В области передачи данных, научных исследований и медицины все большее количество современных приложений требует сбора и анализа огромных объемов данных в режиме реального времени.Но «большие данные», как их называют, могут представлять большие проблемы, особенно в специализированных областях, в которых изучаемые события происходят со слишком высокой скоростью, чтобы их выборка и преобразование в цифровые данные в реальном времени.
Например, чтобы обнаружить редкие раковые клетки в крови, исследователи должны проверить миллионы клеток в высокоскоростном потоке.Чтобы помочь улучшить этот процесс, группа UCLA во главе с Бахрамом Джалали, заведующим кафедрой оптоэлектроники в области электротехники Northrop Grumman, и в том числе докторантом Мохаммадом Асгари, создала совершенно новый метод сжатия данных. Этот метод изменяет форму сигнала, несущего данные, в манере, напоминающей технику графического искусства, известную как анаморфизм, которая использовалась с 1500-х годов для создания оптических иллюзий в искусстве, а затем и в кино.Группа Джалали обнаружила, что можно добиться сжатия данных, растягивая и деформируя данные определенным образом, предписанным недавно разработанной математической функцией.
Технология, получившая название «анаморфное преобразование растяжения» или AST, работает как в аналоговой, так и в цифровой областях. В аналоговых приложениях AST позволяет не только захватывать и оцифровывать сигналы, которые быстрее, чем скорость датчика и дигитайзера, но также минимизировать объем данных, генерируемых в процессе.AST также может сжимать цифровые записи — например, медицинские данные, чтобы их можно было передавать через Интернет для телеконсультации.
Преобразование приводит к изменению формы сигнала таким образом, что «острые» элементы — его наиболее определяющие характеристики — растягиваются больше, чем «грубые» характеристики данных.
Этот метод не требует предварительного знания данных для того, чтобы преобразование произошло; это происходит естественно и в потоковом режиме.«Наше преобразование вызывает выборочное растягивание данных и выделение большего количества пикселей для более четких функций там, где они необходимы больше всего», — сказал Асгари. «Например, если бы мы использовали эту технику, чтобы сфотографировать парусную лодку в океане, наше анаморфное преобразование растяжения привело бы к тому, что элементы парусника были бы растянуты намного больше, чем океан, чтобы идентифицировать лодку при использовании небольшого размера файла».
AST также может использоваться для сжатия изображений в качестве автономного алгоритма или в сочетании с существующими методами цифрового сжатия для повышения скорости или качества или для увеличения количества изображений, которые могут быть сжаты. Результаты показали, что AST может превзойти стандартный формат сжатия изображений JPEG с существенным улучшением качества изображения и коэффициента сжатия.
Новый метод берет свое начало в другой технологии, впервые разработанной группой Джалали, — дисперсионном преобразовании Фурье с растяжением во времени, которое представляет собой метод замедления и усиления слабых, но очень быстрых сигналов, чтобы их можно было обнаруживать и оцифровывать в реальном времени.Высокоскоростные инструменты, созданные с помощью этой технологии, позволили открыть оптические волны-убийцы в 2007 году и обнаружить раковые клетки в крови с чувствительностью один на миллион в 2012 году. самые продвинутые компьютеры. Необходимость иметь дело с такой загрузкой данных побудила команду UCLA искать новую технологию сжатия данных.Джалали сказал, что это открытие коренится как в физике, так и в искусстве и вдохновлено ими.
«Изменение формы данных путем их растягивания и упаковки в предписанном порядке сжимает их без потери соответствующей информации», — сказал он. «Он имитирует то, что происходит с волнами, когда они проходят через физические среды с определенными свойствами. Это также напоминает аспекты сюрреализма и оптические эффекты анаморфизма».