CN114023020B - 基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统，包括编码器和解码器；所述编码器，通过对触感数据进行DCT压缩，之后对DCT数据进行放大后截取，再将数据进行改进型回归编码，最后进行量化；所述解码器，对编码传输的数据进行逆运算，得到触感数据。本发明可以有效提高传输效率的同时还能消除触感通信过程中失真带来的影响，极大限度地提高性能。

Description

基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统
技术领域
本发明涉及触感通信技术领域，具体涉及一种基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统。
背景技术
近年来，人们逐渐无法满足于视听信息带来的沉浸感，因此触感这一概念被提出并应用于多媒体通信领域。人机交互的过程需要依赖触感数据的传输，随着更高的数据采样率以及更多的自由度，使得触感数据量快速增加，对触感数据压缩算法提出更高的要求。传统上采用基于死区特性与预测的传输编码方法、基于离散余弦变换的编码方法等方法解决此问题，但研究表明都存在一定提升空间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统，可以有效提高传输效率的同时还能消除触感通信过程中失真带来的影响，极大限度地提高性能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统，包括编码器和解码器；
所述编码器，通过对触感数据进行DCT压缩，之后对DCT数据进行放大后截取，再将数据进行改进型回归编码，最后进行量化；
所述解码器，对编码传输的数据进行逆运算，得到触感数据。
进一步的，所述DCT压缩，具体为：
Figure BDA0003329562540000021
Figure BDA0003329562540000022
式中，x(n)和y(k)分别是输入数据以及DCT系数，N是输入数据的数量。
进一步的，所述对触感数据进行放大，具体为：
S′ori(i)＝Sori(i)M；
式中，M是放大系数，Sori(i)是第i个原始样本信号，S′ori(i)是第i个放大后的样本信号。
进一步的，所述放大系数M的计算具体为：
Figure BDA0003329562540000023
式中，Smax是信号样本中绝对值的最大值。
进一步的，所述对DCT数据进行截取，具体为：将一段序列中保留前n个信号，其余信号舍弃，在解码的时候在相应位置补0，还原出原始信号。
进一步的，所述对数据进行改进型回归编码，具体为：
Figure BDA0003329562540000031
Figure BDA0003329562540000032
Figure BDA0003329562540000033
i＝0，1，...，7
式中，slope2是其它组序列的斜率；
Figure BDA0003329562540000034
是每组序列中第i个点的预测估计值，xi是第i个点的真实样本值，/>
Figure BDA0003329562540000035
是上一组序列中第7个样本预测估计值；yi每组序列第i个点的编码值。
进一步的，，所述对数据进行量化采用非均匀量化。
进一步的，，所述非均匀量化算法为A率13折线。
进一步的，所述逆运算，具体为：对量化数据进行反量化，然后依次进行改进型回归解码、反截取、缩小、反DCT，得到触觉数据。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明结合触感信号的统计特性，对触感信号进行高效、低延时和感知无损压缩，在不牺牲信噪比的前提下，大幅度提高了数据压缩率，以提升用户的触感交互体验。
附图说明
图1是本发明系统示意图；
图2是本发明一实施例中触感数据示意图，其中，(a)为标准数据库的位置信号，(b)标准数据库的力信号。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统，包括
编码器，通过对触感数据进行DCT压缩，之后对DCT数据进行放大后截取，再将数据进行改进型回归编码，最后进行量化；
解码器，对编码传输的数据进行逆运算，得到触感数据。
在本实施例，优选的，具体的，如图2所示，触感信号主要包含位置信号、速度信号、力信号，通过对应设备采样得到的三种信号都有x，y，z三个方向上的自由度。本实施例通过位置数据和力数据进行研究。
优选的，在本实施例中，DCT压缩，具体为：
Figure BDA0003329562540000041
Figure BDA0003329562540000042
式中，x(n)和y(k)分别是输入数据以及DCT系数，N是输入数据的数量。
优选的，在本实施例中，对触感数据进行放大，具体为：
S′ori(i)＝Sori(i)M；
式中，M是放大系数，Sori(i)是第i个原始样本信号，S′ori(i)是第i个放大后的样本信号。
放大系数M的计算具体为：
Figure BDA0003329562540000051
式中，Smax是信号样本中绝对值的最大值。
优选的，在本实施例中，对DCT数据进行截取，具体为：将一段序列中保留前n个信号，其余信号舍弃，在解码的时候在相应位置补0，还原出原始信号。
优选的，在本实施例中，对数据进行改进型回归编码，具体为：
Figure BDA0003329562540000052
Figure BDA0003329562540000053
Figure BDA0003329562540000054
i＝0，1，...，7
式中，slope2是其它组序列的斜率；
Figure BDA0003329562540000055
是每组序列中第i个点的预测估计值，xi是第i个点的真实样本值，/>
Figure BDA0003329562540000056
是上一组序列中第7个样本预测估计值；yi每组序列第i个点的编码值。
在本实施例中，对数据进行量化采用非均匀量化。优选的，非均匀量化算法为A率13折线。
优选的，在本实施例中，逆运算，具体为：对量化数据进行反量化，然后依次进行改进型回归解码、反截取、缩小、反DCT，得到触觉数据。
实施例1：
在本实施例中，使用的数据集为IEEE P1918.1.1 Haptic Codecs Task Group提供的标准数据库；
根据DCT系数是实数和具有能量压缩特性，通过DCT压缩的方法对数据进行压缩，其压缩原理如下：
Figure BDA0003329562540000061
Figure BDA0003329562540000062
式中，x(n)和y(k)分别是输入数据以及DCT系数，N是输入数据的数量。
步骤S22、基于步骤S21确定的数据压缩方式，由于触感装置产生的信号的绝对值太小，如果直接对原始样本进行变换和量化，则会产生较大的失真。因此需要对DCT编码后的信号进行一定比例因子的放大。
放大的公式如下：
S′ori(i)＝Sori(i)M；
式中，M是放大系数，Sori(i)是第i个原始样本信号，S′ori(i)是第i个放大后的样本信号。
步骤S24、基于步骤S23，确定数据信息主要集中在直流分量中，少量信息分布在交流分量中，可以把DCT编码后的序列进行截取，把一段序列中保留前n个信号，其余信号舍弃。
对数据进行改进型回归编码，采用下式对数据进行编码：
Figure BDA0003329562540000071
Figure BDA0003329562540000072
Figure BDA0003329562540000073
i＝0，1，...，7
式中，slope2是其它组序列的斜率；
Figure BDA0003329562540000074
是每组序列中第i个点的预测估计值，xi是第i个点的真实样本值，/>
Figure BDA0003329562540000075
是上一组序列中第7个样本预测估计值；yi每组序列第i个点的编码值。
对进行改进型回归编码后的数据进行量化，根据数据本身的特点，选择采用非均匀量化，具体的非均匀量化算法是A率13折线。
在解码器中，进行逆运算，通过反量化、改进型回归解码、反截取、缩小、反DCT；得到解码数据，通过触感通信仿真平台与测试人员交互。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统，其特征在于，包括编码器和解码器；
所述编码器，通过对触感数据进行DCT压缩，之后对DCT数据进行放大后截取，再将数据进行改进型回归编码，最后进行量化；
所述解码器中，对编码传输的数据进行逆运算，得到触感数据；
所述对触感数据进行放大，具体为：
S′ori(i)＝Sori(i)M；
式中，M是放大系数，Sori(i)是第i个原始样本信号，S'ori(i)是第i个放大后的样本信号
所述对数据进行改进型回归编码，具体为：
Figure FDA0004198030900000011
Figure FDA0004198030900000012
Figure FDA0004198030900000013
式中，slope2是其它组序列的斜率；
Figure FDA0004198030900000014
是每组序列中第i个点的预测估计值，xi是第i个点的真实样本值，/>
Figure FDA0004198030900000015
是上一组序列中第7个样本预测估计值；yi每组序列第i个点的编码值。
2.根据权利要求1所述的基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统，其特征在于，所述DCT压缩，具体为：
Figure FDA0004198030900000021
Figure FDA0004198030900000022
式中，x(n)和y(k)分别是输入数据以及DCT系数，N是输入数据的数量。
3.根据权利要求1所述的基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统，其特征在于，所述放大系数M的计算具体为：
Figure FDA0004198030900000023
式中，Smax是信号样本中绝对值的最大值。
4.根据权利要求1所述的基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统，其特征在于，所述对DCT数据进行截取，具体为：将一段序列中保留前n个信号，其余信号舍弃，在解码的时候在相应位置补0，还原出原始信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统，其特征在于，所述对数据进行量化采用非均匀量化。
6.根据权利要求5所述的一种基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统，其特征在于，所述非均匀量化算法为A率13折线。
7.根据权利要求1所述的一种基于数据特性与改进型回归的触感数据混合压缩系统，其特征在于，所述逆运算，具体为：对量化数据进行反量化，然后依次进行改进型回归解码、反截取、缩小、反DCT，得到触觉数据。
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