数据压缩技术综述

数据压缩技术综述
作者：汪见晗
来源：《科学与财富》2016年第04期
摘要：在现今的电子信息技术领域，正发生着一场有长远影响的数字化革命。

由于数字化的多媒体信息尤其是数字视频、音频信号的数据量特别庞大，如果不对其进行有效的压缩就难以得到实际的应用。

因此，数据压缩技术已成为当今数字通信、广播、存储和多媒体娱乐中的一项关键的共性技术。

本文从专利文献的视角对数据压缩技术的发展进行了全面的统计分析，总结了与数据压缩相关的专利申请趋势、主要申请人分布，介绍了数据压缩技术的重点技术分支及其发展历程，并分析了全球数据压缩技术演进特点，并绘制了国内重点申请人的技术发展路线图。

关键词：数据压缩；发展路线
1 数据压缩介绍
1.1 数据压缩的分类
目前，通用的主流压缩方法分为无损压缩和有损压缩。

无损压缩利用数据的统计冗余进行压缩。

数据统计冗余度的理论限制为2：1到5：1，所以无损压缩的压缩比一般比较低。

这类方法广泛应用于文本数据、程序和特殊应用场合的图像数据等需要精确存储数据的压缩，通常的无损压缩编码方法有香农-范诺编码，霍夫曼（Huffman）编码，算术编码，字典压缩编码等。

有损压缩方法利用了人类视觉、听觉对图像、声音中的某些频率成分不敏感的特性，允许压缩的过程中损失一定的信息。

虽然不能完全恢复原始数据，但是所损失的部分对理解原始图像的影响较小，却换来了比较大的压缩比。

有损压缩广泛应用于语音、图像和视频数据的压缩，按照应用领域来分，有损压缩编码分为图像压缩编码，视频压缩编码，音频压缩编码。

2 数据压缩专利申请数据分析
本章主要对全球和国内数据压缩专利申请情况以及国内外专利重要申请人进行分析，从中得到技术发展趋势，以及各阶段专利申请人所属的国家分布和主要申请人。

其中以每个同族中最早优先权日期视为该申请的申请日，一系列同族申请视为一件申请。

2.1 全球专利申请状况
2.1.1 全球数据压缩专利申请量
图2-1-1展示了数据压缩编码技术在全球专利申请年代分布情况。

从整体申请情况可以看出，数据压缩技术从上世纪80年代已经进入稳定发展时期，因而没有出现类似于互联网这种行业的快速发展时期。

换句话说，最近几十年不是数据压缩技术的快速发展时期，数据压缩快速发展时期在很早之前就开始了，而由于当时专利还未得到足够的重视，因而没有出现申请量激增的情况。

2.1.2 全球数据压缩专利申请国家分布
图2-1-2展示了数据压缩技术申请量的国别分布。

从图中可以直观地看出，日本的专利申请量比较大，几乎占据了一半的数量，其次是美国，申请数量比重达到35%，再次是德国和韩国。

这也说明了，日本在数据压缩领域中占据着极其重要的角色，处于领先地位。

2.2 中国专利申请状况
本节主要对中国专利申请状况的趋势以及专利重要申请人进行分析，从中了解国内该技术的发展趋势。

2.2.1 中国专利申请量趋势
图 2-2-1示出了数据压缩编码技术在中国专利申请年代的分布情况，从上面的图表中，不同于全球数据压缩编码技术专利申请量的稳定情况，在中国，上世纪90年代初才逐步出现数据压缩技术相关专利，处于萌芽阶段。

从 2000至 2007年，国内申请量迅速提升，可见我国在数据压缩技术方面的研究逐步加大。

从 2008年至 2014年的申请量有所下降，这是与全球数据压缩技术发展趋势有关的。

所以预计，如果不存在技术变革，数据压缩技术在今后的申请量仍将保持稳定的水平。

2.2.2 国内专利申请的申请人分析
本小节从国内专利申请的申请人角度对该领域的专利申请做进一步分析，主要考虑申请人的地域分布、申请数量、以及申请人的类型。

从图2-2-2以及主要申请人的分析中可以看出，在本领域中，诸如松下、飞利浦、三星等日韩企业一直是较为活跃的申请人，且这些申请人在申请数量以及质量方面都从始至终占据较为重要的地位，部分公司一直属于领域的领头羊。

此外，就总体来看，我们欣喜地发现在申请总量的排名中还有两类中国的企业，其中一类即以联发科技、奇景广电为代表的台湾公司，另一类是以清华大学为代表的研究机构，这两类申请人在申请的专利数量以及质量方面也有较大的区别。

主要区别在于，企业的申请更偏向于应用，而研究机构的则理论性更强，能够适用于产业还有待考验。

2.2.3 国内重要申请人技术演进路线分析
图2-2-3所示以清华大学为代表的数据压缩专利的技术发展路线，由于MPEG系列以前的数据压缩编码技术在国外起步很早，技术也相对成熟，故除了小波变换系列之外，其他的专利申请量，并不是很多，小波变换技术的专利申请也只集中在国内几所重点高校，如清华大学的专利文献（公开号：CN1560916A）及湖南大学在其基础上作的改进，而提出的一种渐进式小波变换数据压缩编码（公开号：CN102350827A）和北航的一种应用到网络传输中的矩阵式小波变换方法（公开号：CN101621855A）。

但是，随着计算机网络技术的发展，对数据压缩编码技术要求也越来越高，这时MPEG系列的推广及应用舞台也越来越大成为主流，其中清华大学比较早的涉及MPEG的专利文献是CN1678068A，该文献中公开了一种基于MPEG-2的复用技术在地面数字电视广播中的应用，它能读出时间标签和最大延时，测量接收信号延时，计算出附加延时，并按照附加延时适当延迟TS流，使得各个中继站再次发射的信号同步。

该数据压缩编码在MPEG-2基础上的改进，具有高同步，易实现的特点。

随后，清华大学关于MPEG系列在数字电视中应用的专利不多，分别于2010年和2012年又申请了两篇专利。

此外，清华大学的另一个研究重点是MPEG系列在网络视频流的应用，于2008年申请了一篇专利（CN101252694A）和2011年申请的一篇专利（公开号：CN102075759A）以解决视频流信息传输带宽要求高能耗大的问题。

从以上的技术路线极其分析可以看出，以清华大学为代表的研究机构已经逐步开始进入数据压缩编码的主流技术的研究领域，尽管数量和覆盖面有限，但是随着与企业单位的合作，其研究也逐步由研究型转向工业应用型，相信在不久的未来，以清华大学为代表的研究机构必将在该领域占据重要的地位。

作者简介：姓名：汪见晗；出生年月：1987年10月；性别：男；学历：硕士；职称：初级职称；研究方向：计算机应用领域-专利审查省市邮编：湖北省武汉市 430070。