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摘?要 随着现代信息技术的高速发展，尤其现在用户对电能的大力需求，每天采集的数据量也是相当大，这些数据如果不经过处理就进行采集传给中央控制中心，将需要很大的带宽来进行传输而造成带宽拥挤。由于现代数据压缩处理技术的快速发展，很快这一技术在电力通信系统中得到了应用，并解决了带宽的问题。本文主要介绍了数据压缩技术的原理及分类，并指出电力系统通信中数据压缩技术的实现方法及设计原理，仅供学习和参考。
关键词 电力通信；电力数据；数据处理；数据压缩技术；数据压缩方法
中图分类号 TN915 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0160-01
随着现代计算机处理技术与通信技术的快速发展，最初的信息传输方式已经远远不能满足电力系统通信的传输，人们开始探究其他的技术应用，其中数据压缩技术的发展很快在电力系统通信的领域中崭露头角，这种技术的应用不仅给电力通信的传输带来了革命性的改变，而且现在各种压缩算法也存在差异，所以要想在应用中得到良好的综合压缩性能，还是必须针对各种因素进行比较分析而确定哪一种算法适合在电力系统通信中的应用。
1 数据压缩的原理
数据压缩不仅要求降低数字化的信息冗余，而且还要能保证信号的质量。数据压缩技术主要是依据信号源的特征及特性来进行处理，其中必须拥有三个方面的特性才能进行数据压缩处理。
1）信息量。并不是所有的信号都需要进行压缩处理，一般针对于占用空间较大的数据才采用这一技术处理来完成所需要的转换过程。主要将占用空间较大的数据进行切块压缩编码，到最后处理占用较少的带宽而完成数据的传输，不仅保证了信号的质量还提高了系统的稳定性。
2）冗余度。若信号源的实际熵小于信号源编码的熵，那么这种信号源中存在冗余度，冗余度包括时间冗余、空间冗余、视觉冗余和听觉冗余等等。压缩技术就是利用这些冗余量，将信号整合得到一种占用较小的空间里，而满足用户的更多需求。
3）编码模型。熵编码模型是整个压缩技术的狠心部分，只有拥有这种编码模型才能进行数据的处理。
2 数据压缩技术的分类
目前数据压缩主要有两大分类，无损压缩与有损压缩两种种类，下面就两种类型进行简要的分析说明，便于后期我们选择
使用。
2.1 无损压缩技术
无损压缩技术，主要利用数据冗余进行压缩而成，而且将信号进行压缩达到没有损失的，使信号具有高保证的效果。目前无损压缩方法主要有HUFFMAN编码、LZW编码、霍夫曼编码、游程编码和算术编码等等。这种压缩技术具有以下几大特点。
1）信号保存完整，没有任何信号的损失。
2）不守信号源的干扰，而且音质高保真。
3）信号转换方便，不需要二次转换。
4）整体压缩占用空间大，效果比例不高。
5）硬件支持较少。
2.2 有损压缩技术
有损压缩技术，主要是针对图像以及声波中的一些不敏感的特性作出压缩处理，这种技术不能完全对原始信号源进行恢复，但是却拥有较大的压缩比。目前这种压缩技术有两种机制。第一种，变换编解码；第二种，预测编解码。前者主要是将图像与声音进行采集，然后进行切块分类重新变换一个新的空间与量化，最后进行量化值的熵编码。而后者主要是利用先前的数据和后来解码的数据进行预测当前的声音、图像帧，根据预测数据与实际数据之间的误差，然后对于重现的预测信息量化编码。在实际应用中主要常见有预测编码、统计编码、变换编码、矢量量化和子带编码等几种方法。有损压缩技术具有以下几个特点。
1）在运用这种技术之后，我们就能够很好的获取比无损压缩之后更大的文件，而且还能满足系统需求。
2）如果需要进行视频或者是影像的处理，通过这种方法也可以很好的进行解决，而且它被经常的在压缩声音和图像等视频中应用。
3）对于有损压缩技术来说，它一般都具有较大的压缩比，这是它的一个显著特点。
4）相对于其他的压缩技术来说，有损压缩技术重要的就是体现在有损上，也就是说它在对原文件进行相关的解压之后，一般都会具有较大的信号损失，对此需要引起我们的注意。
2.3 对比分析
这两者都有自己的特点，而且使用的范畴也是不尽相同。如果应用的话一般根据需要来综合考虑，尤其在电力系统通信中显得尤为重要。主要从压缩性能、信号质量、比特率、数据压缩系统的复杂性以及编译码延时等几个方面来入手。
3 电力系统的硬件设计
由于电力系统不同于其他系统，所以再设计时必须满足对本身硬件的设计。目前比较成熟和传统的应用就是静态哈夫曼数据压缩方法，本方法主要采用DSP TMS320F2812的处理器，主要因为这种处理器精度高、集成度高以及速度快等特点。而且这种处理器主频达到了150 MHz，不仅功耗低，而且高度集成了128KB的Flash 存储器与4KB的引导只读内存和2KB的OTP ROM，而且大大的该变了应用的灵活性。不仅拥有128位的密码保护机制，而且还具有两个时间管理模块为电机与功率控制提供良好的运行环境，同时实现了信号双通道的采集。
对于传输方式，我们采取全双工的模式进行信号收发功能，对于网络接口芯片的选择需要选择支持以太网和IEEE 802.3，而且传输速率能达到10 Mbit/s以上，同时能支持UTP、AUI和BNC等相关性检测和自动校正功能，至少能允许4个LED的诊断引脚编程的输出。
4 电力系统的软件设计
电力系统通信的核心是软件的设计，重点是数据编译码的过程，针对于现代电力系统的发展，怎样的设计才能达到电力系统通信的要求，就这一问题进行简要的分析说明。由于电力系统通信的特殊性，哈夫曼编码是在整个电力系统中应用比较成熟的
方法。
4.1 哈夫曼编码程序
统计字符出现的概率。编码的第一步就是进行统计字符，整个编码中为了保存统计数据结果，必须要建立由256个元素的长度数组来进行统计数值，做好后面其他工作的重要依据。
二叉树的构造。首先将压缩的字符进行排序，主要按照字符的出现频率而定。然后进行概率组合相加得到新的概率，直到概率为1.0为止。最后就是对信号源符号进行排序，从而得到哈夫曼码。
生成符号代码表格进行数据压缩。这一过程需要得出每个字符所对应的编码才能进行压缩，根据树形结构，计算出所需要的代码表，然后进行整合，完成所有的代码的构造。编码需要从数据源的每一个字符进行，直到所有读取完成后才算整个数据压缩。
4.2 哈夫曼解码程序
解码首先需要读出压缩文件开头字符出现概率，然后从树根读入数据的第一位是0就进行下一分支读取，如果是1就进行上一分支读取。整个解码过程只针对字符概率做出统计，得到了与编码相同的哈夫曼树。同时需要保存数据源的大小，以保证整个解码过程准确性。
5 结论
本文主要通过介绍了目前数据压缩技术的方法与原理，简要阐述了电力系统中数据压缩技术的应用，包括从硬件到软件做出了详细的说明，做好数据压缩技术在电力系统通信的应用不仅熟悉其分类与方法，最重要还要加强这方面人才的培养。
参考文献
[1]苏奎峰,吕强,耿庆峰.TMS320F2812原理与开发[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2]陈怀琛.MATLAB及在电子信息课程中的应用[M].北京:电子工业出版社,2002.
[3]苗世洪,孙扬声,吴小辰.基于电力系统故障信息远程通信的高效数据压缩与解压技术研究[J].电力系统自动化,1996,09.
[4]苗世洪,孙扬声,伍咏红.电力系统故障录波装置的远程通信问题研究[J].1995,07.
[5]曾玲.数据压缩技术在通信中的应用[D].西南交通大学 ,2003.
关键词 电力通信；电力数据；数据处理；数据压缩技术；数据压缩方法
中图分类号 TN915 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0160-01
随着现代计算机处理技术与通信技术的快速发展，最初的信息传输方式已经远远不能满足电力系统通信的传输，人们开始探究其他的技术应用，其中数据压缩技术的发展很快在电力系统通信的领域中崭露头角，这种技术的应用不仅给电力通信的传输带来了革命性的改变，而且现在各种压缩算法也存在差异，所以要想在应用中得到良好的综合压缩性能，还是必须针对各种因素进行比较分析而确定哪一种算法适合在电力系统通信中的应用。
1 数据压缩的原理
数据压缩不仅要求降低数字化的信息冗余，而且还要能保证信号的质量。数据压缩技术主要是依据信号源的特征及特性来进行处理，其中必须拥有三个方面的特性才能进行数据压缩处理。
1）信息量。并不是所有的信号都需要进行压缩处理，一般针对于占用空间较大的数据才采用这一技术处理来完成所需要的转换过程。主要将占用空间较大的数据进行切块压缩编码，到最后处理占用较少的带宽而完成数据的传输，不仅保证了信号的质量还提高了系统的稳定性。
2）冗余度。若信号源的实际熵小于信号源编码的熵，那么这种信号源中存在冗余度，冗余度包括时间冗余、空间冗余、视觉冗余和听觉冗余等等。压缩技术就是利用这些冗余量，将信号整合得到一种占用较小的空间里，而满足用户的更多需求。
3）编码模型。熵编码模型是整个压缩技术的狠心部分，只有拥有这种编码模型才能进行数据的处理。
2 数据压缩技术的分类
目前数据压缩主要有两大分类，无损压缩与有损压缩两种种类，下面就两种类型进行简要的分析说明，便于后期我们选择
使用。
2.1 无损压缩技术
无损压缩技术，主要利用数据冗余进行压缩而成，而且将信号进行压缩达到没有损失的，使信号具有高保证的效果。目前无损压缩方法主要有HUFFMAN编码、LZW编码、霍夫曼编码、游程编码和算术编码等等。这种压缩技术具有以下几大特点。
1）信号保存完整，没有任何信号的损失。
2）不守信号源的干扰，而且音质高保真。
3）信号转换方便，不需要二次转换。
4）整体压缩占用空间大，效果比例不高。
5）硬件支持较少。
2.2 有损压缩技术
有损压缩技术，主要是针对图像以及声波中的一些不敏感的特性作出压缩处理，这种技术不能完全对原始信号源进行恢复，但是却拥有较大的压缩比。目前这种压缩技术有两种机制。第一种，变换编解码；第二种，预测编解码。前者主要是将图像与声音进行采集，然后进行切块分类重新变换一个新的空间与量化，最后进行量化值的熵编码。而后者主要是利用先前的数据和后来解码的数据进行预测当前的声音、图像帧，根据预测数据与实际数据之间的误差，然后对于重现的预测信息量化编码。在实际应用中主要常见有预测编码、统计编码、变换编码、矢量量化和子带编码等几种方法。有损压缩技术具有以下几个特点。
1）在运用这种技术之后，我们就能够很好的获取比无损压缩之后更大的文件，而且还能满足系统需求。
2）如果需要进行视频或者是影像的处理，通过这种方法也可以很好的进行解决，而且它被经常的在压缩声音和图像等视频中应用。
3）对于有损压缩技术来说，它一般都具有较大的压缩比，这是它的一个显著特点。
4）相对于其他的压缩技术来说，有损压缩技术重要的就是体现在有损上，也就是说它在对原文件进行相关的解压之后，一般都会具有较大的信号损失，对此需要引起我们的注意。
2.3 对比分析
这两者都有自己的特点，而且使用的范畴也是不尽相同。如果应用的话一般根据需要来综合考虑，尤其在电力系统通信中显得尤为重要。主要从压缩性能、信号质量、比特率、数据压缩系统的复杂性以及编译码延时等几个方面来入手。
3 电力系统的硬件设计
由于电力系统不同于其他系统，所以再设计时必须满足对本身硬件的设计。目前比较成熟和传统的应用就是静态哈夫曼数据压缩方法，本方法主要采用DSP TMS320F2812的处理器，主要因为这种处理器精度高、集成度高以及速度快等特点。而且这种处理器主频达到了150 MHz，不仅功耗低，而且高度集成了128KB的Flash 存储器与4KB的引导只读内存和2KB的OTP ROM，而且大大的该变了应用的灵活性。不仅拥有128位的密码保护机制，而且还具有两个时间管理模块为电机与功率控制提供良好的运行环境，同时实现了信号双通道的采集。
对于传输方式，我们采取全双工的模式进行信号收发功能，对于网络接口芯片的选择需要选择支持以太网和IEEE 802.3，而且传输速率能达到10 Mbit/s以上，同时能支持UTP、AUI和BNC等相关性检测和自动校正功能，至少能允许4个LED的诊断引脚编程的输出。
4 电力系统的软件设计
电力系统通信的核心是软件的设计，重点是数据编译码的过程，针对于现代电力系统的发展，怎样的设计才能达到电力系统通信的要求，就这一问题进行简要的分析说明。由于电力系统通信的特殊性，哈夫曼编码是在整个电力系统中应用比较成熟的
方法。
4.1 哈夫曼编码程序
统计字符出现的概率。编码的第一步就是进行统计字符，整个编码中为了保存统计数据结果，必须要建立由256个元素的长度数组来进行统计数值，做好后面其他工作的重要依据。
二叉树的构造。首先将压缩的字符进行排序，主要按照字符的出现频率而定。然后进行概率组合相加得到新的概率，直到概率为1.0为止。最后就是对信号源符号进行排序，从而得到哈夫曼码。
生成符号代码表格进行数据压缩。这一过程需要得出每个字符所对应的编码才能进行压缩，根据树形结构，计算出所需要的代码表，然后进行整合，完成所有的代码的构造。编码需要从数据源的每一个字符进行，直到所有读取完成后才算整个数据压缩。
4.2 哈夫曼解码程序
解码首先需要读出压缩文件开头字符出现概率，然后从树根读入数据的第一位是0就进行下一分支读取，如果是1就进行上一分支读取。整个解码过程只针对字符概率做出统计，得到了与编码相同的哈夫曼树。同时需要保存数据源的大小，以保证整个解码过程准确性。
5 结论
本文主要通过介绍了目前数据压缩技术的方法与原理，简要阐述了电力系统中数据压缩技术的应用，包括从硬件到软件做出了详细的说明，做好数据压缩技术在电力系统通信的应用不仅熟悉其分类与方法，最重要还要加强这方面人才的培养。
参考文献
[1]苏奎峰,吕强,耿庆峰.TMS320F2812原理与开发[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2]陈怀琛.MATLAB及在电子信息课程中的应用[M].北京:电子工业出版社,2002.
[3]苗世洪,孙扬声,吴小辰.基于电力系统故障信息远程通信的高效数据压缩与解压技术研究[J].电力系统自动化,1996,09.
[4]苗世洪,孙扬声,伍咏红.电力系统故障录波装置的远程通信问题研究[J].1995,07.
[5]曾玲.数据压缩技术在通信中的应用[D].西南交通大学 ,2003.