CN1554190A - 用于压缩数据的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于将数据压缩成单一数据股的系统和方法。系统(200)包括编码器(210)、排序器、压缩引擎(212)、协议栈(218)以及用于现有的网络和无线系统的广播器。利用压缩和编码技术可取得多股数据并将其压缩到单一的集成的连续数据流或数据块流中。所述数据得自于多种来源，如视频(202)、音频(204)、或数据(206)，如文本。

Description

用于压缩数据的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有得自美国临时专利申请第60/304,074号的权益，其名称为“多频率、多协议、多标准的无线、有线通信和压缩装置；协议栈、排序器、编码器、解码器及播放器(Multi-Frequency，Multi-Protocol，Multi-Standard Wireless，Wired Communication and Compression Device；Protocol Stack，Sequencer，Encoder，Decoder，andPlayer)”，申请于2001年7月11日。在此将该申请引为参考文件。

发明背景

发明领域

本发明涉及数据的压缩及传输，更为特定地说，本发明涉及在通信信道上发送压缩且集成的数据流。

背景技术

从一点到另一点的数据传输具有日益增大的重要性。从拨号上网到宽带，用户需求的是以更快的方式接收到更多信息。在速度和带宽方面的许多限制来自于传输数据时所用的系统及方法缺乏效率，不过也存在物理和实际限制。

另外，消费者和用户对于更大数据文件的需求正在增大。通信系统应能传送视频、音频、文本和其它数据。数码照片已变得普及了。用户通常从远距离地点下载视频文件、电影或其它文件以便观看。这种方式简便易行但费时，这是因为通信系统的数据传输能力受到限制。此外，若使用传统电话系统(POTS)接入网络和传输数据时，也会产生各种限制。将来的应用应努力克服这些限制而不要求进行成本上不可接受的升级或替换现有的基础结构或系统。

发明内容

本发明相应地致力于用以压缩数据的系统和方法。所述实施例可包括便携式插入装置内的硬件和/或软件组件，该便携式插入装置结合了当前的技术，具备新的协议栈和压缩技术。所述各实施例可在目前的带宽分配条件下传送压缩的和集成的声音、视频数据位流信息，所述目前的带宽分配例如是每秒128千位，其允许终端用户宽带速度例如为每秒10兆字节。所述各实施例可包括用于插入式装置和客户端有线系统的编码器、解码器、排序器(sequencer)、压缩引擎、协议栈、接收机、广播器(broadcaster)和播放器(player)，以便与现有的电视机、电话系统和计算机系统一起使用。

本发明的其它特征和优点以下的说明中提出，其中有一部分是通过描述就显而易见的，或者是通过实践本发明就可了解的。本发明的目的和其它优点可通过文字描述和权利要求书以及附图中特别指出的结构来取得和实现。

根据所述各实施例，描述了一种用于压缩数据的方法。该方法包括接收第一数据段。该方法还包括接收第二数据段。该方法还包括将上述第一数据段和第二数据段加以比较。所述方法还包括将第一数据段和第二数据段中相同的数据转换成被乘方数据。所述方法还包括将该被乘方数据与其它数据一起置于集成的单一一股(strand)数据中。

根据所述实施例，描述了一种用于压缩数据的系统。该系统包括编码器，其使用智能编码系统来编码数据，并根据介质来识别该数据。所述系统还包括压缩引擎，以便分析被编码的数据从而得到相同的数据，并使该相同数据处于一种被乘方的格式，将上述被编码的数据转换成一种单一的数据股。

应理解的是，无论以上的概括描述还是下面的详细说明都是示例性和说明性的，其目的是为了给本发明的权利要求提供进一步的解释。

附图说明

附图被包括进来是为了便于进一步理解本发明，且附图被结合进来构成本说明书的一部分，附图用于说明本发明的各实施例，并与文字说明一起用于解释本发明的原理。附图中：

图1展示了一种计算用机器与所述实施例的压缩算法相结合。

图2展示了一个系统，该系统对应于所述实施例而用于压缩和传输数据。

图3展示了一个对应于所述实施例的数据交换系统。

具体实施方式

现对所述的本发明实施例进行详细说明，其中示例展示于附图中。

图1显示一压缩装置100，其与对应于本发明所述实施例的压缩算法106相结合。压缩装置100可以是任何能执行指令以实现各种功能的计算机、机器等等。优选的是，压缩装置100压缩其经由输入数据管道102而接收到的数据。压缩装置100可经由输出数据管道104审查压缩操作的结果。数据管道102和104可接至处于一个计算系统中的任何机器、装置、计算机等等。

具体地说，压缩装置100可以是一种与其它通信装置兼容的通信装置，其例如是有线或无线装置，包括但不限于是蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、无线计算机、电视机、调制解调器、电话，等等。压缩装置100可以是一种外围插入式装置，用以补充其它通信装置。优选的是，这类附加的通信装置利用诸如有线或无线电频率带宽方面的通信标准和/或协议。

如上所述的压缩装置100可以处于网络中以便传送数据。压缩装置100可包括用于存储指令的存储器，以及至少一个用于执行该指令的处理器。压缩装置100可包括硬件和软件组件，并且可以是便携式的，以使得压缩装置100可以插入现有的通信装置中。压缩装置100可通过在现有的通信装置内结合各种技术，具备以下所述的协议栈和压缩技术，从而补充该通信装置。

压缩装置100从另一装置接收数据。该数据可依据任何公知方法如MPEG先行受到压缩。可供选择的是，被接收数据可以是未经压缩的数据或新数据。借助于压缩装置100中的压缩和编码技术，可取得多股数据并压缩成通过管道104输出的单一集成的连续流或数据块流。

例如参见图1，压缩装置接收数据段110和112。数据段110和112包含以上所述任何格式的数据。数据段110可包括数据块A、B、C、D、E、F、G。利用算法操作106，数据段110和112被压缩到集成数据段120中。

根据所述实施例，后续的数据流或数据段对照该集成的数据股进行比较以取得相同数据信息，并随后以乘方数的形式附加到该集成数据股。例如，如果上面的数据股具有文字信息，该文字信息包含“该男孩前往该商店”，而一个后续的数据股包含“女孩前往商店”，则算法操作106取出该后续股中的相同部分并将其附加到前一个数据股。结果可以是“该2男孩前往2该2商店2”。

所述实施例通过使得自上面的数据股的数字位置与后续股的数字位置相关联，将相同项目分组成为乘方。算法操作106可通过数字位置丢弃所有相同的股，并且进一步将其余的信息压缩成相同的符号。使用以上示例，在该集成股中就有4t′s，其平方原因在于采用了该后续股。算法操作106可取t′s的相对位置与它们在该集成股中所表示的相同，并将它们压缩至t8，从而消除所有多余的信息。这种编码使压缩装置100得以对每一行或数据空间指定数字或者说位置值，以便正确地重新构造被压缩数据。

返回参看图1，算法操作106可组合数据段110和112，如上所述。数据段110中的一些数据块可能相同于数据段112中的数据块。集成数据段120可通过乘方形式反映出相同数据块。因此，集成数据段120可包括数据块A2、B、C2、D2、E、F2、G、H、I、J。集成数据段120可借助于后续的数据段被进一步压缩。数据段110可得自任何来源，如音频、视频和数据。数据段120可得自不同的来源。

优选的是，集成数据段120是一种单一的数据股。集成数据段120不应被划分成多个数据段，然而可以是连续的。通过将多个数据段压缩成单一的数据股用于传输的带宽总量可以减少。另外因为所有数据均被压缩或者说分组到单一的数据股中，数据的丢失也会减少。利用上述特性，所述实施例可以重写并进一步编码得自于较早操作的数据。数据可被压缩成一种金字塔，其中数据被压缩到连续数据馈送的单独一行中。另外，所述实施例可采用由压缩装置100所接收的被编码数据，并将该数据分配到规定的集成数据串中的预定位置。

上述实施例可使用循环操作，该循环操作允许一次处理大量数据，而不会使压缩装置100内的处理器过载。所述实施例可循环全部数据，获取在屏幕、图像、文件、文档等等当中的所有数据。通过循环，可以节省高速缓存，这是因为从循环中信息被存储和传输，并随后丢弃。通过循环所获取的数据可用于与输入数据相比较。

上述压缩算法包含多种特性。该算法以平滑的低噪声提供压缩，该噪声可以被分散到各频率上或者被分配到一个独立频带。另外，所述实施例在传输数据时利用了全部可用空间或者说带宽。换言之，因为最终结果是一种集成的数据流，数据不会占用所述管道中的额外空间。另外，使用诸如集成数据段120这样的单独的数据股，就导致管道中和网络上有了更大的可用率，从而可用相同带宽传送更多数据。所述实施例通过减少传输信息所需的空间，进而提供了高速和高效率的数据交换，可运用于所有现存例如为56K带宽的POTS线路。进一步说来，所述实施例可减少在同一条线或管道上共存的或同时的广播之间的干扰，这是因为数据被压缩到单独的数据股内。

此外，根据所述实施例的压缩可以对应于不同标准进行。例如，压缩可对应于目前诸如1和0这样的的两元素标准进行。数据可以用上述这两种元素表示，并且该数据可以被比较、分析、且压缩成单独的一行数据而在网络上传输。可选择的是，可用具有额外元素的不同标准来表示数据。例如，可用32个元素表示数据。因为其在压缩算法106操作期间分析数据，故所述实施例可压缩不同于上述两元素标准的数据。这一特征可称之为分步压缩(fractal compression)。数据的格式可以与压缩装置100无关。因此，所述实施例不受限于待压缩数据的类型、格式或者其介质。

图2展示了系统200，其用于根据本发明的所述实施例压缩数据。系统200可以与图1中的压缩装置100相关。系统200可以是装置、机器、计算机、网络等等。系统200具备以上所述的所有特性。系统200可取用数据段202、204、206。数据段202、204、206可得自不同的来源。例如，数据段202可以是图像，数据段204可以是声音，而数据段206可以是像文本这样的数据。系统200可对应于上述的通用编码股比较来压缩数据段202、204、206。普通的数据、信息、数据块等等可以通过丢弃多余的信息而被压缩成数字乘方，以取得新的编码信息。数据串218可通过将剩余的数据股组织(braiding)到一个数据流内来形成。该数据流可被分成数据块或者馈送到用于调制解调器广播的源内，如调制解调器220。调制解调器220可将数据串218的数据流传送到交换机/多路复用器222并送至全局网络224。通过作为一种单一数据流进行传送，所述实施例可以用调制解调器220取得大约100∶1的视频压缩率。

以下更为详细地说明系统200。编码器210接收数据段202、204、206。编码器210可依据现有的格式或对本领域技术人员显而易见的格式编码所接收的数据。优选的是，编码器210将所接收的数据编码成与压缩引擎212兼容。压缩引擎212可依据公知的压缩操作来压缩被编码数据。压缩引擎212可对得自数据段202、204、206的数据执行第一次压缩。

排序器/编码器214准备经过对应于上述实施例的压缩的数据。排序器/编码器214的特性将更详细地参照图3进行说明。无论如何，排序器/编码器214可以为压缩引擎216而对数据赋予数值、符号或其它标识，并且编码该数据。

压缩引擎216压缩来自排序器/编码器214的数据。多个数据流同时被系统200取出。压缩引擎216通过将类似于金字塔的多个数据流压缩成一个数据股或者说数据串218来压缩数据流或数据段。这一个数据股也可以被压缩成一系列单元，这一系列单元指示在上述数据金字塔中的位置。压缩引擎216可通过数据流数目乘以相同单元的数目乘以被乘方的被编码最终位来压缩数据。结果会是指数意义上被压缩的信息，其优于现有的技术。另外，如果现有的像压缩引擎212这样的压缩引擎被用于多个同时产生的数据股，所述实施例可运用压缩引擎216的处理来压缩经过压缩的数据。

例如，如果在一个独立股中有依据MPEG的压缩率为10∶1的静止图像，并要添加另一个压缩率为10∶1的静止图像，则通过比较数据股并将其组合到一个组合股中，即可使压缩率加倍而成为20∶1。经过压缩的图像还可通过被乘方的通用位而被进一步压缩。因此，系统200可附加到现有的压缩体系结构中，从而改进压缩技术，提高经全局网络224传输数据的带宽效率。

系统200可作为一种连接到无线或有线装置的插入式装置来实现。优选的是，系统200可经由外围端口或借助于基于红外的技术与其它装置耦合。系统200可以被设置到一个具备微芯片操作环境的插入式装置内，该微芯片操作环境具有存储器及高速缓存、广播及接收装置、和内置的协议栈及标准。系统200可带有可更新的软件包，包含适当的编码器/解码器装置和播放器，以便用于各种类型的数据信息，包括视频、数据、声音，或者任一种多媒体形式的内容。例如，系统200可实施于一种自含式部件，该部件具有其自己的能源和操作环境。可选择的是，系统200可实施为软件，该软件借助于在网络方的硬件附加部分而可更新现有的客户装置。此外，芯片组尺寸的附加部分可以与所述实施例结合，从而消除对移动装置和有线装置的插入式要求。优选的是，对系统200而言，任何一种插入式装置均要在客户装置上有大约为200K字节的存储器，这是因为要借助于该插入式装置、以客户装置中具有的软件来完成大多数操作。系统200还可包括外围端口，以供其它插入式装置如无线耳机、打印机等等使用。系统200还可以是可热插拔型(hot-swappable)，以便根据需要而从客户装置插入或拔出。

图3展示了对应于本发明所述实施例的数据交换系统300。数据交换系统300经网络接收和传输数据。数据交换系统300可编码和压缩所要传输的数据，并将所接收的数据解码和解压缩。数据交换系统300可以与现有的用以交换数据的各组件共同工作，该组件例如为因特网、局域网、广域网，等等。

数据交换系统300可支持使用视频、音频、数据、协议(即VADP)的体系结构。数据交换系统300可包括当前的协议栈以确保现有无线装置的可用性。由于有新的压缩和传送特性，该系统可望以一种适当的方式广播信息和数据流。所述实施例可利用结合所述技术的协议栈，并对RF和有线网进行编码/解码及广播排序。因此，所述实施例并不对现有的标准加以替换，而是与这些标准共同工作，从而通过产生新的且更加鲁棒的技术来改善数据交换。通过与现有的体系结构和装置共同工作，所述实施例对于在网络方实施来说不应是成本上无法接受的，且其允许在客户方可支付的(affordable)接入。因此，可对远距有线装置和基于无线的通信产生一种宽带环境。

返回参看图3，数据交换系统300包括数据库302。对于具有改进的处理能力的网络和计算机，数据库302会是有益的。数据库302可以是一个软件包的一部分，并对于各种各样的数据和信息源起到动态收集器(collection toll)的作用。数据库302可容纳大量的各种预先编码的信息，该信息与数据交换系统300使用的压缩算法相关。所述预先编码的信息因大小和处理要求方面的原因，可能在无线客户装置上是不可利用的。数据库302可包括数据存储程序，其允许储存被压缩信息。数据库302还允许直接取得往复信息(fro information)并以预先编码的形式传输。数据库302还可学习所接收信息的模式并相应地组合数据，并对于数据交换系统300起到动态收集器的作用。

排序器304、编码器306、压缩引擎308组成数据交换系统300的体系结构，用以处理要传送至全局网络350的信息。排序器304在数据交换系统300中作为压缩数据时的主要编码部件工作。排序器304可对所处理的数据赋予数值、幂次、及符号信息，并将乘方的被编码信息传送至编码器306以便压缩。可通过以来源或介质使数据分类而利用动态编码序列。可在编码结构中确定该序列，并确定方案以与诸如数据库302的智能源配合传输数据。

编码器306包含对整个色谱的编码符号及通用语言字词的符号和数据元素的知识库。这一特性减少了处理量。具有通用字词、数据和颜色的数据结构可被赋予符号和对内容中相对位置的序列编号。优选的是，编码不以分段形式完成，从而使得能够获取全部的数据表示。可有三种独立的编码介质：声音或音频、视频、和数据。每个数据位可对应于可应用的介质而独立地编码。此外，编码数据可被编目以备将来使用，这例如通过数据库302进行。

所述实施例可利用编码器306内的一种智能编码系统补充所述压缩处理。该智能编码系统可使用下述的编码处理：首先，使数据对应于特别指定的编码而成为优先化的；其次，可将信息分配至一个循环。编码器306随后可扫描预先编码的信息。可基于来自外部系统的外部反馈而指定标识符和特定编码。所述实施例可以完全自动地依据实际数据经网络传送编码。

压缩引擎308通过根据所述实施例进行乘方来压缩数据，并将被压缩数据移动到下一行而使得原有的行可以被“丢弃”。这一处理可以继续进行，直到出现单一的被乘方行为止，该单一的被乘方行用于经调制解调器312压缩传送。如上所述，VADP协议栈310用于准备被压缩数据，以使用调制解调器312传输。

排序器314、解码器316、及解压缩引擎318组成数据交换系统300的体系结构，用以处理从全局网络350接收到的数据。全局网络350可为数据交换系统300提供被压缩数据。该被压缩数据应被转换回其原始形式而无明显传输损耗。根据所述实施例，当数据被压缩成所述单一一股数据时，产生的是数据数据损失如果有的话也是最少的。

排序器314可类似于上述排序器304工作。解码器316可传送与被编码数据相反的编码，其中该被编码数据是从全局网络350接收到的。解码器316将被压缩信息扩展回其原来的数据形式。如果数据在被压缩引擎308压缩之前是一种被压缩格式，如MPEG，则利用出自该特定压缩技术的解码序列将该数据进一步解压缩。

解压缩引擎或者说播放器318接收上述解码/解压缩的数据。播放器318可包括处理单元、存储装置、操作部件、及外围设备，以得到所请求的信息。例如，如果数据包括可视电话呼叫，则播放器318加载协议并对声音和数据编码。所述信息可在屏幕上播放。

使用数据交换系统300的视频压缩可以是唯一的。可从水平和垂直方向将分辨率中的全部像素谱加以编码。像素是如上所述顺序编码的，允许使公用的颜色元素和重叠的颜色元素被捕获、配对、排序、编码，并且随后被压缩。可使用排序器304、编码器306和压缩引擎308捕获整个图像频谱，并将每个数据部分缓存成单一一个输出数据串。颜色、字词、和普通数据被指定为预先编码的符号以便更快处理，而且它们也可以是智能网基础结构和协议栈的一部分。数据库302可用于收集信息，以便进一步发送和更新。例如，用户所访问的一个或多个网站可以被分析和预先编码。所有数据、视频和语音/声音内容压缩成单一的编码股，从而对后续的访问或由其他用户的访问可以进行较少的处理。

使用所述实施例，可使许多运用上述编码和压缩处理的用途得到利用。例如，视频、音频、或其它数据文件均可经现有的具有低带宽容量的网络或无线基础结构而按需传送。数据文件可以被预先编码并存储于数据库302中。数据可以被分配编码，该编码与得自较早编码处理的数据相关。编码数据然后可根据上述操作而受到压缩。结构可以是在网络上传输的视频、音频或数据文件的单一数据串。该单一数据串可存储于另一位置，直到该数据要通过像播放器318这样的播放器被解压缩并反向处理为止。

现有的系统可通过下载或访问存储有上述压缩算法及编码方法的插入式装置来利用所述实施例的特性。这种能力使得无线膝上型计算机、电话、PDA及类似装置能将被压缩数据作为单一数据股接收，并将该数据解压缩，回到其原始形式。按需使用视频示例时，可根据所述实施例编码和压缩电影的声音文件。被压缩的数据可使用现有的协议和公知的传输技术而在现有的网络上传输。因为需用于携载数据的带宽减少，该数据可在无线网上传输而不会有显著的延迟或者浪费带宽或其它资源。接收装置能够实时下载数据文件，且将该文件解压缩以便让用户观看视频文件。所述处理可进行而没有显著的数据损失或在数据传输的“最后一英里”中的阻塞。

对本领域技术人员显而易见的是，可对所述各实施例进行各种各样的修改而并不脱离本发明的精神和范围。因此，应认为所述各实施例涵盖了上述修改和对本发明的变化——若它们落入本发明任一权利要求或其等效方案的范围中的话。

Claims (9)

1.一种用于压缩数据的方法，其包括：

接收第一数据段；

接收第二数据段；

比较所述第一数据段和所述第二数据段；

将所述第一数据段和所述第二数据段中的相同数据转换成被乘方的数据；并且

将所述被乘方的数据与其它数据置于集成的单一数据股内。

2.根据权利要求1的方法，其进一步包括编码所述第一数据段。

3.根据权利要求1的方法，其进一步包括编码所述第二数据段。

4.根据权利要求1的方法，其进一步包括将后续的数据段集成到所述集成的单一数据股内。

5.根据权利要求1的方法，其中所述数据可用两种元素表示。

6.根据权利要求1的方法，其中所述数据可用两种以上的元素表示。

7.一种用于压缩数据的系统，其包括：

编码器，其使用智能编码系统来编码数据，并根据介质来识别所述数据；和

压缩引擎，用于分析所述被编码的数据以得到相同的数据，并使所述相同的数据处于一种被乘方的格式，从而使得所述被编码的数据被转换成单一的数据股。

8.根据权利要求7的系统，其进一步包括调制解调器，用于传输所述单一的数据股。

9.一种用于压缩数据的压缩装置，其中所述压缩装置包括处理器，该处理器耦合至存储器，从而使所述处理器得以执行存储于所述存储器内的指令，所述压缩装置包含有：

第一数据段和第二数据段；

压缩引擎，用于执行压缩指令；以及

集成的数据流，该集成的数据流由被乘方的数据组成，该被乘方的数据来自所述第一数据段和所述第二数据段。