Use of running fractal dimension for the analysis of changing patterns in electroencephalograms

Running fractal dimensions were measured on four channels of an electroencephalogram (EEG) recorded from a normal volunteer. The changes in the background activity due to eye closure were clearly differentiated by the fractal method. The compressed spectral array (CSA) and the running fractal dimensions of the EEG showed corresponding changes with respect to change in the background activity. The fractal method was also successful in detecting low amplitude spikes and the changes in the patterns in the EEG. The effects of different window lengths and shifts on the running fractal dimension have also been studied. The utility of fractal method for EEG data compression is highlighted.

Analysis of ECG by multipulse excited linear prediction model

He propose a new time domain method for efficient representation of the KCG and delineation of its component waves. The method is based on the multipulse Linear prediction (LP) coding which is being widely used in speech processing. The excitation to the LP synthesis filter consists of a few pulses defined by their locations and amplitudes. Based on the amplitudes and their distribution, the pulses are suitably combined to delineate the component waves. Beat to beat correlation in the ECG signal is used in QRS periodicity prediction. The method entails a data compression of 1 in 6. The method reconstructs the signal with an NMSE of less than 5%.

Discovering compressing serial episodes from event sequences

Most pattern mining methods yield a large number of frequent patterns, and isolating a small relevant subset of patterns is a challenging problem of current interest. In this paper, we address this problem in the context of discovering frequent episodes from symbolic time-series data. Motivated by the Minimum Description Length principle, we formulate the problem of selecting relevant subset of patterns as one of searching for a subset of patterns that achieves best data compression. We present algorithms for discovering small sets of relevant non-redundant episodes that achieve good data compression. The algorithms employ a novel encoding scheme and use serial episodes with inter-event constraints as the patterns. We present extensive simulation studies with both synthetic and real data, comparing our method with the existing schemes such as GoKrimp and SQS. We also demonstrate the effectiveness of these algorithms on event sequences from a composable conveyor system; this system represents a new application area where use of frequent patterns for compressing the event sequence is likely to be important for decision support and control.

Decomposição aleatória de matrizes aplicada ao reconhecimento de faces

Métodos estocásticos oferecem uma poderosa ferramenta para a execução da compressão de dados e decomposições de matrizes. O método estocástico para decomposição de matrizes estudado utiliza amostragem aleatória para identificar um subespaço que captura a imagem de uma matriz de forma aproximada, preservando uma parte de sua informação essencial. Estas aproximações compactam a informação possibilitando a resolução de problemas práticos de maneira eficiente. Nesta dissertação é calculada uma decomposição em valores singulares (SVD) utilizando técnicas estocásticas. Esta SVD aleatória é empregada na tarefa de reconhecimento de faces. O reconhecimento de faces funciona de forma a projetar imagens de faces sobre um espaço de características que melhor descreve a variação de imagens de faces conhecidas. Estas características significantes são conhecidas como autofaces, pois são os autovetores de uma matriz associada a um conjunto de faces. Essa projeção caracteriza aproximadamente a face de um indivíduo por uma soma ponderada das autofaces características. Assim, a tarefa de reconhecimento de uma nova face consiste em comparar os pesos de sua projeção com os pesos da projeção de indivíduos conhecidos. A análise de componentes principais (PCA) é um método muito utilizado para determinar as autofaces características, este fornece as autofaces que representam maior variabilidade de informação de um conjunto de faces. Nesta dissertação verificamos a qualidade das autofaces obtidas pela SVD aleatória (que são os vetores singulares à esquerda de uma matriz contendo as imagens) por comparação de similaridade com as autofaces obtidas pela PCA. Para tanto, foram utilizados dois bancos de imagens, com tamanhos diferentes, e aplicadas diversas amostragens aleatórias sobre a matriz contendo as imagens.

Compressão de dados sísmicos com perda controlada

Neste trabalho apresentamos um novo método de compressão, com perda controlada de dados, que tem a vantagem de ter uma taxa significativa de compressão sem introduzir nenhuma perda superior a um parâmetro escolhido pelo usuário. Esta abordagem é uma abordagem mista, pois usa técnicas de compactação de dados tanto com perda quanto sem perda. Isto quer dizer que conseguimos um método que alia as vantagens da alta compressão, sem introduzir distorções indesejáveis nos dados. Mostramos como a massa de dados utilizada nos nossos estudos é obtida e a sua importância na prospecção de depósitos de hidrocarbonetos. É apresentado um levantamento bibliográfico com técnicas de compressão aplicadas a dados sísmicos tipicamente utilizadas em aplicações comerciais. Por fim, apresentamos os resultados da compressão utilizando o método em conjuntos de dados sísmicos reais. Para 1% de erro, os arquivos de dados sísmicos compactados passaram a ter algo próximo a 25% de seus tamanhos originais, o que representa um fator de compressão de aproximadamente 4

The image coding scheme based on neural network and SVM

This paper applies data coding thought, which based on the virtual information source modeling put forward by the author, to propose the image coding (compression) scheme based on neural network and SVM. This scheme is composed by "the image coding (compression) scheme based oil SVM" embedded "the lossless data compression scheme based oil neural network". The experiments show that the scheme has high compression ratio under the slightly damages condition, partly solve the contradiction which 'high fidelity' and 'high compression ratio' cannot unify in image coding system.

基于共享存储和Gzip的并行压缩算法研究

Gzip无损压缩算法.尽管gzip算法能够取得很好的压缩比,但它在分析和压缩编码的过程需要进行大量的计算.为了缩短压缩时间,提出了一种基于共享存储的并行压缩策略,采用OpenMP标准和"生产者/消费者"模型实现了gzip的并行压缩版本.在Beowulf集群中的一个SMP节点(双CPU)和曙光天阔服务器(4路双核)上的测试表明,并行化的gzip程序取得了极大的性能提升,尤其是大文件的压缩.

一种高效的分布式测控系统的数据压缩管理方法

提出了一种无损压缩的数据存储方法,对测控系统中的历史数据进行高效的管理,在监控的过程量很多的情况下,一般能达到1∶30的压缩比,而且将大大提高数据的检索效率。给出了其具体实现,该方法在类似系统中有着广泛的适用性。

小波变换理论应用进展

本文介绍了小波变换理论 ,讨论了基本小波函数的选取准则和小波变换算法 ,分析了小波变换与人工智能等其它方法的结合方式和特点 .通过介绍小波变换在信号瞬态分析、图像边沿检测、图像去噪、模式识别、数据压缩、分形信号分析等方面的应用实例 ,讨论了小波变换在处理非平稳信号和复杂图像时的优势 .最后 ,对小波变换理论的发展及其应用前景作了描述 .

波前重建法射线追踪及走时表压缩

As a fast and effective method for approximate calculation of seismic numerical simulation, ray tracing method, which has important theory and practical application value, in terms of seismic theory and seismic simulation, inversion, migration, imaging, simplified from seismic theory according to geometric seismic, means that the main energy of seismic wave field propagates along ray paths in condition of high-frequency asymptotic approximation. Calculation of ray paths and traveltimes is one of key steps in seismic simulation, inversion, migration, and imaging. Integrated triangular grids layout on wavefront with wavefront reconstruction ray tracing method, the thesis puts forward wavefront reconstruction ray tracing method based on triangular grids layout on wavefront, achieves accurate and fast calculation of ray paths and traveltimes. This method has stable and reasonable ray distribution, and overcomes problems caused by shadows in conventional ray tracing methods. The application of triangular grids layout on wavefront, keeps all the triangular grids stable, and makes the division of grids and interpolation of a new ray convenient. This technology reduces grids and memory, and then improves calculation efficiency. It enhances calculation accuracy by accurate and effective description and division on wavefront. Ray tracing traveltime table, which shares the character of 2-D or 3-D scatter data, has great amount of data points in process of seismic simulation, inversion, migration, and imaging. Therefore the traveltime table file will be frequently read, and the calculation efficiency is very low. Due to these reasons, reasonable traveltime table compression will be very necessary. This thesis proposes surface fitting and scattered data compression with B-spline function method, applies to 2-D and 3-D traveltime table compression. In order to compress 2-D (3-D) traveltime table, first we need construct a smallest rectangular (cuboidal) region with regular grids to cover all the traveltime data points, through the coordinate range of them in 2-D surface (3-D space). Then the value of finite regular grids, which are stored in memory, can be calculated using least square method. The traveltime table can be decompressed when necessary, according to liner interpolation method of 2-D (3-D) B-spline function. In the above calculation, the coefficient matrix is stored using sparse method and the liner system equations are solved using LU decomposition based on the multi-frontal method according to the sparse character of the least square method matrix. This method is practiced successfully in several models, and the cubic B-spline function can be the best basal function for surface fitting. It make the construction surface smooth, has stable and effective compression with high approximate accuracy using regular grids. In this way, through constructing reasonable regular grids to insure the calculation efficiency and accuracy of compression and surface fitting, we achieved the aim of traveltime table compression. This greatly improves calculation efficiency in process of seismic simulation, inversion, migration, and imaging.

Aplicação de MonetDB na avaliação de desempenho de bases de dados verticais

Dissertação apresentada à Universidade Fernando Pessoa como partes dos requisitos para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática, ramo de Sistemas de Informação e Multimédia

Energy-efficient reprogramming of heterogeneous wireless sensor networks

Science Foundation Ireland (CSET - Centre for Science, Engineering and Technology, grant 07/CE/I1147)

Coded aperture compressive temporal imaging.

We use mechanical translation of a coded aperture for code division multiple access compression of video. We discuss the compressed video's temporal resolution and present experimental results for reconstructions of > 10 frames of temporal data per coded snapshot.

The decoupling approach to quantum information theory

La théorie de l'information quantique étudie les limites fondamentales qu'imposent les lois de la physique sur les tâches de traitement de données comme la compression et la transmission de données sur un canal bruité. Cette thèse présente des techniques générales permettant de résoudre plusieurs problèmes fondamentaux de la théorie de l'information quantique dans un seul et même cadre. Le théorème central de cette thèse énonce l'existence d'un protocole permettant de transmettre des données quantiques que le receveur connaît déjà partiellement à l'aide d'une seule utilisation d'un canal quantique bruité. Ce théorème a de plus comme corollaires immédiats plusieurs théorèmes centraux de la théorie de l'information quantique. Les chapitres suivants utilisent ce théorème pour prouver l'existence de nouveaux protocoles pour deux autres types de canaux quantiques, soit les canaux de diffusion quantiques et les canaux quantiques avec information supplémentaire fournie au transmetteur. Ces protocoles traitent aussi de la transmission de données quantiques partiellement connues du receveur à l'aide d'une seule utilisation du canal, et ont comme corollaires des versions asymptotiques avec et sans intrication auxiliaire. Les versions asymptotiques avec intrication auxiliaire peuvent, dans les deux cas, être considérées comme des versions quantiques des meilleurs théorèmes de codage connus pour les versions classiques de ces problèmes. Le dernier chapitre traite d'un phénomène purement quantique appelé verrouillage: il est possible d'encoder un message classique dans un état quantique de sorte qu'en lui enlevant un sous-système de taille logarithmique par rapport à sa taille totale, on puisse s'assurer qu'aucune mesure ne puisse avoir de corrélation significative avec le message. Le message se trouve donc «verrouillé» par une clé de taille logarithmique. Cette thèse présente le premier protocole de verrouillage dont le critère de succès est que la distance trace entre la distribution jointe du message et du résultat de la mesure et le produit de leur marginales soit suffisamment petite.

Les algorithmes de haute résolution en tomographie d'émission par positrons : développement et accélération sur les cartes graphiques

La tomographie d’émission par positrons (TEP) est une modalité d’imagerie moléculaire utilisant des radiotraceurs marqués par des isotopes émetteurs de positrons permettant de quantifier et de sonder des processus biologiques et physiologiques. Cette modalité est surtout utilisée actuellement en oncologie, mais elle est aussi utilisée de plus en plus en cardiologie, en neurologie et en pharmacologie. En fait, c’est une modalité qui est intrinsèquement capable d’offrir avec une meilleure sensibilité des informations fonctionnelles sur le métabolisme cellulaire. Les limites de cette modalité sont surtout la faible résolution spatiale et le manque d’exactitude de la quantification. Par ailleurs, afin de dépasser ces limites qui constituent un obstacle pour élargir le champ des applications cliniques de la TEP, les nouveaux systèmes d’acquisition sont équipés d’un grand nombre de petits détecteurs ayant des meilleures performances de détection. La reconstruction de l’image se fait en utilisant les algorithmes stochastiques itératifs mieux adaptés aux acquisitions à faibles statistiques. De ce fait, le temps de reconstruction est devenu trop long pour une utilisation en milieu clinique. Ainsi, pour réduire ce temps, on les données d’acquisition sont compressées et des versions accélérées d’algorithmes stochastiques itératifs qui sont généralement moins exactes sont utilisées. Les performances améliorées par l’augmentation de nombre des détecteurs sont donc limitées par les contraintes de temps de calcul. Afin de sortir de cette boucle et permettre l’utilisation des algorithmes de reconstruction robustes, de nombreux travaux ont été effectués pour accélérer ces algorithmes sur les dispositifs GPU (Graphics Processing Units) de calcul haute performance. Dans ce travail, nous avons rejoint cet effort de la communauté scientifique pour développer et introduire en clinique l’utilisation des algorithmes de reconstruction puissants qui améliorent la résolution spatiale et l’exactitude de la quantification en TEP. Nous avons d’abord travaillé sur le développement des stratégies pour accélérer sur les dispositifs GPU la reconstruction des images TEP à partir des données d’acquisition en mode liste. En fait, le mode liste offre de nombreux avantages par rapport à la reconstruction à partir des sinogrammes, entre autres : il permet d’implanter facilement et avec précision la correction du mouvement et le temps de vol (TOF : Time-Of Flight) pour améliorer l’exactitude de la quantification. Il permet aussi d’utiliser les fonctions de bases spatio-temporelles pour effectuer la reconstruction 4D afin d’estimer les paramètres cinétiques des métabolismes avec exactitude. Cependant, d’une part, l’utilisation de ce mode est très limitée en clinique, et d’autre part, il est surtout utilisé pour estimer la valeur normalisée de captation SUV qui est une grandeur semi-quantitative limitant le caractère fonctionnel de la TEP. Nos contributions sont les suivantes : - Le développement d’une nouvelle stratégie visant à accélérer sur les dispositifs GPU l’algorithme 3D LM-OSEM (List Mode Ordered-Subset Expectation-Maximization), y compris le calcul de la matrice de sensibilité intégrant les facteurs d’atténuation du patient et les coefficients de normalisation des détecteurs. Le temps de calcul obtenu est non seulement compatible avec une utilisation clinique des algorithmes 3D LM-OSEM, mais il permet également d’envisager des reconstructions rapides pour les applications TEP avancées telles que les études dynamiques en temps réel et des reconstructions d’images paramétriques à partir des données d’acquisitions directement. - Le développement et l’implantation sur GPU de l’approche Multigrilles/Multitrames pour accélérer l’algorithme LMEM (List-Mode Expectation-Maximization). L’objectif est de développer une nouvelle stratégie pour accélérer l’algorithme de référence LMEM qui est un algorithme convergent et puissant, mais qui a l’inconvénient de converger très lentement. Les résultats obtenus permettent d’entrevoir des reconstructions en temps quasi-réel que ce soit pour les examens utilisant un grand nombre de données d’acquisition aussi bien que pour les acquisitions dynamiques synchronisées. Par ailleurs, en clinique, la quantification est souvent faite à partir de données d’acquisition en sinogrammes généralement compressés. Mais des travaux antérieurs ont montré que cette approche pour accélérer la reconstruction diminue l’exactitude de la quantification et dégrade la résolution spatiale. Pour cette raison, nous avons parallélisé et implémenté sur GPU l’algorithme AW-LOR-OSEM (Attenuation-Weighted Line-of-Response-OSEM) ; une version de l’algorithme 3D OSEM qui effectue la reconstruction à partir de sinogrammes sans compression de données en intégrant les corrections de l’atténuation et de la normalisation dans les matrices de sensibilité. Nous avons comparé deux approches d’implantation : dans la première, la matrice système (MS) est calculée en temps réel au cours de la reconstruction, tandis que la seconde implantation utilise une MS pré- calculée avec une meilleure exactitude. Les résultats montrent que la première implantation offre une efficacité de calcul environ deux fois meilleure que celle obtenue dans la deuxième implantation. Les temps de reconstruction rapportés sont compatibles avec une utilisation clinique de ces deux stratégies.