CN109768959A - 一种gnss设备高频采样下数据包压缩和解压的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GNSS设备高频采样下数据包压缩和解压的方法。压缩方法包括：获取N个待压缩的数据包，初始化压缩包的数据结构，确定基准包，确定各数据包间的关联关系，将剩余数据包的数据以及各数据包间的关联关系装配入压缩包中直至所有数据包压缩完成。解压方法包括：压缩包校验，根据压缩包基准数据和对应的位置数据解压出基准包，再依次基于压缩包中的位置数据和关联的被解压出的数据包，解压出剩余的数据包直至所有压缩数据被解压完成。本发明将高频采样下的多个数据包压缩为一个压缩包进行传输，保证了高频采样的数据量的完整性，可以有效减少传输数据所需的带宽，节约数据流量，降低发包频率，减少设备负荷。

Description

一种GNSS设备高频采样下数据包压缩和解压的方法

技术领域

本发明涉及数据压缩领域，尤其是一种GNSS设备高频采样下数据包压缩和解压的方法。

背景技术

市面上的GNSS车载设备都可以定位、测速以及计算加速度，它们需要依靠GNSS芯片和g-sensor芯片的数据采样。这两种芯片的采样频率都是毫秒级。目前平台接收速度、经纬度和加速度等行车数据，一般有两种方式：

1.尽量每一次采样上传一个数据包。优点在于，数据全面，每一次采样的数据包平台都可见。但它有致命的缺点，由于采样频率过高，产生的数据包过多，从而导致网络带宽需求成倍增加，往往会产生高额的通讯费用。更严重的是，需要更大规模的数据平台支撑，如果出现网络拥塞，还会出现丢包现象，更甚者，会让平台很快到达运转瓶颈，由此带来的高额成本有时候难以估计。

2.每隔一个规定的时间间隔上传一个数据包。其优点在于，数据量少，一般的数据平台就可以支撑百万级的设备接入。因此，这也是目前各大平台常用的做法。一般设置设备5s,30s，60s甚至1小时上传一个数据包。它的缺点也异常明显，就是数据量的减少导致信息量的衰减，对于精度要求较高的数据分析任务来说，数据所携带的信息量大打折扣，会导致无法进行有效的数据分析。

基于目前所采用的两种数据包采集和传输方案的缺陷可知，急需一种既可以保证采样的数据量的完整性，又能有效降低传输数据量，节约网络带宽的数据包压缩方案。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种在车联网平台下，GNSS设备高频采样下数据包的压缩和解压方法，以通过将多个高频采样的数据包压缩为一个压缩包，进而减少网络带宽，同时保证数据采样的完整性。

本发明采用的技术方案如下：

一种GNSS设备高频采样下数据包压缩的方法，包括以下步骤：

S101：获取N个待压缩的数据包；

S102：初始化压缩包Z的数据结构；

S103：取待压缩数据包中的首个数据包或最末数据包作为基准包，基于该基准包包含的数据配置压缩包的基准数据，基于该基准包的数据配置压缩包首位或末位位置的位置数据；

S104：将每一个剩余待压缩数据包中的位置数据，以及其与上一个被压缩的数据包的位置数据的关系数据，以采样的时间顺序依次填充到压缩包Z数据结构中位置数据部分的相应字段。

S105：更新压缩包Z中的压缩包长度、序列号、CRC校验码、结束位。

本发明还提供了一种压缩包解压的方法，包括以下步骤：

S201：对压缩包进行校验，校验通过，则执行S202；

S202：获取压缩包Z的基准数据；

S203：获取压缩包Z中，S202所获取的基准数据所对应的位置数据；

S204：以S202和S203中获取的数据，还原出基准包；

S205：对于剩余各待解压的数据包，则以各数据包被压缩的顺序，依次提取压缩包Z中，对应位置数据结构部分所存放的位置数据，该提取出的位置数据包括部分待解压数据包的数据，以及待解压数据包与最新被还原的数据包的数据间的关系数据；还依次基于最新被还原的数据包的数据、待解压的数据包与最新被还原的数据包的数据间的关系数据，以及从压缩包Z中提取出的数据的非关系数据部分，计算出各待解压数据包的完整的数据，进而还原出各数据包。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明将高频采样下的多个数据包压缩为一个压缩包进行传输，一方面，保证了高频采样的数据量的完整性，避免了丢包或信息量衰减的情况；另一方面，对数据进行压缩后，可以有效减少传输数据所需的带宽，节约数据流量，降低发包频率，减少设备负荷。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1和2是数据包压缩方法的两个不同实施例。

图3和4是压缩包解压方法的两个不同实施例。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

一种GNSS设备高频采样下数据包压缩的方法，包括以下步骤：

S101：获取N个待压缩的数据包；

S102：初始化压缩包Z的数据结构；

S103：取待压缩数据包中的首个数据包或最末数据包作为基准包，基于该基准包包含的数据(对应于基准数据部分)配置压缩包的基准数据，基于该基准包的数据(对应于位置数据部分)配置压缩包首位或末位位置的位置数据；

S104：将每一个剩余待压缩(即将被压缩)数据包中的数据，以及其(该即将被压缩的数据包的数据)与上一个(即最新)被压缩的数据包的数据的关系数据，以采样的时间顺序依次填充到压缩包Z数据结构中位置数据部分的相应字段。即将每一个数据包关联压缩进压缩包中。压缩包Z的数据结构中，包含用于配置各数据包数据的字段，以各待压缩包被采样的时间顺序(如基准包为首个采样包，则以时间由先到后的顺序；如基准包为最末采样的数据包-即离当前时间最近的数据包，则以时间由后到前的顺序)，依次提取数据包中的数据，同时计算出其与上一个被压缩的数据包的数据间的关系数据，将提取的数据剩余部分(即除用于计算关系数据的部分)与计算出的关系数据一起装配进压缩包Z中对应该数据包的位置数据结构中，直至所有待压缩数据包均被压缩。

S105：更新压缩包Z中的压缩包长度、序列号、CRC校验码、结束位。

本实施例公开了另一种GNSS设备高频采样下数据包压缩的方法，包括以下步骤：

S101：获取N个待压缩的数据包；

S102：初始化压缩包Z的数据结构，其中包括更新数据包条数为N；

S103：取离当前时间最近的数据包作为基准包，基于该基准包包含的数据(对应基准数据部分)配置压缩包的基准数据，基于该基准包的数据(对应位置数据部分)配置压缩包第N位位置的位置数据；

S104：将每一个剩余待压缩(即将被压缩)数据包中的位置数据，以及其(即该即将被压缩的数据包的数据)与上一个(即最新)被压缩的数据包的数据的关系数据，以采样的时间顺序依次填充到压缩包Z数据结构中位置数据部分的相应字段。压缩包Z的数据结构中，包含用于配置各数据包位置数据的字段，以各待压缩包被采样的时间顺序(如基准包为首个采样包，则以时间由先到后的顺序；如基准包为最末采样的数据包-即例当前时间最近的数据包，则以时间由后到前的顺序)，依次提取数据包中的数据，并计算出其与最新被压缩的数据包的数据的关系数据，然后将提取出的数据的剩余部分(即除用于计算关系数据的部分，或者可以理解为用于计算关系数据的部分由关系数据代替)和计算出的关系数据装配进压缩包Z的位置数据部分的相应字段中，直至所有待压缩数据包均被压缩。

S105：更新压缩包Z中的压缩包长度、序列号、CRC校验码、结束位。即表示压缩结束。

本实施例公开了上一实施例中，对非基准包进行压缩的方法，即上述的步骤S104，包括以下步骤：

S1041：初始化剩余待压缩数据包数量i为N-1，执行S1042；

S1042：判断i是否大于0，如果是，则执行S1043，否则，跳转至S105；

S1043：基于第i个数据包的数据，以及第i个数据包的数据与第i+1个数据包的数据的关系，更新压缩包Z中第i位位置数据中的相应字段，i自减1，跳转至S1042。

在一个具体实施方式中，本实施例为：

S101：从flash存储模块中，获取N个待压缩的数据包；

S102：初始化压缩包Z的数据结构，其中包括更新数据包条数为N。初始化过程还包括初始化起始位、协议号等；

S103：取离当前时间最近的数据包作为基准包，基于该基准包包含的数据(同上)配置压缩包的基准数据，基于该基准包的数据(同上)配置压缩包第N位位置的位置数据。具体而言，获取基准包里的时间戳、经度、纬度，赋值给压缩包Z中的基准时间、基准经度、基准纬度；更新压缩包Z中第N位位置数据的经度差、纬度差为0，获取基准包里的航向、G-sensor(加速度传感器)三轴值、角速度三轴值、是否定位、外部电压、速度，更新至压缩包Z中第N位位置数据中相应字段；

S1041：初始化剩余待压缩数据包数量i为N-1，执行S1042；

S1042：判断i是否大于0，如果是，则执行S1043，否则，跳转至S105；

S1043：基于第i个数据包的数据，以及第i个数据包的数据与第i+1个数据包的数据的关系，更新压缩包Z中第i位位置数据中的相应字段，i自减1，跳转至S1042；

S105：更新压缩包Z中的压缩包长度、序列号、CRC校验码、结束位。

采用上述方法，可以构造出数据结构如下表的压缩包：

本实施例公开了上述数据包压缩传输的方法中，更新压缩包Z中，非基准数据位的位置数据的方法，即上一实施例中的S1043，具体包括：

S10431：将第i个数据包中的经纬度(即用于计算关系数据部分的数据)与第i+1个数据包中的经纬度做差值运算；

S10432：将S10431的经度差、纬度差(即关系数据)更新至压缩包Z中的第i位位置数据的经度差、纬度差；

S10433：获取第i个数据包中剩余部分(即除经、纬度外的部分)的数据，更新至压缩包Z中第i位位置数据中相应字段，i自减1，跳转至S1042。

具体的，上述S10433为：获取第i个数据包里的航向、G-sensor三轴值、角速度三轴值、是否定位、外部电压、速度，更新至Z中第i位位置数据中相应字段，i自减1，跳转至S1042。

本实施例公开了一种压缩包解压的方法，包括以下步骤：

S201：对压缩包进行校验，校验通过，则执行S202。具体而言，校验的过程为使用压缩包Z的CRC校验码对压缩包Z进行校验；

S202：获取压缩包Z的基准数据。

S203：获取压缩包Z中，S202所获取的基准数据所对应的位置数据。如果压缩时存于压缩包位置数据部分的首位，则获取首位位置存储的位置数据，如果压缩时存于第N位(末位)，则获取第N位位置的位置数据。获取的位置数据包括航向、g-sensor三轴值、角速度三轴值、是否定位、外部电压、速度；

S204：以S202和S203中获取的数据，还原出基准包；

S205：对于剩余各待解压的数据包，则以各数据包被压缩的顺序，依次提取压缩包Z中，对应位置数据结构部分所存放的位置数据，该提取出的位置数据包括部分待解压数据包的数据，以及待解压数据包与最新被还原的数据包的数据间的关系数据，还基于最新被还原的数据包的数据，以及待解压的数据包与最新被还原的数据包的数据间的关系数据，计算出各待解压数据包的完整的数据，进而还原出各数据包。例如，对于第一个待还原的非基准包，提取其在压缩包Z位置数据结构部分的位置数据，其中包括部分可直接还原的数据，以及与基准包数据间的关系数据，基于该关系数据以及基准包的数据，计算出待还原数据包的关系数据所对应部分的数据，将该部分计算出的数据与从压缩包Z中提取的可直接还原的数据构成待解压数据包的完整的数据；其余的待解压非基准包的完整数据以同样的方式进行获取和解压。

本实施例公开了一种解压压缩包的方法，包括以下步骤：

S201：对压缩包进行校验，校验通过，则执行S202；

S202：获取压缩包Z的基准数据；

S203：获取压缩包Z的第N位位置的位置数据；

S204：以S202和S203中获取的数据，还原出第N个数据包，即基准包；

S205：对于剩余各待解压的数据包，则以各数据包被压缩的顺序，依次提取压缩包Z中，对应位置数据结构部分所存放的数据，该提取出的数据包括部分待解压数据包的数据，以及待解压数据包与最新被还原的数据包的数据间的关系数据，还依次基于最新被还原的数据包的数据、待解压的数据包与最新被还原的数据包的数据间的关系数据，以及从压缩包Z中提取出的数据的非关系数据部分，计算出各待解压数据包的完整的数据，进而还原出各数据包。

本实施例公开了另一种解压压缩包的方法，包括以下步骤：

S201：对压缩包进行校验，校验通过，则执行S202。具体而言，校验的过程为使用压缩包Z的CRC校验码对压缩包Z进行校验；

S202：获取压缩包Z的基准数据以及数据包条数N。基准数据包括基准时间、基准经度和基准纬度；

S203：获取压缩包Z的第N位位置的位置数据。第N位位置的位置数据包括航向、g-sensor三轴值、角速度三轴值、是否定位、外部电压、速度；

S204：以S202和S203中获取的数据，还原出第N个数据包；

S2051：初始化剩余待解压数据包数量j为N-1；

S2052：判断j是否大于0，如果是，则执行S2053，否则，结束解压缩；

S2053：基于压缩包第j位位置的位置数据(该位置数据中包含第j个数据包中的部分数据以及第j个数据包中部分数据与第j+1个数据包所包含位置数据的关系)，以及还原出的第j+1个数据包的位置数据，还原出第j个数据包；j自减1，跳转至S2052。

本实施例公开了上述解压缩方法中，解压缩非首个数据包(即第N个数据包)的方法，即上述S2053，包括：

S20531：获取压缩包Z中第j位位置数据；

S20532：将压缩包Z中第j位位置数据的经纬度差与已被还原出的第j+1个数据包中的经纬度做加运算，时间戳自动减1，用以获取第j个数据包的经度、纬度、时间戳；

S20533：将S20531中剩余的位置数据和S20532计算得到的数据装配还原出第j个数据包，j自减1，跳转至S2052。

本实施例公开了另一种解压缩非首个数据包的方法：

S20531’：将压缩包Z中第j位位置数据的经纬度差与第j+1个数据包中的经纬度做加和运算，时间戳自动减1，用以获取第i个数据包的经度、纬度、时间戳；

S20532’：获取压缩包Z中第j位位置数据中的航向、g-sensor三轴值、角速度三轴值、是否定位、外部电压、速度；

S20533’：将S20531’、S20532’获取的数据装配还原出第j个数据包，j自减1，跳转至S2052。

需要说明的是，在解压缩过程中，还原的数据包具有固定的格式，还原过程为将压缩包中的数据填充到数据包的相应字段即完成了数据包的还原。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种GNSS设备高频采样下数据包压缩的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：获取N个待压缩的数据包；

S102：初始化压缩包Z的数据结构；

S103：取待压缩数据包中的首个数据包或最末数据包作为基准包，基于该基准包包含的数据配置压缩包的基准数据，基于该基准包的数据配置压缩包首位或末位位置的位置数据；

S104：将每一个剩余待压缩数据包中的位置数据，以及其与上一个被压缩的数据包的位置数据的关系数据，以采样的时间顺序依次填充到压缩包Z数据结构中位置数据部分的相应字段；

S105：更新压缩包Z中的压缩包长度、序列号、CRC校验码、结束位。

2.如权利要求1所述的数据包压缩的方法，其特征在于，所述S102中，初始化压缩包Z的数据结构包括：更新数据包条数为N；所述S103为：取离当前时间最近的数据包作为基准包，基于该基准包包含的数据配置压缩包的基准数据，基于该基准包的数据配置压缩包第N位位置的位置数据。

3.如权利要求2所述的数据包压缩的方法，其特征在于，所述S104包括：

S1041：初始化剩余待压缩数据包的数量i为N-1，执行S1042；

S1042：判断i是否大于0，如果是，则执行S1043，否则，跳转至S105；

S1043：基于第i个数据包的数据，以及第i个数据包的数据与第i+1个数据包的数据的关系，更新压缩包Z中第i位位置数据中的相应字段，i自减1，跳转至S1042。

4.如权利要求3所述的数据包压缩的方法，其特征在于，所述S1043包括：

S10431：将第i个数据包中的经纬度与第i+1个数据包中的经纬度做差值运算；

S10432：将S10431的经度差、纬度差更新至压缩包Z中的第i位位置数据的经度差、纬度差；

S10433：获取第i个数据包中剩余部分的数据，更新至压缩包Z中第i位位置数据中相应字段，i自减1，跳转至S1042。

5.如权利要求4所述的数据包压缩的方法，其特征在于，所述S10433中，获取的第i个数据包中所述剩余的数据包括：航向、G-sensor（加速度传感器）三轴值、角速度三轴值、是否定位、外部电压和速度数据。

6.一种GNSS设备高频采样下压缩包解压的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S201：对压缩包进行校验，校验通过，则执行S202；

S202：获取压缩包Z的基准数据；

S203：获取压缩包Z中，S202所获取的基准数据所对应的位置数据；

S204：以S202和S203中获取的数据，还原出基准包；

S205：对于剩余各待解压的数据包，则以各数据包被压缩的顺序，依次提取压缩包Z中，对应位置数据结构部分所存放的位置数据，该提取出的位置数据包括部分待解压数据包的数据，以及待解压数据包与最新被还原的数据包的数据间的关系数据；还依次基于最新被还原的数据包的数据、待解压的数据包与最新被还原的数据包的数据间的关系数据，以及从压缩包Z中提取出的数据的非关系数据部分，计算出各待解压数据包的完整的数据，进而还原出各数据包。

7.如权利要求6所述的压缩包解压的方法，其特征在于，所述S203中，获取压缩包Z中的位置数据具体为：获取压缩包Z的第N位位置的位置数据。

8.如权利要求7所述的压缩包解压的方法，其特征在于，所述S202还获取数据包条数N；所述S205包括：

S2051：初始化剩余待解压数据包数量j为N-1；

S2052：判断j是否大于0，如果是，则执行S2053，否则，结束解压缩；

S2053：基于压缩包第j位位置的位置数据，以及还原出的第j+1个数据包的数据，还原出第j个数据包；j自减1，跳转至S2052。

9.如权利要求8所述的压缩包解压的方法，其特征在于，所述S2053包括：

S20531：获取压缩包Z中第j位位置数据；

S20532：将压缩包Z中第j位位置数据的经纬度差与已被还原出的第j+1个数据包中的经纬度做加运算，时间戳自动减1，用以获取第j个数据包的经度、纬度、时间戳；

S20533：将S20531中剩余的数据和S20532计算得到的数据装配还原出第j个数据包，j自减1，跳转至S2052。

10.如权利要求8所述的压缩包解压的方法，其特征在于，所述S2053包括：

S20531’： 将压缩包Z中第j位位置数据的经纬度差与第j+1个数据包中的经纬度做加和运算，时间戳自动减1，用以获取第i个数据包的经度、纬度、时间戳；

S20532’： 获取压缩包Z中第j位位置数据中的航向、G-sensor三轴值、角速度三轴值、是否定位、外部电压、速度；

S20533’：将S20531’、 S20532’获取的数据装配还原出第j个数据包，j自减1，跳转至S2052。