专利名称：基于傅里叶变换的时空数据有损压缩方法
技术领域：
本发明涉及一种基于傅里叶变换的时空数据有损压缩方法，属于数据压缩技术领域。
背景技术：
在现代工业生产控制过程中，自动化系统每时每刻都在产生大量的生产数据，这些信息是企业的重要资源和宝贵财富，因此，存储和利用这些海量生产数据的应用需求普遍存在。如此大的数据量如果不进行压缩存储，意味着需要占用非常庞大的磁盘空间，反之如果针对这些工业采集数据进行有效的压缩，而且压缩算法具备较高的压缩比，则能够节约大量的磁盘空间。数据压缩分为有损和无损两大类。有损一般采用线性拟合的方法，而无损则通过各类近似霍夫曼编码的方法压缩数据。有损压缩的精髓主要是如何抽取特征点， 以特征点的连线来近似地表示(拟合)原始数据曲线。目前实时数据压缩的主要方法可分为三类，即分段线性方法、矢量量化方法和信号变换方法。分段线性方法包括矩形波串法、 后向斜率法、旋转门趋势化方法和分段线性在线趋势化方法，此类方法虽然代码简单，运算比较快，但是其压缩比却差强人意；矢量量化方法需要花很多时间计算码本，且码本不具有通用性，即一个数据集的码本不能用于别的数据集，由于计算量太大，矢量量化方法不适合过程数据在线压缩；信号变换方法很多，如傅立叶变换、小波变换等。长期以来傅立叶变换一直是信号处理的主要手段，但是傅里叶变换方法存在很大的缺点，就是数据的有损压缩阈值难以控制，如若将此缺点解决，傅里叶变换在数据有损压缩应用中将具有很大的优势。发明内容
发明目的针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种基于傅里叶变换的时空数据有损压缩方法。传统时空数据有损压缩算法一般是针对于若干个数据点的三个维度同时考虑进行同步的压缩，这样往往会造成由于三个维度的数据各自呈现不同变化， 三个维度都采用统一舍取标准，必然会受到短板定理的制约，压缩比也会受到限制，压缩阈值也会相互影响。所以本发明针对时空数据的x、y、z三个维度分别考虑，首先对于各个维度上点进行傅里叶变换。所谓的傅立叶变换有最不寻常的是这样一种特性一个在时域或空域上看起来很复杂的信号，如时空数据某一个维度上一个随着空间的坐标变化的数据， 通常在频域上的表达会很简单，所谓的简单是说作为频域上的函数，它只集中在很小一块区域内，而很大一部分数值都接近于零，它说明一个在空域中看起来占满全空间的信号，从频域中看起来很可能只不过占用了极小一块区域，而大部分频率是被浪费了的。这就导出了一个极为有用的结论一个看起来信息量很大的信号，其实可以只用少得多的数据来加以描述。只要对它先做傅里叶变换，然后只记录那些不接近零的频域信息就可以了，这样数据量就可以大大减少。本发明对三个坐标轴进行分别压缩，各自进行傅里叶变换，将使压缩比的到很大的增幅。同时在有效控制压缩阈值范围内，对于三个坐标轴分别进行压缩，必然会使更多的点失真，超过压缩阈值。所以本发明还对压缩后的数据逐点分析，对其中超出要求的点进行还原修补，以达到控制压缩阈值，提高精度的效果。
技术方案一种基于傅里叶变换的时空数据有损压缩方法，包括压缩数据和控制压缩误差两部分；所述压缩数据为将任何一组时空数据分解为X、I、Z三个对于时间参量的空间方向的函数，分别对各个维度上数据点进行傅里叶变换；所述控制压缩误差为压缩完数据后，若发现超出预设误差要求范围的数据点，则对该数据点还原后的数据进行修补，比较所述数据点压缩后与原始数据的差值，找出差值最大的并用原始数据替代压缩后的数据，若代替后此数据点仍超出预设误差要求范围，依次比较剩下的差值，用原始数据替代压缩后的数据，直到符合预设误差要求范围或者还原到原数据。
所述压缩数据的具体步骤为由于设备是周期性回传数据，将一组时空数据视为一组离散信号，能量主要集中在变化大的部分，也就是说，原函数变化越大的地方，相对的信号能量就越大，只要保留能量高的部分，就几乎将整个信号保留了下来，根据这个思想， 就可以分别对三个方向的函数进行压缩——保留高能量，然后分别记录；x、y和z三个方向的函数压缩方法一样，对于一离散信号X[η]有
权利要求
1.一种基于傅里叶变换的时空数据有损压缩方法，其特征在于包括压缩数据和控制压缩误差两部分；所述压缩数据为将任何一组时空数据分解为X、I、Z三个对于时间参量的空间方向的函数，分别对各个维度上数据点进行傅里叶变换；所述控制压缩误差为压缩完数据后，若发现超出预设误差要求范围的数据点，则对该数据点还原后的数据进行修补，比较所述数据点压缩后与原始数据的差值，找出差值最大的并用原始数据替代压缩后的数据，若代替后此数据点仍超出预设误差要求范围，依次比较剩下的差值，用原始数据替代压缩后的数据，直到符合预设误差要求范围或者还原到原数据。
2.如权利要求I所述的基于傅里叶变换的时空数据有损压缩方法，其特征在于所述压缩数据的具体步骤为将一组时空数据视为一组离散信号，对于一离散信号x[n]有
全文摘要
本发明公开一种基于傅里叶变换的时空数据有损压缩方法，将任何一组时空数据分解为x、y、z三个对于时间参量的空间方向的函数，分别对各个维度上数据点进行傅里叶变换；压缩完数据后，若发现超出预设误差要求范围的数据点，则对该数据点还原后的数据进行修补，比较所述数据点压缩后与原始数据的差值，找出差值最大的并用原始数据替代压缩后的数据，若代替后此数据点仍超出预设误差要求范围，依次比较剩下的差值，用原始数据替代压缩后的数据，直到符合预设误差要求范围或者还原到原数据。本发明的方法压缩比大，精度高。
文档编号G06F17/14GK102931999SQ20121039228
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者许峰, 周文欢, 刘璇, 钱峰, 张雪洁 申请人:河海大学