引言：隨著微型計算機與通信技術的發(fā)展與日益成熟，一大批新型的電力系統(tǒng)故障錄波裝置和SCADA系統(tǒng)源源不斷地被引入電力系統(tǒng)，由微波信道(或電力載波、公用電話線等信道)將大批量數(shù)據(jù)傳送到電網(wǎng)調(diào)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(shù)據(jù)的壓縮與解壓技術，即將發(fā)送端待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行壓縮，而接收端將接收到的壓縮數(shù)據(jù)解壓以獲得原始數(shù)據(jù)。如傳輸電力系統(tǒng)某一波形數(shù)據(jù)文件的長度為23 376字節(jié)，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(shù)據(jù)壓縮與解壓技術壓縮后再傳輸，需22 min左右(與波形數(shù)據(jù)有關)。
其次，盡管計算機存儲器的價格有降低的趨勢，但在數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲仍然占有相當大的額外費用。因此，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)進行壓縮是減少數(shù)據(jù)存儲費用和提高性能的一個很有效的辦法。
數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yōu)化靜態(tài)編碼方法，由該算法產(chǎn)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(jié)點的重量，Lj為該葉結(jié)點到樹根的距離。靜態(tài)哈夫曼方法的最大缺點就是它需要對原始數(shù)據(jù)進行兩遍掃描：第一遍統(tǒng)計原始數(shù)據(jù)中各字符出現(xiàn)的頻率，利用得到的頻率值創(chuàng)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(jù)前面得到的哈夫曼樹對原始數(shù)據(jù)進行編碼，并將編碼信息存儲起來。此法如果用于網(wǎng)絡通信中，將會引起較大的延時。
針對上述問題，F(xiàn)aller等人提出了自適應即動態(tài)哈夫曼編碼方法，它對數(shù)據(jù)編碼的依據(jù)是動態(tài)變化的哈夫曼樹，也就是說，對t+1個字符編碼是根據(jù)原始數(shù)據(jù)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(diào)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(zhuǎn)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(jié)點ait+1路徑上的所有結(jié)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(jié)點ait+1為初始的當前結(jié)點， 重復地將當前結(jié)點與具有同樣重量的序號最大的結(jié)點進行交換，并使后者的父結(jié)點成為新的當前結(jié)點，直到遇到根結(jié)點為止。
第二步通過將根到葉結(jié)點ait+1路徑上的所有結(jié)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
圖2 自適應哈夫曼解碼流程
幾點說明：
(1) 所謂交換結(jié)點，是指交換以該結(jié)點為根結(jié)點的二叉樹(假設該結(jié)點有二叉樹)；
(2) 葉子結(jié)點重量就是該字符已經(jīng)出現(xiàn)的次數(shù)，空葉結(jié)點的重量可以理解為字母表中尚未出現(xiàn)的字符出現(xiàn)的次數(shù)(因為其重量為0)。
3 自適應哈夫曼數(shù)據(jù)壓縮與解壓的實際效果
我們選擇了幾種類型的數(shù)據(jù)文件進行了測試，對于波形數(shù)據(jù)壓縮率為40%左右，報表數(shù)據(jù)壓縮率為50%左右，C語言源文件壓縮率為60%～70%。顯而易見，其效果對電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信起到了很大作用，使通信時間大大縮短。
4 結(jié)論
電力系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)有其自身的特征，可采用不同的方法。本文介紹的壓縮與解壓方法是一種無損壓縮(即解壓后使信號完全復原)，通用性強，幾乎適用于任何類型的數(shù)據(jù)，因而有廣泛的應用前景。
作者：苗世洪
（轉(zhuǎn)載）
