數據壓縮技術在電力系統通信中的應用

　　隨著微型計算機與通信技術的發展與日益成熟，一大批新型的電力系統故障錄波裝置和SCADA系統源源不斷地被引入電力系統，由微波信道(或電力載波、公用電話線等信道)將大批量數據傳送到電網調度中心，是目前廣為采用的方法。波特率不可能太高，所需通信時間太長的問題已成為一大難題。解決這一難題的有效途徑是數據的壓縮與解壓技術，即將發送端待傳輸的數據進行壓縮，而接收端將接收到的壓縮數據解壓以獲得原始數據。如傳輸電力系統某一波形數據文件的長度為23 376字節，若不采用壓縮而直接傳輸，所需時間為40 min，若采用自適應的哈夫曼數據壓縮與解壓技術壓縮后再傳輸，需22 min左右(與波形數據有關)。
　　其次，盡管計算機存儲器的價格有降低的趨勢，但在數據庫應用系統中，數據存儲仍然占有相當大的額外費用。因此，在數據庫系統中，對數據進行壓縮是減少數據存儲費用和提高性能的一個很有效的辦法。
　　數據壓縮技術方法很多，本文論述一種比較實用的自適應哈夫曼數據壓縮與解壓方法，該方法已被故障錄波器所采用。
1　自適應哈夫曼數據壓縮與解壓原理
　　哈夫曼編碼技術是一種比較常用的變長編碼方法，最早由Huffman D提出。它采用的是一種優化靜態編碼方法，由該算法產生的二叉樹具有最小的加權長之和∑WjLj，其中Wj是哈夫曼樹中第j個葉結點的重量，Lj為該葉結點到樹根的距離。靜態哈夫曼方法的最大缺點就是它需要對原始數據進行兩遍掃描：第一遍統計原始數據中各字符出現的頻率，利用得到的頻率值創建哈夫曼樹并將樹的有關信息保存起來，便于解壓使用；第二遍掃描則根據前面得到的哈夫曼樹對原始數據進行編碼，并將編碼信息存儲起來。此法如果用于網絡通信中，將會引起較大的延時。
　　針對上述問題，Faller等人提出了自適應即動態哈夫曼編碼方法，它對數據編碼的依據是動態變化的哈夫曼樹，也就是說，對t+1個字符編碼是根據原始數據中前t個字符得到的哈夫曼樹來進行的。壓縮與解壓子程序具有相同的算法修改哈夫曼樹，因而該方法不需要為解壓而保存樹的有關信息。壓縮與解壓一個字符所需的時間與該字符的編碼長度成正比，因而該過程可以實時進行。
　　自適應哈夫曼編碼的關鍵，就是如何將前t個字符的哈夫曼樹調整成一棵前t+1個字符的哈夫曼樹。為了解決上述問題，我們分兩步進行。
　　第一步， 我們把前t個字符的哈夫曼樹轉換成它的另一種形式， 只需在該樹第二步中簡單地把由根到葉結點ait+1路徑上的所有結點重量加1， 就可以變成前t+1個字符的哈夫曼樹。 其過程就是以葉結點ait+1為初始的當前結點， 重復地將當前結點與具有同樣重量的序號最大的結點進行交換，并使后者的父結點成為新的當前結點，直到遇到根結點為止。
　　第二步通過將根到葉結點ait+1路徑上的所有結點重量加1， 該樹就變成了前t+1個字符的哈夫曼樹。
2　自適應哈夫曼編碼及解碼流程及其說明
　　自適應哈夫曼編碼流程如圖1所示，其解碼流程如圖2所示。

圖1　自適應哈夫曼編碼流程