CN113765621B - 基于云字符概率表的数据编码系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云字符概率表的数据编码系统以及方法，发送数据的终端在云端传输之前，先通过加权概率模型对原始序列进行无损编码成目标序列，然后将压缩后的目标序列在云端进行传输，降低了云端的传输速率要求和云端存储空间，提升云端的传输和存储效率。而且中继设备将统计原始序列中每个字符所占的概率，并由服务器生成对应的云字符概率表，而且服务器也可对云字符概率表进行保存和定时更新等处理，服务器在生成云字符概率表的同时将生成的云字符概率表同步下发至接收该目标序列的终端，以使接收目标序列的终端能够得到该云字符概率表，从而能根据云字符概率表对目标序列进行无损译码得出原始序列，也保证了数据的安全性。

Description

基于云字符概率表的数据编码系统以及方法

技术领域

本发明涉及云数据编码技术领域，特别涉及一种基于云字符概率表的数据编码系统以及方法。

背景技术

在云端存储和传输的字符(如0-255代表的字节，或0-1代表的二进制位)被定义为云字符(属于云数据)，在大数据时代中，大量云字符在云端传输会给网络传输和存储带来巨大压力，而且云字符在云端传输时的安全性也有待提高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于云字符概率表的数据编码系统以及方法，在保证云数据安全性的前提下，提升云端的传输和存储效率。

本发明的第一方面，提供了一种基于云字符概率表的数据编码系统，所述数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器、第一中继设备和第二中继设备，所述第一中继设备的通信范围内包括至少一个第一终端，所述第二中继设备的通信范围内包括至少一个第二终端，其中：

所述第一终端用于对原始序列进行无损编码得到目标序列，并将所述目标序列传输至第一中继设备，其中所述第一终端通过如下方式编码得到所述目标序列：计算所述原始序列中每个字符x_i在所述原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对所述原始序列进行编码，直至编码完所述原始序列中最后一个字符，得到所述目标序列；所述L_i、R_i、L_i-1、R_i-1表示编码变量，所述F(x_i-1)表示字符x_i-1的分布函数，所述L_i的初始值L₀＝0，所述R_i的初始值R₀＝1；

所述第一中继设备用于统计所述原始序列中每个字符所占概率，得到统计结果，将所述统计结果传输至所述服务器；并将来自所述第一终端的所述目标序列传输至所述第二中继设备；

所述服务器用于根据所述统计结果生成与所述原始序列对应的云字符概率表，并将所述云字符概率表同步传输至所述第二中继设备；

所述第二中继设备用于将所述目标序列和所述云字符概率表传输至所述第二终端；

所述第二终端用于根据所述云字符概率表对所述目标序列进行无损译码，得到所述原始序列。

本发明的第二方面，提供了一种基于云字符概率表的数据编码方法，应用于基于云字符概率表的数据编码系统，所述数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器、第一中继设备和第二中继设备，所述第一中继设备的通信范围内包括至少一个第一终端，所述第二中继设备的通信范围内包括至少一个第二终端，所述数据编码方法包括：

统计所述第一终端的原始序列中每个字符所占概率，得到统计结果；

将所述统计结果传输至所述服务器，以使所述服务器根据所述统计结果生成与所述原始序列对应的云字符概率表，并使所述服务器将所述云字符概率表同步传输至所述第二终端；

接收来自所述第一终端的目标序列，其中所述目标序列是由所述第一终端通过如下方式编码得到：计算所述原始序列中每个字符x_i在所述原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对所述原始序列进行编码，直至编码完所述原始序列中最后一个字符，得到所述目标序列；所述L_i、R_i、L_i-1、R_i-1表示编码变量，所述F(x_i-1)表示字符x_i-1的分布函数，所述L_i的初始值L₀＝0，所述R_i的初始值R₀＝1；

将所述目标序列传输至所述第二中继设备，以使所述第二中继设备将所述目标序列和所述云字符概率表传输至所述第二终端，并使所述第二终端根据所述云字符概率表对所述目标序列进行无损译码得到所述原始序列。

本发明的第三方面，提供了一种基于云字符概率表的数据编码方法，应用于基于云字符概率表的数据编码系统，所述数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器、第一中继设备和第二中继设备，所述第一中继设备的通信范围内包括至少一个第一终端，所述第二中继设备的通信范围内包括至少一个第二终端，所述数据编码方法包括：

接收来自所述服务器的云字符概率表和来自所述第一终端的目标序列，其中所述云字符概率表是所述服务器根据第一中继设备统计所述第一终端的原始序列中每个字符所占概率生成的概率表；所述目标序列是由所述第一终端通过如下方式编码得到：计算所述原始序列中每个字符x_i在所述原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对所述原始序列进行编码，直至编码完所述原始序列中最后一个字符，得到所述目标序列；所述L_i、R_i、L_i-1、R_i-1表示编码变量，所述F(x_i-1)表示字符x_i-1的分布函数，所述L_i的初始值L₀＝0，所述R_i的初始值R₀＝1；

将所述云字符概率表和所述目标序列传输至所述第二终端，以使所述第二终端根据所述云字符概率表对所述目标序列进行无损译码得到所述原始序列。

本发明的第四方面，提供了一种基于云字符概率表的数据编码方法，应用于基于云字符概率表的数据编码系统，所述数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器、第一中继设备和第二中继设备，所述第一中继设备的通信范围内包括至少一个第一终端，所述第二中继设备的通信范围内包括至少一个第二终端，所述数据编码方法包括：

接收来自所述第一中继设备统计所述第一终端的原始序列中每个字符所占概率；

根据所述原始序列中每个字符所占概率，生成与所述原始序列对应的云字符概率表；

将所述云字符概率表同步传输至所述第二中继设备，以使所述第二中继设备将所述云字符概率表传输至所述第二终端，并使所述第二终端根据所述云字符概率表对来自所述第一终端的目标序列进行无损译码得到原始序列，其中所述目标序列是由所述第一终端通过如下方式编码得到：计算所述原始序列中每个字符x_i在所述原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对所述原始序列进行编码，直至编码完所述原始序列中最后一个字符，得到所述目标序列；所述L_i、R_i、L_i-1、R_i-1表示编码变量，所述F(x_i-1)表示字符x_i-1的分布函数，所述L_i的初始值L₀＝0，所述R_i的初始值R₀＝1。

本发明的第五方面，提供了一种基于云字符概率表的数据编码方法，应用于基于云字符概率表的数据编码系统，所述数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器、第一中继设备和第二中继设备，所述第一中继设备的通信范围内包括至少一个第一终端，所述第二中继设备的通信范围内包括至少一个第二终端，所述数据编码方法包括：

响应所述第一中继设备的请求，以使所述第一中继设备统计原始序列中每个字符所占概率并发送至所述服务器，并使所述服务器基于所述原始序列中每个字符所占概率生成与所述原始序列对应的云字符概率表并将所述云字符概率表通过所述第二中继设备传输所述第二终端；

通过如下方式对所述原始序列进行无损编码得到目标序列：计算所述原始序列中每个字符x_i在所述原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对所述原始序列进行编码，直至编码完所述原始序列中最后一个字符，得到所述目标序列；所述L_i、R_i、L_i-1、R_i-1表示编码变量，所述F(x_i-1)表示字符x_i-1的分布函数，所述L_i的初始值L₀＝0，所述R_i的初始值R₀＝1；

将所述目标序列传输至所述第二终端，以使所述第二终端根据所述云字符概率表对所述目标序列进行无损译码得到所述原始序列。

本发明的第六方面，提供了一种基于云字符概率表的数据编码方法，应用于基于云字符概率表的数据编码系统，所述数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器、第一中继设备和第二中继设备，所述第一中继设备的通信范围内包括至少一个第一终端，所述第二中继设备的通信范围内包括至少一个第二终端，所述数据编码方法包括：

接收来自所述第二中继设备的云字符概率表和来自所述第一终端的目标序列；其中所述云字符概率表是由所述服务器根据来自第一中继设备统计所述第一终端的原始序列中每个字符所占概率而生成的概率表，并由所述服务器同步传输至所述第二中继设备；所述目标序列是由所述第一终端通过如下方式编码得到：计算所述原始序列中每个字符x_i在所述原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对所述原始序列进行编码，直至编码完所述原始序列中最后一个字符，得到所述目标序列；所述L_i、R_i、L_i-1、R_i-1表示编码变量，所述F(x_i-1)表示字符x_i-1的分布函数，所述L_i的初始值L₀＝0，所述R_i的初始值R₀＝1；

根据所述云字符概率表对所述目标函数进行无损译码得到原始序列

本发明第一方面提供了一种基于云字符概率表的数据编码系统，在本系统中，发送数据的终端在云端传输之前，先通过加权概率模型对原始序列进行无损编码(即无损压缩)成目标序列，原始序列被无损压缩成目标序列，然后将压缩后的目标序列在云端进行传输，降低了云端的传输速率要求和云端存储空间，提升云端的传输和存储效率。而且中继设备将统计原始序列中每个字符所占的概率，并由服务器生成对应的云字符概率表，而且服务器也可对云字符概率表进行保存和定时更新等处理，服务器在生成云字符概率表的同时将生成的云字符概率表同步下发至接收该目标序列的终端，以使接收目标序列的终端能够得到该云字符概率表，从而能根据云字符概率表对目标序列进行无损译码(即无损解压)得出原始序列，也保证了数据的安全性。

本发明第二方面提供了一种基于云字符概率表的数据编码方法，在本方法中，发送数据的终端在云端传输之前，先通过加权概率模型对原始序列进行无损编码(即无损压缩)成目标序列，原始序列被无损压缩成目标序列，然后将压缩后的目标序列在云端进行传输，降低了云端的传输速率要求和云端存储空间，提升云端的传输和存储效率。而且中继设备将统计原始序列中每个字符所占的概率，并由服务器生成对应的云字符概率表，而且服务器也可对云字符概率表进行保存和定时更新等处理，服务器在生成云字符概率表的同时将生成的云字符概率表同步下发至接收该目标序列的终端，以使接收目标序列的终端能够得到该云字符概率表，从而能根据云字符概率表对目标序列进行无损译码(即无损解压)得出原始序列，也保证了数据的安全性。

可以理解的是，上述第三方面至第五方面与相关技术相比存在的有益效果与上述第二方面与相关技术相比存在的有益效果相同，可以参见上述第二方面中的相关描述，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明提供的当n＝1时x₁＝0，1，...，k的F(X，r)的示意图；

图2为本发明提供的当n＝2且已知x₁时，x₂＝0，1，...，k的F(X，r)的示意图；

图3为本发明一个实施例提供的一种基于云字符概率表的数据编码系统的结构示意图；

图4为本发明一个实施例提供的一种基于云字符概率表的数据编码方法的流程图；

图5为本发明另外一个实施例提供的一种基于云字符概率表的数据编码方法的流程图；

图6为本发明另外一个实施例提供的一种基于云字符概率表的数据编码方法的流程图；

图7为本发明另外一个实施例提供的一种基于云字符概率表的数据编码方法的流程图；

图8为本发明另外一个实施例提供的一种基于云字符概率表的数据编码方法的流程图；

图9为本发明另外一个实施例提供的一种基于云字符概率表的数据编码系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在介绍本发明实施例之前，先对本发明所使用的无损编码(即无损压缩)和无损译码(无损解压)的原理进行介绍，主要包括加权概率和加权概率模型、加权模型的信息熵：

第一、加权概率和加权概率模型；

令X＝{x₁，x₂，...，x_n}是有限个值或可数个可能值的随机过程。除非特别提醒，这个随机过程的可能值的集合都将记为非负整数的集合A＝{0，1，2，...，s}，即x_i∈A(i＝1，2，...，n)。于是对于A中一切数值有概率空间：

其中x∈A。由于随机过程必须转移到集合A中的某个数值，所以在任意时刻i有：

于是，任意时刻i累积分布函数F(a)可以用p(x)表示为：

F(a)＝∑_x≤a p(x) (3)

0≤F(a)≤1，a∈A。例如：若离散随机变量X具有概率质量函数p(0)＝0.5，p(1)＝0.3，p(2)＝0.5，则F(0)＝p(0)＝0.5，F(1)＝p(0)+p(1)＝0.8，F(2)＝p(1)+p(0)+p(2)＝1.0。

定义1：加权概率质量函数为：

p(a)为的概率质量函数，0≤p(a)≤1，r为权系数，r是已知的正实数。显然，所有字符的加权概率之和为：

定义2：加权累积分布函数为：

F(a，r)＝rF(a)＝r∑_x≤a p(x) (6)

简称加权分布函数。

根据定义2，将序列X的加权分布函数记为F(X，r)。令n＝1时F(X，r)为：

F(X，r)＝rF(x₁)＝rF(x₁-1)+rp(x₁)

如图1所示，n＝2时，首先根据图1，选择x₁对应的区间[F(x₁-1，r)，F(x₁，r))，由于F(x₁，r)＝F(x₁-1，r)+rp(x₁)，所以区间长度为 然后，将区间[F(x₁-1，r)，F(x₁-1，r)+rp(x₁))的长度乘以权系数r，若r＜1时，区间缩小；若r＞1时区间扩大；若r＝1时区间不变。于是区间变成了[F(x₁-1，r)，F(x₁-1，r)+r²p(x₁))，接着将r²p(x₁)按照式(1)中各字符的概率质量分割成k+1份，分割后字符0对应区间为[F(x₁-1，r)，F(x₁-1，r)+r²p(x₁)p(0))；字符1对应的区间为[F(x₁-1，r)+r²p(x₁)p(0)，F(x₁-1，r)+r²p(x₁)(p(0)+p(1)))；字符2对应的区间为[F(x₁-1，r)+r²p(x₁)(p(0)+p(1))，F(x₁-1，r)+r²p(x₁)(p(0)+p(1)+p(2)))，类推且F(x₁-1，r)＝rF(x₁-1)，得：

F(X，r)＝rF(x₁-1)+r²F(x₂)p(x₁)

＝rF(x₁-1)+r²F(x₂-1)p(x₁)+r²p(x₁)p(x₂)

此时，区间长度为r²p(x₁)p(x₂)。如图2所示：类推，n＝3时：

F(X，r)＝rF(x₁-1)+r²F(x₂-1)p(x₁)+r³F(x₃)p(x₁)p(x₂)

＝rF(x₁-1)+r²F(x₂-1)p(x₁)+r³F(x₃-1)p(x₁)p(x₂)

+r³p(x₁)p(x₂)p(x₃)

于是，令类推可得：

将满足式(7)的加权分布函数的集合定义为加权概率模型，简称加权模型，记为{F(X，r)}。若X_i∈A＝{0，1}，则称{F(X，r)}为二元加权模型。令：

H_n＝F(X，r) (8)

因x_i必须取A中的值，所以p(x_i)≥0。显然(8)、(9)，(10)为区间列，L_i，H_i是序列X在时刻i(i＝1，2，...，n)变量x_i对应的区间上下标，R_i＝H_i-L_i是区间的长度。{[L_n，H_n)}为定义在加权概率模型上的区间列。将(8)、(9)和(10)用迭代式表达为：

L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1，r) (11)

H_i＝L_i+R_i

需要注意的是，上式(11)包括三个公式。显然，式(7)中r为已知实数，将式(7)称为静态加权模型。若r在时刻i等于已知函数值ω_i，即ω_i＝f(i)，f(i)为已知函数，于是系数序列为W＝{ω₁，ω₂，...，ω_n}，则式(7)可表达为：

满足式(12)的加权分布函数的集合称为动态加权模型。当ω₁＝ω₂＝…＝ω_n＝r时，F(X，W)＝F(X，r)。若ω₁＝ω₂＝…＝ω_n＝r＝1，则F(X，W)＝F(X，1)＝F(X)。

基于式(7)迭代式为：

定理1：若权系数ω_i(i＝1，2，...，n)满足0＜ω_i≤1时，成立。

证明：

∵0＜ω_i+1≤1，由式(11)得R_i+1＝R_iω_i+1p(x_i+1)；

∴0＜R_i+1≤R_ip(x_i+1)；

∵L_i+1＝L_i+R_iω_i+1F(x_i+1-1)，其中R_iω_i+1F(x_i+1-1)≥0；

∴L_i+1≥L_i；

∵H_i+1＝L_i+1+R_i+1，且R_i+1＞0；

∴L_i+1＜H_i+1；

∵H_i+1＝L_i+R_iω_i+1F(x_i+1-1)+R_ip(x_i+1)＜L_i+R_i(F(x_i+1-1)+p(x_i+1))；

∵F(x_i+1)＝F(x_i+1-1)+p(x_i+1)，由于F(x_i+1)≤ω_i+1，且ω_i+1≤1；

∴H_i+1≤L_i+R_i＝H_i。

根据定理1，然后通过归纳法可得：

定理2：任意i＝1，2，...，n，若权系数ω_i满足0＜ω_i≤1，有

任意i有ω_i＝1，则称{F(X，W)}为标准模型；任意i有0＜ω_i≤1且存在ω_i＜1，则称{F(X，W)}为收缩模型；任意i有ω_i≥1且存在ω_i＞1，则称{F(X，W)}为扩张模型。

第二、加权模型的信息熵；

设离散无记忆信源序列X＝(x₁，x₂，...，x_n)(x_i∈A，A＝{0，1，2，...，s})，当r＝1时。由香农信息熵定义，X的熵为(对数以s+1为底)：

当r≠1时，定义具有概率的随机变量x_i的自信息量为：

设集合{x_i＝a}(i＝1，2，...，n；a∈A)中有c_a个a。当r已知，信源序列X的总信息量为：

于是平均每个字符的信息量为：

定义3：令H(X，r)为加权模型信息熵(单位为：比特/字符)：

定理3：离散无记忆信源序列X＝(x₁，x₂，...，x_n)(x_i∈A，A＝{0，1，2，...，s}，i＝1，2，...，n)通过加权概率模型无失真编码，最小极限为H(X，r_max)(r_max为最大权系数)。

证明：任意r＞r_max时，L_n∈[L_n，H_n)∧L_n∈[L_n-1，H_n-1)∧...∧L_n∈[L_i，H_i)不成立，即无法还原序列X。当0＜r≤1时，-log r≥0，有H(X，r)≥H(X)；当1＜r≤r_max时，-logr＜0，有H(X，r)＜H(X)，显然最小极限值为H(X，r)＝-logr_max+H(X)。

定理3：给出的是静态加权模型的信息熵。而在动态加权模型中，当系数序列W＝{ω₁，ω₂，...，ω_n}已知时，根据独立离散随机序列X，其加权概率为：

根据对数运算法则可得：

由于集合{x_i＝a}(i＝1，2，...，n；a∈A)中有c_a个a，所以：

显然，式(19)可变换为：

然后将式(21)平均到每个字符，则有：

因所以/>于是：

令：

可得H(X，W)＝-logr-H(X)。当r≤r_max时，L_n∈[L_n，H_n)∧L_n∈[L_n-1，H_n-1)∧...∧L_n∈[L_i，H_i)成立。

在相关方案中，在云端存储和传输的字符(如0-255代表的字节，或0-1代表的二进制位)被定义为云字符(属于云数据)，大量云字符在云端传输会给网络传输和存储带来巨大压力，而且云字符在云端传输时的安全性也有待提高。

参照图3，为了解决上述技术缺陷，本申请提供一种实施例，提供了一种基于云字符概率表的数据编码系统，本数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器100、第一中继设备200和第二中继设备300，第一中继设备200的通信范围内包括至少一个第一终端210，第二中继设备300的通信范围内包括至少一个第二终端310，其中：

需要注意的是，本系统实施例的第一终端210和第二终端310可以为移动电子设备，也可以为非移动电子设备，其中移动电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机、上网本、个人数字助理等；非移动电子设备可以为个人计算机、电视机、柜员机或者自助机等；本申请实施方案不作具体限定。电子设备可以包括处理器，外部存储器接口，内部存储器，通用串行总线(universalserial bus，USB)接口，充电管理模块，电源管理模块，电池，天线，移动通信模块，无线通信模块，音频模块，扬声器，受话器，麦克风，耳机接口，传感器模块，按键，马达，指示器，摄像头，显示屏，以及用户标识模块(Subscriber Identification Module，SIM)卡接口等。还需要注意的是，本系统实施例的第一中继设备200和第二中继设备300可以是边缘服务器、路由器或其它网络中继设备。

第一终端210用于对原始序列进行无损编码得到目标序列，并将目标序列传输至第一中继设备200，其中第一终端210通过如下方式编码得到目标序列：计算原始序列中每个字符x_i在原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对原始序列进行编码，直至编码完原始序列中最后一个字符，得到目标序列，L_i的初始值L₀＝0，R_i的初始值R₀＝1。

在一些实施例中，第一终端210将原始序列无损编码成目标序列的具体过程包括如下：

步骤(1)、初始化参数，设R₀＝1，L₀＝0，i＝1；

步骤(2)、获取云字符概率表，令加权系数r＝1；

步骤(3)、获取待发送或存储的目标序列中第i个字符x_i；

步骤(4)、编码第i个字符，L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)，R_i＝R_i-1p(x_i)；

步骤(5)、判断若i≤n，n表示目标序列的序列长度，则转步骤(3)；若i＞n，V＝L_n，结束编码，输出V。第一终端210将输出的V作为无损编码后的目标序列。

第一中继设备200用于统计原始序列中每个字符所占概率，得到统计结果，将统计结果传输至服务器100；并将来自第一终端210的目标序列传输至第二中继设备300。在本系统实施例中，统计结果是指的统计出每一个字符在原始序列中所占据的概率，例如原始序列为二进制序列0111000001，那么统计结果中包含字符0的概率为0.6，字符1的概率为0.4。

服务器100用于根据统计结果生成与原始序列对应的云字符概率表，并将云字符概率表同步传输至第二中继设备300。在本系统实施例中，云字符概率表是指的将统计结果当中每一个字符所占概率构建成对应的表格形式，这里对表格形式不进行任何限制，根据将无序的统计结果生成有序的云字符概率表能便于存储，更新等管理操作处理。服务器100与第一中继设备200和第二中继设备300通信连接，服务器100接收第一中继设备200统计的统计结果，然后生成和保存云字符概率表，然后在生成云字符概率表的同时将生成的云字符概率表同步传输至第二中继设备300。需要注意的是，服务器100不进行目标序列的传输和存储，仅对云字符概率表进行管理(包括但不仅限于生成云字符概率表、保存云字符概率表和更新云字符概率表)。

在一些实施例中，服务器100还用于更新云字符概率表，因为服务器100在生成一个云字符概率表之后，会对该云字符概率表进行编号。而第一终端210上需要发送的原始序列随着时间的进程可能会发生改变，因此可以使第一中继设备200在设定去统计第一终端210上需要发送的原始序列中每个字符所占的概率，然后更新云字符概率表。

在一些实施例中，服务器100还用于将云字符概率表传输至第一中继设备200，第一中继设备200还用于将云字符概率表传输至第一终端210。通过本处理，能够使得第一终端210基于云字符概率表进行编码。但由于第一终端210是数据的发送端，因此第一终端210其清楚原始序列中每个字符占据的概率，因此可以不使用云字符概率表进行编码。

第二中继设备300用于将目标序列和云字符概率表传输至第二终端310。

第二终端310用于根据云字符概率表对目标序列进行无损译码，得到原始序列。

在一些实施例中，第二终端310根据云字符概率表对目标序列进行无损译码的具体过程包括如下：

步骤(1)、初始化参数，设R₀＝1，L₀＝0，i＝1，j＝0；目标序列V，目标序列的长度n已知。

步骤(2)、根据上式(11)给出第i个字符x_i＝0，1，...，s的区间上标值：H(x_i)＝L_i-1+F(x_i-1)R_i-1。

步骤(3)、判断目标序列V与H(x_i)的大小，若V＜H(x_i)，输出字符x_i；若V≥H(x_i)，输出字符x_i+1。

步骤(4)、i＝i+1；若j≤n，则转步骤(2)。

步骤(5)、译码完成。

在本系统实施例中，发送数据的终端在云端传输之前，先通过加权概率模型对原始序列进行无损编码(即无损压缩)成目标序列，原始序列被无损压缩成目标序列，然后将压缩后的目标序列在云端进行传输，降低了云端的传输速率要求和云端存储空间，提升云端的传输和存储效率。而且中继设备将统计原始序列中每个字符所占的概率，并由服务器生成对应的云字符概率表，而且服务器也可对云字符概率表进行保存和定时更新等处理，服务器在生成云字符概率表的同时将生成的云字符概率表同步下发至接收该目标序列的终端，以使接收目标序列的终端能够得到该云字符概率表，从而能根据云字符概率表对目标序列进行无损译码(即无损解压)得出原始序列，也保证了数据的安全性。

参照图4，基于上述系统实施例，本申请还提供了一种实施例，提供一种基于云字符概率表的数据编码方法，应用于第一中继设备，数据编码方法包括：

步骤S101、第一中继设备统计第一终端的原始序列中每个字符所占概率，得到统计结果。

步骤S102、第一中继设备将统计结果传输至服务器，以使服务器根据统计结果生成与原始序列对应的云字符概率表，并使服务器将云字符概率表同步传输至第二终端。

步骤S103、第一中继设备接收来自第一终端的目标序列，其中目标序列是由第一终端通过如下方式编码得到：计算原始序列中每个字符x_i在原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对原始序列进行编码，直至编码完原始序列中最后一个字符，得到目标序列，L_i的初始值L₀＝0，R_i的初始值R₀＝1。

步骤S104、第一中继设备将目标序列传输至第二中继设备，以使第二中继设备将目标序列和云字符概率表传输至第二终端，并使第二终端根据云字符概率表对目标序列进行无损译码得到原始序列。

在本方法实施例中，发送数据的终端在云端传输之前，先通过加权概率模型对原始序列进行无损编码(即无损压缩)成目标序列，原始序列被无损压缩成目标序列，然后将压缩后的目标序列在云端进行传输，降低了云端的传输速率要求和云端存储空间，提升云端的传输和存储效率。而且中继设备将统计原始序列中每个字符所占的概率，并由服务器生成对应的云字符概率表，而且服务器也可对云字符概率表进行保存和定时更新等处理，服务器在生成云字符概率表的同时将生成的云字符概率表同步下发至接收该目标序列的终端，以使接收目标序列的终端能够得到该云字符概率表，从而能根据云字符概率表对目标序列进行无损译码(即无损解压)得出原始序列，也保证了数据的安全性。

参照图5，基于上述系统实施例，本申请还提供了一种实施例，提供一种基于云字符概率表的数据编码方法应用于第二中继设备，数据编码方法包括：

步骤S201、第二中继设备接收来自服务器的云字符概率表和来自第一终端的目标序列，其中云字符概率表是服务器根据第一中继设备统计第一终端的原始序列中每个字符所占概率生成的概率表；目标序列是由第一终端通过如下方式编码得到：计算原始序列中每个字符x_i在原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对原始序列进行编码，直至编码完原始序列中最后一个字符，得到目标序列，L_i的初始值L₀＝0，R_i的初始值R₀＝1。

步骤S202、第二中继设备将云字符概率表和目标序列传输至第二终端，以使第二终端根据云字符概率表对目标序列进行无损译码得到原始序列。

需要注意的是，本方法实施例与上述的系统实施例和方法实施例是基于相同的发明构思，因此上述系统和方法实施例的相关内容也适应于本实施例。

参照图6，基于上述系统实施例，本申请还提供了一种实施例，提供一种基于云字符概率表的数据编码方法，应用于服务器，数据编码方法包括：

步骤S301、服务器接收来自第一中继设备统计第一终端的原始序列中每个字符所占概率。

步骤S302、服务器根据原始序列中每个字符所占概率，生成与原始序列对应的云字符概率表。

步骤S303、服务器将云字符概率表同步传输至第二中继设备，以使第二中继设备将云字符概率表传输至第二终端，并使第二终端根据云字符概率表对来自第一终端的目标序列进行无损译码得到原始序列，其中目标序列是由第一终端通过如下方式编码得到：计算原始序列中每个字符x_i在原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对原始序列进行编码，直至编码完原始序列中最后一个字符，得到目标序列，L_i的初始值L₀＝0，R_i的初始值R₀＝1。

需要注意的是，本方法实施例与上述的系统实施例和方法实施例是基于相同的发明构思，因此上述系统和方法实施例的相关内容也适应于本实施例。

参照图7，基于上述系统实施例，本申请还提供了一种实施例，提供一种基于云字符概率表的数据编码方法，应用于第一终端，数据编码方法包括：

步骤S401、第一终端响应第一中继设备的请求，以使第一中继设备统计原始序列中每个字符所占概率并发送至服务器，并使服务器基于原始序列中每个字符所占概率生成与原始序列对应的云字符概率表并将云字符概率表通过第二中继设备传输第二终端。

步骤S402、第一终端通过如下方式对原始序列进行无损编码得到目标序列：计算原始序列中每个字符x_i在原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对原始序列进行编码，直至编码完原始序列中最后一个字符，得到目标序列，L_i的初始值L₀＝0，R_i的初始值R₀＝1。

步骤S403、第一终端将目标序列传输至第二终端，以使第二终端根据云字符概率表对目标序列进行无损译码得到原始序列。

需要注意的是，本方法实施例与上述的系统实施例和方法实施例是基于相同的发明构思，因此上述系统和方法实施例的相关内容也适应于本实施例。

参照图8，基于上述系统实施例，本申请还提供了一种实施例，提供一种基于云字符概率表的数据编码方法，应用于第二终端，数据编码方法包括：

步骤S501、第二终端接收来自第二中继设备的云字符概率表和来自第一终端的目标序列；其中云字符概率表是由服务器根据来自第一中继设备统计第一终端的原始序列中每个字符所占概率而生成的概率表，并由服务器同步传输至第二中继设备；目标序列是由第一终端通过如下方式编码得到：计算原始序列中每个字符x_i在原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对原始序列进行编码，直至编码完原始序列中最后一个字符，得到目标序列，L_i的初始值L₀＝0，R_i的初始值R₀＝1。

步骤S502、第二终端根据云字符概率表对目标函数进行无损译码得到原始序列。

需要注意的是，本方法实施例与上述的系统实施例和方法实施例是基于相同的发明构思，因此上述系统和方法实施例的相关内容也适应于本实施例。

参照图9，本申请的一个实施例，提供了一种基于云字符概率表的数据编码系统，本系统结构如图9所示。本系统主要包括一个服务器，两个中继设备(即第一中继设备和第二中继设备)，在实施例中，中继设备可以为路由器、边缘服务器或其他网络设备等。还需要注意的是，本实施例仅以第一中继设备和第二中继设备为例，但在实际应用情况中，远远不止两个中继设备构成(例如还可以第三中继设备、第四中继设备等，此处不再穷举)，这本实施例中，两个中继设备构成两个局域网。第一中继设备和第二中继设备的通信范围内均包括1个或者多个终端，需要注意的是，这里不对终端数量以及其类型进行限制。

在图9中，服务器主要用于存储和更新云字符概率表，通过第一中继设备或第二中继设备上载数据时(上载数据是指将其需要发送数据的终端的数据传输至本中继设备的其它终端或者另一中继设备的终端)，第一中继设备或者第二中继设备统计每个字符在该数据中的概率，并上报给服务器，服务器综合第一中继设备和第二中继设备统计的概率，生成对应的云字符概率表，将每一个云字符概率表进行编号，而且还在某一时间段后进行更新。第一中继设备和第二中继设备在服务器生成云字符概率表时，也同步下载最新的云字符概率表。第一中继设备和第二中继设备的通信范围内的终端1和终端2可以基于最新的云字符概率表通过加权概率模型无损编码(无损压缩)，使得整个数据存储和传输大量降低，整个系统中，存储和传输的数据为无损编码后的数据。

假设由第一中继设备的终端1需要将原始序列传输至第二中继设备的终端2，本系统执行如下步骤：

步骤S601、第一中继设备统计终端1中原始序列每个字符对应的概率，统计之后，将统计的结果传输至服务器，服务器生成对应的云字符概率表，并将生成的云字符概率表同步传输至第一中继设备和第二中继设备(终端2必须要获取到云字符概率表之后，才能进行无损解码)。

步骤S602、第一中继设备将云字符概率表传输至终端1，第二中继设备将云字符概率表传输至终端2。

步骤S603、终端1将对原始序列进行无损编码(这里以终端1根据云字符概率表进行编码进行举例，但在另一种实施情况下，由于终端1是信息的发送端，因此其清楚原始序列中字符占据的概率，所以可不使用云字符概率表进行编码)：

步骤S6031：初始化参数，设R₀＝1，L₀＝0，i＝1；

步骤S6032：获取云字符概率表，令加权系数r＝1；

步骤S6033：获取待发送或存储的目标序列中第i个字符x_i；

步骤S6034：编码第i个字符，L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)，R_i＝R_i-1p(x_i)；

步骤S6035：判断若i≤n，n表示目标序列的序列长度，则转步骤S2033；若i＞n，V＝L_n，结束编码，输出V。终端1将输出的V作为无损编码后的目标序列。

步骤S604、终端1将目标序列传输至第一中继设备。

步骤S605、第一中继设备通过以太网将目标序列传输至第二中继设备。

步骤S606、第二中继设备将目标序列传输至终端2。

步骤S607、终端2根据云字符概率表对目标序列进行无损译码：

步骤S6071：初始化参数，设R₀＝1，L₀＝0，i＝1，j＝0；目标序列V，目标序列的长度n已知；

步骤S6072：根据上式(11)给出第i个字符x_i＝0，1，...，s的区间上标值：H(x_i)＝L_i-1+F(x_i-1)R_i-1；

步骤S6073：判断目标序列V与H(x_i)的大小，若V＜H(x_i)，输出字符x_i；若V≥H(x_i)，输出字符x_i+1；

步骤S6074：i＝i+1；若j≤n，则转步骤S2072；

步骤S6075：译码完成。

在本系统实施例中，发送数据的终端在云端传输之前，先通过加权概率模型对原始序列进行无损编码(即无损压缩)成目标序列，原始序列被无损压缩成目标序列，然后将压缩后的目标序列在云端进行传输，降低了云端的传输速率要求和云端存储空间，提升云端的传输和存储效率。而且中继设备将统计原始序列中每个字符所占的概率，并由服务器生成对应的云字符概率表，而且服务器也可对云字符概率表进行保存和定时更新等处理，服务器在生成云字符概率表的同时将生成的云字符概率表同步下发至接收该目标序列的终端，以使接收目标序列的终端能够得到该云字符概率表，从而能根据云字符概率表对目标序列进行无损译码(即无损解压)得出原始序列，也保证了数据的安全性。

在一些实施例中，当终端1需要再次传输数据时，第一中继设备将获取该需要传输的数据中每个字符占据的概率，然后再传输至服务器，此时由于服务器已经生成终端1传输数据对应的一个云字符概率表，此时仅需要对云字符概率表进行更新即可，无需生成新的一个云字符概率表。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于云字符概率表的数据编码系统，其特征在于，所述数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器、第一中继设备和第二中继设备，所述第一中继设备的通信范围内包括至少一个第一终端，所述第二中继设备的通信范围内包括至少一个第二终端，其中：

所述第一终端用于对原始序列进行无损编码得到目标序列，并将所述目标序列传输至第一中继设备，其中所述第一终端通过如下方式编码得到所述目标序列：计算所述原始序列中每个字符x_i在所述原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对所述原始序列进行编码，直至编码完所述原始序列中最后一个字符，得到所述目标序列；所述L_i、R_i、L_i-1、R_i-1表示编码变量，所述F(x_i-1)表示字符x_i-1的分布函数，所述L_i的初始值L₀＝0，所述R_i的初始值R₀＝1；

所述第一中继设备用于统计所述原始序列中每个字符所占概率，得到统计结果，将所述统计结果传输至所述服务器；并将来自所述第一终端的所述目标序列传输至所述第二中继设备；

所述服务器用于根据所述统计结果生成与所述原始序列对应的云字符概率表，并将所述云字符概率表同步传输至所述第二中继设备；

所述第二中继设备用于将所述目标序列和所述云字符概率表传输至所述第二终端；

所述第二终端用于根据所述云字符概率表对所述目标序列进行无损译码，得到所述原始序列。

2.根据权利要求1所述的基于云字符概率表的数据编码系统，其特征在于，所述服务器还用于将所述云字符概率表传输至所述第一中继设备；所述第一中继设备还用于将所述云字符概率表传输至所述第一终端。

3.根据权利要求1所述的基于云字符概率表的数据编码系统，其特征在于，所述第一中继设备和所述第二中继设备包括边缘服务器或路由器。

4.一种基于云字符概率表的数据编码方法，其特征在于，应用于基于云字符概率表的数据编码系统，所述数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器、第一中继设备和第二中继设备，所述第一中继设备的通信范围内包括至少一个第一终端，所述第二中继设备的通信范围内包括至少一个第二终端，所述数据编码方法包括：

统计所述第一终端的原始序列中每个字符所占概率，得到统计结果；

将所述统计结果传输至所述服务器，以使所述服务器根据所述统计结果生成与所述原始序列对应的云字符概率表，并使所述服务器将所述云字符概率表同步传输至所述第二终端；

接收来自所述第一终端的目标序列，其中所述目标序列是由所述第一终端通过如下方式编码得到：计算所述原始序列中每个字符x_i在所述原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对所述原始序列进行编码，直至编码完所述原始序列中最后一个字符，得到所述目标序列；所述L_i、R_i、L_i-1、R_i-1表示编码变量，所述F(x_i-1)表示字符x_i-1的分布函数，所述L_i的初始值L₀＝0，所述R_i的初始值R₀＝1；

将所述目标序列传输至所述第二中继设备，以使所述第二中继设备将所述目标序列和所述云字符概率表传输至所述第二终端，并使所述第二终端根据所述云字符概率表对所述目标序列进行无损译码得到所述原始序列。

5.根据权利要求4所述的基于云字符概率表的数据编码方法，其特征在于，所述数据编码方法还包括：

接收所述服务器同步传输的所述云字符概率表。

6.一种基于云字符概率表的数据编码方法，其特征在于，应用于基于云字符概率表的数据编码系统，所述数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器、第一中继设备和第二中继设备，所述第一中继设备的通信范围内包括至少一个第一终端，所述第二中继设备的通信范围内包括至少一个第二终端，所述数据编码方法包括：

接收来自所述服务器的云字符概率表和来自所述第一终端的目标序列，其中所述云字符概率表是所述服务器根据第一中继设备统计所述第一终端的原始序列中每个字符所占概率生成的概率表；所述目标序列是由所述第一终端通过如下方式编码得到：计算所述原始序列中每个字符x_i在所述原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对所述原始序列进行编码，直至编码完所述原始序列中最后一个字符，得到所述目标序列；所述L_i、R_i、L_i-1、R_i-1表示编码变量，所述F(x_i-1)表示字符x_i-1的分布函数，所述L_i的初始值L₀＝0，所述R_i的初始值R₀＝1；

将所述云字符概率表和所述目标序列传输至所述第二终端，以使所述第二终端根据所述云字符概率表对所述目标序列进行无损译码得到所述原始序列。

7.一种基于云字符概率表的数据编码方法，其特征在于，应用于基于云字符概率表的数据编码系统，所述数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器、第一中继设备和第二中继设备，所述第一中继设备的通信范围内包括至少一个第一终端，所述第二中继设备的通信范围内包括至少一个第二终端，所述数据编码方法包括：

接收来自所述第一中继设备统计所述第一终端的原始序列中每个字符所占概率；

根据所述原始序列中每个字符所占概率，生成与所述原始序列对应的云字符概率表；

将所述云字符概率表同步传输至所述第二中继设备，以使所述第二中继设备将所述云字符概率表传输至所述第二终端，并使所述第二终端根据所述云字符概率表对来自所述第一终端的目标序列进行无损译码得到原始序列，其中所述目标序列是由所述第一终端通过如下方式编码得到：计算所述原始序列中每个字符x_i在所述原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对所述原始序列进行编码，直至编码完所述原始序列中最后一个字符，得到所述目标序列；所述L_i、R_i、L_i-1、R_i-1表示编码变量，所述F(x_i-1)表示字符x_i-1的分布函数，所述L_i的初始值L₀＝0，所述R_i的初始值R₀＝1。

8.根据权利要求7所述的基于云字符概率表的数据编码方法，其特征在于，所述数据编码方法还包括：

将所述云字符概率表同步传输至第二中继设备。

9.一种基于云字符概率表的数据编码方法，其特征在于，应用于基于云字符概率表的数据编码系统，所述数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器、第一中继设备和第二中继设备，所述第一中继设备的通信范围内包括至少一个第一终端，所述第二中继设备的通信范围内包括至少一个第二终端，所述数据编码方法包括：

响应所述第一中继设备的请求，以使所述第一中继设备统计原始序列中每个字符所占概率并发送至所述服务器，并使所述服务器基于所述原始序列中每个字符所占概率生成与所述原始序列对应的云字符概率表并将所述云字符概率表通过所述第二中继设备传输所述第二终端；

通过如下方式对所述原始序列进行无损编码得到目标序列：计算所述原始序列中每个字符x_i在所述原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对所述原始序列进行编码，直至编码完所述原始序列中最后一个字符，得到所述目标序列；所述L_i、R_i、L_i-1、R_i-1表示编码变量，所述F(x_i-1)表示字符x_i-1的分布函数，所述L_i的初始值L₀＝0，所述R_i的初始值R₀＝1；

将所述目标序列传输至所述第二终端，以使所述第二终端根据所述云字符概率表对所述目标序列进行无损译码得到所述原始序列。

10.一种基于云字符概率表的数据编码方法，其特征在于，应用于基于云字符概率表的数据编码系统，所述数据编码系统至少包括相互通信连接的服务器、第一中继设备和第二中继设备，所述第一中继设备的通信范围内包括至少一个第一终端，所述第二中继设备的通信范围内包括至少一个第二终端，所述数据编码方法包括：

接收来自所述第二中继设备的云字符概率表和来自所述第一终端的目标序列；其中所述云字符概率表是由所述服务器根据来自第一中继设备统计所述第一终端的原始序列中每个字符所占概率而生成的概率表，并由所述服务器同步传输至所述第二中继设备；所述目标序列是由所述第一终端通过如下方式编码得到：计算所述原始序列中每个字符x_i在所述原始序列中所占的概率p(x_i)，通过编码公式L_i＝L_i-1+R_i-1F(x_i-1)和R_i＝R_i-1p(x_i)对所述原始序列进行编码，直至编码完所述原始序列中最后一个字符，得到所述目标序列；所述L_i、R_i、L_i-1、R_i-1表示编码变量，所述F(x_i-1)表示字符x_i-1的分布函数，所述L_i的初始值L₀＝0，所述R_i的初始值R₀＝1；

根据所述云字符概率表对所述目标序列进行无损译码得到原始序列。