[发明专利]使用前馈量化估计器的数据压缩

说明书

本发明涉及适用于通过一条通信信道进行传输，或在磁带记录机或其它记录介质上进行记录和重放的自适应编码和数字信号的实时压缩。更具体地说，本发明涉及一种用于估计一个可变量化参数的前馈技术，以便当记录时，使数据压缩的量能被存储在记录介质所分配的空间上。

总的说来，数据压缩的目的是要通过一条传输信道，利用尽可能少的信息转移量把数字信息从一个地方传送到另一个地方。换句话说，其目的是要消除对不必要信息的传输。视频图象，就其本性而言，含有大量的多余信息，因此它们是数据压缩的良好的选择物。一个图象的简明数字表示必须在时间和空间意义上存在着很多同样的多余信息。利用在发射机中从图象数据中删除多余信息部分，在一条通信信道或记录在存贮介质上传送数据的量就可以被大量地减少。然后，该图象在接收机中再现，如果是记录的，在记录机重放装置中靠重新引入多余信息再现。（这里所说的“图象数据”指用于显示图象的数据）。

笼统地说，有两种数据压缩：无损耗压缩和有损耗压缩。无损耗压缩正象其名称所意味的，允许原始数据在没有任何信息损耗的压缩之后被精确地再现。有损耗数据压缩是一种不可逆的处理，它把一些失真引入到了被压缩了的数据中，以致于原始数据不能被精确地再现。为了获得大的图象压缩因数，需要使用这里典型描述的有损耗压缩方法。只要再现图象中产生的失真量及失真类型不明显，有损耗压缩就可以成为一个可接受的。例如，在专业的视频工业中，信/噪比（S/N）典型值为57dB或更甚，其图象压缩绝不能从原始图象中鉴别出来，即，对于视频显示的观看者来说，值得注意的是，大于2或3dB的信号损伤是令人不愉快的。

与数字视频磁带录象机结合使用的图象压缩有几个独特要求，它包括在任何所使用的压缩方法中的附加约束。通常的约束是由磁带录象机使用的格式而引起的，以及由与其说是立即发送到不如说是稍后使用而存贮数据所引起的。例如，一种磁带录象机必须容许对所记录的信息进行编辑。实际上，这意味着被存贮的一场数据占据了磁带上整数的磁迹数，或在磁带预定位置或磁迹上占据视频数据规定的信息块，例如一个电视场。这就加强了一场数据或一个数据块长度恒定的约束。在任何压缩方案中，这种表面简单的约束是置于严格的设计需求之下的。因为多数统计图象具有不均匀的概率密度函数，对于具有变化信息内容的数字信号，明显的解决办法是允许编码数据速率逐帧或逐场地根据暂时的图象内容进行变化。但是由于编辑的需要，编码数据速率必须固定而非可变。

对于电视广播用的磁带录象机必须允许画面以比正常记录/重放走带速度高的速度（穿梭画面）被再现。以非常高的重放速度（一般称穿梭方式中的画面），各磁迹中仅有一小部分的数据被恢复。这就需要被压缩记录的数据存贮在小的完整的信息包中，从中可使画面的一个部分被恢复。对于一个录象机的编辑特性，也安置了压缩方法的附加约束。在编辑方式中，被记录的信息由新的信息所代替，它要求所代替信息的最小单元（在电视信号中这是一个单场）在被记录的数据格式中分配有一个固定的位置。这就允许用具有任何相等大小的视频信号单元代替任何一个视频信号单元。为了保持记录中的最大效率和把记录超出播出时间的间隙减至最小，最好使用一种记录格式，它相对于原始的未压缩信息有一个固定的短周期。利用给磁带上被恢复数据流提供一个规定和要求的结构，就简化了数据去格式化程序的设计。由于某种图形可以认为是一致的，如错误和无用，所以规定的结构“智能地”允许数据去格式。