[发明专利]一种模拟信号输入的压缩方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及计算机领域模拟信号输入的一种压缩方法，例如手写输入的数据的压缩。

背景技术

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，音频的压缩已经有多种方式，而手写输入的压缩还不完善，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。现有的压缩方式都是丢弃部分数据，或者对数据的压缩效果不好。如专利号为：01819444的数字墨水压缩技术，提出的压缩方法就是先显示墨迹，然后使用二次差分方法压缩墨迹；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缩方法压缩，同样是着重于墨迹压缩，而对其他数据的压缩效果不好。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缩，也许能得到更好的压缩效果。

发明内容

本发明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缩方法，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，且能达到更好的压缩效果。

本发明的技术方案是：

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；压缩数据就使用数学函数来记录。其压缩步骤是：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缩；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缩，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，在时间坐标系压缩后得到的是X＝F_(T)、Y＝F_(T)、Z＝F_(T)，经过函数变换可以得到T＝F_(X)、Y＝F_(X)、Z＝F_(X)，相当于X通道与其他通道组合成二维数组进行压缩。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，同时会降低压缩后的质量。

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。使用时间压缩时，通常还采用原输入的采样方式；而采用序号压缩时，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，达到压缩的效果。

本发明的有益效果是：对模拟信号输入进行了有损压缩，其压缩过程就对输入进行了一次平滑处理，并且在压缩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；压缩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缩方式。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1：一段笔画输入

图2：时间压缩过程示意图

图3：序号压缩示意图

具体实施方式