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壓縮技術論文范文第1篇

關鍵詞：數控液壓伺服系統數控改造

一、引言

液壓控制技術是以流體力學、液壓傳動和液力傳動為基礎，應用現代控制理論、模糊控制理論，將計算機技術、集成傳感器技術應用到液壓技術和電子技術中，為實現機械工程自動化或生產現代化而發展起來的一門技術，它廣泛的應用于國民經濟的各行各業，在農業、化工、輕紡、交通運輸、機械制造中都有廣泛的應用，尤其在高、新、尖裝備中更為突出。隨著機電一體化的進程不斷加快，技術裝各的工作精度、響應速度和自動化程度的要求不斷提高，對液壓控制技術的要求也越來越高，文章基于此，首先分析了液壓伺服控制系統的工作特點，并進一步探討了液壓傳動的優點和缺點和改造方向。

二、液壓伺服控制系統原理

目前以高壓液體作為驅動源的伺服系統在各行各業應用十分的廣泛，液壓伺服控制具有以下優點：易于實現直線運動的速度位移及力控制，驅動力、力矩和功率大，尺寸小重量輕，加速性能好，響應速度快，控制精度高，穩定性容易保證等。

液壓伺服控制系統的工作特點：(1)在系統的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環控制系統。反饋介質可以是機械的，電氣的、氣動的、液壓的或它們的組合形式。(2)系統的主反饋是負反饋，即反饋信號與輸入信號相反，兩者相比較得偏差信號控制液壓能源，輸入到液壓元件的能量，使其向減小偏差的方向移動，既以偏差來減小偏差。(3)系統的輸入信號的功率很小，而系統的輸出功率可以達到很大。因此它是一個功率放大裝置，功率放大所需的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據伺服系統偏差大小自動進行的。

綜上所述，液壓伺服控制系統的工作原理就是流體動力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統的能量，使系統向著減小偏差的方向變化，從而使系統的實際輸出與希望值相符。

在液壓伺服控制系統中，控制信號的形式有機液伺服系統、電液伺服系統和氣液伺服系統。機液伺服系統中系統的給定、反饋和比較環節采用機械構件，常用機舵面操縱系統、汽車轉向裝置和液壓仿形機床及工程機械。但反饋機構中的摩擦、間隙和慣性會對系統精度產生不利影響。電液伺服系統中誤差信號的檢測、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計算機，形成模擬伺服系統、數字伺服系統或數字模擬混合伺服系統。電液伺服系統具有控制精度高、響應速度高、信號處理靈活和應用廣泛等優點，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統。

三、液壓傳動帕優點和缺點

液壓傳動系統的主要優點液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是因為它與機械傳動、電氣傳動相比，具有以下主要優點：

1液壓傳動是由油路連接，借助油管的連接可以方便靈活的布置傳動機構，這是比機械傳動優越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅動，以克服長驅動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，且容易布置。在挖掘機等重型工程機械上已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。

2液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。例如相同功率液壓馬達的體積為電動機的12％～13％。液壓泵和液壓馬達單位功率的體積目前是發電機和電動機的1／10，可在大范圍內實現無級調速。借助閥或變量泵、變量馬達可實現無級調速，調速范圍可達1：2000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。

3傳遞運動均勻平穩，負載變化時速度較穩定。因此，金屬切削機床中磨床的傳動現在幾乎都采用液壓傳動。液壓裝置易于實現過載保護，使用安全、可靠，不會因過載而造成主件損壞：各液壓元件能同時自行，因此使用壽命長。液壓傳動容易實現自動化。借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結合使用時，能很容易的實現復雜的自動工作循環，而且可以實現遙控。液壓元件己實現了標準化、系列化、和通用化，便于設計、制造和推廣使用。

液壓傳動系統的主要缺點：1液壓系統的漏油等因素，影響運動的平穩性和正確性，使液壓傳動不能保證嚴格的傳動比：2液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體勃性變化引起運動特性變化，使工作穩定性受到影響，所以不宜在溫度變化很大的環境條件下工作：3為了減少泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件制造和裝配精度要求比較高，加工工藝比較復雜。液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。液壓系統發生的故障不易檢查和排除。

總之，液壓傳動的優點是主要的，隨著設計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。

四、機床數控改造方向

(一)加工精度。精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控制系統的位置精度在很大程度上決定了數控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統中開環放大倍數的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環控制系統中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區分出來的，反饋檢測元件的精度對系統的精度常常起著決定性的作用。在設計數控機床、尤其是高精度或太中型數控機床時，必須精心選用檢測元件。所選擇的測量系統的分辨率或脈沖當量，一般要求比加工精度高一個數量級。總之，高精度的控制系統必須有高精度的檢測元件作為保證。

(二)先局部后整體。確定改造步驟時，應把整個電氣設備部分改造先分成若干個子系統進行，如數控系統、測量系統、主軸、進給系統、面板控制與強電部分等，待各系統基本成型后再互聯完成全系統工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統工作中，應先做技術性較低的、工作量較大的工作，然后做技術性高的、要求精細的工作，做到先易后難、先局部后整體，有條不紊、循序漸進。

(三)提高可靠性。數控機床是一種高精度、高效率的自動化設備，如果發生故障其損失就更大，所以提高數控機床的可靠性就顯得尤為重要。可靠度是評價可靠性的主要定量指標之一，其定義為：產品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的概率。對數控機床來說，它的規定條件是指其環境條件、工作條件及工作方式等，例如溫度、濕度、振動、電源、干擾強度和操作規程等。這里的功能主要指數控機床的使用功能，例如數控機床的各種機能，伺服性能等。

壓縮技術論文范文第2篇

論文關鍵詞：平臺，數據傳輸

一、引言

21世紀的競爭不是單個企業之間的競爭，而是產業鏈之間的競爭。面對產品更新速度不斷加快，市場需求急劇變化，客戶需求多樣化和個性化等市場特點，很多企業都清楚地意識到已不能再局限于自身內部的資源，而必須考慮覆蓋產品整個生命周期的環節，在與產業鏈上下游企業合作共贏的環境中增強整體競爭能力，求生存，求發展。隨著企業業務范圍的擴展和網絡技術的發展，企業已開始從面向內部的ERP(EnterpriseResourcePlanning)管理轉向全局的產業鏈管理，以此來提高企業總的業務性能和競爭實力。由于產業鏈平臺支撐產供銷各個環節，對于復雜的業務數據傳輸效率成為一個關鍵問題，針對這個問題，本文采用數據壓縮技術來提高數據傳輸性能。

二、企業數據傳輸

作為一個分布異構集成平臺的汽車產業鏈企業業務集成平臺，首先需要解決的技術難點就是數據的交換和信息的共享。以車輛售后服務系統中的三包鑒定單為例，其處理過程中涉及到多個企業系統與平臺之間的數據交換，如圖，在整個汽車產業鏈業務協作過程中，存在著許多像鑒定單這樣需要在不同系統間進行數據交換和共享的過程。基于WebService的集成技術，在很大程度上解決了原有集成技術在Internet遠程通信方面的問題。

圖1基于XMLWebService的數據交換與共享模型

WebService基于XML文檔進行服務描述，服務請求和反饋結果，可以在Internet上通過HTTP協議進行傳遞，很容易被訪問和返回結果。WebService與平臺和操作系統無關，這就使異構平臺上之間的集成變得很容易。

三、原因分析

由于該分布異構集成平臺使用WebService技術，WebService完全基于XML（可擴展標記語言）、XSD（XMLSchema）等獨立于平臺、獨立于軟件供應商的標準，是創建可互操作的、分布式應用程序的新平臺，XML在傳輸過程中，會附帶很多數據的相關信息，并以標簽的形式表現出來。在傳輸過程中，這些標簽會占用一半以上甚至更多的數據傳輸量，例如，要傳輸一個表格信息。

StudentID

Name

Age

00901

Wang Qi

20

表1.將要進行傳輸的表格示例

表中的數據在傳輸過程中，有可能會生成下面的XML文件.

代碼1.對應于表1數據所傳輸的XML文件示例

…..

StudentID

Name

Age

………..

00901

WangQi

20

……..

如果上面的表格中還帶有格式的信息的話，那么相應的XML就會更加復雜了。從上述XML中我們可以看出，除數據之外，XML會附加很多標簽信息，這就使得傳輸的數據量增大，當所需要傳輸的數據比較多的時候，XML的標簽就會帶來比較大的效率問題。

四、解決方案

由于WebService在網絡中傳輸的是以XML為基礎的消息的請求和響應。大量的數據傳輸會使網絡成為瓶頸，可以采用壓縮技術對消息進行壓縮。

數據壓縮已經發展了很多年，有很多成熟的技術，算法以及工具包。經常用于對數據壓縮的API有Zip方式。對文件進行壓縮的做法非常簡單，就是在發送XML之前對XML進行壓縮，經過壓縮以后，再在XML接收端對已經壓縮的文件進行解壓縮。一般來講，系統請求XML的體積相對較小，沒有必要使用壓縮和解壓縮的方法處理請求XML。而對于系統響應XML來講，一般都包含大量的數據，導致其體積龐大，需要進行壓縮處理。對響應XML進行壓縮的流程如下：

圖2數據壓縮傳輸流程

該方法使用了成熟的壓縮和解壓縮技術，當數據量比較大的時候，可以大大提高傳輸效率。對于純文本的XML，壓縮可以減少其80%以上的體積。壓縮和解壓縮雖然可以使得XML的體積大大減少，但是其過程卻是十分耗費系統資源的。壓縮和解壓縮往往會具有很大的CPU占有率以及內存占有率。適用于配置很高的客戶端或服務器端。

代碼2.Zip方式壓縮部分實現代碼示例

privatebyte[]Zip(stringstringToZip)

{………………

ZipOutputStreamzipOut=newZipOutputStream(ms);

ZipEntryZipEntry=newZipEntry("ZippedFile");

zipOut.PutNextEntry(ZipEntry);

zipOut.SetLevel(9);

zipOut.Write(inputByteArray，0，inputByteArray.Length);

zipOut.Finish();

…………………………..

}

在程序將對象模型序列化成XML之前，可以使用上面的壓縮方法，對數據流進行壓縮。部分代碼如下：

代碼3.對象模型序列化后再進行壓縮的實現代碼示例

publicMemoryStreamZipSoap(StreamstreamToZip)

{………………

XmlTextReaderreader=newXmlTextReader(streamToZip);

XmlDocumentdom=newXmlDocument();

dom.Load(reader);

…………………

XmlNodenode=dom.SelectSingleNode("http://soap:Body"，nsmgr);

node=node.FirstChild.FirstChild;

while(node!=null)

{

if(node.InnerXml.Length>0)

{

byte[]outData=Zip(node.InnerXml);

node.InnerXml=Convert.ToBase64String(outData);

}

node=node.NextSibling;

}

……….

}

解壓縮的過程也類似于上述代碼。測試表明，采用Zip壓縮可以減少60%以上的網絡所帶來的消耗。

2、對于特定的數據進行特殊的處理

在企業日常的數據傳輸中，往往大量的數據具有很多共同的特點。數據和數據之間往往具有很多相同的地方。如在報表處理系統中，報表往往會含有很多的空數據，或者相同屬性和值域的數據，可以在代碼中對特殊情況進行特殊的處理。我們同樣以傳輸一個表格作為例子，如下：

Software sold

Hardware sold

System sold

Others

120

-

-

-

-

-

90

-

-

110

-

-

表2.將要傳輸的含有多個空值的表格示例

可以看到，上述表格具有很多的空值，那么在XML中完全可以把空值的部分統一處理，這樣就能大大減少網絡傳輸的數量，其對應的部分XML如下：

……

(1，2)，(1，3)，(1，4)，(2，1)，(2，2)，(2，4)(3，1)，(3，3)，(3，4)

……

對于重復性的數據來說，該方法可以幾十倍甚至上百倍的減少傳輸的數據量，相對于第一種壓縮方式，由于只是對固定形式的數據進行處理，所以不會占用很大的CPU以及內存。由于數據的特點不容易把握，能夠處理的情況比較簡單和單一。對于空值或者某些值重復較多的情況，可以采用本方法。

五、結論

本文在研究了汽車產業鏈分布異構集成平臺的業務結構的基礎上，就數據傳輸與信息共享進行了探討，提出了利用數據壓縮與解壓縮技術提高WebService數據傳輸效率，針對不同的數據特點提供了不同的解決方案，并且該解決方案在實踐中證明是可行的，實現起來簡單方便，為企業更好利用WebService技術實現信息的傳遞與共享。

參考文獻1 王淑營，范黎林.面向汽車產業鏈的企業業務集成平臺[J].華僑大學學報(自然科學版).2006，27(4):434~436

2 韓敏，孫林夫.汽車產業鏈協作ASP平臺的開發與應用[J].微計算機信息(管控一體化).2007，23(7-3):166~167

壓縮技術論文范文第3篇

關鍵詞：核電站DCS Historian數據壓縮 模擬量數據壓縮 改進旋轉門數據壓縮

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0029-02

1 研究背景

核電DCS控制系統中的歷史數據庫需要具備較高實時性、海量數據吞吐量的特點，因此在長時間系統運行的前提下，會產生巨大的歷史數據量，如果將這些數據直接存儲，不僅會浪費很多的存儲空間，而且還會使得數據查詢、傳輸變得復雜而困難。因此，將數據壓縮技術引入到DCS系統的歷史數據處理中，可以達到節省存儲空間、增加庫容量和提升系統運行效率等優勢。

2 數據壓縮技術簡介

歷史數據庫的數據壓縮是傳統數據壓縮技術在DCS工控領域的特殊應用，一般數據壓縮算法可以分為無損壓縮和有損壓縮兩種技術。

有損壓縮技術是根據特定的應用領域而發展起來的，它的基本原理是在數據壓縮過程中損失一定的信息以獲得較高的壓縮比，并且壓縮過程不可逆，壓縮后的數據不能完全地恢復到原始狀態，因此需要保證損失的數據對于理解原始數據信息特點的影響不大。具體到工控行業使用較多的壓縮算法包括：Hale和Sellars共同提出的矩形波串法（Box Car）和后向斜率發（Back ward Slope），以及在工控領域應用最為廣泛的OSIsoft公司提出的“旋轉門數據壓縮算法（Swing Door）”[1，2]。

無損壓縮技術是利用數據的統計冗余進行壓縮，可完全回復原始數據而不引起任何失真，但壓縮率是受到數據統計冗余度的理論限制，一般為2∶1～5∶1。這類方法廣泛用于文本數據，程序和特殊應用場合的圖像數據（如指紋圖像，醫學圖像等）的壓縮。無論是無損壓縮還是有損壓縮，都在工控領域的歷史數據處理中得到了應用，例如美國的Instep公司開發的實時歷史數據庫系統eDNA就實現了以Huffman為基本的無損數據壓縮程序，它首先對數據集合進行統計分析，將數據添加到Huffman樹中進行編碼，最后保存生成編碼，完成對數據群的壓縮；而OSIsoft公司的PI實時歷史數據庫產品采用了“旋轉門數據壓縮算法”以及獨到的二次過濾技術。

本論文所闡述的歷史數據（Historian）壓縮模塊，我們綜合了兩種壓縮算法的優劣，設計了一套“二次數據壓縮”機制，統一無損壓縮和有損壓縮算法應用，對歷史庫模擬量數據的壓縮。下面我們就具體來看些歷史數據（Historian）壓縮算法的設計。

3 歷史數據（Historian）壓縮模塊的設計

歷史數據（Historian）支持的數據類型包括開關量數據和模擬量數據。由于不同的數據類型所表現的數據特點的不同，需要設計針對性的壓縮策略來滿足各種數據的壓縮要求。

3.1 開關量數據壓縮

開關量數據采用“變化壓縮算法”，算法基本的設計思路是：當測點的數值發生變化時才會保存，否則丟棄當前數據。這是因為開關量測點的狀態一般由特定的0或1來表示，在DCS生產現場，有很多開關量測點的狀態在特定甚至是很長的時間內是不會發生變化的，所以“變化壓縮算法”非常適合對歷史庫開關量數據的壓縮處理。

如圖1所示，設置某開關量測點每1秒進行一個數據值采集，以時刻點t為基準的后8s里，其測點值分別為0、0、0、1、1、0、0、1。根據“變化壓縮算法”的計算，剔除其在2 s、3 s、5 s和7 s的數據，只保存1 s、4 s、6 s和8 s的數據值。而當進行數據還原時，空缺時刻的數據值取前一保存時刻的數據，例如，2 s和3 s的數值均等于1 s數值0。這樣即完整的保存了測點在時間軸上的數據特征，又起到了節省存儲空間的目的。

3.2 模擬量數據壓縮

在DCS系統中的模擬量測點數據一般都會遵循一定的漸變規律，例如有的時間段會呈現較為一致的線性變化，有的時間段的數據特征為一條拋物線等。這些數據特征就給定了我們做歷史數據邏輯壓縮的前提。

在歷史數據（Historian）系統中，我們采用雙重的歷史數據壓縮機制，即“二次數據壓縮”，實現流行的“旋轉門”壓縮算法為第一層邏輯壓縮，實現無損的Huffman壓縮算法為第二層物理壓縮。首先來討論下傳統的“旋轉門”壓縮算法的內容。

3.2.1 傳統的“旋轉門”壓縮算法

如圖2所示，基本的“旋轉門壓縮算法”是這樣描述的：在進行數據壓縮時，算法將新的實時數據點和前一個被保留的數據點之間做一個平行四邊形的偏移覆蓋區，如果這一平行四邊形可以覆蓋保留數據點之后出現的所有數據點時，那么將不會保存新的實時數據點。反之如果有任何一個數據點落在壓縮偏移覆蓋區外，則新數據點的前一個點將被保留，同時整個壓縮偏移覆蓋區將被重置，以新的被保留點作為新的起點，進入下一輪的旋轉門判斷[3]。

傳統的“旋轉門”壓縮算法雖然可以較好的完成對實時歷史數據的壓縮，但是在算法的實現和執行過程中會出現一些問題，主要體現在以下兩點。

（1）算法實現時需要一個臨時緩沖區來存儲待判定點集，但是在代碼實現時，這一緩沖區的大小缺失無法事先確定的。

（2）如果待判定點過多，緩沖區里的數據點數過大，那么在進行覆蓋區判定時會耗去系統過多的業務執行時間，造成系統運行的瓶頸。

因此，在以上算法的基礎上，我們采用了改進的“旋轉門”壓縮算法，即“斜率比較旋轉門”算法[4，5]。

3.2.2 改進的“斜率比較旋轉門”壓縮算法

如圖3所示，當新點a到來時，系統會比較a與原點o（即上已存儲的點）的時間差t_time，如果t_time不小于壓縮間隔上限nic_compinterval或者a點質量戳與o點不同，則直接保存lastpoint點，進入下一輪旋轉門算法運算；否則以點a和o以及設定好的nic_comprate構建平行四邊形Ω，計算最大斜率點maxkpoint和最小斜率點minkpoint是否均在Ω內，計算結果有兩種。

（1）都落在了Ω內部，則說明a點通過了旋轉門，成為最新的lastpoint，最后再分別比較a點斜率與最大、最小斜率的關系，大于最大斜率值或者小于最小斜率值則替換掉相應的斜率點和斜率值，進入下一輪旋轉門算法運算。

（2）如果有一個斜率點落在了Ω外部，則說明a點沒有通過旋轉門，那么就保存此時的lastpoint，并將lastpoint點設定為下一輪旋轉門算法的o點，a點設定為最大和最小斜率點，進入下一輪旋轉門算法運算。

改進的“旋轉門”算法的具體流程圖如圖4所示。

以上介紹的“旋轉門”壓縮算法是系統第一次對歷史數據的邏輯壓縮，當經過邏輯壓縮后的保留數據積累到一定的數量時，例如1k，再對其進行第二次的物理壓縮。物理壓縮采用的是Huffman無損壓縮算法，它的基本原理是，構建一個用于字符編碼的Huffman二叉樹，根據待壓縮數據二進制子串出現的頻率對其進行排列，出現頻率大的串使用較少的位表示，較小的串使用較多的編碼來表示，這樣既到達了數據壓縮的目的，又完整地保留了邏輯壓縮后的數據信息。

4 結語

通過對無損壓縮算法和有損壓縮算法的對比分析研究，我們充分利用了兩種算法的優點，設計了“二層壓縮”算法，同時將“二次壓縮”算法應用于歷史數據（Historian）壓縮模塊的設計和實現中，形成了一種較為先進的技術實現手段，在工程應用中取得了良好的效果。

參考文獻

[1] 高寧波，金宏，王宏安.歷史數據實時壓縮方法研究[J].計算機功能與應用，2004，28：167-171.

[2] Bristol，E.H.Swing Door Trending： Adaptive Trend Recording，ISA National Conference Proceedings，1990：749-753.

[3] 蔣鵬，黃清波，王智，等.一種新的化工過程歷史數據壓縮方法研究[J].浙江大學學報，2005，39（6）：814-818.

[4] 徐慧.實時數據庫中數據壓縮算法的研究[D].杭州：浙江大學，2006.

壓縮技術論文范文第4篇

[關鍵詞]圖像壓縮；圖像編碼；壓縮標準

中圖分類號：Tp311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）45-0358-01

0 引言

當今社會正處于高速發展的信息時代，而信息本身就需要進行存儲、圖像信息是人類認識世界和感知世界的重要源泉。圖像具有確切性、直觀性、高效性、時空性等特征，圖像信息的這些特性導致它的數據量特別龐大。圖像壓縮就是對數值矩陣進行處理，用相對少的數據來表示這個數值矩陣。這個過程要在圖像數據存儲、處理和傳輸之前進行，在這之后要對壓縮過的圖像進行解壓縮來重建圖像，這就是圖像壓縮和解壓縮，也稱圖像編碼和圖像解碼。

1 圖像壓縮的原理

從信息論的觀點來看，圖像作為一個信源，描述信源的數據是信息量和信息冗余量之和。所以在圖像數據的表示中存在著大量的冗余，如時間冗余、空間冗余、知識冗余、視覺冗余等，可以利用圖像本身的一些特點和人眼的視覺特性，去除這些冗余數據就可以使原始圖像數據量極大的減少，從而解決圖像數據量龐大的問題，實現圖像數據壓縮。

2 經典圖像編碼

2.1 變換編碼

很多圖像編碼的原理是通過消除圖像的冗余度來達到壓縮的目的，而變換編碼則是改變了冗余度的表達方法，將原始數據用另一種更加緊湊的方法表示，有時可以實現更高的數據壓縮。離散余弦變換（DCT）即是一種分形變換編碼。DTC的出色之處是能將大部分圖像分成像塊，使像塊的能量集中到少數低頻DTC系數上，這樣一來DCT可以將圖像的能量很大程度的集中在一起，為壓縮打下了基礎。

2.2 嫡編碼

嫡編碼的原理是根據消息或消息序列出現概率的分布特性來尋找概率和碼字長度間的最優匹配。游程編碼、霍夫曼編碼和算術編碼等都是目前使用較多的嫡編碼。

3 現代圖像編碼

現代圖像編碼和經典圖像編碼的區別之處在于它不是像經典圖像編碼那樣盡量去除圖像的相關性，而是利用圖像的相關性進行編碼。

3.1 分形編碼

分形編碼是一種直接在空間域尋找并最大限度地利用圖像的自相似性的編碼方法。

3.2 模型基圖像編碼

模型基圖像編碼主要是利用圖像的區域、輪廓等二維特征以及形狀、運動軌跡等三維特征進行建模，然后對圖像和模型進行分析得出模型的各種參數，再對參數進行編碼傳輸，解碼端則由圖像綜合恢復出圖像。這種編碼方式可以實現較高的壓縮比，圖像的恢復質量也有了大大的提高。

3.3 小波變換技術

小波變換理論是新的數學分支，其基本思想是將原始圖像通過一族小波函數轉換為小波域的系數，再通過略去某一閾值下的系數，保留部分原始能量保留較多的系數來壓縮圖像。在小波變換中，圖像被分解為不同空間、不同頻率的子圖像，一幅圖像每經過一次小波變換，圖像就被分解為四幅大小為原來的四分之一的小塊頻帶區域，再將這四幅子圖針對人的視覺特點分別進行不同的編碼處理，可以得到比較高的壓縮比和好的壓縮質量。

4 圖像壓縮的分類

圖像壓縮一般根據圖像數據是否有丟失分為有損壓縮和無損壓縮兩類，無損壓縮是理想的壓縮方法（無信息丟失），也稱可逆壓縮。有損壓縮也稱不可逆壓縮，經過有損壓縮后，重建圖像中像素的值和原始圖像中對應的像素的值不完全相等，圖像會發生畸變。

圖像無損壓縮編碼方法可分為兩大類：基于統計概率的算法和基于字典技術的算法。基于統計概率的算法是根據信息論中的變長編碼定理和信息嫡的相關知識，用較短的代碼代表出現概率大的符號，用較長代碼代表出現概率小的符號，從而實現數據壓縮。而基于字典技術生成的文件包含的是定長編碼，每個碼代表原文件中的一個特定序列。

和無損壓縮不同的是，有損壓縮編碼在圖像進行解碼還原之后的準確度上要求沒有那個高，因此會產生一定程度上的失真，但這種編碼方式可以提高圖像的壓縮能力。一般情況下，這種失真人眼看起來可能會比較明顯，也可能不明顯，不管是哪種，只要在人眼的容忍范圍之內，就說明這種壓縮時可行的。

5 圖像壓縮標準

隨著圖像處理技術的發展，研究人員提出了多種圖像壓縮標準。常用的圖像壓縮標準分為靜止圖像壓縮標準和視頻圖像壓縮標準。

目前最常用的靜止圖像壓縮標準是JPEG圖像壓縮標準。JPEG標準定義基于DCT得有損基本編碼系統、面向大規模壓縮得擴展的編碼系統和面向可逆壓縮的無損獨立編碼系統。JPEG具有有失真和無失真兩種編碼解碼的處理方式，其中無失真得到的解碼后圖像和原圖像數據基本相同，但壓縮率較低，而有失真可以實現高的壓縮比，但同時可能會導致圖像的失真較明顯。壓縮比的高低可以在算法中改變壓縮參數來調整。JPEG標準的計算量不算很大，算法也易于實現，所以具有較好的實用性能。

隨著多媒體技術的快速發展和廣泛應用，為滿足用戶對更高壓縮效率和對壓縮圖像的互動性和可伸縮性的要求，JPEG2000應運而生的。

JPEG2000標準可以實現很高的壓縮性能，它還具有只對感興趣區域編碼、可進行有損壓縮和無損壓縮、對錯誤的魯棒性、對碼流做隨機訪問等特性。靈活使用這些特征，不僅可以達到很高的壓縮比，還可以滿足在移動和網絡環境下交互操作和可伸縮性的要求。JPEG2000的需求針對性以及技術先進性保證了它光明的應用前景。

6 圖像壓縮性能的評價

一個圖像壓縮方法性能的評價主要從兩個方面來衡量：壓縮比和圖像質量評價。壓縮比就是原始圖像文件大小與壓縮后生成文件大小的比值，比值越大，說明壓縮率越高。圖像質量評價一般是通過保真度準則來判斷。保真度準則有兩種：客觀保真度準則和主觀保真度準則。

6.1 客觀保真度準則

客觀保真度準則是對解碼圖像和原始圖像的誤差進行定量計算的一種衡量標準，一般是對整個圖像或者圖像中的某個指定區域進行某種平均計算得到均方誤差。

6.2 主觀保真度準則

圖像經壓縮編碼和解碼還原之后，圖像質量的好壞還有一個直接的評價者就是人眼，因此人的主觀印象也是衡量一個圖像壓縮編碼的重要因素。主觀保真度準則的實施過程是選定若干評價者對待評圖像打分，對這些分數求個平均值可以得到主觀評價分。但因為個體評價會受到個人喜好、光線、距離等因素的影響，很難對其制定一個統一的標準，所以圖像的主觀質量評價方法受到了一定的限制。

參考文獻

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[2] 向輝.基于小波理論的圖像壓縮算法研究[D].華東師范大學碩士論文.2006.7.

[3] 張躍飛.基于稀疏分解的圖像壓縮[D].西南交通大學碩士論文.2006.9.

[4] 雷萌.數據壓縮算法的比較研究[J].2014.11.

注：基金項目：2012年民族學院校內項目“基于哈希表的數據壓縮算法研究”，項目編號：12myZ05

作者簡介

壓縮技術論文范文第5篇

Abstract： This paper carried out in-depth research and analysis of three kinds of transmiting signals of linear frequency modulation， nonlinear frequency modulation and phase encoding in pulse compression processing firstly， and then made comparative analysis on strengths and weaknesses of each signal. Finally， completed the chirp signal pulse compression processing matlab simulation， and carried out analysis and calculation to processing gain and sidelobes rejection ratio of different echo signal treated after pulse compression， providing the guidance for future work.

關鍵詞： 線性調頻；非線性調頻；相位編碼；脈沖壓縮；matlab仿真

Key words： linear FM；nonlinear FM；phase encoding；pulse compression；matlab simulation

中圖分類號：TN957 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）01-0188-03

0 引言

脈沖壓縮理論始于二戰初期，隨著脈沖壓縮技術的發展以及元器件性能的進一步提高，目前，脈沖壓縮技術已經比較成熟，并在現代雷達中得到了廣泛的應用[1]。現在較常用的信號形式是線性調頻和相位編碼信號，隨著技術的進一步發展非線性調頻信號在脈沖壓縮處理領域也發揮著越來越重要的作用。

1 脈沖壓縮處理技術

脈沖壓縮處理就是通過信號處理技術來獲得相應的脈壓輸出信號，這樣就能在不提高雷達發射功率的條件下，得到較高的輸出信號信噪比。按其實現方法可分為時域脈壓和頻域脈壓處理法。

時域脈壓處理系統其本質就是采用FIR濾波器來實現，時域處理是直接對雷達回波信號進行卷積運算處理，用公式表示為[2]：

y（n）=x（n）？塥h（n）=■x（k）h（n-k）（1）

式中，x（n）為模擬回波信號經過A/D采樣后得到的離散信號，N為采樣點數；h（n）為匹配濾波器的沖激響應；y（n）為脈壓輸出信號。時域脈壓實現的原理圖如圖1所示。

時域脈壓對小的時寬信號能充分體現其優越性，但隨著脈沖寬度的增加，信號處理部分的運算量變得很大。因此，對大時寬信號的處理需要用頻域脈沖壓縮處理方法去完成。

頻域脈沖壓縮處理首先對接收到的經過采樣得到的數字信號s（n）做FFT變換，獲得其頻譜函數S（ω），并對匹配濾波器的沖擊響應h（n）做FFT變換，從而得到其頻譜函數H（ω），將S（ω）與匹配濾波器函數H（ω）相乘，然后再做IFFT變換，最后得到脈壓輸出信號y（n），其表達式為：

y（n）=IFFT[S（ω）·H（ω）]=IFFT[FFT（s（n））·FFT（h（n））]（2）

頻域處理法原理圖如圖2所示，它在完成大時寬信號處理時其設備量并不會增加很大。這是由于采用了高效快速傅立葉變換（FFT）器件，當采用FFT算法時，能夠使N點DFT的乘法的計算量由N2次降為（N/2）log2N次[3]。因此，對于大時寬脈壓信號的處理，采用頻域脈壓處理有其更大的優越性。隨著DSP和FPGA技術的快速發展及其在快速傅立葉中的廣泛應用，采用頻域脈沖壓縮處理的運算能力將更強，處理速度更快以及實時性將更高。

2 脈沖壓縮信號形式

當前，在工程中常用的脈沖壓縮信號有線性調頻信號和相位編碼信號，非線性調頻信號在工程上應用較少。下面分別對這三種信號進行分析。

2.1 線性調頻信號 線性調頻信號作為雷達一種常用的發射波形，當具有大的時寬帶寬積時，脈沖壓縮系數D=BT，線性調頻信號的時寬T越大，則雷達發射的總能量越大，在干擾環境下，雷達的作用距離就越遠。同時，線性調頻信號的頻寬B越大，則壓縮后的脈沖寬度越窄，雷達距離分辨力也越高。因此，選擇線性調頻信號作為一種雷達發射波形在脈壓系數一定的條件下，應該在雷達作用距離和分辨率之間進行折衷選擇，從而滿足設計的需求。

線性調頻信號矩形脈沖信號的復數表達式為[4]：

s（t）=■rect（■）exp[j2π（f■t+kt■/2）（3）

式中，T為脈沖寬度，當-■？燮t？燮■時，rect（t）=1，當t為其它值時，rect（t）=0。f0為載波頻率，k為調頻斜率。因此，調制信號f（t）的瞬時頻率可以表示為：

f（t）=■■[2π（f0t+kt2/2）]=f0+kt（4）

當線性調頻信號的時寬帶寬積較小時，就會導致其帶內的菲涅爾紋波較大，即使通過加權去平滑其矩形譜的邊緣部分，也不能使帶內的紋波得到抑制。基于以上的原因，小時寬帶寬積信號加權結果與理論值相比有較大差距。所以，在今后設計中可以通過譜修正技術來抑制帶內紋波。

2.2 相位編碼信號 相位編碼信號就是把寬脈沖分成多個等寬度的窄脈沖，它和線性調頻信號最大的區別是線性調頻信號是“連續型”信號，而相位編碼信號屬于“離散型”信號[5]。同時，相位編碼信號對載波信號進行調制。

當前廣泛應用的是二進制編碼，即二項碼（2PSK），它由“0”和“1”或“+1”和“-1”組成，發射信號的相位在0°和180°之間交替變化，其變化的規律由各脈沖是“1”還是“0”來決定。二項碼的表達式為：

S2PSK（t）=Acos（ω0t+φ）（5）

式（5）中，φ是0°或180°由數字信息是“1”或“0”決定。

對于小時寬帶寬積信號，相位編碼信號旁瓣抑制比很高，脈沖壓縮處理效果較好，同時，信號波形變化靈活，能夠很好的實現雷達的低截獲性能，其不足之處是對多普勒很敏感，對于回波信號存在多普勒頻移時，信號的脈沖壓縮性能影響很大，因此，相位編碼信號多用于多普勒頻率范圍變化較小的領域。

2.3 非線性調頻信號 非線性調頻信號是利用加權窗函數通過反設計得到的，因而它的譜本身就具有加權窗的頻譜特性。其最大的優點是不需要加權，匹配濾波器輸出就能得到很高的旁瓣抑制比，這樣就能避免失配引起信噪比的損失。非線性調頻信號的缺點就是對多普勒頻移很敏感，但對于海上的低速目標非線性調頻信號可以作為一種重要的雷達發射信號。

設非線性調頻信號s（t）=a（t）exp[jθ（t）]的頻譜及匹配濾波器傳輸函數分別為S（ω）和S*（ω），那么脈壓輸出信號y（t）的頻譜為[6]：

F[y（t）]=■y（t）exp（-jωt）dt=S（ω）S*（ω）=S（ω）■（6）

在上式中，當把窗函數作為脈壓輸出信號y（t）的頻譜時，就可以得到脈壓輸出信號，由此可以推出非線性調頻信號的調頻函數為：f（t）=T-1（f）（7）

式（7）中，T-1（f）為其群延遲函數T（f）的反函數，同時，群延遲函數T（f）和窗函數W（x）又存在如下關系為：

T（f）=m■W（x）dx（8）

式（8）中，m為常數。因此，我們可以由信號的功率譜S（f）■和選定的窗函數W（f）來設計非線性調頻信號。這樣得到的非線性調頻信號，不但能避免失配損失，同時，還能獲得很低的距離旁瓣。

3 線性調頻信號脈沖壓縮處理仿真分析

當前非線性調頻和相位編碼脈沖壓縮處理已經有了較深入的研究，線性調頻信號作為一種較常用的脈沖壓縮處理信號，本文主要通過對線性調頻信號脈沖壓縮處理進行仿真分析。

通過對回波信號進行數字下變頻以及脈沖壓縮處理后的結果進行仿真實驗，這里時寬分別為T=5us，20us和80us，帶寬B=4MHz，信號中心頻率f0=35MHz。采樣頻率fs=80MHz。固定作用距離為12公里的點目標進行仿真。不同時寬回波信號脈沖壓縮處理結果的仿真圖如下圖3、圖4和圖5所示。

從雷達回波信號脈沖壓縮處理仿真圖可以看出，隨著時寬帶寬積和脈壓處理點數的增加，經過處理后的回波信號的主瓣得到提高，通過對仿真圖的進一步分析和計算，可以得出T=5us時的旁瓣抑制比為13.8297dB；T=20us時的旁瓣抑制比為13.4732dB；T=80us時的旁瓣抑制比為13.4056dB。因此，對于固定距離目標點來說，隨著時寬帶寬積的增加，回波信號的分辨率有所降低，這也是導致中遠量程脈沖壓縮雷達雜波大的一個重要原因。

隨著發射信號時寬帶寬積的增大，其脈壓處理增益分別為：T=5us時的處理增益為13.0103dB；T=20us時的處理增益為19.0309dB；T=80us時的處理增益為25.0515dB。同時，處理增益還要考慮雷達的重復頻率、天線轉速和積累方式等因素。所以，對于處理增益的提高應是以上多種因素的折中考慮。

4 總結

脈沖壓縮處理技術作為一種重要的雷達信號處理方法，已經獲得了廣泛的應用。本文通過對線性調頻、非線性調頻和相位編碼信號進行詳細的分析，在總結其各自優缺點的基礎上，對常用的線性調頻信號進行了仿真研究，并對三種不同時寬帶寬積信號進行了深入的對比研究，得出了一些有價值的結論。下一步的工作就是將在實際工程中，對該方法不斷的優化，從而獲得更好的效果。

參考文獻：

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