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GPS定位數(shù)據(jù)壓縮算法的設計與實現(xiàn)
摘要：為了解決嵌入式GPS車載系統(tǒng)存儲空間小、GPS定位數(shù)據(jù)量大的矛盾，根據(jù)GPS定位數(shù)據(jù)的特點，提出了專用于GPS定全數(shù)據(jù)壓縮的改進型半字節(jié)壓縮算法。該算法是一種在原半字節(jié)壓縮算法的基礎上改進的算法，經(jīng)過實際測試，壓縮比可達50%。若將壓縮預處理也折算法在內(nèi)，總壓縮比可達80%以上，為車載系統(tǒng)節(jié)省了大量的存儲資源。除此之外，也縮短了GSM信道的占用時間，大大地緩解了向控制調(diào)度中心上傳數(shù)據(jù)的壓力。關鍵詞：數(shù)據(jù)壓縮 GPS數(shù)據(jù)格式 壓縮預處理 半字節(jié)壓縮算法
嵌入式GPS車載系統(tǒng)般體積較小，無存儲量大的硬盤等設備，系統(tǒng)程序、應用程序一般裝在FLASH或ROM中。由于FLASH或ROM等存儲介質(zhì)的價格相對臺式機上廣泛使用的硬盤、光盤等來說是非常昂貴的，因此，在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的軟件產(chǎn)品時必須將軟件所占的存儲空間限制在一定的范圍內(nèi)。
在GPS車載系統(tǒng)的研發(fā)過程中，主要需解決的問題是：車載系統(tǒng)為了實現(xiàn)自導航，必須存儲大量的GPS定位數(shù)據(jù)（每天需要存儲約6MB）；其二是這些數(shù)據(jù)還要通過GSM信道上傳到控制調(diào)度中心（若通過短信業(yè)務發(fā)送，每次160B，則需要每分上傳6次）。無疑，數(shù)據(jù)壓縮是在不增加硬件成本的前提下，從軟件的角度來充分發(fā)揮系統(tǒng)現(xiàn)有資源的有效辦法。
數(shù)據(jù)壓縮方法種類繁多，可以分為無損壓縮和有損壓縮兩大類。無損壓縮利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計冗余進行壓縮。數(shù)據(jù)統(tǒng)計冗余度的理論限制，般為2：1到5：1。這類方法廣泛用于文本數(shù)據(jù)、程序和特殊應用場合的圖像數(shù)據(jù)（如指紋圖像、醫(yī)學圖像等）的壓縮。有損壓縮方法利用了人類視覺對圖像中的某些頻率成分不敏感的特性，允許壓縮過程中的損失一定的信息。雖然不能完全恢復原始數(shù)據(jù)，但是所損失的部分對理解原始圖像的影響較小，卻換來了大得多的壓縮比。有損壓縮廣泛應用于語音、圖像和視頻數(shù)據(jù)的壓縮。
目前現(xiàn)在的壓縮算法很多，但不能直接用于嵌入式系統(tǒng)當中，這完全由嵌入式系統(tǒng)的特點所決定。首先，用于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮方法應是無損壓縮方法。其次，壓縮代碼和解碼所需的信息代碼必須足夠短，否則就會失去壓縮的意義。還有，嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮必須結(jié)合具體的數(shù)據(jù)格式的特點，才能進一步提高數(shù)據(jù)的壓縮比。除此之外，目前的壓縮程序的啟動執(zhí)行必須人為干擾，不能自動執(zhí)行，因為它們是為文件系統(tǒng)設計的，而嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮必須能夠自動執(zhí)行。
1 GPS數(shù)據(jù)格式
GPS OEM板由變頻器、信號通道、微處理器和存儲單元等組成。GPS OEM板的型號甚多，性能各異，但大多采用美國國家海洋電子協(xié)會制定的NMEA-0183通信標準格式。本系統(tǒng)選擇的是美國SiRF公司的SiRFstarII OEM板。SiRFstarII OEM板語句的輸入、輸出是通過RS232串行接口完成的，其通信端口的數(shù)據(jù)格式應該設置為8個數(shù)據(jù)位、1個起始位和1個停止位，校驗方式選為無奇偶校驗，波特率設置為4800波特。NMEA-0183通信標準的輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCII碼，其內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時間、航向以及衛(wèi)星狀況等信息，語句有六種，包括GGA，GLL、GSA、GSV、RMC和VTG。對于不同的用途，選用的語句記錄也不同，例如嵌入式GPS車載系統(tǒng)的使用者只關心其日期和時間、糾度、面速度信息，因而
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