[发明专利]一种管道漏磁信号数据压缩装置及方法

权利要求书

1.一种管道漏磁信号数据压缩装置，其特征在于：包括：

数据采集单元：用于采集漏磁信号，并将其转化为电信号后，送入调理电路；

调理电路：用于将数据采集单元传送过来的电信号进行滤波、放大后，输出给A/D转换单元；

A/D转换单元：用于将调理电路送来的模拟信号转化为数字信号，输出给CPLD多通道采集控制单元；

CPLD多通道采集控制单元：用于控制A/D转换单元的各通道的转换顺序；

DSP数据处理单元：用于先利用小波变换特征值提取器提取漏磁检测信号的特征值，然后利用有损压缩器对漏磁检测信号进行有损压缩，其进一步包括：

小波变换特征值提取器：用于利用基于自适应阈值的小波变换特征值提取算法对漏磁信号进行特征值提取；

有损压缩控制器：用于利用基于改进SPIHT算法的有损压缩方法对漏磁信号进行有损压缩；

数据存储单元：用于存储压缩后的数据。

2.采用权利要求1所述的管道漏磁信号数据压缩装置对漏磁信号进行压缩的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采集管道漏磁信号，并将其转换为电信号，进行滤波放大后，进一步转换为数字信号；

步骤2：用基于自适应阈值的小波变换算法对步骤1输出的数字信号进行特征值提取，步骤如下：

步骤2-1：选择双正交小波基，对原始漏磁信号进行二进制小波变换，确定第一层小波系数和第二层小波系数；

步骤2-2：分别计算第一层和第二层小波系数的自适应阈值，方法如下：按照经验对第一层或第二层小波系数分别设置初始阈值与阈值步长，将绝对值小于该阈值的小波系数置零，然后将原始阈值加上一个阈值步长作为新的阈值，随着阈值逐渐增大，小波系数的非零值逐渐减少，当到达某个阈值时，非零小波系数个数减少速度变缓慢，则选定此时的阈值为第一层或第二层小波分解系数的阈值；

步骤2-3：确定第一层小波系数和第二层小波系数中的模极大值时刻，方法为：

步骤2-3-1：第一层小波系数内的不同时刻的高频系数与步骤2-2确定的该层小波分解系数的阈值比较，若高频系数的绝对值大于阈值，则保持高频系数值不变，若高频系数的绝对值小于阈值，则将高频系数值置零；

第二层小波系数内的不同时刻的高频系数与步骤2-2确定的该层小波分解系数的阈值比较，若高频系数的绝对值大于阈值，则保持高频系数值不变，若高频系数的绝对值小于阈值，则将高频系数值置零；

步骤2-3-2：确定模极大值点时刻：若经步骤2-3-1输出的第一层小波系数的非零值若同时满足如下三个条件：

(1)该非零值的绝对值必须大于或等于小波分解系数的阈值T；

(2)该非零值的绝对值应同时大于或等于其左侧第一个非零值和右侧第一个非零值；

(3)该非零值的绝对值大于其左侧的第一个非零值，或者大于其右侧的第一个非零值；则该非零值所对应的时刻即为第一层小波系数模极大值时刻；

第二层小波系数不同时刻的高频系数若满足上述三个条件，则确定该高频系数所对应的时刻即为第二层小波系数模极大值时刻；

步骤2-4：计算第一层小波系数模极大值时刻和第二层小波系数模极大值时刻的平均值；

步骤2-5：将步骤2-4产生的平均值所对应的原始漏磁信号点作为中心点，同时向左、向右搜索10～20个原始漏磁信号点，连同步骤2-4产生的平均值点一起，即为特征值；

步骤3：将一维漏磁信号转换为二维漏磁信号；

步骤4：对二维漏磁信号进行整数小波变换，得到小波系数矩阵，使漏磁信号的重要信息集中在小波变换系数的低频部分；

步骤5：将小波系数矩阵利用改进SPIHT算法进行有损压缩，步骤如下：

步骤5-1：对小波系数低频部分进行直流平移，具体方法如下：求出低频系数的平均值，取小波系数矩阵中低频部分的元素与该平均值作差，将结果替换原有的低频部分的元素，使低频小波系数幅值在0附近分布；

所述的低频系数平均值，是通过求取小波系数矩阵中低频部分的元素和除以低频部分小波系数个数后、再向下取整得到的；

步骤5-2：对经过直流平移后的低频小波系数进行编码：

步骤5-2-1：首先找出经直流平移后绝对值最大的低频小波系数，然后计算该低频小波系数所需的最小二进制位数n；

步骤5-2-2：所有的低频小波系数均先输出符号位，再一次性输出它们各自的前n+1-min位，其中，T_min为扫描的最小阈值；

步骤5-3：将小波系数矩阵中高频部分进行编码，具体为：

步骤5-3-1：计算高频系数的总阈值：首先找出绝对值最大的高频小波系数，然后计算该高频小波系数所需的最小二进制位数n，其中,n=log₂T；

步骤5-3-2：将高频系数按其所在子带分为水平块、垂直块和对角块；

步骤5-3-3：分别计算高频系数不同子带中水平块、垂直块和对角块对应的阈值；

步骤5-3-4：对高频系数进行排序扫描：对于N代前的子代采用全扫描策略，对于N代后的子带采取只扫描水平块的策略，其中，N为小波系数分解层数的1/3；

所述的全扫描策略是指：将高频系数的当前总阈值与N代前子带的所有块的阈值进行比较，若子带的块阈值小于总阈值，就不扫描该块；

若子带的块阈值大于或等于当前总阈值，则对该块中的每个元素进行扫描：

若块中的元素大于或等于当前总阈值，则认为该元素是重要的；否则，认为该元素是不重要的；

所述的只扫描水平块的策略是指：将高频系数的当前总阈值与N代后子带的水平块的阈值进行比较，若子带的水平块阈值小于当前总阈值，就不扫描该块；

若子带的水平块阈值大于或总阈值，则对该块中的每个元素进行扫描：

若块中的元素大于或等于总阈值，则认为该元素是重要的；否则，认为该元素是不重要的；

步骤5-3-5：对高频系数进行精细扫描：对步骤5-3-4除本次扫描过程检测出的重要元素外的其他重要元素分别输出他们第n个重要位，其中,n=log₂T；

步骤5-3-6：更新当前总阈值，具体步骤如下：

判断当前总阈值T是否大于等于T_min，若是，则将当前总阈值T减小为原来的一半，然后跳转至步骤5-3-4，进行下一次排序扫描和精细扫描；若否，则停止对当前输入漏磁检测信号进行编码。