CN114020331B - 一种传感器阵列共通道数据压缩传输方法及其设备 - Google Patents

一种传感器阵列共通道数据压缩传输方法及其设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种传感器阵列共通道数据压缩传输方法及设备，其中的设备包括传感器阵列、传感器阵列驱动及存储地址分配器、多通道数据寄存器、数据抓取压缩与传输模块以及数据解压缩模块；利用寄存器单元内的数据具有时间维度上的稀疏特性，保证在多通道传感器同时采集数据的前提下，规避多场景的数据的异构所导致的压缩效率降低的问题，继承单一传感器在单一目标场景下连续数据采集所具有的压缩效率高的特点，可以在多传感器、多场景下开展高时间分辨率数据传输时保持与单一场景单一传感器相同的数据压缩率。

Description

一种传感器阵列共通道数据压缩传输方法及其设备
技术领域
本发明属于数据压缩及传输技术领域，具体涉及一种传感器阵列共通道数据压缩方法及压缩传输设备。
背景技术
随着传感器阵列的不断发展，人类所获取目标数据规模不断增大，主要体现在：1、单一传感器的数据规模不断增长，比如目标数据场景的采样时间分辨率、空间分辨率、光谱分辨率、磁场分辨率以及其他维度特征分辨率不断提高；2、由单一传感器向传感器网络转变，对于目标场景人类开始布置传感器网络，在空间上实现多点高精度数据采集。这些新的变化导致了数据带宽的不断增大，但是数据传输通道受限于硬件条件限制不会无限增大，虽然诸如5G传输、光纤传输、波分复用等新技术的不断涌现，但是仍然难以应对海量数据感知的基本需求。
传统的视频压缩主要利用数据的冗余信息，如空间冗余、时间冗余、图像构造冗余、知识冗余、视觉冗余等。在分布式多场景传感器组可获取不同场景下的数据信息，多场景传感器组需要近乎同时的数据传输，数据交叉传输破坏了数据组的“时间冗余”特性，即时间稀疏性，因此降低了压缩比。
发明内容
本发明为了解决多场景传感器组数据获取及实时数据传输的问题，提出了一种传感器阵列共通道数据压缩方法及数据传输设备，该设备适用于多场景传感器组共通道数传输的数据传输场景，可以充分利用时间稀疏性特性，对数据实现合理压缩。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
一种传感器阵列共通道数据压缩传输设备，包括：
传感器阵列、传感器阵列驱动及存储地址分配器、多通道数据寄存器、数据抓取压缩与传输模块以及数据解压缩模块；
传感器阵列用于获取场景数据；
传感器阵列驱动及存储地址分配器用于对传感器阵列进行数据采集驱动，将传感器阵列中的各路传感器获取的各类场景数据按照时间维度进行排序，使每一路传感器获得的各自的场景数据被分配到多通道数据寄存器中对应的指定的寄存器单元，使多通道寄存器中的数据具有时间稀疏性；
多通道数据寄存器包括多个寄存器单元，寄存器单元与传感器阵列中的传感器一一对应，用于对应存储各路传感器获取的各类场景数据；
数据抓取压缩与传输模块用于提取各寄存器单元存储的场景数据，还原出各寄存器单元存储的场景数据的时间稀疏性，并对还原的具有时间稀疏性的场景数据进行压缩；将压缩后的数据通过传输媒介传输至数据解压缩模块后，清空该寄存器单元；
数据解压缩模块用于将压缩后的传输数据还原，使还原后的数据具有传感器阵列获取的各类场景数据的分布特性。
优选地，传感器阵列为针对同一场景设计的不同类型传感器或同一类型传感器，或为针对不同场景的不同类型传感器。
优选地，传感器阵列为相机阵列和/或激光雷达阵列。
优选地，多通道数据寄存器放置于统一的物理空间或放置在与传感器阵列相同的位置。
优选地，传输媒介为5G网络、光纤网络或网线。
优选地，数据解压缩模块采用多寄存器的方式对压缩后的传输数据进行寄存。
一种传感器阵列共通道数据压缩传输方法，包括以下步骤：
S1、提取传感器阵列获取的场景数据；
S2、通过传感器阵列驱动及存储地址分配器对传感器阵列中的各路传感器获取的各类场景数据按照时间维度进行排序，并一一对应分配到多通道数据寄存器的各个寄存器单元中；
S3、利用数据抓取压缩与传输模块提取多通道数据寄存器中某个寄存器单元内存储的场景数据，依据经典压缩方法对提取的该寄存器单元内的场景数据进行压缩、传输，同时清空该寄存器单元，并开展对下一个寄存器单元的数据的抓取、压缩与传输；顺次并循环执行步骤S3，直至完成全部场景数据的传递；
S4、将压缩后的场景数据传输至数据解压缩模块，在数据解压缩模块中进行数据还原。
优选地，场景数据为图像数据、音频数据或振动数据。
优选地，经典压缩方法为无损压缩法或有损压缩法。
优选地，数据解压缩模块使用传感器阵列共通道数据压缩传输方法的逆过程，实现多通道数据同时解压缩及显示。
本发明能够取得以下技术效果：
1、本发明保证了多通道传感器同时采集数据的前提下，规避了多场景的数据的异构所导致的压缩效率降低的问题，继承了单一传感器在单一目标场景下连续数据采集所具有的压缩效率高的特点，可以在多传感器、多场景下开展高时间分辨率数据传输时保持与单一场景单一传感器相同的数据压缩率。
2、本发明针对多探测器末端、共信息传输通道这种应用场景，设计了多通道数据寄存器，同时给出了数据流分配传输方法，即多通道数据寄存器负责重新组织数据流，还原同一探测器的分时数据，针对不同寄存器利用既有压缩协议进行压缩。
3、本发明的方法在数据传输的时候不需要传输原始数据，只需传输变化的数据，在解压缩段采用变化反演的方式即可还原真实的场景数据，利用基于时间相似性的数据压缩方案降低了数据传输带宽。
4、本发明利用传感器组驱动及存储地址分配器对传感器阵列的获取的数据在时间上进行排序，使得特定的传感器数据能够进入到相对应的寄存器单元，使该寄存器单元内的数据具有时间维度上的稀疏特性，具有可高效压缩的特征，利用不同寄存器单元的数据按先后顺序进行压缩和传输，提高了数据的整体压缩比率。
附图说明
图1是本发明一个实施例的一种传感器阵列共通道数据压缩传输设备的逻辑结构框图；
图2是本发明一个实施例的一种传感器阵列共通道数据压缩传输方法的流程图。
附图标记：
传感器阵列1、传感器阵列驱动及存储地址分配器2、多通道数据寄存器3、数据抓取压缩与传输模块4、传输媒介5、数据解压缩模块6。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
本发明的目的是提供一种传感器阵列共通道数据压缩传输方法及设备。下面将对本发明提供的一种传感器阵列共通道数据压缩传输方法及设备，通过具体实施例来进行详细说明。
本发明所述的数据压缩方法基于传感器阵列共通道数据压缩及传输设备实现，参见图1所示的传感器阵列共通道数据压缩及传输设备的逻辑结构框图，传感器阵列共通道数据压缩及传输设备包括：传感器阵列1、传感器阵列驱动及存储地址分配器2、多通道数据寄存器3、数据抓取压缩与传输模块4以及数据解压缩模块6。
传感器阵列驱动及存储地址分配器2驱动传感器阵列1获取各类场景数据，将获取的场景数据在时间维度上进行排序，并分配到多通道数据寄存器3相对应的寄存器单元中存储，各个寄存器单元的编号与各路传感器的编号一一对应；数据抓取压缩与传输模块4从寄存器单元中对提取的某个传感器所获取的一类场景数据进行压缩、传输和清空等操作后，对下一传感器单元所获取的另一类场景数据重复进行提取、压缩、传输和清空的操作，并以此对各个寄存器单元循环执行该操作，直至完成全部各类场景数据的传递；
经数据抓取压缩与传输模块4传递后的压缩数据通过传传输媒介5传输至数据解压缩模块6后，在数据解压模块6中进行还原，使还原后的数据具有传感器阵列1获取的压缩前的场景数据的分布特性。
在本发明的一个优选实施例中，多通道数据寄存器3可以放置于统一的物理空间，也可以放置在与传感器阵列1相同的位置，因此可以灵活设计整体设备的外形。
同时，传输媒介5具有多样性，可根据实际使用环境选择包括5G网络、光纤网络或网线等传输途径。
下面结合图2所示的传感器阵列共通道数据压缩及传输方法的流程图对本发明的一种传感器阵列共通道数据压缩及传输设备进行详细说明。
在本发明的一个优选实施例中，步骤S1采用不同类型的传感器阵列1获取多场景数据，本发明中待获取的信息的来源即为一个场景。因此，在同一个宏大背景下，多场景是指具有多个信息的来源。
在本发明的另一个实施例中，可以针对同一场景设计采用不同类型传感器；还可以针对不同场景可以设计采用不同类型的传感器或采用同一类型的传感器。
进一步的，针对同一场景，设置不同类型的传感器，用于获取包括可见光、红外光、紫外光、振动、太赫兹、微波、磁场等不同数据结构的数据信息。
因此，传感器阵列1可以根据场景数据的类型，选择相机阵列或激光雷达阵列以获得相应的图像数据、音频数据或振动数据。
继续参考图2，本发明的传感器阵列驱动及存储地址分配器2用于对传感器阵列1进行数据采集驱动，将各路传感器获取的各类场景数据在时间维度上进行排序，并分配到多通道数据寄存器3对应的寄存器单元中，使多通道数据寄存器3中的数据具有时间稀疏性。
传感器阵列驱动及存储地址分配器2还可以将各路类型不同的传感器获取的同一场景的不同数据类型的场景数据在时间维度上进行排序，并分配到多通道数据寄存器3对应的寄存器单元中，此时，多通道数据寄存器3中的数据仍具有时间稀疏性。
具体的，多路传感器在相同或相近时刻对多场景数据进行传输时，多场景数据很难具有时间维度上的相似性，因此在对数据进行压缩时，不仅需要在空间维度上对数据进行压缩，还需要利用时间上的相似特性在时间维度上进行压缩。
因此，步骤S2中利用传感器阵列驱动及存储地址分配器2对传感器阵列1获取的各类场景数据在时间维度上进行排序，使得每路传感器获得的各自的场景数据能够进入到多通道数据寄存器3中对应的指定的寄存器单元。通过使各路传感器获得的各自的场景数据进入不同的寄存器单元，实现传感器与寄存器单元的一一对应。即寄存器单元的分配主要依据数据来源的传感器，因此同一寄存器单元内的数据具有时间稀疏性。
时间稀疏性是指不同时刻获取的数据具有较强的相似性或者相关性，利用数据的微小不同实现数据压缩率的提高。
因此，多通道数据寄存器3中的多场景数据具有可高效压缩的特征。利用不同的寄存器单元中的数据按先后顺序进行压缩和传输的方式，能够提高数据的整体压缩比率。
在步骤S3中，本发明的数据抓取压缩与传输模块4用于提取存储在不同寄存器单元的各类场景数据，还原出场景数据的时间稀疏性，并进行压缩；将压缩后的数据传递至数据解压缩模块6后，清空存储该场景数据的寄存器单元；
具体的，首先，提取寄存器单元A内存储的数据；
因寄存器单元A只用于存储传感器A获取的场景数据，因此寄存器单元A内的数据均为同一场景数据，能够还原出寄存器单元A内的场景数据的时间稀疏性。
其次，对存储器单元A的场景数据依据经典压缩方法进行压缩，并将压缩后的场景数据进行传递；
经典压缩方法包括无损压缩法和有损压缩法，根据压缩的需求，可针对不同寄存器单元利用既有的压缩协议进行压缩。
在本发明的另一个实施例中，还可以设置数据传输通道，将压缩后的场景数据先传递至数据传输通道，再进入数据抓取压缩与传输模块4。
最后，清空存储器单元A，并对存储器单元B进行同样的操作，直至完成存储器单元N的场景数据的抓取、压缩与传输。再循环对存储器单元1进行重复操作。
在步骤S4中，将压缩后的场景数据通过传输媒介5传输至数据解压缩模块6，在数据解压缩模块6中进行数据还原。
在本发明的另一个实施例中，传感器阵列1由传感器A、传感器B、…传感器N，N路传感器组成，N路传感器对应于一个高空间分辨率、高时间分辨率的宏大场景，每路传感器用于获取固定帧频的不同目标的场景数据，采用现有视频编码标准H.265进行压缩，具体过程如下：
传感器A在t1-tm时刻获取的场景数据DA1-DAm被分配存储在与传感器A对应的寄存器单元JA中；传感器B在t1-tm时刻获取的场景数据DB1-DBm被分配存储在与传感器B对应的寄存器单元JB中；…传感器N在t1-tm时刻获取的场景数据DN1-DNm被分配存储在与传感器N对应的寄存器单元JN中；
在T1时刻，DA1-DAm被既有的H.265压缩协议压缩并传递；在T2时刻，DB1-DBm被H.265协议压缩并传递；…，在Tn时刻，DN1-DNm被H.265协议压缩并传递。
可以看出，利用本发明的数据压缩传输方法在数据传输的时候不需要传输原始数据，而是传输同一场景变化的数据，在解压缩段采用变化反演的方式，即数据压缩压缩传输方法的逆过程，即可还原真实的视频数据，这种基于时间相似性的数据压缩传输方法在很大程度上降低了数据共通道传输的带宽。
相反的，如果没有利用本发明提出的传感器阵列驱动及存储地址分配器2、多通道数据寄存器3以及对应的数据分配、传输方法，则在T1时刻传输的数据为DA1、DB1…DN1；Tn时刻传输的数据为DAn、DBn…DNn，数据间不存在时间稀疏性，无法提升数据的压缩率。
因此，利用本发明的数据压缩方法及压缩传输设备保证了多通道传感器同时采集数据的前提下，规避了多场景的数据的异构所导致的压缩效率降低的问题，继承了单一传感器在单一目标场景下连续数据采集所具有的压缩效率高的特点，可以在多传感器、多场景下开展高时间分辨率数据传输时保持与单一场景单一传感器相同的数据压缩率。
将压缩后的场景数据传输至数据解压缩模块6后，数据解压缩模块6使用本发明的传感器阵列共通道数据压缩传输方法的逆过程，以时间为索引，采用多寄存器的方式，将N路传感器进行图像融合显示，进而还原出高空间分辨力和高时间分辨力的视频信息。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种传感器阵列共通道数据压缩传输设备，其特征在于，包括：
传感器阵列、传感器阵列驱动及存储地址分配器、多通道数据寄存器、数据抓取压缩与传输模块以及数据解压缩模块；
所述传感器阵列用于获取场景数据；
所述传感器阵列驱动及存储地址分配器用于对所述传感器阵列进行数据采集驱动，将所述传感器阵列中的各路传感器获取的各类场景数据按照时间维度进行排序，使每一路传感器获得的各自的场景数据被分配到多通道数据寄存器中对应的寄存器单元中，使所述多通道数据寄存器中的数据具有时间稀疏性；
所述多通道数据寄存器包括多个寄存器单元，所述寄存器单元与所述传感器阵列中的传感器一一对应，用于对应存储所述各路传感器获取的各类场景数据；
所述数据抓取压缩与传输模块用于提取各寄存器单元存储的场景数据，还原出各寄存器单元存储的场景数据的时间稀疏性，并对还原的具有时间稀疏性的所述场景数据进行压缩；将压缩后的数据通过传输媒介传输至所述数据解压缩模块后，清空该寄存器单元，数据抓取压缩与传输模块从寄存器单元中对提取的某个传感器所获取的一类场景数据进行压缩、传输和清空操作后，对下一传感器单元所获取的另一类场景数据重复进行提取、压缩、传输和清空的操作，并以此对各个寄存器单元循环执行该操作，直至完成全部各类场景数据的传递；
所述数据解压缩模块用于将压缩后的传输数据还原，使还原后的所述传输数据具有与所述传感器阵列获取的各类场景数据相同的分布特性。
2.根据权利要求1所述的传感器阵列共通道数据压缩传输设备，其特征在于，所述传感器阵列为针对同一场景设计的不同类型传感器或为针对不同场景的不同类型传感器。
3.根据权利要求1或2所述的传感器阵列共通道数据压缩传输设备，其特征在于，所述传感器阵列为相机阵列和/或激光雷达阵列。
4.根据权利要求1所述的传感器阵列共通道数据压缩传输设备，其特征在于，所述多通道数据寄存器放置于统一的物理空间或放置在与所述传感器阵列相同的位置。
5.根据权利要求1所述的传感器阵列共通道数据压缩传输设备，其特征在于，所述传输媒介为5G网络、光纤网络或网线。
6.根据权利要求1所述的传感器阵列共通道数据压缩传输设备，其特征在于，所述数据解压缩模块采用多寄存器的方式对压缩后的所述传输数据进行寄存。
7.一种传感器阵列共通道数据压缩传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提取传感器阵列获取的场景数据；
S2、通过传感器阵列驱动及存储地址分配器对所述传感器阵列中的各路传感器获取的各类场景数据按照时间维度进行排序，并一一对应分配到多通道数据寄存器的各个寄存器单元中；
S3、利用数据抓取压缩与传输模块提取所述多通道数据寄存器中某个寄存器单元内存储的场景数据，依据经典压缩方法对提取的该寄存器单元内的场景数据进行压缩、传输，同时清空该寄存器单元，并开展对下一个寄存器单元的数据的抓取、压缩与传输；顺次并循环执行步骤S3，直至完成全部场景数据的传递；
S4、将压缩后的所述场景数据传输至数据解压缩模块，在所述数据解压缩模块中进行数据还原。
8.根据权利要求7所述的传感器阵列共通道数据压缩传输方法，其特征在于，所述场景数据为图像数据、音频数据或振动数据。
9.根据权利要求7所述的传感器阵列共通道数据压缩传输方法，其特征在于，所述经典压缩方法为无损压缩法或有损压缩法。
10.根据权利要求7所述的传感器阵列共通道数据压缩传输方法，其特征在于，所述数据解压缩模块利用所述传感器阵列共通道数据压缩传输方法的逆过程，对多通道数据寄存器内的各场景数据同时进行解压缩及还原。
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