CN117651140A - 一种直方图数据的压缩传输方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直方图数据的压缩传输方法与装置，方法包括：设置计数阈值，根据所述计数阈值将像素的原始直方图数据划分为噪声数据与信号数据；对所述噪声数据进行有损编码，并对所述信号数据进行无损编码；将有损编码结果与无损编码结果进行组合后得到所述像素的编码直方图数据；对所述像素的编码直方图数据进行压缩，得到所述像素的压缩直方图数据并传输给上位机。通过区分直方图中的噪声数据和信号数据，并分别进行有损编码和无损编码后进行压缩传输，在不影响有效信息传输的同时使得编码压缩后的数据量大幅度降低，有效降低直方图数据传输量，在不改变传输接口速率下提高了帧率。

Description

一种直方图数据的压缩传输方法与装置

技术领域

本发明涉及距离探测技术领域，尤其涉及一种直方图数据的压缩传输方法与装置。

背景技术

TOF传感器是一种基于光子飞行时间测量距离的传感器，其输出信号主要通过电路结构进行测定。TDC(Time-to-Digital Converter，时间/数字转换器)是与SPAD(singlephoton avalanche diode，单光子雪崩二极管)搭配使用的一种电路结构。SPAD具有高增益、高灵敏度等优点，SPAD输出的信号强度用统计直方图(histogram)表示，横坐标为时间箱(time bin)，纵坐标为SPAD在该bin上触发被TDC检测到的次数，相当于信号强度。在单帧测量时间内发射和接收N次光信号，并对记录的N次飞行时间做统计直方图(histogram)，基于统计直方图中信号强度最大值对应的时间t来计算待测物体的距离s，即s＝c×t/2(c为光速)。

基于统计直方图的测距方法会产生大量的直方图数据，根据不同的TOF传感器设计，一个直方图产生几百甚至上千个数据。每一个像素都会产生一幅直方图，如果一个TOF传感器有n个像素，一幅直方图m个数据，则统计直方图就是一个n*m的二维数组，每一行就是一个像素的直方图。这些数据传输占用了巨大的数据带宽，影响传输效率，因此，如何解决传输瓶颈成为了一个重要的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种直方图数据的压缩传输方法与装置，旨在降低直方图数据传输量，提高帧率。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明第一方面提供一种直方图数据的压缩传输方法，包括如下步骤：

设置计数阈值，根据所述计数阈值将像素的原始直方图数据划分为噪声数据与信号数据；

对所述噪声数据进行有损编码，并对所述信号数据进行无损编码；

将有损编码结果与无损编码结果进行组合后得到所述像素的编码直方图数据；

对所述像素的编码直方图数据进行压缩，得到所述像素的压缩直方图数据并传输给上位机。

在一个实施例中，所述对所述噪声数据进行有损编码，包括：

获取所述噪声数据中各个时间箱的噪声计数值；

根据各个时间箱的噪声计数值计算相应的统计特征，作为所述噪声数据的有损编码结果。

在一个实施例中，所述统计特征包括均值与方差。

在一个实施例中，所述对所述信号数据进行无损编码，包括：

获取所述信号数据中各个时间箱的信号计数值，并确认所述信号数据中的连续时间箱区间；

提取所述连续时间箱区间的起始时间箱、结束时间箱；

根据各个时间箱的信号计数值，将每个连续时间箱区间的起始时间箱、结束时间箱、区间内的信号计数值输出作为所述信号数据的无损编码结果。

在一个实施例中，所述像素的编码直方图数据包括：

按序排列的有损编码结果、连续时间箱区间的数量、每个连续时间箱区间的起始时间箱、结束时间箱、区间内的信号计数值。

在一个实施例中，所述对所述像素的编码直方图数据进行压缩，具体包括：

对每个像素的编码直方图数据进行独立压缩。

在一个实施例中，所述对所述像素的编码直方图数据进行压缩，具体包括：

对相邻的至少两个像素的编码直方图数据进行合并压缩。

在一个实施例中，所述方法还包括：

对所有像素的压缩直方图数据进行间隔输出。

在一个实施例中，采用霍夫曼编码算法对编码直方图数据进行压缩。

本发明第二方面提供一种直方图数据的压缩传输装置，包括：

阈值设置模块，用于设置计数阈值，根据所述计数阈值将像素的原始直方图数据划分为噪声数据与信号数据；

编码模块，用于对所述噪声数据进行有损编码，并对所述信号数据进行无损编码；以及将有损编码结果与无损编码结果进行组合后得到所述像素的编码直方图数据；

压缩处理模块，用于对所述像素的编码直方图数据进行压缩，得到所述像素的压缩直方图数据并传输给上位机。。

本发明的有益效果为：提供一种直方图数据的压缩传输方法与装置，通过区分直方图中的噪声数据和信号数据，并分别进行有损编码和无损编码后进行压缩传输，在不影响有效信息传输的同时使得编码压缩后的数据量大幅度降低，有效降低直方图数据传输量，在不改变传输接口速率下提高了帧率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例中直方图数据的压缩传输方法的流程图；

图2为本发明实施例中噪声数据与信号数据的划分示意图；

图3为本发明实施例中编码直方图数据的数据结构示意图；

图4为本发明实施例中间隔输出的像素示意图；

图5为本发明实施例中直方图数据的压缩传输装置的结构图。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明实施例提供的压缩传输方法应用于基于飞行时间(time of flight，TOF)技术的直方图数据的压缩传输装置，该直方图数据的压缩传输装置至少包括阈值设置模块，用于设置计数阈值，根据所述计数阈值将像素的原始直方图数据划分为噪声数据与信号数据；编码模块，用于对所述噪声数据进行有损编码，并对所述信号数据进行无损编码；以及将有损编码结果与无损编码结果进行组合后得到所述像素的编码直方图数据；压缩处理模块，用于对所述像素的编码直方图数据进行压缩，得到所述像素的压缩直方图数据并传输给上位机。

目前，TOF传感器采用的基于统计直方图的测距方法会产生大量的直方图数据，根据不同的TOF传感器设计，一个直方图产生几百甚至上千个数据。每一个像素都会产生一幅直方图，如果一个TOF传感器有n个像素，一幅直方图m个数据，则统计直方图就是一个n*m的二维数组，每一行就是一个像素的直方图。这些数据传输占用了巨大的数据带宽，影响传输效率。因此以下通过应用于上述压缩传输装置的压缩传输方法来描述如何解决这一问题，以降低直方图数据传输量，在不改变传输接口速率下提高帧率。

如图1所示，图1为本发明一个实施例中直方图数据的压缩传输方法的流程图，该方法具体包括如下步骤：

S101、设置计数阈值，根据所述计数阈值将像素的原始直方图数据划分为噪声数据与信号数据。

本实施例中，开始探测后通过像素接收目标反射回的光信号，并基于光信号的飞行时间统计得到相应的原始直方图数据，具体为若干个时间箱以及每个时间箱对应的计数值，该原始直方图数据中包含了目标的信号数据以及环境光的噪声数据。如图2所示，通过设置计数阈值，将像素的原始直方图数据划分为噪声数据与信号数据，其中将计数值低于该计数阈值的数据划分为噪声数据，将计数值高于该计数阈值的数据划分为信号数据。

具体的，可以根据不同的探测环境提前设置并存储多个计数阈值，探测时根据实际环境直接选择并调用相应的计数阈值，高效快速的对原始直方图数据进行划分；或者也可以在开始探测前通过不开发射激光，令像素直接探测环境光得到纯噪声数据，计数阈值可以设为噪声最大值或者对噪声数据的计数值进行抽样平均得到的平均值等，从而更加准确的对当前探测环境下的原始直方图数据进行划分。

S102、对所述噪声数据进行有损编码，并对所述信号数据进行无损编码。

由于信号数据中峰值对应的时间箱才是测距需要找的有效数据，而环境噪声或其它因素硬气的噪声数据是测距时的无效数据，且一副直方图中通常有效的信号数据非常少，而无效的噪声数据是大量且重复的，因此这些大量且重复的噪声数据在传输时会浪费数据带宽。本实施例在编码时对噪声数据和信号数据采用不同的方式处理，对噪声数据进行有损编码，以尽量减少数据量，而对信号数据进行无损编码，以确保上位机解码后可得到无损的有效数据，通过区分编码方式尽可能减少数据量的同时也不影响测距的精准性。

S103、将有损编码结果与无损编码结果进行组合后得到所述像素的编码直方图数据。

在对噪声数据和信号数据以不同方式进行编码后，则将得到的有损编码结果与无损编码结果进行组合，得到完整的像素的编码直方图数据，从而在确保数据完整传输的基础上大幅度降低数据量。

S104、对所述像素的编码直方图数据进行压缩，得到所述像素的压缩直方图数据并传输给上位机。

在编码基础上，对像素的编码直方图数据进行压缩，得到体积更小的压缩直方图数据并传输给上位机，从而进一步降低测距数据传输占用的数据带宽，提高传输效率。具体采用霍夫曼编码算法或其它数据压缩算法对编码直方图数据进行压缩。其中，上位机可以是手机、电脑、微控制器等，上位机在接收到压缩直方图数据后对其进行解压缩以及数据解码操作，还原得到无损的信号数据以及有损的噪声数据，通过对无损的信号数据进行寻峰处理依然可以准确计算得到目标的距离，从而在不改变传输接口速率与测距准确性的同时提高了帧率。

在一个实施例中，所述对所述噪声数据进行有损编码，包括：

获取所述噪声数据中各个时间箱的噪声计数值；

根据各个时间箱的噪声计数值计算相应的统计特征，作为所述噪声数据的有损编码结果。

本实施例中，由于噪声数据中大量数据是重复的、且对测距无效，因此对噪声部分中各个时间箱的噪声计数值进行统计与计算，得到相应的统计特征作为噪声数据的有损编码结果。具体的统计特征包括均值与方差，即通过计算所有噪声计数值的均值与方差作为当前探测结果的噪声特征，令上位机能通过噪声特征还原得到有损的噪声数据，该有损的噪声数据与原始的噪声数据不完全相同，仅具有相同的噪声特征，使得无需传输大量重复且无效的噪声计数值，大大减少了无效噪声的传输。

在一个实施例中，所述对所述信号数据进行无损编码，包括：

获取所述信号数据中各个时间箱的信号计数值，并确认所述信号数据中的连续时间箱区间；

提取所述连续时间箱区间的起始时间箱、结束时间箱；

根据各个时间箱的信号计数值，将每个连续时间箱区间的起始时间箱、结束时间箱、区间内的信号计数值输出作为所述信号数据的无损编码结果。

本实施例中，对高于计数阈值的信号数据部分进行无损压缩，使得可以完整输出有效信息，因此需要包含信号数据中准确的时间箱以及对应的计数值。具体的无损编码为先基于信号数据中各个时间箱的信号计数值，确认信号数据中的连续时间箱区间，该连续时间箱区间对应一个峰值所处的区间，由于探测环境中目标数量的不同，可能收到多个回波信号echo，即存在多个峰值，因此连续时间箱区间的数量可能是一个或多个；针对每个连续时间箱区间提取其起始时间箱和结束时间箱，根据各个时间箱的信号计数值，将每个连续时间箱区间的起始时间箱、结束时间箱、区间内的信号计数值输出作为信号数据的无损编码结果。

由于每个峰值所处的区间是连续的，因此对每个连续时间箱区间提取首尾两个时间箱即可明确该区间的所有时间箱，例如图2中的连续时间箱区间，首尾两个时间箱分别为bin160和bin163，可知该区间内还包括bin161与bin162，使得仅需按序输出信号数据中的全部信号计数值108、150、143与121，而无需输出全部的时间箱亦可实现准确的无损编码，在完整输出有效信息的基础上最大程度减少了数据量。

在一个实施例中，像素的编码直方图数据包括：

按序排列的有损编码结果、连续时间箱区间的数量、每个连续时间箱区间的起始时间箱、结束时间箱、区间内的信号计数值。

本实施例中，在对有损编码结果与无损编码结果进行组合后得到的编码直方图数据如图3所示，包括按序排列的有损编码结果，本实施例中该有损编码结果为基于噪声计数值统计得到的均值与方差；连续时间箱区间的数量，即信号数据中的回波信号echo的数量；每个连续时间箱区间的起始时间箱、结束时间箱、区间内的信号计数值，区间内的信号计数值的数量为结束坐标-起始坐标+1。通过有损编码和无损编码的组合，在不影响有效信息传输的同时使得编码后的数据量大幅度降低，提高数据传输效率。

在一个实施例中，对所述像素的编码直方图数据进行压缩，具体包括：

对每个像素的编码直方图数据进行独立压缩。

本实施例中，针对编码后的数据，只在一个像素层面上进行压缩，即对每个像素的编码直方图数据进行独立压缩，适用于相邻像素数据变化较大的情形，使得上位机可以对每个像素独立压缩后得到压缩直方图数据进行精准的还原，确保探测准确性。

在一个实施例中，所述对所述像素的编码直方图数据进行压缩，具体包括：

对相邻的至少两个像素的编码直方图数据进行合并压缩。

本实施例中，针对面阵系统，由于面阵上相邻像素的数据变化较小、数据重合度较高，基于压缩采用的霍夫曼编码算法数据重合度越高压缩效率越高的特点，可以对相邻的至少两个像素的编码直方图数据进行合并压缩，从而进一步减少压缩直方图数据的数据体积。

在一个实施例中，方法还包括：

对所有像素的压缩直方图数据进行间隔输出。

本实施例中，对于面阵系统中相邻像素数据变化较小的情形，可以在压缩(独立压缩或者合并压缩)后进一步通过间隔输出来减少传输数据，如图4所示，空白处像素的数据将被丢弃不参与后续传输，未输出的数据可以在上位机接收到数据后通过相邻像素的数据进行均值补全等处理后得到，虽然分辨率会有部分损失，但是数据传输量减少了一半，因此可以在分辨率要求较低的探测环境下开启间隔输出的功能，以进一步提高数据传输效率。

需要说明的是，上述各步骤之间并不必然存在一定的先后顺序，本领域普通技术人员，根据本发明实施例的描述可以理解，不同实施例中，上述各步骤可以有不同的执行顺序，亦即，可以并行执行，亦可以交换执行等等。

本发明还相应提供直方图数据的压缩传输装置，如图5所示，图5为本发明一个实施例中直方图数据的压缩传输装置的结构图，其包括阈值设置模块501、编码模块502和压缩处理模块503，其中阈值设置模块501、编码模块502和压缩处理模块503依次连接。其中，阈值设置模块501，用于设置计数阈值，根据所述计数阈值将像素的原始直方图数据划分为噪声数据与信号数据；编码模块502，用于对所述噪声数据进行有损编码，并对所述信号数据进行无损编码；以及将有损编码结果与无损编码结果进行组合后得到所述像素的编码直方图数据；压缩处理模块503，用于对所述像素的编码直方图数据进行压缩，得到所述像素的压缩直方图数据并传输给上位机。由于上述方法实施例已对直方图数据的压缩传输过程进行了详细介绍，具体可参考上述对应的方法实施例，此处不做赘述。

综上，本发明提供的一种直方图数据的压缩传输方法与装置，方法包括：设置计数阈值，根据所述计数阈值将像素的原始直方图数据划分为噪声数据与信号数据；对所述噪声数据进行有损编码，并对所述信号数据进行无损编码；将有损编码结果与无损编码结果进行组合后得到所述像素的编码直方图数据；对所述像素的编码直方图数据进行压缩，得到所述像素的压缩直方图数据并传输给上位机。通过区分直方图中的噪声数据和信号数据，并分别进行有损编码和无损编码后进行压缩传输，在不影响有效信息传输的同时使得编码压缩后的数据量大幅度降低，有效降低直方图数据传输量，在不改变传输接口速率下提高了帧率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直方图数据的压缩传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

设置计数阈值，根据所述计数阈值将像素的原始直方图数据划分为噪声数据与信号数据；

对所述噪声数据进行有损编码，并对所述信号数据进行无损编码；

将有损编码结果与无损编码结果进行组合后得到所述像素的编码直方图数据；

对所述像素的编码直方图数据进行压缩，得到所述像素的压缩直方图数据并传输给上位机。

2.根据权利要求1所述的直方图数据的压缩传输方法，其特征在于，所述对所述噪声数据进行有损编码，包括：

获取所述噪声数据中各个时间箱的噪声计数值；

根据各个时间箱的噪声计数值计算相应的统计特征，作为所述噪声数据的有损编码结果。

3.根据权利要求2所述的直方图数据的压缩传输方法，其特征在于，所述统计特征包括均值与方差。

4.根据权利要求1所述的直方图数据的压缩传输方法，其特征在于，所述对所述信号数据进行无损编码，包括：

获取所述信号数据中各个时间箱的信号计数值，并确认所述信号数据中的连续时间箱区间；

提取所述连续时间箱区间的起始时间箱、结束时间箱；

根据各个时间箱的信号计数值，将每个连续时间箱区间的起始时间箱、结束时间箱、区间内的信号计数值输出作为所述信号数据的无损编码结果。

5.根据权利要求4所述的直方图数据的压缩传输方法，其特征在于，所述像素的编码直方图数据包括：

按序排列的有损编码结果、连续时间箱区间的数量、每个连续时间箱区间的起始时间箱、结束时间箱、区间内的信号计数值。

6.根据权利要求1所述的直方图数据的压缩传输方法，其特征在于，所述对所述像素的编码直方图数据进行压缩，具体包括：

对每个像素的编码直方图数据进行独立压缩。

7.根据权利要求1所述的直方图数据的压缩传输方法，其特征在于，所述对所述像素的编码直方图数据进行压缩，具体包括：

对相邻的至少两个像素的编码直方图数据进行合并压缩。

8.根据权利要求1或6或7所述的直方图数据的压缩传输方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所有像素的压缩直方图数据进行间隔输出。

9.根据权利要求1或6或7所述的直方图数据的压缩传输方法，其特征在于，采用霍夫曼编码算法对编码直方图数据进行压缩。

10.一种直方图数据的压缩传输装置，其特征在于，包括：

阈值设置模块，用于设置计数阈值，根据所述计数阈值将像素的原始直方图数据划分为噪声数据与信号数据；

编码模块，用于对所述噪声数据进行有损编码，并对所述信号数据进行无损编码；以及将有损编码结果与无损编码结果进行组合后得到所述像素的编码直方图数据；

压缩处理模块，用于对所述像素的编码直方图数据进行压缩，得到所述像素的压缩直方图数据并传输给上位机。