一种计算数字有效位宽的方法、系统、设备和存储介质与流程

1.本发明涉及数据压缩领域，更具体地，特别是指一种计算数字有效位宽的方法、系统、设备和存储介质。


背景技术：

2.随着大数据、人工智能、区块链等前沿科学技术的迅速发展，数据也随之爆发式的增长，海量数据将对现有的存储设备带来巨大的压力。随着云计算对传统计算架构的替代，数据存储的结构也在发生变化，计算资源和存储资源将进一步向头部的数据中心聚合，进一步给服务器存储带来压力。面对这些持续增加的海量数据，数据压缩成为减轻服务器存储负担，降低存储成本的有效方法之一。
3.数据压缩可以在不丢失有用信息的前提下，缩减数据量以减少存储空间，提高其传输、存储和处理效率。无损数据压缩一般通过两种方法来实现：一种是通过字典的方式实现压缩的算法，包括lz系列算法，这类算法能实现重复数据的搜索功能；另一种是基于统计模型的熵编码算法，如huffman码、算术编码、非对称数字系统等。当前主流数据压缩标准，大多采用上述两种算法混合形式：即利用lz77算法搜索原始数据中的重复数据，然后采用熵编码方案对lz77算法生成的符号进行编码压缩。如上文所述，熵编码基于统计模型。当前的数据压缩标准所用采用的熵编码方案，需要对通常不是直接对符号本身进行统计，而是对符号进行分类，然后统计每一类所涵盖的符号的总频率。
4.数据压缩标准中通常会采用符号的有效位宽作为符号的分类标准。因此熵编码方案进行频率统计时，需要先计算每个符号的有效位宽再确定分类号，然后再进行类频率统计。在计算机系统中，为了精确表达及传输数据，会采用固定的标准位宽来存储数据，32bit(比特)是常用的标准位宽。如前文所述，数据压缩标准中采用的熵编码方案依据符号的有效位宽对符号进行分类。数字的有效位宽指的是二进制数字中最高位“1”所在的位置。以十进制数字531为例，它的二进制形式为
‘
0b 0000 0010 0001 0011’，它的有效位宽为10。目前为了计算数字有效位宽，通常采用逐位比对算法，获取数字的有效位宽。
5.从数字标准位宽的最高位出发，从高到底，依次比对每个bit，找到第一个“1”的所在bit就找到该数字的有效位宽。由于逐位比对方案采用循环的形式来计算数字的位宽，所以对于特定的数字，它的计算次数不尽相同：对于标准位宽为32的数字12345(
‘
0b 0000 0000 0000 0000 0011 0000 0011 1001’)，计算次数为18，对于98765(
‘
0b 0000 0000 0000 0001 1000 0001 1100 1101’)，它的计算次数为15。在硬件方案中，对于同一功能模块，通常要求时间消耗相同。因此逐位比对方案无法用于硬件实现。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种计算数字有效位宽的方法、系统、计算机设备及计算机可读存储介质，本发明若用于软件实现，与当前的逐位比较法相比，可以大大降低计算次数；本发明仅仅运用了最简单的计算操作(位或、移位、乘法、查表)，所以易
于硬件实现，不仅可以快速得到数字的有效位宽，而且求解时间将固定，另外，将本发明用于数据压缩相关算法中，可以提高数据压缩速率。
7.基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种计算数字有效位宽的方法，包括如下步骤：将预设标准位宽中的相同有效位宽的数字转换为对应的特征数字，以得到所述预设标准位宽中所有的特征数字；确定标准值以使得所述标准值与所述所有的特征数字分别处理后的结果满足均匀分布，并根据所述标准值得到对应的映射列表；将待计算数字转换为对应的特征数字，并将所述特征数字和所述标准值进行处理以得到待处理结果；以及根据所述待处理结果从所述映射列表中确定所述待计算数字的有效位宽。
8.在一些实施方式中，所述将预设标准位宽中的相同有效位宽的数字转换为对应的特征数字包括：将最高有效位以下的所有位全部置为第一数字，并进行格式转换。
9.在一些实施方式中，所述确定标准值以使得所述标准值与所述所有的特征数字分别处理后的结果满足均匀分布包括：将所述标准值分别与所述所有的特征数字进行相乘并移位，移位的位数基于所述预设标准位宽确定。
10.在一些实施方式中，所述根据所述标准值得到对应的映射列表包括：按照有效位宽从小到大的次序将所有的特征数字进行排序，按照次序将所述标准值分别与所述所有的特征数字进行处理，并将处理后的结果形成映射列表。
11.本发明实施例的另一方面，提供了一种计算数字有效位宽的系统，包括：转换模块，配置用于将预设标准位宽中的相同有效位宽的数字转换为对应的特征数字，以得到所述预设标准位宽中所有的特征数字；确定模块，配置用于确定标准值以使得所述标准值与所述所有的特征数字分别处理后的结果满足均匀分布，并根据所述标准值得到对应的映射列表；处理模块，配置用于将待计算数字转换为对应的特征数字，并将所述特征数字和所述标准值进行处理以得到待处理结果；以及映射模块，配置用于根据所述待处理结果从所述映射列表中确定所述待计算数字的有效位宽。
12.在一些实施方式中，所述转换模块配置用于：将最高有效位以下的所有位全部置为第一数字，并进行格式转换。
13.在一些实施方式中，所述确定模块配置用于：将所述标准值分别与所述所有的特征数字进行相乘并移位，移位的位数基于所述预设标准位宽确定。
14.在一些实施方式中，所述确定模块配置用于：按照有效位宽从小到大的次序将所有的特征数字进行排序，按照次序将所述标准值分别与所述所有的特征数字进行处理，并将处理后的结果形成映射列表。
15.本发明实施例的又一方面，还提供了一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述指令由所述处理器执行时实现如上方法的步骤。
16.本发明实施例的再一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有被处理器执行时实现如上方法步骤的计算机程序。
17.本发明具有以下有益技术效果：通过将预设标准位宽中的相同有效位宽的数字转换为对应的特征数字，确定与特征数字处理后的结果满足均匀分布的标准值，并根据标准值对应的映射列表来确定数字的有效位宽，与当前的逐位比较法相比，可以大大降低计算次数；本发明仅仅运用了最简单的计算操作(位或、移位、乘法、查表)，所以易于硬件实现，
不仅可以快速得到数字的有效位宽，而且求解时间将固定，另外，将本发明用于数据压缩相关算法中，可以提高数据压缩速率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
19.图1为本发明提供的计算数字有效位宽的方法的实施例的示意图；
20.图2为本发明提供的计算数字有效位宽的系统的实施例的示意图；
21.图3为本发明提供的计算数字有效位宽的计算机设备的实施例的硬件结构示意图；
22.图4为本发明提供的计算数字有效位宽的计算机存储介质的实施例的示意图。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
24.需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
25.本发明实施例的第一个方面，提出了一种计算数字有效位宽的方法的实施例。图1示出的是本发明提供的计算数字有效位宽的方法的实施例的示意图。如图1所示，本发明实施例包括如下步骤：
26.s1、将预设标准位宽中的相同有效位宽的数字转换为对应的特征数字，以得到所述预设标准位宽中所有的特征数字；
27.s2、确定标准值以使得所述标准值与所述所有的特征数字分别处理后的结果满足均匀分布，并根据所述标准值得到对应的映射列表；
28.s3、将待计算数字转换为对应的特征数字，并将所述特征数字和所述标准值进行处理以得到待处理结果；以及
29.s4、根据所述待处理结果从所述映射列表中确定所述待计算数字的有效位宽。
30.本发明适用于标准位宽为8bit、16bit和32bit等数字的有效位宽。本发明以32bit为例对实施步骤进行说明。
31.将预设标准位宽中的相同有效位宽的数字转换为对应的特征数字，以得到所述预设标准位宽中所有的特征数字。标准位宽为32bits的数字，将变换为32个可能数字，也即是本技术中的特征数字。
32.由二进制数字理论可知，对于特定的有效位宽n，其对应的数字取值范围2n……2n 1-1，要将上述范围的数字转换为同一个数字，最简单的方法转换为范围内数字的最大值或者最小值。由于每个区间的最小值min与最大值max存在如下关系：max＝2*min-1。由此可以看出，最大值与最小值之间存在简单的运算关系，可以认为上述范围内数字转换为最大值
1111 1111 1111’)。对特征值131071乘以4164560587后右移27位，如下计算形式：y＝(131071*4164560587)》》27＝10；利用映射列表求出123456的有效位宽：valid_bits＝map[10]＝16，所以123456的有效位宽为16。
[0049]
整个计算方案，可以用如下伪代码描述：
[0050]
x＝n|1
[0051]
x|＝x》》1
[0052]
x|＝x》》2
[0053]
x|＝x》》4
[0054]
x|＝x》》8
[0055]
x|＝x》》16
[0056]
y＝(c*x)》》27
[0057]
valid_bits(n)＝map[y]
[0058]
本发明实施例仅仅用了7行代码就实现计算32bit数字的有效位宽，因此本发明是一种“奇特且简单”的方案。本发明若用于软件实现，与当前的逐位比较法相比，可以大大降低计算次数，本发明仅仅运用了最简单的计算操作，所以易于硬件实现，不仅可以快速得到数字的有效位宽，而且求解时间将固定。数据压缩算法中，通常以有效位宽为依据分类符号，所以会高频次调用有效位宽计算接口，如果将本发明用于数据压缩相关算法中，可以提高数据压缩速率。
[0059]
需要特别指出的是，上述计算数字有效位宽的方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于计算数字有效位宽的方法也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在实施例之上。
[0060]
基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种计算数字有效位宽的系统。如图2所示，系统200包括如下模块：转换模块，配置用于将预设标准位宽中的相同有效位宽的数字转换为对应的特征数字，以得到所述预设标准位宽中所有的特征数字；确定模块，配置用于确定标准值以使得所述标准值与所述所有的特征数字分别处理后的结果满足均匀分布，并根据所述标准值得到对应的映射列表；处理模块，配置用于将待计算数字转换为对应的特征数字，并将所述特征数字和所述标准值进行处理以得到待处理结果；以及映射模块，配置用于根据所述待处理结果从所述映射列表中确定所述待计算数字的有效位宽。
[0061]
在一些实施方式中，所述转换模块配置用于：将最高有效位以下的所有位全部置为第一数字，并进行格式转换。
[0062]
在一些实施方式中，所述确定模块配置用于：将所述标准值分别与所述所有的特征数字进行相乘并移位，移位的位数基于所述预设标准位宽确定。
[0063]
在一些实施方式中，所述确定模块配置用于：按照有效位宽从小到大的次序将所有的特征数字进行排序，按照次序将所述标准值分别与所述所有的特征数字进行处理，并将处理后的结果形成映射列表。
[0064]
基于上述目的，本发明实施例的第三个方面，提出了一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机指令，指令由处理器执行以实现如下步骤：s1、将预设标准位宽中的相同有效位宽的数字转换为对应的特征数字，
以得到所述预设标准位宽中所有的特征数字；s2、确定标准值以使得所述标准值与所述所有的特征数字分别处理后的结果满足均匀分布，并根据所述标准值得到对应的映射列表；s3、将待计算数字转换为对应的特征数字，并将所述特征数字和所述标准值进行处理以得到待处理结果；以及s4、根据所述待处理结果从所述映射列表中确定所述待计算数字的有效位宽。
[0065]
在一些实施方式中，所述将预设标准位宽中的相同有效位宽的数字转换为对应的特征数字包括：将最高有效位以下的所有位全部置为第一数字，并进行格式转换。
[0066]
在一些实施方式中，所述确定标准值以使得所述标准值与所述所有的特征数字分别处理后的结果满足均匀分布包括：将所述标准值分别与所述所有的特征数字进行相乘并移位，移位的位数基于所述预设标准位宽确定。
[0067]
在一些实施方式中，所述根据所述标准值得到对应的映射列表包括：按照有效位宽从小到大的次序将所有的特征数字进行排序，按照次序将所述标准值分别与所述所有的特征数字进行处理，并将处理后的结果形成映射列表。
[0068]
如图3所示，为本发明提供的上述计算数字有效位宽的计算机设备的一个实施例的硬件结构示意图。
[0069]
以如图3所示的装置为例，在该装置中包括一个处理器301以及一个存储器302。
[0070]
处理器301和存储器302可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。
[0071]
存储器302作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本技术实施例中的计算数字有效位宽的方法对应的程序指令/模块。处理器301通过运行存储在存储器302中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现计算数字有效位宽的方法。
[0072]
存储器302可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算数字有效位宽的方法的使用所创建的数据等。此外，存储器302可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器302可选包括相对于处理器301远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至本地模块。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0073]
一个或者多个计算数字有效位宽的方法对应的计算机指令303存储在存储器302中，当被处理器301执行时，执行上述任意方法实施例中的计算数字有效位宽的方法。
[0074]
执行上述计算数字有效位宽的方法的计算机设备的任何一个实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
[0075]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有被处理器执行时执行计算数字有效位宽的方法的计算机程序。
[0076]
如图4所示，为本发明提供的上述计算数字有效位宽的计算机存储介质的一个实施例的示意图。以如图4所示的计算机存储介质为例，计算机可读存储介质401存储有被处理器执行时执行如上方法的计算机程序402。
[0077]
最后需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，计算数字有效位宽的方法的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，程序的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(rom)或随机存储记忆体(ram)等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
[0078]
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
[0079]
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
[0080]
上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0081]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0082]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。