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GPS定位數(shù)據(jù)壓縮算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要：為了解決嵌入式GPS車載系統(tǒng)存儲(chǔ)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(diǎn)，提出了專用于GPS定全數(shù)據(jù)壓縮的改進(jìn)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(chǔ)上改進(jìn)的算法，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，壓縮比可達(dá)50%。若將壓縮預(yù)處理也折算法在內(nèi)，總壓縮比可達(dá)80%以上，為車載系統(tǒng)節(jié)省了大量的存儲(chǔ)資源。除此之外，也縮短了GSM信道的占用時(shí)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(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)壓縮 GPS數(shù)據(jù)格式 壓縮預(yù)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(wú)存儲(chǔ)量大的硬盤等設(shè)備，系統(tǒng)程序、應(yīng)用程序一般裝在FLASH或ROM中。由于FLASH或ROM等存儲(chǔ)介質(zhì)的價(jià)格相對(duì)臺(tái)式機(jī)上廣泛使用的硬盤、光盤等來(lái)說(shuō)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(shí)必須將軟件所占的存儲(chǔ)空間限制在一定的范圍內(nèi)。
在GPS車載系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程中，主要需解決的問題是：車載系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)自導(dǎo)航，必須存儲(chǔ)大量的GPS定位數(shù)據(jù)（每天需要存儲(chǔ)約6MB）；其二是這些數(shù)據(jù)還要通過(guò)GSM信道上傳到控制調(diào)度中心（若通過(guò)短信業(yè)務(wù)發(fā)送，每次160B，則需要每分上傳6次）。無(wú)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(lái)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(wú)損壓縮和有損壓縮兩大類。無(wú)損壓縮利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)冗余進(jìn)行壓縮。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(yīng)用場(chǎng)合的圖像數(shù)據(jù)（如指紋圖像、醫(yī)學(xué)圖像等）的壓縮。有損壓縮方法利用了人類視覺對(duì)圖像中的某些頻率成分不敏感的特性，允許壓縮過(guò)程中的損失一定的信息。雖然不能完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，但是所損失的部分對(duì)理解原始圖像的影響較小，卻換來(lái)了大得多的壓縮比。有損壓縮廣泛應(yīng)用于語(yǔ)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(dāng)中，這完全由嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)所決定。首先，用于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮方法應(yīng)是無(wú)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(huì)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(diǎn)，才能進(jìn)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(dòng)執(zhí)行必須人為干擾，不能自動(dòng)執(zhí)行，因?yàn)樗鼈兪菫槲募到y(tǒng)設(shè)計(jì)的，而嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮必須能夠自動(dòng)執(zhí)行。
1 GPS數(shù)據(jù)格式
GPS OEM板由變頻器、信號(hào)通道、微處理器和存儲(chǔ)單元等組成。GPS OEM板的型號(hào)甚多，性能各異，但大多采用美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)制定的NMEA-0183通信標(biāo)準(zhǔn)格式。本系統(tǒng)選擇的是美國(guó)SiRF公司的SiRFstarII OEM板。SiRFstarII OEM板語(yǔ)句的輸入、輸出是通過(guò)RS232串行接口完成的，其通信端口的數(shù)據(jù)格式應(yīng)該設(shè)置為8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)起始位和1個(gè)停止位，校驗(yàn)方式選為無(wú)奇偶校驗(yàn)，波特率設(shè)置為4800波特。NMEA-0183通信標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間、航向以及衛(wèi)星狀況等信息，語(yǔ)句有六種，包括GGA，GLL、GSA、GSV、RMC和VTG。對(duì)于不同的用途，選用的語(yǔ)句記錄也不同，例如嵌入式GPS車載系統(tǒng)的使用者只關(guān)心其日期和時(shí)間、糾度、面速度信息，因而
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