一种模拟信号输入的压缩方法技术

一种模拟信号输入的压缩方法，通过曲线拟合的方法，将模拟信号输入转化得到的数字数据转化为数学函数，然后使用数学函数记录模拟信号，达到压缩的效果。其压缩过程是对模拟信号输入的有损压缩，兼有输入平滑处理的效果，并且压缩后保持了模拟信号输入的辨识性，可直接应用于数字墨水技术；使用数学函数记录的输入，具有矢量数据特性，能够任意放大而保持平滑和不失真。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机领域模拟信号输入的一种压縮方法，例如手写输入的数据的压縮。
技术介绍
自然界的信号都是模拟信号，是用连续变化的物理量表示的信息， 一般通过A/D 转换量化为数字信号输入计算机，在计算机中是数字数据，如鼠标的连续移动，在计算机中 成为离散的坐标点数据。常见的计算机模拟信号输入是音频和手写输入，音频的压縮已经 有多种方式，而手写输入的压縮还不完善，例如数字笔等设备的输入。通常数字笔的各种 信息量化后分通道输入，如墨水标记语言InkML标准把手写输入定义为16个通道，其中有 表示笔尖位置的X、 Y通道等。为了保证输入模拟信号的精度，该类设备的读取速度都比较 高，常见的数字笔读取速度都高于100点/秒，每次输入都包含所有通道的一个数据，数据 量很大，不方便直接存储。现有的压縮方式都是丢弃部分数据，或者对数据的压縮效果不 好。如专利号为01819444的数字墨水压縮技术，提出的压縮方法就是先显示墨迹，然后使 用二次差分方法压縮墨迹；只保存了墨迹，丢弃了其他数据。微软数字墨水技术中的默认 存储方式是墨水序列化(ISF)，也是主要用差分方法描述墨迹，把其他的压力、倾斜度、笔旋 转、时间等数据分离出来使用其他压縮方法压縮，同样是着重于墨迹压縮，而对其他数据的 压縮效果不好。而此类数据是模拟信号输入，主要内容是模拟输入的模糊性信息，主要用于 显示或者辨识，并不在于信息的完整无损，而且大部分数字化的过程就是有损失的。如果换 种思路进行压縮，也许能得到更好的压縮效果。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是对量化模拟信号后得到的数字数据的一种压縮方法，将量化 得到的数字数据转换成数学函数记录，保留了原模拟信号输入的可辨识性，且能达到更好 的压縮效果。 本专利技术的技术方案是 模拟信号是连续变化的，量化成的数字数据在时间坐标系上是连续分布的离散 点，可以使用曲线拟合的方法拟合各离散点，得到描述输入信号输入随时间变化的数学函 数；压縮数据就使用数学函数来记录。其压縮步骤是将数字数据与输入时间组合成二维 数组，然后使用曲线拟合的方法处理二维数组，得到描述模拟信号输入的数学函数。 在数学上，两个连续数列组合成的二维数组在平面上也是连续的，能使用曲线拟 合的方式进行压縮；因此不记录输入时间的单通道模拟输入量化后得到的数字数据可以先 看做是一个数列，然后将数列与数列的序号组合成二维数组进行曲线拟合。解压时通过序 号就能从函数中还原原数列。在多通道模拟输入时，可以使用时间、序号或任一通道与其他 通道组合成二维数组进行压縮，其实质相当于函数形式的变换。例如一个手写输入有笔尖 位置(X、Y)、压力(F)、时间(T)四个通道，在时间坐标系压縮后得到的是X二F(T)、Y二F(T)、Z = F(T)，经过函数变换可以得到T = F(X)、Y = F(X)、Z = Foo，相当于X通道与其他通道组合 成二维数组进行压縮。曲线拟合速度受拟合点数量的影响最大，可以采取忽略某些点的方 式提高处理速度，例如隔点采样，同时会降低压縮后的质量。 重构时通常按照时间或者序号采样，相当于模拟信号的再一次数字量化。使用时 间压縮时，通常还采用原输入的采样方式；而采用序号压縮时，序号标记了采样点，可以直 接由序号确定原数字数据的近似值；当原采样方式比较复杂时采用序号能够直接确定原采 样点，相当于省去了采样过程，能加快数字化的速度。 本文的创新点是使用曲线拟合方式确定数学函数来描述模拟信号输入，达到压縮 的效果。 本专利技术的有益效果是对模拟信号输入进行了有损压縮，其压縮过程就对输入进 行了一次平滑处理，并且在压縮后保持了模拟信号输入的辨识信息和视觉效果，可直接应 用于数字墨水技术的识别、存储等方面；压縮后使用数学函数记录，具有矢量数据特性，能 够任意放大而保持平滑和不失真。对于最简单的笔画记录，每个笔画需要笔尖位置和压力 的X、Y、Z三个通道就可以表示手写形状，拟合后可以表示为Y = F(X)、Z = F(x)两条曲线，两条曲线长度接近笔画长度，也就是短于笔画轮廓曲线长度，因此拟合得到的记录数据略小 于轮廓曲线字体数据的大小，远远优于现有的手写输入压縮方式。附图说明 下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。 图l:一段笔画输入 图2 :时间压縮过程示意图 图3:序号压縮示意图具体实施例方式具体实施例是对一段手写输入的笔画数据进行压縮和解压縮，图1是具体的笔 画，图2是多通道输入的时间压縮，图3是序号压縮。 手写输入的笔画如图1所示，该笔画有表示笔尖位置、压力、时间输入的X、 Y、 Z、 T 四个通道。模拟信号的输入要数字量化为数字数据，如表l，是其对应数字数据的简化示意 图。每次输入一组数据为表中的一列数据，如X、Y表示的笔尖位置；Z表示的压力；T表示时 间。表中一行就是一个通道的数字数据组成的数列，后面使用Xn、Yn、Zn、Tn表示各通道序 列。手写输入通常采用固定读取速度，因此读取时间实际上也就是开始时间加上读取周期 与序号的乘积，表中假设起始时间为O，读取周期10ms，则通道T的值就是序号乘以10ms。 表l: <table>table see original document page 5</column></row><table>合成二维数组(Tn， Xn)、 (Tn， Yn) 、 (Tn， Zn) ， 二维数组可以看做是平面坐标系上的离散点；然后使用曲线拟合的方法处理各通道的离散点，得到描述逼近离散点的拟合曲线的数学函数X二F(t)、 Y二F(t)、Z二F(t)，原模拟信号输入信息就由数学函数来记录。因为采用曲线拟合方式，压縮过程中质量会有所损失，质量损失的大小由拟合精度决定。其中数学函数的形式与拟合方法有关，本例中得出的是常规方程形式，还可以采用B样条、分段贝塞尔曲线等拟合方法，得到的方程是参数形式如:B(t) = P。(1—t)3+3P^(1—t)2+3P2t2(l—t)+P3t3，t G [O，l]，式中t为参数，方程解出的仍然是曲线上的点的坐标。 图3是序号压縮的示意图，应用于没有记录时间的单通道模拟信号输入。实施例中，从表1中抽取X通道看做是一个数列，与X通道的序号(S)组合成二维数组(Xn， Sn)，表示为坐标系中的曲线，然后曲线拟合成数学函数X二F(s)来记录。本例中时间通道与序号呈正比例关系，因此曲线形状和得出的拟合函数是相似的，只有参数不同。当多通道也可以照此方式与序号组合后进行压縮，如上例四通道输入得到的数学函数是X = F(s)、 Y = F(s)、Z = F(s)、 T = F(s);且采样复杂的情况下采用序号压縮，并把时间通道当做普通通道进行拟合，能够在重构时有序号确定采样点，省略采样过程，加快执行速度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟信号输入的压缩方法，其特征是：将模拟信号输入量化得到的数字数据转换为数学函数来记录，该方法包括以下步骤：Ａ，将模拟信号输入量化得到的数字数据看做数列形式，与输入时间或者数列序号组合成二维数组；Ｂ，使用曲线拟合的方法处理二维数组，得到记录模拟信号输入的数学函数。

【技术特征摘要】
一种模拟信号输入的压缩方法，其特征是将模拟信号输入量化得到的数字数据转换为数学函数来记录，该方法包括以下步骤A，将模拟信号输入量化得...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓坤，
申请(专利权)人：李晓坤，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]