数据缩减者的入侵 - 彭博社

声称的多媒体革命面临的最大障碍是数字肥胖。这是指当图片、声音和视频从其自然的模拟形式转换为计算机语言以进行处理或传输时所发生的膨胀。模拟的小鱼变成了数字的鲸鱼，因为表示一个优雅的模拟波形需要大量的零和一。其他条件相同的情况下，一场适合一个模拟频道的奥普拉·温弗瑞的广播如果以数字语言发送，则需要45个频道。

幸运的是，其他条件并不相同。压缩，作为一个快速发展的数学分支，正在让数字“减肥”。计算机压缩技术能够找到信号中的冗余或不必要的信息，并将其去除。它的效果如此显著，以至于数字电视信号实际上可以占用比模拟电视信号更少的空间——少得多。例如，到夏天，通用汽车休斯电子公司和哈伯德广播公司希望能够操作两颗能够广播超过150个压缩数字电视频道的卫星——在一个仅能处理32个未压缩模拟频道的空间内。

小小的奇迹。长话短说，压缩正在扩展——从视频会议和光盘百科全书到逼真的视频游戏，再到索尼公司的迷你光盘上的玛丽亚·凯莉录音。它的受欢迎程度根植于经济学：压缩通过将数据打包到更小的空间中来降低存储和传输的成本。许多新的电子产品和服务如果没有它根本无法存在。举个例子：在计算机的CD-ROM上播放一个未压缩的两小时电影将需要你更换360次光盘。而压缩后，两个光盘可能就足够了。

压缩带来的潜在成本节省令人震惊，即使只计算那些不必购买的数据存储设备和电话交换机。如果通过压缩显著扩展铜线的容量——例如，传输高质量视频——信息高速公路将有效延伸到人们的家门口，而无需花费估计为1500亿美元的费用在每个家庭铺设光纤。与史蒂文斯理工学院相关的研究人员最近声称他们正是做到了这一点，发明了一种可以在现有电线上发送10个频道两英里的系统。

热潮。压缩甚至对科学研究产生了影响。美国宇航局估计，到2000年，地球观测卫星每天将收集的数据量相当于一堆高达华盛顿纪念碑的磁带。保存和检查所有这些数据并非易事：事实证明，关于地球保护臭氧层的洞的卫星数据在美国档案馆中存放了多年，但直到1985年英国研究人员独立发现这个洞时才被注意到。位于密歇根州安阿伯的Triada有限公司正在开发一个超级计算机驱动的系统，使得在庞大的数据沼泽中更容易发现这样的模式，同时也大幅压缩数据。

因此，压缩在一些世界领先的电子公司中成为一种痴迷也就不足为奇了。上个月，飞利浦电子和压缩实验室利用他们的压缩专业知识，帮助赢得了一项潜在价值数亿美元的交易，为贝尔大西洋公司提供数字视频点播的机顶盒，无论是通过光纤还是铜线。飞利浦数字视频通信系统的高级副总裁比尔·肯尼迪称数字视频点播的数字压缩是“自彩色电视以来电视领域最重要的突破。”如果这听起来像是炒作，他并不是唯一一个这样认为的人。索尼先进系统的副总裁拉里·索普表示：“压缩绝对是我们未来的赋能技术。”

今天，视觉压缩的主要标准是JPEG（杰佩格），用于静态图像，以及它的年轻兄弟MPEG（埃姆佩格），用于动态图像。它们基于法国数学家让-巴蒂斯特·约瑟夫·傅里叶的研究，他在1822年发现空间模式可以通过数学变换以数字形式表示。经过傅里叶变换后，更容易定位图像的部分——例如头发丝——这些部分可以在没有明显失真的情况下被严重压缩。

JPEG寻找压缩单个图像的方法。MPEG则在此基础上，继续寻找视频流中相邻图像之间的冗余。它不是数字记录每一帧的全部内容，而是详细记录少数几帧——然后描述其他帧与详细帧的不同之处。这两个标准都以创建它们的机构命名：联合摄影专家组和电影专家组。两者都是“有损”技术，这意味着在压缩过程中会永久丢弃一些信息。“无损”技术用于计算机数据，虽然压缩效果较差，但保留了原始输入的每一位。

多媒体苹果酱。AT&T贝尔实验室的克劳德·E·香农在1948年通过他的通信管道最大化使用理论推动了压缩技术的发展。然而，这一领域在大约五年前之前一直比较平静，当时由于数字信号处理芯片的速度提升和更高效的数学公式，价格下降，效果提高。以北卡罗来纳州夏洛特的LEAD Technologies Inc.为例。在1992年初，该公司推出了一种用于静态图像压缩和解压缩的特殊电路板，售价为1995美元。如今，得益于更高效的编程，LEAD Technologies创造了一种仅软件版本，具有更多功能，售价为99美元。

这种混乱进展是有代价的：缺乏统一性。这在静态图像压缩领域尤为明显，主要标准是JPEG。软件公司已经推出了30多种“风味”的JPEG，除非你电脑中的解码器能够识别用于压缩特定图像的版本，否则你电脑屏幕上的结果将是多媒体苹果酱。实际上，情况常常就是这样。

人们担心同样的事情可能会发生在MPEG上。在这里，争论集中在视频供应商之间对双向帧或B帧（插图）的分歧上。B帧通过从前后帧中插值来有效地保留图像细节。但它们至少会使数字电视机顶盒的成本增加40美元。

美国最大的有线电视公司电信公司（Tele-Communications Inc.）希望限制在其数字传输系统中使用B帧，该系统承诺为家庭提供500个频道。TCI希望在不影响视频质量的情况下降低机顶盒的成本。但包括时代华纳公司在内的其他有线电视公司计划在其机顶盒中处理B帧。如果这种分歧得不到解决，一些观察者担心，内置解码器的电视和录像机将需要额外的芯片才能在所有有线系统上工作。TCI已将100万台数字机顶盒的部署推迟到1994年底，理由是对MPEG标准的不确定性。

关于压缩标准的争斗甚至已经上升到法庭。数据压缩领域的领导者Stac Electronics指控微软公司的DoubleSpace技术侵犯了Stac的专利。微软已提出反诉。正在进行的审判是针对微软的首个专利侵权案件，或许可以衡量压缩技术竞争的激烈程度。

分形蕨类植物。最大的斗争发生在研究实验室，越来越先进的压缩方案正在开发中。两个最热门的领域是分形压缩和小波压缩。分形压缩方案利用了这样一个概念：现实世界中的事物在不同的放大尺度上看起来是相似的。例如，蕨类植物上的尖刺看起来像是蕨类植物本身的微小副本。与其单独记录每个尖刺，不如只存储一个，然后反复使用它来重建整个图像——比如在计算机屏幕上显示。位于乔治亚州诺克罗斯的Iterated Systems Inc.，该领域的领导者，洞察到分形技术甚至可以应用于自相似性不那么明显的图像。

同样引人入胜的是小波，它将图像整体压缩，而不是像JPEG和MPEG那样逐块压缩。位于马萨诸塞州剑桥的Aware Inc.是小波压缩的领导者，广泛用于需要高保真的各种用途，如传输医学图像、存储音乐和视频编辑。

还有其他压缩概念正在出现。然而，与此同时，较少冒险的人们则愉快地采用广泛认可的格式，如JPEG和MPEG。随着标准或多或少地到位，价格下降，以及对各种形式信息的需求似乎无止境，压缩看起来有着无限的未来。