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专利号: 2024117455629
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-01-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向孪生系统的数据智能压缩方法,其特征在于,执行如下步骤S1‑步骤S5,完成数据的压缩和传输:步骤S1:采集视频数据、音频数据和文本数据作为待压缩的数据,针对待压缩的数据,进行预处理,包括数据的标准化处理和格式转换,获得预处理后的数据;

步骤S2:构建并训练Bootstrap模型,以预处理后的数据为输入,基于位置编码模块、双向门控循环单元、多头注意力机制、残差模块和功能模块,对预处理后的数据进行特征提取和初步压缩,输出概率分布logitsb;

步骤S3:构建并训练Combined模型,Combined模型由Bootstrap模型和Supporter模型组成,Supporter模型基于位置编码模块、多头注意力机制、残差模块和功能模块,输出概率分布logitss,Combined模型将Bootstrap模型输出的概率分布logitsb,与Supporter模型输出的概率分布logitss相结合,加强数据的序列特征表示和进一步压缩,生成概率分布logitsc;

步骤S4:使用算术编码方法对步骤S3输出的概率分布进行最终压缩,以减少数据传输的体积,并将数据向目标设备进行传输;

步骤S5:在目标设备上,利用预训练的Bootstrap模型、Combined模型和算术解码方法对接收到的数据进行解码和重构,还原出压缩前的原始数据。

2.根据权利要求1所述的一种面向孪生系统的数据智能压缩方法,其特征在于,步骤S1中针对待压缩的数据进行预处理的方法如下:针对视频数据和音频数据的数据帧进行帧间采样,通过以下公式降低采样率:;

其中, 是采样后的数据帧,Si代表原始数据帧序列中的第i帧,n是采样间隔;

针对采样后的视频数据和音频数据,进行归一化处理如下式:

其中,xnorm是归一化后的数据值,x是原始数据值,min(x)和max(x)分别是数据中的最小值和最大值;

针对文本数据,通过以下公式,进行字符到整数的映射:

其中,Cint是映射后的整数值,c是原始字符,ord是将字符转换为对应的ASCII整数值的函数。

3.根据权利要求1所述的一种面向孪生系统的数据智能压缩方法,其特征在于,步骤S2中所述的Bootstrap模型依次包括位置编码模块、双向门控循环单元、多头注意力机制、残差模块和功能模块;

Bootstrap模型输入预处理后的数据,通过位置编码模块为数据添加位置信息,然后采用双向门控循环单元,输出嵌入的特征,捕捉数据的双向依赖关系,之后经过展平操作,利用多头注意力机制,输出注意力得分,捕捉数据之间的复杂关系,通过残差模块和两个并行的功能模块,生成未缩放的概率分布logitsb,完成初步的预测,其中两个并行的功能模块为线性层和全连接层,先使用线性层对提取的特征进行初步变换,后通过全连接层将特征映射到输出空间。

4.根据权利要求1所述的一种面向孪生系统的数据智能压缩方法,其特征在于,步骤S3中所述的Combined模型中,Supporter模型输入预处理后的数据,通过位置编码模块为数据添加位置信息,将添加位置信息的数据与Bootstrap模型的双向门控循环单元所输出嵌入的特征进行拼接,将拼接后的特征通过多头注意力机制输出注意力得分,捕捉数据之间的复杂关系,依次通过多个残差模块,最后通过三个并行的功能模块,三个并行的功能模块为线性模块、密集模块和残差模块,各模块的输出向量通过线性变换缩减至与词汇表大小相匹配的维度,并在最后进行加权求和,生成概率分布logitss;

Combined模型将Bootstrap模型和Supporter模型输出的概率分布结合,通过凸和生成最终的概率分布logitsc;

其中,λ是一个通过sigmoid激活函数约束在[0,1]范围内的可学习参数。

5.根据权利要求3或4所述的一种面向孪生系统的数据智能压缩方法,其特征在于,位置编码模块对数据的处理过程如下式:;

其中, 、 为位置编码后的数据,pos是序列位置,i是维度索引,d是模型维度。

6.根据权利要求3或4所述的一种面向孪生系统的数据智能压缩方法,其特征在于,多头注意力机制对数据的处理过程如下式:;

其中,Attention(Q,K,V) 为注意力得分,Q,K,V分别代表查询、键和值矩阵,dk是键向量的维度,softmax是归一化函数。

7.根据权利要求1所述的一种面向孪生系统的数据智能压缩方法,其特征在于,步骤S4中的算术编码方法如下式:;

其中,new_interval是新的编码区间,low和high是当前区间的下界和上界,probability是当前符号的出现概率。