CN112052228A - 一种基于标准欧几里德空间与平面空间投影互为映射的二进制编码方法 - Google Patents

一种基于标准欧几里德空间与平面空间投影互为映射的二进制编码方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于标准欧几里德空间与平面空间投影互为转换特性的二进制编码方法。利用标准欧几里德空间与二维平面空间投影、二维平面空间投影与易经六十四卦、易经六十四卦与二进制数据互为映射的基本特征，采用二进制数据流空间化算法，生成以六十四卦为基础的有序二进制数据流，实现对任意计算机文件的高速、高压缩比率升维编码与无损降维解码，解决现今电子信息技术领域二进制数据流由于信息交换标准代码的存在，以信息论为基础的传统压缩算法因信息熵的局限导致文件压缩比率不高，压缩速度不快以及无损压缩等问题。

Description

一种基于标准欧几里德空间与平面空间投影互为映射的二进 制编码方法
技术领域
本发明属于计算机电子信息技术领域，具体为一种基于标准欧几里德空间与平面空间投影互为转换特性的二进制编码方法，尤其是一种适用于数据无损压缩编码方法。
背景技术
在如今的计算机电子信息技术领域，正发生着一场有长远影响的数字化革命。由于数字化的多媒体信息尤其是数字视频、音频信号的数据量特别庞大，如果不对其进行有效的压缩就难以得到实际的应用。因此，数据压缩技术已成为当今数字通信、广播、存储和多媒体娱乐中的一项关键共性技术，是近年来计算机电子信息技术领域中一直备受关注的研究热点。
二进制(Binary)，为德国数学家莱布尼茨(Gottfried wilhelm Leibniz)发现，二进制与中国八卦的先天卦序吻合，即以2为基数的记数系统。现代的数字电路中，因为逻辑门的实现直接应用二进制，而由此发展出的计算机系统和依赖于计算机的设备也都以二进制进行，每个数字称为一个比特(Bit)，电子信息技术将现实世界任意信息二维化，即一切事物在机器内部的运算、存储都是以二进制(0和1)进行。
从现有的技术文献检索发现，当今主流压缩算法的理论基础是信息论(与算法信息论密切相关)以及率失真理论，由香农(C.E.Shannon)奠定。传统的数据压缩技术，如统计编码、预测编码、变换编码和子带编码等，建立在C.E.Shannon信息论的理论基础之上，以美国信息交换标准代码ASCII(American Standard Code for Information Interchange)，即基于西方拉丁字母的电脑编码系统为蓝本，以经典的集合论为基础，用统计概率模型来描述信息源，在不丢失有用信息的前提下，缩减数据量以减少存储空间，提高其传输、存储和处理效率，或按照一定的算法对数据进行重新组织，以减少数据冗余和存储空间的一种技术方法，也可称为第一代压缩方法。这些传统的数据压缩技术虽然已经取得举世公认的巨大成功，得到较为广泛的应用，但是，随着数字化的普及，计算机和数据处理设备渗透到科学技术和国民经济的各行各业以及社会生活的方方面面，数据的类型各不相同，用户的要求也各异，需要传输、存储和处理的数据量一直持续、急剧和高速增长；此外，随着进入21世纪以来科学技术的飞速发展，特别是信息技术的飞速发展和广泛应用，人们的眼界越来越宽，要求越来越高，希望数字化的一切能够用计算机处理、存储、展现和交互，因而，对于数据压缩需求的市场空间非常大，社会需求越来越强劲，而第一代压缩方法已经远远不能满足目前的需要。
无损、高速及压缩比率是电子信息技术领域的一项重要指标，是压缩算法要解决的主要问题。现今主流的压缩算法并非是对二进制的直接压缩，而是根植于美国信息交换标准代码ASCII(American Standard Code for Information Interchange)，进而处理并映射为二进制，人为的在二进制上套上一层枷锁，受信息熵(信息中的每个符号<数字、字母或单词>的出现概率或不确定性)的局限，存在压缩比率不高，压缩速度不快等问题。
因此，有必要提出一种全新的无损、高速、高压缩比的数据编码方法，以克服现有压缩技术缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有压缩技术缺陷，提高二进制数据流压缩比率，实现无损压缩；
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是提供一种基于标准欧几里德空间与平面空间投影互为转换特性的二进制编码方法，对任意大小的二进制数据流进行高速，高压缩比的无损压缩算法，该算法包括如下步骤：
S1，获取任意二进制数据流；
S2，对二进制数据流建立标准三维空间坐标；
S3，以标准三维立体空间坐标进行旋转矩阵替代各空间坐标点，消除相邻重复空间坐标，并记录还原R1，进行基础编码替代；
S4，对空间化二进制数据流坐标点升维，建立三维空间立体线条；
S5，转化平面重复线条，进行二次编码替代，并记录还原点R2；
S6，设置S2-S5转化终止条件，判断是否满足最优空间立体化条件，若满足，则执行S6，不满足，重新执行S2-S5；
S7，对线条化二进制数据流空间立体化，进行第三次编码替代，并记录还原点R3；
S8，重复八次S1-S7过程，对二进制立体化数据流升维，以易经六十四卦的二进制形式记录标准欧几里德空间在低维平面空间线性投影图形，并记录还原点R4；
S9，存储S3，S5，S7，S8还原点集(R1，R2，R3，R4)，即标准欧几里德空间在低维平面空间投影的易经六十四卦图集，完成升维编码压缩过程。
S10，按易经六十四卦图集还原超维空间坐标；
S11，反向读取还原记录点集R4，按标准欧几里德空间坐标还原三维立体坐标；
S12，反向读取还原记录点集R3，按三维立体坐标还原三维空间线段；
S13，反向读取还原记录点集R2，按三维空间线段还原三维空间坐标点；
S14，反向读取还原记录点集R1，按三维空间坐标点还原二进制数据流；
S15，输出二进制数据流，完成降维编码解压缩过程。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来加深对二进制数据流压缩过程的详细描述，并提供进一步的理解，使本发明的其它特征、目的和优点变得更加明显：
图1为本发明中一种基于标准欧几里德空间与平面空间投影互为转换特性的二进制编码方法流程图。
图2为本发明中标准欧几里德空间与二维平面空间正投影对应关系示意图；
图3为本发明中二维平面空间正投影与易经六十四卦对应关系示意图；
图4为本发明实施例一中二进制数据流与空间平面坐标点转化示意图；
图5为本发明实施例一中二进制空间平面坐标点与空间线段转化示意图；
具体实施方式
为使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合本发明的实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例公是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员没有在做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
任意信息在存储介质中可以解释为0与1集合的一段二进制数据流，计算机通过相应的方式进行信息-位元的转换，现有技术中基于西方拉丁字符的压缩技术存在信息熵的极限，对大型数据流，无损压缩比率低，存储空间大等技术问题，本发明实施例针对上述技术问题提供了一种更优编码方法。
本发明实施例提供的编码方法，利用高维空间的数据浓缩性与降维后数据的延展性，实现对任意大数据文件的压缩/解压缩，不仅数据无损，节省储存空间，更可以提高信息安全系数。
图1示出了本发明实施例一全部压缩与解压缩过程的流程图；
图2示出了本发明所用的基础映射图形，高维空间结构与低维线性投影的对应关系；
图3示出了本发明中低维线性投影与易经六十四卦的对应关系；
图4示出了本发明实施例一中所用算法之二进制空间坐标的建立与转化，即对于离散型二进制数，以三位为单位进行划分，对映三维空间x，y，z轴为原点的正四边形空间坐标八个顶点，可经过旋转置换为两两互不重合的空间坐标点，对于任意一组24位二进制数共有16777216种组合[C1(000 000 000 000 000 000 000 000)-C16777216(111 111 111 111111 111 111 111)]，经过三维空间旋转置换，每一种组合都能转化为空间坐标中两两互不重合的坐标点集C1(P1≠P2 P3≠P4 P5≠P6 P7≠P8)-C16777216(P1≠P2 P3≠P4 P5≠P6P7≠P8)，八次置换后还原为原空间坐标二进制数据，；
图5示出了本发明实施例一中所用算法之空间线段的建立与转化，对于任意一组两两互不重合的24位二进制数共有9834496种组合C1[(P1P2)1(P3P4)1(P5P6)1(P7P8)1)]-C56[(P1P2)56(P3P4)56(P5P6)56(P7P8)56)]映射为空间线段，经过三维空间线段旋转置换，可转化为空间坐标中两两互不重叠的线段C1[(P1P2)1≠(P3P4)1(P5P6)1≠(P7P8)1)]-C56[(P1P2)56≠(P3P4)56(P5P6)56≠(P7P8)56)]，八次置换后还原为图3空间坐标点；
文件读取模块获取任意大数据文件的二进制数据流；
二进制空间化模块对二进制数据流以3位(Bit)划分，建立标准三维空间坐标P(a1，a2，a3)；
根据图4算法，以标准立体空间坐标进行旋转矩阵替代各空间坐标点，消除相邻重复空间坐标点[P1(a1，a2，a3)≠P2(a1，a2，a3)..P7(a1，a2，a3)≠P8(a1，a2，a3)]，以三位(Bit)二进制数R1(b1，b2，b3)记录还原点，以24位(Bit)划分进行基础编码替代，共计有16777216种变化；
对空间化二进制数据流坐标点升维，建立三维空间立体线条；
根据图5算法转化平面线条，消除重合线条，以三位(Bit)二进制数记录还原点；
设置转化终止条件，判断是否满足最优空间立体化条件，若满足，则执行平面空间映射处理模块，不满足，重新执行图4空间坐标处理模块；
平面空间映射处理模块对线条化二进制数据流升维，空间立体化，以三位(Bit)二进制数记录还原点；
重复八次坐标转化、线段转化及平面空间映射转化过程，对二进制立体化数据流升维，组合成标准欧几里德空间在低维平面投影图形，并以六位(Bit)易经六十卦卦形记录还原点；
S9，存储S2，S4，S6，S7还原点集(R1，R2..RN)，即标准欧几里德空间在低维平面投影的易经六十四卦卦形图集。
S10，按易经六十四卦卦形图集还原超维空间坐标；
S11，反向读取还原记录点集，按标准欧几里德空间坐标还原三维立体坐标；
S12，反向读取还原记录点集，按三维立体坐标还原三维空间线段；
S13，反向读取还原记录点集，按三维空间线段还原三维空间坐标点；
S14，反向读取还原记录点集，按三维空间坐标点还原二进制数据流；
S15，输出二进制数据流。

Claims (6)

1.一种对二进制数据流的升维压缩编码/降维解压缩编码方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1，获取任意文件的二进制数据流；
S2，利用空间坐标点转换函数对二进制数据流进行坐标点重合计算，消除相邻重合坐标，标记二进制还原次数R1；
S3，利用空间线段替代函数对S2进行线段重合计算，消除相邻重合线段，标记二进制还原次数R2；
S4，利用正立方体替代函数对S3进行四边形重合计算，消除非四边形组合，标记二进制还原次数R3；
S5，设置标准欧几里德空间组成终止条件，判断S3的最终结果是否满足终止条件，若满足，输出标准欧几里德空间平面空间投影的六十四卦卦形二进制表达式，若不满足，则执行S2；
S6，将S5二进制表达式，依据二进制还原次数R3，二进制还原次数R2，二进制还原次数R1，逆向返回，输出S1二进制数据流。
2.根据权利要求1所述的一种二进制数据流的升维压缩编码/降维解压缩编码方法，其特征在于，所述步骤S2中，空间坐标点替代函数包括：对任意位二进制空间坐标，三位划分的88转化函数，其基础编码为16777216种。
3.根据权利要求1和2所述的一种二进数据流的升维压缩编码/降维解压缩编码方法，其特征在于，所述步骤S3中，空间线段替代函数包括：对于任意位二进制空间线段，564转化函数，其基础编码为9834496种。
4.根据权利要求1、2和3所述的一种二进数据流的升维压缩编码/降维解压缩编码方法，其特征在于，所述步骤S4中，对于不满足组合正立方体条件进行替代操作，更新还原次数。
5.根据权利要求1和4所述的一种二进数据流的升维压缩编码/降维解压缩编码方法，其特征在于，所述步骤S5中，根据标准欧几里德空间平面空间投影的六十四卦卦形二进制表达式，还原次数集，完成对二进制数据流的升维压缩编码。
6.根据权利要求1所述的一种二进数据流的升维压缩编码/降维解压缩编码方法，其特征在于，所述步骤S6中，当进行解压缩数据时，根据标准欧几里德空间平面空间投影的六十四卦卦形二进制表达式，按还原次数集，S4正方体替代函数，S3空间线段替代函数，S2空间坐标点替代函数，完成对二进制数据流从高维至低维的降维解压缩编码。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113378197A (zh) * 2021-06-22 2021-09-10 西安理工大学 一种基于重卦编码解码规则的彩色数字图像加密方法
CN113688108A (zh) * 2021-07-16 2021-11-23 深圳智慧林网络科技有限公司 数据处理方法及相关设备

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