名称（Non-Colonized Name））组成，其中所述NC名称中的每个NC名称除了最后的NC名称之外表示名称空间或Namespace。最后的NC名称对应于在名称空间之内的局部名称。各个NC名称借助于点（.）组合成Q名称。

按照一个实施方式，可组合性通过如下方式来支持：所述经组合的语法的全局元素的经组合的列表的全局元素通过间接来参阅相应的事先生成的语法的全局元素。例如，这意味着：经组合的列表由具有长度（长度G1+长度G2）的全局元素来引导，所述列表间接地参阅现有的列表。因此，根据对相应的原子语法的参阅来编制列表。该列表可以在初始化阶段中在对不同的原子语法进行组合的情况下予以构造。

按照一个实施方式，可组合性通过如下方式来支持：在初始化阶段中，相应的事先生成的片段式语法的元素被输送到所述经组合的语法的全局元素的经组合的列表中，其中在不同的元素中的合格的名称或“Q名称”一致时，所述一致的合格的名称在全局元素的经组合的列表中正好被编制一次，其中名称冲突按照从模板获悉的语法来解决。该实施方式涉及按照EXI标准的“片段内容语法（FragmentContent Grammar）”的元素。为此的行为本身类似于上面阐述的全局元素。对此的例外只形成具有相同的Q名称的定义,所述定义由元素名称和用于名称空间的标识符组成。以所述经组合的语法将多重的名称相同的元素转变成唯一的、明确的元素的目标通过类似于在从模板获悉的语法或“从模板获悉的元素片段语法”中的行为来解决名称冲突而得到解决。

按照一个实施方式，可组合性通过如下方式来支持：在所述初始化阶段中，相应的事先生成的语法的类型属性被输送到类型属性的经组合的列表中，所述经组合的列表在需要时由事先生成并且包含类型属性的语法的组合来构造。在出现类型属性“xsi:typecast”时，EXI解码器跳到被参考的类型“Grammatik（语法）”，只要所述类型“Grammatik（语法）”存在。在经组合的语法的情况下，列表在第一次需要时通过以下方式重新被构造：所有类型语法（G1+G2+...）的组合构造所述列表。

按照一个实施方式，可组合性通过如下方式来支持：在所述初始化阶段中，针对占位符表达或通配符使用所述经组合的语法中的至少一个全局元素，所述全局元素具有恰当的局部名称和/或恰当的名称空间标识。在出现占位符表达或通配符、例如以EXI定义的通配符（诸如AT(*)，AT(uri, *)，SE(*)，SE(uri, *)）时，通常由语法将所有可能的全局元素和/或属性的列表作为可能的比较来考虑。在此尝试找到以下全局元素和/或属性，所述全局元素和/或属性在列表中与局部名称（local name）和名称空间（Namespace）的标识符或URI（统一资源标识符（Uniform Resource Identifier））一致。在多个经组合的语法的情况下，相应地彻底搜寻经组合的列表。

按照一个实施方式,可组合性通过如下方式来支持：在所述初始化阶段中，针对不同的事先形成的语法的替换组中的元素形成经扩展的替换组，在所述经扩展的替换组中，不同的事先形成的语法中的元素被分配给同一替换组。在XML或EXI中，一个元素能用属于同一替换组或“substitutionGroup”的所有元素来替换。在经组合的语法的情况下，只要不同的语法中的元素都属于同一替换组，替换组或属于该替换组的列表必要时就必须被扩展。

概括性地，本发明涉及一种用于转换二进制数据流、优选EXI数据流的方法，其中在初始化阶段中从存储区读出大量事先由至少一个描述语言模板生成的语法并且将它们组合成经组合的语法，并且其中经组合的语法被输送给运行时间环境，用来转换二进制数据流。

本发明一方面允许与在需要时生成的由各个模板构成的语法相比对所希望的语法的显著加速的生成，另一方面，存储空间需求可以被保持得小，因为取消了对语法的组合多样性的维持。

本发明通过实现新的、可能事先未预料到的组合确保了提高的灵活性，而不必针对该组合生成新的语法。此外，在改变各个模板时可能更快速地进行更新，因为只须重新生成所涉及到的原子语法并且不必重新生成所有组合。

此外，本发明允许对元数据进行减少的管理，因为原子语法优选地涉及仅仅一个模板并且不涉及模板的组合。

Claims (12)

1. 一种用于转换二进制数据流的方法，其中

- 在初始化阶段中从存储区读出大量事先由至少一个描述语言模板生成的语法并且将它们组合成经组合的语法；并且

- 所述经组合的语法被输送给运行时间环境，用于转换二进制数据流。

2.根据专利权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二进制数据流的转换包括将描述语言的二进制数据和/或文本格式数据输送给所述运行时间环境，在所述运行时间环境下转换成二进制数据流。

3.根据专利权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述二进制数据流的处理包括将所述二进制数据流输送给所述运行时间环境，所述二进制数据流被转换成描述语言的二进制数据和/或文本格式数据。

4.根据上述专利权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述初始化阶段中，相应的事先生成的语法的全局元素被输送到所述经组合的语法的全局元素的经组合的列表中。

5.根据专利权利要求4所述的方法，其特征在于，所述经组合的列表的全局元素通过间接来参阅相应的事先生成的语法的全局元素。

6.根据上述专利权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述初始化阶段中，将相应的事先生成的片段式的语法的元素输送到所述经组合的语法的全局元素的经组合的列表中，其中在不同的元素中的合格的名称一致时，所述一致的合格的名称在全局元素的经组合的列表中正好被编制一次，其中名称冲突按照从模板获悉的语法来解决。

7.根据上述专利权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述初始化阶段中，相应的事先生成的语法的类型属性被输送到类型属性的经组合的列表中，所述经组合的列表在需要时由事先生成并且包含类型属性的语法的组合来构造。

8.根据专利权利要求4至7之一所述的方法，其特征在于，在所述初始化阶段中，针对占位符表达使用所述经组合的语法中的至少一个全局元素，所述全局元素具有恰当的局部名称和/或恰当的名称空间标识。

9.根据上述专利权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述初始化阶段中，针对不同的事先生成的语法的替换组中的元素形成经扩展的替换组，在所述经扩展的替换组中，不同的事先生成的语法中的元素被分配给同一替换组。

10.一种计算机程序产品，其具有用于当所述计算机程序产品在编码装置或者解码装置上实施时执行根据上述专利权利要求之一所述的方法的装置。

11. 一种用于转换二进制数据流的编码装置，所述编码装置包括：

- 与所述编码装置共同作用的初始化单元，用于从存储区读出大量事先由至少一个描述语言模板生成的语法，并且用于将所述语法组合成经组合的语法；和

- 运行时间单元，用于在使用所述经组合的语法的情况下将描述语言的被输送给所述编码装置的二进制数据和/或文本格式数据转换成二进制数据流。

12. 一种用于接收二进制数据流的解码装置，所述解码装置包括：

- 与所述解码装置共同作用的初始化单元，用于从存储区读出大量事先由至少一个描述语言模板生成的语法，并且用于将所述语法组合成经组合的语法；和

- 运行时间单元，用于在使用所述经组合的语法的情况下将被输送给所述解码装置的二进制数据流转换成描述语言的二进制数据和/或文本格式数据。