压缩技术论文

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压缩技术论文范文第1篇

关键词：数控液压伺服系统数控改造

一、引言

液压控制技术是以流体力学、液压传动和液力传动为基础，应用现代控制理论、模糊控制理论，将计算机技术、集成传感器技术应用到液压技术和电子技术中，为实现机械工程自动化或生产现代化而发展起来的一门技术，它广泛的应用于国民经济的各行各业，在农业、化工、轻纺、交通运输、机械制造中都有广泛的应用，尤其在高、新、尖装备中更为突出。随着机电一体化的进程不断加快，技术装各的工作精度、响应速度和自动化程度的要求不断提高，对液压控制技术的要求也越来越高，文章基于此，首先分析了液压伺服控制系统的工作特点，并进一步探讨了液压传动的优点和缺点和改造方向。

二、液压伺服控制系统原理

目前以高压液体作为驱动源的伺服系统在各行各业应用十分的广泛，液压伺服控制具有以下优点：易于实现直线运动的速度位移及力控制，驱动力、力矩和功率大，尺寸小重量轻，加速性能好，响应速度快，控制精度高，稳定性容易保证等。

液压伺服控制系统的工作特点：(1)在系统的输出和输入之间存在反馈连接，从而组成闭环控制系统。反馈介质可以是机械的，电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。(2)系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，两者相比较得偏差信号控制液压能源，输入到液压元件的能量，使其向减小偏差的方向移动，既以偏差来减小偏差。(3)系统的输入信号的功率很小，而系统的输出功率可以达到很大。因此它是一个功率放大装置，功率放大所需的能量由液压能源供给，供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。

综上所述，液压伺服控制系统的工作原理就是流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。

在液压伺服控制系统中，控制信号的形式有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统。机液伺服系统中系统的给定、反馈和比较环节采用机械构件，常用机舵面操纵系统、汽车转向装置和液压仿形机床及工程机械。但反馈机构中的摩擦、间隙和惯性会对系统精度产生不利影响。电液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用电气和电子元件或计算机，形成模拟伺服系统、数字伺服系统或数字模拟混合伺服系统。电液伺服系统具有控制精度高、响应速度高、信号处理灵活和应用广泛等优点，可以组成位置、速度和力等方面的伺服系统。

三、液压传动帕优点和缺点

液压传动系统的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是因为它与机械传动、电气传动相比，具有以下主要优点：

1液压传动是由油路连接，借助油管的连接可以方便灵活的布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，且容易布置。在挖掘机等重型工程机械上已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。

2液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如相同功率液压马达的体积为电动机的12％～13％。液压泵和液压马达单位功率的体积目前是发电机和电动机的1／10，可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达可实现无级调速，调速范围可达1：2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。

3传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。因此，金属切削机床中磨床的传动现在几乎都采用液压传动。液压装置易于实现过载保护，使用安全、可靠，不会因过载而造成主件损坏：各液压元件能同时自行，因此使用寿命长。液压传动容易实现自动化。借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易的实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。液压元件己实现了标准化、系列化、和通用化，便于设计、制造和推广使用。

液压传动系统的主要缺点：1液压系统的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使液压传动不能保证严格的传动比：2液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体勃性变化引起运动特性变化，使工作稳定性受到影响，所以不宜在温度变化很大的环境条件下工作：3为了减少泄漏以及满足某些性能上的要求，液压元件制造和装配精度要求比较高，加工工艺比较复杂。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压系统发生的故障不易检查和排除。

总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。

四、机床数控改造方向

(一)加工精度。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。在设计数控机床、尤其是高精度或太中型数控机床时，必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量，一般要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。

(二)先局部后整体。确定改造步骤时，应把整个电气设备部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，做到先易后难、先局部后整体，有条不紊、循序渐进。

(三)提高可靠性。数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，如果发生故障其损失就更大，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。

压缩技术论文范文第2篇

论文关键词：平台，数据传输

一、引言

21世纪的竞争不是单个企业之间的竞争，而是产业链之间的竞争。面对产品更新速度不断加快，市场需求急剧变化，客户需求多样化和个性化等市场特点，很多企业都清楚地意识到已不能再局限于自身内部的资源，而必须考虑覆盖产品整个生命周期的环节，在与产业链上下游企业合作共赢的环境中增强整体竞争能力，求生存，求发展。随着企业业务范围的扩展和网络技术的发展，企业已开始从面向内部的ERP(EnterpriseResourcePlanning)管理转向全局的产业链管理，以此来提高企业总的业务性能和竞争实力。由于产业链平台支撑产供销各个环节，对于复杂的业务数据传输效率成为一个关键问题，针对这个问题，本文采用数据压缩技术来提高数据传输性能。

二、企业数据传输

作为一个分布异构集成平台的汽车产业链企业业务集成平台，首先需要解决的技术难点就是数据的交换和信息的共享。以车辆售后服务系统中的三包鉴定单为例，其处理过程中涉及到多个企业系统与平台之间的数据交换，如图，在整个汽车产业链业务协作过程中，存在着许多像鉴定单这样需要在不同系统间进行数据交换和共享的过程。基于WebService的集成技术，在很大程度上解决了原有集成技术在Internet远程通信方面的问题。

图1基于XMLWebService的数据交换与共享模型

WebService基于XML文档进行服务描述，服务请求和反馈结果，可以在Internet上通过HTTP协议进行传递，很容易被访问和返回结果。WebService与平台和操作系统无关，这就使异构平台上之间的集成变得很容易。

三、原因分析

由于该分布异构集成平台使用WebService技术，WebService完全基于XML（可扩展标记语言）、XSD（XMLSchema）等独立于平台、独立于软件供应商的标准，是创建可互操作的、分布式应用程序的新平台，XML在传输过程中，会附带很多数据的相关信息，并以标签的形式表现出来。在传输过程中，这些标签会占用一半以上甚至更多的数据传输量，例如，要传输一个表格信息。

StudentID

Name

Age

00901

Wang Qi

20

表1.将要进行传输的表格示例

表中的数据在传输过程中，有可能会生成下面的XML文件.

代码1.对应于表1数据所传输的XML文件示例

…..

StudentID

Name

Age

………..

00901

WangQi

20

……..

如果上面的表格中还带有格式的信息的话，那么相应的XML就会更加复杂了。从上述XML中我们可以看出，除数据之外，XML会附加很多标签信息，这就使得传输的数据量增大，当所需要传输的数据比较多的时候，XML的标签就会带来比较大的效率问题。

四、解决方案

由于WebService在网络中传输的是以XML为基础的消息的请求和响应。大量的数据传输会使网络成为瓶颈，可以采用压缩技术对消息进行压缩。

数据压缩已经发展了很多年，有很多成熟的技术，算法以及工具包。经常用于对数据压缩的API有Zip方式。对文件进行压缩的做法非常简单，就是在发送XML之前对XML进行压缩，经过压缩以后，再在XML接收端对已经压缩的文件进行解压缩。一般来讲，系统请求XML的体积相对较小，没有必要使用压缩和解压缩的方法处理请求XML。而对于系统响应XML来讲，一般都包含大量的数据，导致其体积庞大，需要进行压缩处理。对响应XML进行压缩的流程如下：

图2数据压缩传输流程

该方法使用了成熟的压缩和解压缩技术，当数据量比较大的时候，可以大大提高传输效率。对于纯文本的XML，压缩可以减少其80%以上的体积。压缩和解压缩虽然可以使得XML的体积大大减少，但是其过程却是十分耗费系统资源的。压缩和解压缩往往会具有很大的CPU占有率以及内存占有率。适用于配置很高的客户端或服务器端。

代码2.Zip方式压缩部分实现代码示例

privatebyte[]Zip(stringstringToZip)

{………………

ZipOutputStreamzipOut=newZipOutputStream(ms);

ZipEntryZipEntry=newZipEntry("ZippedFile");

zipOut.PutNextEntry(ZipEntry);

zipOut.SetLevel(9);

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

zipOut.Finish();

…………………………..

}

在程序将对象模型序列化成XML之前，可以使用上面的压缩方法，对数据流进行压缩。部分代码如下：

代码3.对象模型序列化后再进行压缩的实现代码示例

publicMemoryStreamZipSoap(StreamstreamToZip)

{………………

XmlTextReaderreader=newXmlTextReader(streamToZip);

XmlDocumentdom=newXmlDocument();

dom.Load(reader);

…………………

XmlNodenode=dom.SelectSingleNode("//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;

}

……….

}

解压缩的过程也类似于上述代码。测试表明，采用Zip压缩可以减少60%以上的网络所带来的消耗。

2、对于特定的数据进行特殊的处理

在企业日常的数据传输中，往往大量的数据具有很多共同的特点。数据和数据之间往往具有很多相同的地方。如在报表处理系统中，报表往往会含有很多的空数据，或者相同属性和值域的数据，可以在代码中对特殊情况进行特殊的处理。我们同样以传输一个表格作为例子，如下：

Software sold

Hardware sold

System sold

Others

120

-

-

-

-

-

90

-

-

110

-

-

表2.将要传输的含有多个空值的表格示例

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统一处理，这样就能大大减少网络传输的数量，其对应的部分XML如下：

……

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

……

对于重复性的数据来说，该方法可以几十倍甚至上百倍的减少传输的数据量，相对于第一种压缩方式，由于只是对固定形式的数据进行处理，所以不会占用很大的CPU以及内存。由于数据的特点不容易把握，能够处理的情况比较简单和单一。对于空值或者某些值重复较多的情况，可以采用本方法。

五、结论

本文在研究了汽车产业链分布异构集成平台的业务结构的基础上，就数据传输与信息共享进行了探讨，提出了利用数据压缩与解压缩技术提高WebService数据传输效率，针对不同的数据特点提供了不同的解决方案，并且该解决方案在实践中证明是可行的，实现起来简单方便，为企业更好利用WebService技术实现信息的传递与共享。

参考文献1 王淑营，范黎林.面向汽车产业链的企业业务集成平台[J].华侨大学学报(自然科学版).2006，27(4):434~436

2 韩敏，孙林夫.汽车产业链协作ASP平台的开发与应用[J].微计算机信息(管控一体化).2007，23(7-3):166~167

压缩技术论文范文第3篇

关键词：核电站DCS Historian数据压缩 模拟量数据压缩 改进旋转门数据压缩

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0029-02

1 研究背景

核电DCS控制系统中的历史数据库需要具备较高实时性、海量数据吞吐量的特点，因此在长时间系统运行的前提下，会产生巨大的历史数据量，如果将这些数据直接存储，不仅会浪费很多的存储空间，而且还会使得数据查询、传输变得复杂而困难。因此，将数据压缩技术引入到DCS系统的历史数据处理中，可以达到节省存储空间、增加库容量和提升系统运行效率等优势。

2 数据压缩技术简介

历史数据库的数据压缩是传统数据压缩技术在DCS工控领域的特殊应用，一般数据压缩算法可以分为无损压缩和有损压缩两种技术。

有损压缩技术是根据特定的应用领域而发展起来的，它的基本原理是在数据压缩过程中损失一定的信息以获得较高的压缩比，并且压缩过程不可逆，压缩后的数据不能完全地恢复到原始状态，因此需要保证损失的数据对于理解原始数据信息特点的影响不大。具体到工控行业使用较多的压缩算法包括：Hale和Sellars共同提出的矩形波串法（Box Car）和后向斜率发（Back ward Slope），以及在工控领域应用最为广泛的OSIsoft公司提出的“旋转门数据压缩算法（Swing Door）”[1，2]。

无损压缩技术是利用数据的统计冗余进行压缩，可完全回复原始数据而不引起任何失真，但压缩率是受到数据统计冗余度的理论限制，一般为2∶1～5∶1。这类方法广泛用于文本数据，程序和特殊应用场合的图像数据（如指纹图像，医学图像等）的压缩。无论是无损压缩还是有损压缩，都在工控领域的历史数据处理中得到了应用，例如美国的Instep公司开发的实时历史数据库系统eDNA就实现了以Huffman为基本的无损数据压缩程序，它首先对数据集合进行统计分析，将数据添加到Huffman树中进行编码，最后保存生成编码，完成对数据群的压缩；而OSIsoft公司的PI实时历史数据库产品采用了“旋转门数据压缩算法”以及独到的二次过滤技术。

本论文所阐述的历史数据（Historian）压缩模块，我们综合了两种压缩算法的优劣，设计了一套“二次数据压缩”机制，统一无损压缩和有损压缩算法应用，对历史库模拟量数据的压缩。下面我们就具体来看些历史数据（Historian）压缩算法的设计。

3 历史数据（Historian）压缩模块的设计

历史数据（Historian）支持的数据类型包括开关量数据和模拟量数据。由于不同的数据类型所表现的数据特点的不同，需要设计针对性的压缩策略来满足各种数据的压缩要求。

3.1 开关量数据压缩

开关量数据采用“变化压缩算法”，算法基本的设计思路是：当测点的数值发生变化时才会保存，否则丢弃当前数据。这是因为开关量测点的状态一般由特定的0或1来表示，在DCS生产现场，有很多开关量测点的状态在特定甚至是很长的时间内是不会发生变化的，所以“变化压缩算法”非常适合对历史库开关量数据的压缩处理。

如图1所示，设置某开关量测点每1秒进行一个数据值采集，以时刻点t为基准的后8s里，其测点值分别为0、0、0、1、1、0、0、1。根据“变化压缩算法”的计算，剔除其在2 s、3 s、5 s和7 s的数据，只保存1 s、4 s、6 s和8 s的数据值。而当进行数据还原时，空缺时刻的数据值取前一保存时刻的数据，例如，2 s和3 s的数值均等于1 s数值0。这样即完整的保存了测点在时间轴上的数据特征，又起到了节省存储空间的目的。

3.2 模拟量数据压缩

在DCS系统中的模拟量测点数据一般都会遵循一定的渐变规律，例如有的时间段会呈现较为一致的线性变化，有的时间段的数据特征为一条抛物线等。这些数据特征就给定了我们做历史数据逻辑压缩的前提。

在历史数据（Historian）系统中，我们采用双重的历史数据压缩机制，即“二次数据压缩”，实现流行的“旋转门”压缩算法为第一层逻辑压缩，实现无损的Huffman压缩算法为第二层物理压缩。首先来讨论下传统的“旋转门”压缩算法的内容。

3.2.1 传统的“旋转门”压缩算法

如图2所示，基本的“旋转门压缩算法”是这样描述的：在进行数据压缩时，算法将新的实时数据点和前一个被保留的数据点之间做一个平行四边形的偏移覆盖区，如果这一平行四边形可以覆盖保留数据点之后出现的所有数据点时，那么将不会保存新的实时数据点。反之如果有任何一个数据点落在压缩偏移覆盖区外，则新数据点的前一个点将被保留，同时整个压缩偏移覆盖区将被重置，以新的被保留点作为新的起点，进入下一轮的旋转门判断[3]。

传统的“旋转门”压缩算法虽然可以较好的完成对实时历史数据的压缩，但是在算法的实现和执行过程中会出现一些问题，主要体现在以下两点。

（1）算法实现时需要一个临时缓冲区来存储待判定点集，但是在代码实现时，这一缓冲区的大小缺失无法事先确定的。

（2）如果待判定点过多，缓冲区里的数据点数过大，那么在进行覆盖区判定时会耗去系统过多的业务执行时间，造成系统运行的瓶颈。

因此，在以上算法的基础上，我们采用了改进的“旋转门”压缩算法，即“斜率比较旋转门”算法[4，5]。

3.2.2 改进的“斜率比较旋转门”压缩算法

如图3所示，当新点a到来时，系统会比较a与原点o（即上已存储的点）的时间差t_time，如果t_time不小于压缩间隔上限nic_compinterval或者a点质量戳与o点不同，则直接保存lastpoint点，进入下一轮旋转门算法运算；否则以点a和o以及设定好的nic_comprate构建平行四边形Ω，计算最大斜率点maxkpoint和最小斜率点minkpoint是否均在Ω内，计算结果有两种。

（1）都落在了Ω内部，则说明a点通过了旋转门，成为最新的lastpoint，最后再分别比较a点斜率与最大、最小斜率的关系，大于最大斜率值或者小于最小斜率值则替换掉相应的斜率点和斜率值，进入下一轮旋转门算法运算。

（2）如果有一个斜率点落在了Ω外部，则说明a点没有通过旋转门，那么就保存此时的lastpoint，并将lastpoint点设定为下一轮旋转门算法的o点，a点设定为最大和最小斜率点，进入下一轮旋转门算法运算。

改进的“旋转门”算法的具体流程图如图4所示。

以上介绍的“旋转门”压缩算法是系统第一次对历史数据的逻辑压缩，当经过逻辑压缩后的保留数据积累到一定的数量时，例如1k，再对其进行第二次的物理压缩。物理压缩采用的是Huffman无损压缩算法，它的基本原理是，构建一个用于字符编码的Huffman二叉树，根据待压缩数据二进制子串出现的频率对其进行排列，出现频率大的串使用较少的位表示，较小的串使用较多的编码来表示，这样既到达了数据压缩的目的，又完整地保留了逻辑压缩后的数据信息。

4 结语

通过对无损压缩算法和有损压缩算法的对比分析研究，我们充分利用了两种算法的优点，设计了“二层压缩”算法，同时将“二次压缩”算法应用于历史数据（Historian）压缩模块的设计和实现中，形成了一种较为先进的技术实现手段，在工程应用中取得了良好的效果。

参考文献

[1] 高宁波，金宏，王宏安.历史数据实时压缩方法研究[J].计算机功能与应用，2004，28：167-171.

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

[3] 蒋鹏，黄清波，王智，等.一种新的化工过程历史数据压缩方法研究[J].浙江大学学报，2005，39（6）：814-818.

[4] 徐慧.实时数据库中数据压缩算法的研究[D].杭州：浙江大学，2006.

压缩技术论文范文第4篇

[关键词]图像压缩；图像编码；压缩标准

中图分类号：Tp311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0358-01

0 引言

当今社会正处于高速发展的信息时代，而信息本身就需要进行存储、图像信息是人类认识世界和感知世界的重要源泉。图像具有确切性、直观性、高效性、时空性等特征，图像信息的这些特性导致它的数据量特别庞大。图像压缩就是对数值矩阵进行处理，用相对少的数据来表示这个数值矩阵。这个过程要在图像数据存储、处理和传输之前进行，在这之后要对压缩过的图像进行解压缩来重建图像，这就是图像压缩和解压缩，也称图像编码和图像解码。

1 图像压缩的原理

从信息论的观点来看，图像作为一个信源，描述信源的数据是信息量和信息冗余量之和。所以在图像数据的表示中存在着大量的冗余，如时间冗余、空间冗余、知识冗余、视觉冗余等，可以利用图像本身的一些特点和人眼的视觉特性，去除这些冗余数据就可以使原始图像数据量极大的减少，从而解决图像数据量庞大的问题，实现图像数据压缩。

2 经典图像编码

2.1 变换编码

很多图像编码的原理是通过消除图像的冗余度来达到压缩的目的，而变换编码则是改变了冗余度的表达方法，将原始数据用另一种更加紧凑的方法表示，有时可以实现更高的数据压缩。离散余弦变换（DCT）即是一种分形变换编码。DTC的出色之处是能将大部分图像分成像块，使像块的能量集中到少数低频DTC系数上，这样一来DCT可以将图像的能量很大程度的集中在一起，为压缩打下了基础。

2.2 嫡编码

嫡编码的原理是根据消息或消息序列出现概率的分布特性来寻找概率和码字长度间的最优匹配。游程编码、霍夫曼编码和算术编码等都是目前使用较多的嫡编码。

3 现代图像编码

现代图像编码和经典图像编码的区别之处在于它不是像经典图像编码那样尽量去除图像的相关性，而是利用图像的相关性进行编码。

3.1 分形编码

分形编码是一种直接在空间域寻找并最大限度地利用图像的自相似性的编码方法。

3.2 模型基图像编码

模型基图像编码主要是利用图像的区域、轮廓等二维特征以及形状、运动轨迹等三维特征进行建模，然后对图像和模型进行分析得出模型的各种参数，再对参数进行编码传输，解码端则由图像综合恢复出图像。这种编码方式可以实现较高的压缩比，图像的恢复质量也有了大大的提高。

3.3 小波变换技术

小波变换理论是新的数学分支，其基本思想是将原始图像通过一族小波函数转换为小波域的系数，再通过略去某一阈值下的系数，保留部分原始能量保留较多的系数来压缩图像。在小波变换中，图像被分解为不同空间、不同频率的子图像，一幅图像每经过一次小波变换，图像就被分解为四幅大小为原来的四分之一的小块频带区域，再将这四幅子图针对人的视觉特点分别进行不同的编码处理，可以得到比较高的压缩比和好的压缩质量。

4 图像压缩的分类

图像压缩一般根据图像数据是否有丢失分为有损压缩和无损压缩两类，无损压缩是理想的压缩方法（无信息丢失），也称可逆压缩。有损压缩也称不可逆压缩，经过有损压缩后，重建图像中像素的值和原始图像中对应的像素的值不完全相等，图像会发生畸变。

图像无损压缩编码方法可分为两大类：基于统计概率的算法和基于字典技术的算法。基于统计概率的算法是根据信息论中的变长编码定理和信息嫡的相关知识，用较短的代码代表出现概率大的符号，用较长代码代表出现概率小的符号，从而实现数据压缩。而基于字典技术生成的文件包含的是定长编码，每个码代表原文件中的一个特定序列。

和无损压缩不同的是，有损压缩编码在图像进行解码还原之后的准确度上要求没有那个高，因此会产生一定程度上的失真，但这种编码方式可以提高图像的压缩能力。一般情况下，这种失真人眼看起来可能会比较明显，也可能不明显，不管是哪种，只要在人眼的容忍范围之内，就说明这种压缩时可行的。

5 图像压缩标准

随着图像处理技术的发展，研究人员提出了多种图像压缩标准。常用的图像压缩标准分为静止图像压缩标准和视频图像压缩标准。

目前最常用的静止图像压缩标准是JPEG图像压缩标准。JPEG标准定义基于DCT得有损基本编码系统、面向大规模压缩得扩展的编码系统和面向可逆压缩的无损独立编码系统。JPEG具有有失真和无失真两种编码解码的处理方式，其中无失真得到的解码后图像和原图像数据基本相同，但压缩率较低，而有失真可以实现高的压缩比，但同时可能会导致图像的失真较明显。压缩比的高低可以在算法中改变压缩参数来调整。JPEG标准的计算量不算很大，算法也易于实现，所以具有较好的实用性能。

随着多媒体技术的快速发展和广泛应用，为满足用户对更高压缩效率和对压缩图像的互动性和可伸缩性的要求，JPEG2000应运而生的。

JPEG2000标准可以实现很高的压缩性能，它还具有只对感兴趣区域编码、可进行有损压缩和无损压缩、对错误的鲁棒性、对码流做随机访问等特性。灵活使用这些特征，不仅可以达到很高的压缩比，还可以满足在移动和网络环境下交互操作和可伸缩性的要求。JPEG2000的需求针对性以及技术先进性保证了它光明的应用前景。

6 图像压缩性能的评价

一个图像压缩方法性能的评价主要从两个方面来衡量：压缩比和图像质量评价。压缩比就是原始图像文件大小与压缩后生成文件大小的比值，比值越大，说明压缩率越高。图像质量评价一般是通过保真度准则来判断。保真度准则有两种：客观保真度准则和主观保真度准则。

6.1 客观保真度准则

客观保真度准则是对解码图像和原始图像的误差进行定量计算的一种衡量标准，一般是对整个图像或者图像中的某个指定区域进行某种平均计算得到均方误差。

6.2 主观保真度准则

图像经压缩编码和解码还原之后，图像质量的好坏还有一个直接的评价者就是人眼，因此人的主观印象也是衡量一个图像压缩编码的重要因素。主观保真度准则的实施过程是选定若干评价者对待评图像打分，对这些分数求个平均值可以得到主观评价分。但因为个体评价会受到个人喜好、光线、距离等因素的影响，很难对其制定一个统一的标准，所以图像的主观质量评价方法受到了一定的限制。

参考文献

[1] 张伟.基于小波变换的图像压缩系统研究[D].厦门大学硕士论文.2005.2.

[2] 向辉.基于小波理论的图像压缩算法研究[D].华东师范大学硕士论文.2006.7.

[3] 张跃飞.基于稀疏分解的图像压缩[D].西南交通大学硕士论文.2006.9.

[4] 雷萌.数据压缩算法的比较研究[J].2014.11.

注：基金项目：2012年民族学院校内项目“基于哈希表的数据压缩算法研究”，项目编号：12myZ05

作者简介

压缩技术论文范文第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.

关键词： 线性调频；非线性调频；相位编码；脉冲压缩；matlab仿真

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

中图分类号：TN957 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）01-0188-03

0 引言

脉冲压缩理论始于二战初期，随着脉冲压缩技术的发展以及元器件性能的进一步提高，目前，脉冲压缩技术已经比较成熟，并在现代雷达中得到了广泛的应用[1]。现在较常用的信号形式是线性调频和相位编码信号，随着技术的进一步发展非线性调频信号在脉冲压缩处理领域也发挥着越来越重要的作用。

1 脉冲压缩处理技术

脉冲压缩处理就是通过信号处理技术来获得相应的脉压输出信号，这样就能在不提高雷达发射功率的条件下，得到较高的输出信号信噪比。按其实现方法可分为时域脉压和频域脉压处理法。

时域脉压处理系统其本质就是采用FIR滤波器来实现，时域处理是直接对雷达回波信号进行卷积运算处理，用公式表示为[2]：

y（n）=x（n）？塥h（n）=■x（k）h（n-k）（1）

式中，x（n）为模拟回波信号经过A/D采样后得到的离散信号，N为采样点数；h（n）为匹配滤波器的冲激响应；y（n）为脉压输出信号。时域脉压实现的原理图如图1所示。

时域脉压对小的时宽信号能充分体现其优越性，但随着脉冲宽度的增加，信号处理部分的运算量变得很大。因此，对大时宽信号的处理需要用频域脉冲压缩处理方法去完成。

频域脉冲压缩处理首先对接收到的经过采样得到的数字信号s（n）做FFT变换，获得其频谱函数S（ω），并对匹配滤波器的冲击响应h（n）做FFT变换，从而得到其频谱函数H（ω），将S（ω）与匹配滤波器函数H（ω）相乘，然后再做IFFT变换，最后得到脉压输出信号y（n），其表达式为：

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

频域处理法原理图如图2所示，它在完成大时宽信号处理时其设备量并不会增加很大。这是由于采用了高效快速傅立叶变换（FFT）器件，当采用FFT算法时，能够使N点DFT的乘法的计算量由N2次降为（N/2）log2N次[3]。因此，对于大时宽脉压信号的处理，采用频域脉压处理有其更大的优越性。随着DSP和FPGA技术的快速发展及其在快速傅立叶中的广泛应用，采用频域脉冲压缩处理的运算能力将更强，处理速度更快以及实时性将更高。

2 脉冲压缩信号形式

当前，在工程中常用的脉冲压缩信号有线性调频信号和相位编码信号，非线性调频信号在工程上应用较少。下面分别对这三种信号进行分析。

2.1 线性调频信号 线性调频信号作为雷达一种常用的发射波形，当具有大的时宽带宽积时，脉冲压缩系数D=BT，线性调频信号的时宽T越大，则雷达发射的总能量越大，在干扰环境下，雷达的作用距离就越远。同时，线性调频信号的频宽B越大，则压缩后的脉冲宽度越窄，雷达距离分辨力也越高。因此，选择线性调频信号作为一种雷达发射波形在脉压系数一定的条件下，应该在雷达作用距离和分辨率之间进行折衷选择，从而满足设计的需求。

线性调频信号矩形脉冲信号的复数表达式为[4]：

s（t）=■rect（■）exp[j2π（f■t+kt■/2）（3）

式中，T为脉冲宽度，当-■？燮t？燮■时，rect（t）=1，当t为其它值时，rect（t）=0。f0为载波频率，k为调频斜率。因此，调制信号f（t）的瞬时频率可以表示为：

f（t）=■■[2π（f0t+kt2/2）]=f0+kt（4）

当线性调频信号的时宽带宽积较小时，就会导致其带内的菲涅尔纹波较大，即使通过加权去平滑其矩形谱的边缘部分，也不能使带内的纹波得到抑制。基于以上的原因，小时宽带宽积信号加权结果与理论值相比有较大差距。所以，在今后设计中可以通过谱修正技术来抑制带内纹波。

2.2 相位编码信号 相位编码信号就是把宽脉冲分成多个等宽度的窄脉冲，它和线性调频信号最大的区别是线性调频信号是“连续型”信号，而相位编码信号属于“离散型”信号[5]。同时，相位编码信号对载波信号进行调制。

当前广泛应用的是二进制编码，即二项码（2PSK），它由“0”和“1”或“+1”和“-1”组成，发射信号的相位在0°和180°之间交替变化，其变化的规律由各脉冲是“1”还是“0”来决定。二项码的表达式为：

S2PSK（t）=Acos（ω0t+φ）（5）

式（5）中，φ是0°或180°由数字信息是“1”或“0”决定。

对于小时宽带宽积信号，相位编码信号旁瓣抑制比很高，脉冲压缩处理效果较好，同时，信号波形变化灵活，能够很好的实现雷达的低截获性能，其不足之处是对多普勒很敏感，对于回波信号存在多普勒频移时，信号的脉冲压缩性能影响很大，因此，相位编码信号多用于多普勒频率范围变化较小的领域。

2.3 非线性调频信号 非线性调频信号是利用加权窗函数通过反设计得到的，因而它的谱本身就具有加权窗的频谱特性。其最大的优点是不需要加权，匹配滤波器输出就能得到很高的旁瓣抑制比，这样就能避免失配引起信噪比的损失。非线性调频信号的缺点就是对多普勒频移很敏感，但对于海上的低速目标非线性调频信号可以作为一种重要的雷达发射信号。

设非线性调频信号s（t）=a（t）exp[jθ（t）]的频谱及匹配滤波器传输函数分别为S（ω）和S*（ω），那么脉压输出信号y（t）的频谱为[6]：

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

在上式中，当把窗函数作为脉压输出信号y（t）的频谱时，就可以得到脉压输出信号，由此可以推出非线性调频信号的调频函数为：f（t）=T-1（f）（7）

式（7）中，T-1（f）为其群延迟函数T（f）的反函数，同时，群延迟函数T（f）和窗函数W（x）又存在如下关系为：

T（f）=m■W（x）dx（8）

式（8）中，m为常数。因此，我们可以由信号的功率谱S（f）■和选定的窗函数W（f）来设计非线性调频信号。这样得到的非线性调频信号，不但能避免失配损失，同时，还能获得很低的距离旁瓣。

3 线性调频信号脉冲压缩处理仿真分析

当前非线性调频和相位编码脉冲压缩处理已经有了较深入的研究，线性调频信号作为一种较常用的脉冲压缩处理信号，本文主要通过对线性调频信号脉冲压缩处理进行仿真分析。

通过对回波信号进行数字下变频以及脉冲压缩处理后的结果进行仿真实验，这里时宽分别为T=5us，20us和80us，带宽B=4MHz，信号中心频率f0=35MHz。采样频率fs=80MHz。固定作用距离为12公里的点目标进行仿真。不同时宽回波信号脉冲压缩处理结果的仿真图如下图3、图4和图5所示。

从雷达回波信号脉冲压缩处理仿真图可以看出，随着时宽带宽积和脉压处理点数的增加，经过处理后的回波信号的主瓣得到提高，通过对仿真图的进一步分析和计算，可以得出T=5us时的旁瓣抑制比为13.8297dB；T=20us时的旁瓣抑制比为13.4732dB；T=80us时的旁瓣抑制比为13.4056dB。因此，对于固定距离目标点来说，随着时宽带宽积的增加，回波信号的分辨率有所降低，这也是导致中远量程脉冲压缩雷达杂波大的一个重要原因。

随着发射信号时宽带宽积的增大，其脉压处理增益分别为：T=5us时的处理增益为13.0103dB；T=20us时的处理增益为19.0309dB；T=80us时的处理增益为25.0515dB。同时，处理增益还要考虑雷达的重复频率、天线转速和积累方式等因素。所以，对于处理增益的提高应是以上多种因素的折中考虑。

4 总结

脉冲压缩处理技术作为一种重要的雷达信号处理方法，已经获得了广泛的应用。本文通过对线性调频、非线性调频和相位编码信号进行详细的分析，在总结其各自优缺点的基础上，对常用的线性调频信号进行了仿真研究，并对三种不同时宽带宽积信号进行了深入的对比研究，得出了一些有价值的结论。下一步的工作就是将在实际工程中，对该方法不断的优化，从而获得更好的效果。

参考文献：

[1]承德保.现代雷达反对抗技术[M].北京：航空工业出版社，2002.

[2]吴太亮，刘铮.基于FPGA的时域脉冲压缩器研究[J].制导与引信，2007，（4）：46-50.

[3]胡广书.数字信号处理理论、算法与实现[M].北京：清华大学出版社，2001.

[4]罗军辉，罗勇江，白义臣等.MATLAB7.0在数字信号处理中的应用[M].北京：机械工业出版社，2005.