ES2272429T3 - Metodo para comprimir un arbol jerarquico, señal correspondiente y metodo para descodificar una señal. - Google Patents
Metodo para comprimir un arbol jerarquico, señal correspondiente y metodo para descodificar una señal. Download PDFInfo
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Abstract
Un método para comprimir un árbol jerárquico que describe una señal multimedia, comprendiendo dicho árbol nodos y hojas, que pueden estar asociados a datos de al menos dos naturalezas distintas, llamados tipos de datos, en el que dicho método pone en práctica una compresión de datos para al menos algunas de dichas hojas, y en el que dicho método comprende: una operación de identificar (2) al menos un subárbol; una operación de asignar (3) una técnica de codificación por compresión asignada a dicho subárbol sólo para las hojas de dicho subárbol cuyos datos son del tipo asociado a dicha técnica de codificación por compresión, mientras las otras hojas de dicho subárbol no sufren ninguna codificación por compresión.
Description
Método para comprimir un árbol jerárquico, señal
correspondiente y método para descodificar una señal.
El campo del invento es el de la compresión de
datos. Más precisamente, el invento se refiere a la compresión de
documentos basados en XML ("Lenguaje de Markup Extendido").
El invento tiene aplicaciones, en particular,
pero no solamente, en los campos siguientes:
- aplicaciones multimedia;
- herramientas de indexación;
- herramientas de manipulación de datos
meta;
- la especificación MPEG-7
(véase particularmente NACK y col. "Todo lo que quería saber
acerca de MPEG-7: Parte 2" Multimedia IEEE,
Sociedad de Ordenadores de IEEE, Estados Unidos de Norteamérica,
volumen 6, nº 4, octubre de 1999, páginas
64-73).
- SMIL;
- TV en cualquier instante;
- la tercera generación de radiocomunicaciones
(3GPP).
Las técnicas de compresión de la técnica
anterior para XML tienen varios inconvenientes. En particular, no
soportan al mismo tiempo acceso rápido a datos, relaciones de alta
compresión y construcción progresiva del documento. En otras
palabras, la mayoría del tiempo, cuando una de las características
antes mencionadas es soportada, las demás características se
pierden.
Una de las técnicas de compresión de la técnica
anterior es conocida como BiM (MPEG binario) y está notablemente
descrita en Texto de ISO/IEC FCD 15938-1 Enlace de
Descripción de Contenido Multimedia de Tecnología de la Información
- Parte 1 Sistemas "ISO/IEC" JTC1/SC 29/WG11 "MPEG"
01/N4001, marzo de 2001. Tal técnica proporciona un método para
comprimir un documento XML haciendo binaria la estructura del
documento, es decir los nodos de una estructura de árbol asociados
al documento XML. Por tanto, la relación de compresión conseguida
empleando la técnica BiM es muy pobre, aunque la técnica BiM
permite un rápido acceso a datos, construcción progresiva del
documento y capacidad para omitir. Liefke y col., en "XMILL: Un
compresor eficiente para datos XML". (Registro Sigmod,
Asociación para Maquinaria de Ordenadores, Nueva York, Estados
Unidos de Norteamérica, vol. 29, nº 2, Junio de 2000, páginas
153-164) ha descrito también un método para
comprimir datos en un árbol XML. Un inconveniente de esta técnica
es que no permite identificar un subárbol, asignar una técnica de
codificación de compresión específica a un tipo de datos del
subárbol identificado, e implantar esta técnica de codificación de
compresión sólo para las hojas del subárbol cuyos datos son del tipo
de técnica de codificación de compresión
asociada.
asociada.
Es un propósito del invento compensar los
inconvenientes de las técnicas de la técnica anterior.
Más precisamente, el invento tiene por objetivo
proporcionar una técnica de compresión eficiente para documentos
basados en XML.
El invento también tiene por objetivo
proporcionar una técnica de compresión para XML que proporciona la
capacidad para omitir, relaciones de alta compresión y construcción
progresiva del documento.
El invento también tiene por objetivo comprimir
eficientemente descriptores MPEG-7.
Otro propósito del invento es poner en práctica
un método para comprimir un documento XML que mejora mucho la
relación de compresión proporcionada por una técnica del tipo BIM,
pero que proporciona las mismas funcionalidades que las
proporcionadas por el BIM.
Los propósitos antes mencionados del invento,
así como otros propósitos del invento que aparecerán después, son
conseguidos, de acuerdo con el invento, por medio de un método para
comprimir un árbol jerárquico que describe una señal multimedia,
comprimiendo dicho árbol nodos y hojas, que pueden estar asociadas a
contenidos de al menos dos tipos distintos, en el que dicho método
emplea una compresión de contenido para al menos alguna de dichas
hojas por medio de al menos dos técnicas de codificación por
compresión, estando selectivamente asociada cada una de dichas
técnicas al menos a uno de dichos tipos de contenido.
De acuerdo con una realización preferida del
invento, tal método comprende una operación de identificar al menos
un subárbol y una operación de asignar una de dichas técnicas de
codificación por compresión a dicho subárbol.
Ventajosamente, tal método comprende una
operación de implantar dicha técnica de codificación por compresión
asignada a dicho subárbol solamente para las hojas de dicho subárbol
cuyo contenido es del tipo asociado a dicha técnica de codificación
por compresión, y las otras hojas de dicho subárbol no experimentan
ninguna codificación por compresión.
De acuerdo con una característica ventajosa del
invento, tal método emplea una descripción paramétrica de dichas
técnicas de codificación por compresión.
Preferentemente, tal método comprende también
una operación de comprimir la estructura de dicho árbol.
Ventajosamente, dicho árbol es del tipo BiM
(MPEG binario) de acuerdo con el estándar MPEG7.
Preferentemente, una de dichas técnicas de
codificación por compresión emplea una cuantificación lineal.
Ventajosamente, una de dichas técnicas de
codificación por compresión emplea un algoritmo de compresión
estadístico.
Preferentemente, dicho algoritmo es del tipo
GZip.
Ventajosamente, dicho algoritmo es empleado
simultáneamente para un conjunto de datos correspondiente al
contenido de al menos dos hojas.
Preferentemente, dicho árbol representa la
estructura de un documento de tipo XML (Lenguaje de Markup
extendido).
El invento se refiere también a un método para
descodificar una señal multimedia comprimida de acuerdo con el
método antes mencionado para comprimir un árbol jerárquico.
Ventajosamente, tal método pone en práctica una
operación de refrescar un contexto de descodificación actual de
acuerdo con la información del contexto de codificación transportada
por dicha señal.
Preferentemente, dicho contexto actual define al
menos un tipo de contenido, comprendiendo dicho método una
operación de puesta en práctica de una técnica de descodificación
por compresión asociada dicho tipo de contenido para las hojas que
tienen un contenido de dicho tipo de contenido.
El invento se refiere también a una señal
generada por el método antes mencionado para comprimir un árbol
jerárquico.
Otras características y ventajas del invento
aparecerán más claramente a la luz de la siguiente descripción,
dada como ejemplo meramente ilustrativo pero no restrictivo, y de
las siguientes figuras:
La fig. 1 ilustra el concepto de contexto de
codificación
La fig. 2 describe la estructura de un elemento
cuando es codificado de acuerdo con la técnica BiM;
La fig. 3 ilustra alguna de las operaciones
llevadas a cabo de acuerdo con el invento para comprimir el
contenido de las hojas de un árbol jerárquico.
Antes de describir en detalle como poner en
práctica el invento, primero recordaremos las principales
características de la técnica de compresión de la técnica anterior,
conocida como la técnica BiM.
Para facilitar la comprensión del documento,
algunas referencias están reunidas en el anexo 9 y se ha hecho
referencia a ellas a lo largo de todo el documento.
Todos los anexos proporcionados con el presente
documento son parte de la descripción actual del invento.
Un contexto de codificación, ilustrado en la
fig. 1, es un conjunto de información de descodificación, necesario
mientras se descodifica la corriente o flujo de bits. Un contexto de
codificación es aplicable al subárbol completo del nodo donde está
definido. En todos los nodos del árbol, el contexto de codificación
puede ser modificado: conduciendo a la creación de un nuevo
contexto de codificación, aplicable al subárbol correspondiente.
Un contexto puede llevar varias informaciones
que editan características aplicables al subárbol referido.
Actualmente, en el formato de codificación de subárbol BiM [1],
estas características tienen la capacidad de omitir de un
subárbol/contexto y codificación de múltiples esquemas de un
subárbol/contexto (con el fin de proporcionar la característica de
compatibilidad hacia atrás y hacia adelante). Al final, el mecanismo
de contenido puede ser deshabilitado en cada subárbol con el fin de
ahorrar ancho de banda; este es el modo congelado de contexto.
El mecanismo de contexto de codificación
proporciona máxima flexibilidad en cada subárbol de un árbol de
documento y permite que características extensibles sean enchufadas
en el mecanismo de codificación BiM. Conocemos ahora el mecanismo
el contexto actual usado en BiM.
Un codingContext (contexto de codificación) es
un conjunto de información, la información contextual, necesitada
por el descodificador para descodificar la corriente de bits. Un
contexto de codificación es aplicable al nodo donde ha sido
definido, y al subárbol completo correspondiente a este nodo.
El codingContext (contexto de codificación)
actual, (es decir el contexto aplicable a un nodo especificado de
una descripción) puede ser modificado dentro del documento (es
decir, una modificación de su conjunto subyacente de información).
Cada modificación de un codingContext (contexto de codificación)
conduce a la creación de un nuevo codingContext (contexto de
codificación), que transportará el conjunto de información
modificado. Todos los codingContexts (contextos de codificación) se
espera que sean apilados, con el fin de recogerlos de nuevo, cuando
el descodificador ha terminado de descodificar un contexto de
subárbol correspondiente.
El descodificador BiM está compuesto de dos
descodificadores:
- -
- el descodificador de contexto: este descodificador está dedicado a descodificar la información contextual. Como se ha establecido antes, la información contextual no es parte de la descripción. Esto es un conjunto de información que soporta algunas características externas, compatibilidad hacia atrás y hacia adelante, omisión rápida...
- -
- el descodificador de elementos; este descodificador, el BiM regular [1] está dedicado va a descodificar la información del elemento.
Cada elemento de una descripción es codificado
como el 3-plet ilustrado en la fig. 2, donde la
parte de encabezamiento está constituida por dos fragmentos, cuyos
tamaños pueden ser nulos:
- -
- MC es el fragmento de meta-contexto;
- -
- C es el fragmento de contexto;
- -
- Elemento es el fragmento de elemento, que es el fragmento de codificación de elemento regular, véase [1].
El fragmento de meta-contexto MC
contiene la información necesitada por el descodificador para
descodificar el siguiente fragmento C. Es decir que el fragmento C
es el fragmento de contexto del fragmento de contexto C.
El fragmento de contexto C contiene la
información capaz de cambiar el conjunto de información de contexto
de codificación actual, y necesitada por el descodificador para
descodificar el siguiente fragmento de elemento. Es decir que el
fragmento C es el fragmento de contexto del fragmento de
elemento.
El contexto de codificación BiM actual lleva un
conjunto de información, la información contextual, que puede estar
dividida en las dos siguientes clases principales:
- -
- la sección de meta-contexto; la información contenida en esta sección, influye sólo en el proceso de descodificación de contexto
- -
- la sección de contexto; si la información contenida en esta sección, influye sólo en el proceso de descodificación de elemento
El conjunto actual de información es el
siguiente conjunto de variables:
Las clases definidas son codificando exactamente
los fragmentos descritos antes (el fragmento de
meta-contexto MC y el fragmento de contexto C).
El fragmento de meta-contexto
MC, cuyo tamaño puede ser nulo, contiene información para saber si
el descodificador tiene que leer el siguiente fragmento de contexto
C, descrito en la siguiente sección.
El valor por defecto del freezing_state es
falso: es decir que, por defecto, el contexto de raíz puede ser
cambiado dinámicamente.
En la creación de un nuevo contexto:
- -
- el valor de freezing_state es ajustado al valor de freezing_state de su contexto padre.
En cada nodo de una descripción y con el fin de
crear un nuevo contexto:
- -
- el valor de freezing_state puede ser intercambiado desde el valor falso al valor verdadero.
Si el valor de freezing_state es verdadero, el
fragmento de meta-contexto MC (y el fragmento de
contexto C próximo) no es codificado a la corriente de bits. De
otro modo, la parte del fragmento de meta-contexto
MC del encabezamiento es codificada como sigue:
El context_chunk es una variable local,
inicializada en falso.
Como se ha indicado en la sección previa, la
modificación de las variables del contexto actual implica la
creación de un nuevo contexto.
Si el valor del context_chunk es verdadero, el
descodificador tiene que leer el siguiente fragmento de contexto
C.
El fragmento de contexto C, cuyo tamaño puede
ser nulo, contiene un conjunto de información capaz de cambiar
dinámicamente las variables de contexto actuales. Estas variables
son llamadas Propiedades de codificación ya que influyen en el
proceso de descodificación de elemento BiM.
La variable allows_skip es inicializada al
comienzo de la corriente de bits por los dos primeros bits del
campo de bit especial de 4 bits, como se ha definido en el documento
de Sistemas FCD [1].
La variable allows_partial_instantiation es
inicializada al comienzo de la corriente de bits por los dos
terceros bits del campo de bit especial de 4 bits.
La variable allows_subtyping es inicializada al
comienzo de la corriente de bits por los dos cuartos bits del campo
de bit especial de 4 bits.
El valor por defecto de scheme_mode es mono; es
decir que, por defecto, la raíz del subárbol/contexto es codificada
con un esquema
En la creación de un nuevo contexto:
- -
- el valor allows_skip es configurado al valor allows_skip de su contexto padre
- -
- el valor allows_partial_instantiation es configurado al valor de su contexto padre
- -
- el valor allows_subtyping es configurado al valor de su contexto padre
- -
- el valor del schema_mode es configurado a su valor por defecto
En cada nodo de una descripción y con el fin de
crear un nuevo contexto:
- -
- allows_skip puede ser dinámicamente modificado
- -
- allows_partial_instantiation no puede ser dinámicamente modificado
- -
- allows_subtyping no puede ser dinámicamente modificado
- -
- el scheme_mode puede ser dinámicamente modificado
El fragmento de contexto C está presente solo si
el fragmento de meta-contexto MC está ya presente y
su variable local previa context_chunk es verdadera.
La modificación dinámica del contexto actual
está descrita con un elemento XML que es codificado por el esquema
de codificación regular BiM. El elemento global modifyContext desde
el esquema BiM es usado. El esquema de codificación
http://www.mpeg7.org/2001/BiMCoding está descrito en el anexo
1.
El fragmento de contexto C ha de ser
descodificado con el esquema regular BiM, con el esquema
anterior.
Como se ha indicado antes, la modificación de
codingProperties actual en el contexto implica la creación de un
nuevo contexto. Por ello, la presencia del fragmento de contexto C,
implica la creación de un nuevo contexto, que llevará las
codingProperties modificadas.
Si el elemento allows_skip es instantiado dentro
del elemento de modificación de contexto, entonces el valor
allows_skip será actualizado en el nuevo contexto.
Si el elemento schema_mode es instantiado dentro
del elemento modifyContext, entonces el valor del schema_mode será
actualizado en el nuevo contexto.
Los valores allows_skip y schema_mode influyen
sobre el proceso de descodificación del elemento, cuando está
relacionado con la característica de omitir. Este comportamiento
está descrito en [1].
El valor de schema_mode influye sobre el proceso
de descodificación del elemento, con el fin de saber si el elemento
está codificado con o solo uno o varios esquemas. Este mecanismo
está descrito en [1].
El valor allows_partial_instantiation influye
sobre el proceso de descodificación del elemento, añadiendo un tipo
especial partiallyInstantiated a los subtipos posibles del elemento.
Véase [1].
El valor de allow_subtyping influye sobre el
proceso de descodificación del elemento, y permite a un elemento o
a un atributo tener diferentes tipos posibles, en caso de
polimorfismo de elemento (con el atributo xsi:type) o unión. Véase
[1].
El invento propone extender el mecanismo de
contexto BiM actual con el fin de soportar una nueva e interesante
característica: el uso de compresores locales para comprimir hojas
de un documento, con el fin de reducir el tamaño de la corriente de
bits resultante.
Esta sección describe como extender el mecanismo
de contexto BiM actual para soportar el uso de compresores locales.
Esto es típicamente un nuevo conjunto de variables,
codingProperties, enlazadas con reglas de semántica, propagación y
codificación específicas. Por ello, este nuevo conjunto de
codingProperties extenderá el fragmento de contexto actual.
En un subárbol, todos los casos de uno o varios
tipos simples especificados pueden ser comprimidos con uno o varios
compresores especificados. Esto define básicamente un cartografiado
entre un compresor y uno o varios tipos simples. Además:
- -
- en algunos casos, un compresor puede necesitar algunos parámetros externos.
- -
- un cartografiado puede ser activado/desactivado, con el fin de usar un compresor en algunos subárboles pero no en otros.
Por último, con el fin de ser
activado/desactivado, un cartografiado debería ser referenciable y
por ello, debe tener un identificador único en un contexto.
Por ello, cada contexto puede llevar cero, uno o
varios codecTypeMapper; donde un codecTypeMapper es un
4-plet, que consiste de un identificador, uno o
varios tipos simples, un codec, parámetros de codec opcional
externos y un estado de activación.
Un codecTypeMapper es un 4-plet,
que consiste en:
- -
- un identificador, usado como una clave de referencia única en un subárbol/contexto
- -
- uno o varios tipos simples, para los que es aplicable el cartografiado
- -
- un codec
- -
- parámetros de codec opcionales externos (depende del codec)
- -
- un estado de activación
El identificador es un número único que
identifica un cartografiado dentro de un contexto en un modo no
ambiguo. El esquema de codificación BiM restringe el número máximo
de codecTyoeMappers en un contexto a 32.
Todos los tipos simples definidos en un esquema
podrían ser a priori codificados por cada codec pero, cada
codec puede restringir esta elección. Por ejemplo, un cuantificador
lineal, como se ha definido de aquí en adelante en el documento,
puede ser solamente usado con tipos numéricos simples.
Un tipo simple es identificado por su nombre, y
por la URL del esquema al que pertenece. Los prefijos de esquema
XML deberían ser usados, con el fin de apuntar al esquema correcto.
El esquema de codificación BiM define un tipo especial para
codificar esta pareja; este tipo debería ser codificado como pareja
de enteros; el primer entero está restringido al número actual de
esquemas conocido (esta pieza de información puede ser traída en la
parte DecoderConfig [1]) y el segundo entero está restringido al
número de tipos simples globales presentes en el esquema
correspondiente.
Un codec, abreviaturade compresor/descompresor,
es un módulo que toma bits de entrada, y escribe bits de salida.
Puede necesitar algunos parámetros externos opcionales.
Un codec es identificado por un nombre, entre
los nombres de los codecs no abstractos definidos en el esquema de
codificación BiM. El esquema de codificación BiM actual, definido en
una sección anterior, no define ningún codec no abstractos, pero el
\NAK2.2 del presente documento lo hace.
El estado de activación es una bandera
booleana.
Cada contexto:
- -
- puede llevar 0,1 o varios codecTypeMapper
- -
- puede definir uno o varios codecTypeMapper
- -
- puede activar o desactivar uno o varios codecTypeMapper existentes. Si un codecTypeMapper está definido en un contexto, permanece en todos sus subcontextos.
Un codecTypeMapper existente, dentro de un
contexto, no puede ser borrado ni modificado (excepto su estado de
activación).
El identificador de un cartografiado debe ser
único entre todos los codecTypeMapper de un contexto.
Cuando se asocia en un codecTypeMapper uno o
varios tipos simples y un codec, el codec codificará/descodificará
los propios tipos simples y todo los tipos simples que sean
derivados de ellos.
En un contexto, debe haber como mucho un tipo
simple que pueda ser aplicable con un codec.
Hay dos tipos de codecs: codecs sin memoria y
codecs contextuales.
Un codec sin memoria es un módulo que codifica
siempre los mismos bytes de entrada en los mismos bytes de salida:
independientemente de la historia del codec. Un codec sin memoria
típico es un cuantificador lineal. La compresión de hoja BiM (véase
\NAK2.2 del documento presente) describe tal codec.
Un codec contextual es un módulo que usa los
bytes previos alimentados en él, (cambiando así el contexto del
codec).
Tal codec no genera los mismos bytes de salida
para los mismos bytes de entrada que recibe. Un codec típicamente
contextual es un codec local a modo de Zip, uno está descrito en el
\NAK2.2 del documento presente.
Un codec sin memoria no induce ningún problema
en la arquitectura de contexto actual pero un codec contextual si
lo hace, en caso de subárbol omitible. En tales casos, un codec
contextual es repuesto, con el fin de no confundir al
descodificador, cuando este anterior ha omitido el subárbol.
En cada subárbol/contexto, un codecTypeMapper
puede ser activado o desactivado.
Este mecanismo permite definir un
codecTypeMapper a un nivel más elevado del árbol de documentos, y
activarlo solamente en los subárboles en los que es usado, sin
redefinir el codecTypeMapper.
En esta parte, añadiremos un nuevo
codingProperty al conjunto previo de variables de la sección de
contexto, descrito antes. Este nuevo codingProperty es denominado
codecTypeMapper y es una lista del codecTypeMapper previo descrito
en la sección previa.
El contexto lleva una lista de
codecTypeMapper:
Por defecto, no hay codecTypeMapper en un
subárbol/contexto.
Si un codecTypeMapper está definido dentro de un
contexto, su identificador, codec y el valor simple_type debe ser
definido. Si no es especificado, el estado de activación de un
codecTypeMapper nuevamente definido es ajustado a verdadero por
defecto; es decir que un codecTypeMapper nuevamente definido es
activado por defecto.
Regla 1: En la creación de un nuevo
contexto, la lista de codecTypeMapper es la copia de su contexto
padre:
- -
- el valor de identificador es copiado
- -
- el valor simple_type es copiado
- -
- el valor de codec es copiado de acuerdo con la regla 2
- -
- el valor de codec_parameters son copiados
- -
- el activation_state es copiado
Regla 2: el valor de codec es
copiado y si:
- -
- el codec padre codingProperty[i].codec es un codec contextual
- -
- y si el contexto actual es omitible
Entonces,
el descodificador se espera que
cree un nuevo caso del codec copiando el caso del codec padre (no
solamente su valor) y
reponiéndolo.
Por ejemplo, un codec Zlib sería copiado y
reinicializado cuando entre en un nodo omitible.
La lista de codecTypeMapper puede ser modificada
dinámicamente, dentro de la descripción:
- -
- un nuevo codecTypeMapper puede ser definido
- -
- el activation_state de un codecTypeMapper existente (a continuación referenciable) puede ser modificado dinámicamente.
Un codecTypeMapper existente no puede ser
eliminado y sus miembros no pueden ser modificados dinámicamente
(excepto su activation_state).
Las mismas reglas previas se aplican a la
descodificación del fragmento de contexto C, pero el nuevo esquema,
descrito en el anexo 2, debería ser usado, con el fin de añadir las
funcionalidades de modificación dinámica del nuevo
codecTypeMapper.
El ejemplo, ilustrado en el anexo 3, presenta la
definición de un cuantificador lineal activado (véase \NAK2.2 del
documento presente) en una descripción.
El ejemplo, ilustrado en el anexo 4, presenta la
definición de un cuantificador lineal desactivado en una
descripción.
Presentamos ahora el mecanismo empleado por el
invento para codificar datos con diferentes codecs. Más
precisamente, ilustramos ahora dos ejemplos, uno en el que un codec
de cuantificación lineal es usado para comprimir, por ejemplo,
valores de coma flotante, y el otro en el que un codec gzip es usado
para comprimir, por ejemplo, valores de cadena.
Tal mecanismo está estrechamente relacionado con
el contexto de codificación y permite el uso de varios otros tipos
de codecs. Además, permite relacionarse apropiadamente con las
características de contexto de codificación, por ejemplo subárboles
omitibles. Finalmente permite volver a utilizar codecs en diferentes
contextos de codificación.
La codificación de subárbol BiM [1] no comprime
las hojas de datos de una descripción. Actualmente, los valores de
hoja son codificados con respecto a sus tipos (IEEE 754 flotantes y
dobles, cadenas UTF...).
En muchos casos, podría ser útil usar algunas
técnicas de compresión clásica como cuantificación lineal o
compresión estadística para mejorar la relación de compresión de BiM
sin perder sus características principales (análisis de la línea de
corriente, característica de omisión rápida, descodificación
tecleada).
Este documento presenta cómo puede hacerse la
compresión de hojas de datos de un documento dentro del mecanismo
de codificación de contexto descrito en \NAK2.1 con el fin de
conseguir mejores relaciones de compresión.
La cuantificación lineal es un modo usual y con
pérdidas de reducir el tamaño de números codificados en la
corriente de bits, cuando la fuente de la información es conocida y
por ello, cuando las pérdidas pueden ser controladas.
Como ejemplo, la envolvente de una señal de
audio muestreada es a menudo conocida con una cuantificación de
tamaño de bit precisa, y esta técnica podría ser usada
satisfactoriamente para codificar descripciones de audio
MPEG-7.
MPEG-7.
Si es un número real, puede ser codificado con
v_{q} con bits nbits donde:
\nu_{q} =
\frac{\nu - \nu_{min}}{\nu_{max} - \nu_{min}}(2^{nbits} -
1)
donde:
- \nu_{q} es el valor cuantificado,
codificado de \nu
- nbits es la precisión requerida en bits
- \nu_{min} es el valor mínimo inclusivo que
\nu puede alcanzar
- \nu_{max} es el valor máximo incluido que
\nu puede alcanzar
Y el valor descodificado desde \nu es \nu,
con:
\overline{\nu}
= \nu_{min} + \nu_{q}\frac{\nu_{max} - \nu_{min}}{2^{nbits} -
1}
donde;
- \nu es el valor descodificado, aproximado de
\nu
La cuantificación lineal puede ser usada como un
codec, como se ha definido en el mecanismo de contexto de
codificación descrito en \NAK2.1 del presente documento. Con este
mecanismo, la cuantificación lineal puede ser aplicada en hojas de
datos numéricos, de un tipo simple deseado, en cualquier subárbol de
una descripción.
Usados como éste, el mecanismo de contexto de
codificación, asociado con el codec de cuantificación lineal, está
actuando como el nodo QuatizationParameter, usado en
MPEG-4 BIFS [3].
De acuerdo con la definición de un codec en
\NAK2.1 del documento presente, este codec es un codec sin
memoria, que puede ser aplicado en cada uno de los tipos numéricos
simple atómicos y no atómicos; cuyo tipo primitivo de Esquema XML
es flotante, doble o decimal.
El codec cuantificador lineal necesita los 3
siguientes parámetros obligatorios:
- -
- bitSize: la variable nbits descrita antes
- -
- minInclusive: la variable \nu_{min} descrita antes
- -
- maxInclusive: la variable \nu_{max} descrita antes
El codec de cuantificación lineal es un nuevo
codec de tipo LinearQuantizerCodecType, basado en el tipo CodecType
abstracto (véase \NAK2.1) y definido por el esquema dado en el
anexo 5, en el contexto de codificación espacio de nombre URL
xmins: cc=http://www.mpeg7.org/2001/BiMCoding.
Una hoja de datos numéricos de valor \nu es
codificada con el entero sin signo \nu_{q} en bits nbits
donde:
\vskip1.000000\baselineskip
\nu_{q} =
\frac{\nu - \nu_{min}}{\nu_{max} - \nu_{min}}(2^{nbits} -
1)
\vskip1.000000\baselineskip
El entero sin signo \nuç_{q} codificado en
bits nbits, debería ser descodificado como \nu donde:
\vskip1.000000\baselineskip
\overline{\nu}
= \nu_{min} + \nu_{q}\frac{\nu_{max} - \nu_{min}}{2^{nbits} -
1}
Ejemplo
(Informativo)
El ejemplo ilustrado en el anexo 6 presenta la
definición de un cuantificador lineal en una descripción.
Algoritmos de compresión sin pérdida estadística
clásicos pueden ser usados como codecs, como se ha definido en el
mecanismo de contexto de codificación (véase \NAK2.1). Con este
mecanismo, las hojas de datos, de un tipo simple deseado, pueden
ser comprimidas de manera eficiente en cualquier subárbol de una
descripción.
Este codec es útil para reducir
significativamente el tamaño de la corriente de bits, especialmente
cuando la descripción contiene muchas cadenas repetitivas o
similares.
Algoritmos de compresión estadística sin
pérdidas clásicos (como Zip o GZip) pueden ser usados en BiM para
comprimir cualesquiera hojas de una descripción.
Pero, en la mayoría de los casos, cuando las
hojas de datos son cadenas cortas que contiene menos de 10
caracteres, esto conduce a pobres rendimientos ya que los
algoritmos de compresión estadística usuales requieren una mayor
memoria tampón para mirar hacia delante.
Con el fin de conseguir una relación de
compresión óptima, las hojas de un documento han de ser almacenadas
en una pequeña memoria tampón antes de ser comprimidas. La siguiente
sección define tal codificador estadístico almacenado, basándose en
un algoritmo de compresión estadística sin pérdidas subyacentes.
Un codificador estadístico almacenado se basa en
un codificador estadístico subyacente que debería contener los
siguientes métodos primitivos genéricos:
- -
- initialize_stream(); que inicializada una corriente de compresión o descompresión
- -
- reset_model(); que repone el modelo estadístico actual del codificador
- -
- feed_input_bytes(); que toma bytes descomprimidos de entrada y los pone en la corriente de compresión
- -
- flush_output_bytes(); que descarga la corriente de compresión comprimiendo los bytes de entrada ya procesados y emitiendo los correspondientes bytes de salida comprimidos
- -
- decompress_input_bytes(); que toma una cantidad específica de bytes de entrada comprimidos y los descodifica emitiendo los bytes de salida descomprimidos correspondientes.
Un codec almacenado tiene una longitud de bytes
bufferSize, estructura FIFO de memoria tampón de matriz de
byte.
Desde el lado del codificador, el valor
bufferSize indica cuántos bytes de entrada puede procesar el
codificador antes de descargar. Desde el lado del descodificador,
este es el tamaño de memoria tampón mínimo en bytes, necesario para
descodificar la corriente de bits, a través del codificador
estadístico subyacente API.
La memoria tampón tiene también una variable
fillingLevel, que contiene el nivel de llenado real, en bytes, de
la memoria tampón.
La librería pública Zlib API [4], usada en el
esquema de compresión GZip, proporciona un API eficiente y útil
para usar compresión estadística en hojas de documentos.
El API ZLib satisface los métodos genéricos
previos, con el siguiente cartografiado:
- -
- initialize_stream() puede ser cartografiado con las funciones inflateInit() o deflateInit() de Zlib, con el parámetro de valor de eficiencia Z_DEFAULT_COMPRESSION.
- -
- reset_model() puede ser cartografiado con una llamada inflateEnd() o deflateEnd() de ZLib y una siguiente llamada initialize_stream().
- -
- feed_input_bytes() puede ser cartografiado con el método deflate() de ZLib con el parámetro Z_NO_FLUSH.
- -
- flush_output_bytes() puede ser cartografiado con el método deflate() de ZLib con el parámetro Z_SYNC_FLUSH.
El codec almacenado ZLib debería ser
inicializado con el valor de eficiencia Z_DEFAULT_COMPRESSION, como
se ha definido en [4], que proporciona un buen resultado entre los
requisitos de huella de memoria y la eficiencia de compresión.
Esta sección describe la integración de un
codificador estadístico con memoria tampón previamente definido,
basándose en el API ZLib, dentro del mecanismo de contexto de
codificación.
De acuerdo con la definición de un codec en
\NAK2.1, este codec es un codec contextual, que puede ser aplicado
en cada tipo de cadena atómica y no atómica. EL ZLibCodec está
basándose en la codificación primitiva subyacente de hojas de un
documento, como se ha descrito en [1]. Por ejemplo, hojas int son
codificadas con un entero sin signo de 32 bits, cadena con una
codificación UTF-8, flotante y doble son codificados
con el formato IEEE 754,... Por ello, el ZLibCodec comprimirá la
hoja codificada.
El codec ZLib con memoria tampón no necesita
ningún parámetro externo, ya que la eficiencia del ZLib subyacente
está ajustada a Z_DEFAULT_COMPRESSION y como el parámetro bufferSize
no es necesario desde el lado del descodificador.
El codec ZLib es un codec nuevo del tipo
ZLibCodecType, basado en el tipo CodecType abstracto (véase
\NAK2.1) y definido por el esquema ilustrado en el anexo 7, en el
espacio de nombre de contexto de codificación.
En la activación/creación de caso del codec:
- -
- la estructura de memoria tampón FIFO se ha supuesto que está vacía, su fillinLevel es ajustado a 0
- -
- la variable global referencable_chunk es inicializada a cero.
El referencable_chunk debería contener un
fragmento referenciable de bits, que debe ser contenido por el
codificador, ya que su valor será conocido después durante el
proceso de codificación. La función de señalización
signal_reference_chunk_known() podría ser llamada cuando este
fragmento es conocido.
El tamaño, en bytes, de cada fragmento no nulo
debería ser escrito antes que el propio fragmento, durante la
llamada flush_output_bytes(), con la codificación de entero infinito
estándar sin signo 4+1, como se ha definido en [1].
Una hoja de entrada es el valor codificado de
una hoja textual, con respecto a su tipo primitivo. La longitud de
la hoja, en bytes, está dada por el campo leaf.length. Por ejemplo
[1], una hoja de cadena es un código UTF-8,
precedido por el tamaño en bytes de la cadena (codificado con la
codificación de entero infinito [1]); una hoja doble es el valor de
64 bits del estándar IEEE 754 correspondiente...
La siguiente función encode_leaf es capaz de
codificar una hoja en un fragmento de bytes de salida:
\vskip1.000000\baselineskip
Supóngase que string_file es una cadena
FIFO.
Los siguientes métodos dar() y poner() tomar
respectivamente un elemento fuera de resp. Poner un elemento desde
resp en el FIFO.
El método es señales Empty() si el FIFO está
vacío.
Supóngase que sub es la función que toma una
subcadena.
Supóngase que concat sea la función de
concatenación.
Supóngase que getData() es la función que
devuelve el carácter que contiene los datos de gzip desde una
hoja.
Supóngase que split(char), char sep,
Fifo, char remainder) sea el método que divide una matriz de
caracteres en cada separador "sep" y almacena los elementos de
cadena separados en la FIFO y devuelve el resto (es decir el último
fragmento que no tiene "sep" para terminarlo).
En inicialización, string_fifo está vacío.
En la activación/creación de caso del codec;
- -
- la estructura FIFO se ha supuesto que está vacía, su numberOfLeaves es ajustado a 0.
- -
- el first_chunk variable es ajustado a verdadero.
Supóngase que el byte separador es 0x00.
La siguiente función decode_leaf es capaz de
descodificar una hoja comprimida desde la corriente de bits:
La descodificación está definida por:
- 1.
- Si La FIFO está vacía:
- a.
- Descodificar los datos codificados
- b.
- Apilar en una FIFO todos los elementos separados por 0x00
- c.
- Si el último carácter no es 0x00 almacenar la cadena sin terminar temporalmente.
- d.
- Si "last_element" no está vacío, insertarlo al comienzo del primer elemento en FIFO.
- e.
- Ponga la cadena sin terminar de este redondeo en last_element.
- f.
- Retirar y devolver el primer elemento.
- 2.
- Si el FIFO está vacío, entonces retire y devuelva el primer elemento, es equivalente a decir: "el FIFO no está vacío" y decir "no hay datos codificados en una hoja actual".
Ejemplo
(Informativo)
La descripción dada en el anexo 8 es un ejemplo
del uso del codec ZlibCodecType, cartografiado con la cadena y los
tipos anyURI.
Las siguientes cifras muestran los rendimientos
de usar el ZlibCodec de modo que comprima las hojas de texto de
descripciones (las derivadas de la cadena y los tipos primitivos
anyURI XML Esquema). Una memoria tampón de bufferSize = 256 bytes
fue usada durante el proceso de codificación.
Los archivos usados fueron proporcionados por el
subgrupo MPEG-7 MDS.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Ahora describimos rápidamente las operaciones
llevadas a cabo de acuerdo con el invento para comprimir el
contenido de las hojas de un árbol jerárquico.
La operación 1 consiste en asociar una técnica
de codificación por compresión a un tipo de contenido. Por ejemplo,
la cuantificación lineal puede ser asociada a valores de coma
flotante.
En la operación 2, un subárbol es identificado
dentro del árbol jerárquico correspondiente a la estructura del
documento XML considerado.
La operación 3 consiste en asignar una técnica
de codificación por compresión al subárbol identificado.
La operación 4 consiste entonces en comprobar si
el codec que pone en práctica la técnica de codificación por
compresión está o no activada, si no, no se consigue compresión (5)
de las hojas en el subárbol.
Si así sucede, el invento emplea (6) la
compresión del contenido de las hojas del subárbol cuyo contenido
es del tipo de contenido asociado (1) a la técnica de codificación
por compresión.
\newpage
Anexo
1
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Anexo
2
\vskip1.000000\baselineskip
Anexo
3
Anexo
4
\newpage
Anexo
5
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Anexo
6
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Anexo
7
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Anexo
8
Anexo
9
1- MPEG-7 Systems FCD,
N4001, MPEG Reunión de Singapore. Marzo de 2001.
3- ISO/IEC 14496-1,
MPEG-4 Systems, N3850.
4- La Zlib API, http://www.gzip.org/zlib/, RFC
1950, RFC 1951, RFC 1952 disponible en
http://www.cis.ohio-state.edu/cgi-bin/rfc/rfc1950.html
Claims (18)
1. Un método para comprimir un árbol jerárquico
que describe una señal multimedia, comprendiendo dicho árbol nodos
y hojas, que pueden estar asociados a datos de al menos dos
naturalezas distintas, llamados tipos de datos, en el que dicho
método pone en práctica una compresión de datos para al menos
algunas de dichas hojas, y en el que dicho método comprende: una
operación de identificar (2) al menos un subárbol; una operación de
asignar (3) una técnica de codificación por compresión asignada a
dicho subárbol sólo para las hojas de dicho subárbol cuyos datos
son del tipo asociado a dicha técnica de codificación por
compresión, mientras las otras hojas de dicho subárbol no sufren
ninguna codificación por compresión.
2. Un método según la reivindicación 1ª, que
emplea una descripción paramétrica de dichas técnicas de
codificación por compresión.
3. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª y 2ª, que comprende también una operación de
comprimir la estructura de dicho árbol.
4. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 3ª, en el que dicho árbol es del tipo BiM
(MPEG binario) de acuerdo con el estándar MPEG7.
5. Un método según la reivindicación 4ª, en el
que dichos tipos de datos son tipos simples de acuerdo con el
estándar MPEG7.
6. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 5ª, en el que una de dichas técnicas de
codificación por compresión emplea la cuantificación lineal.
7. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 6ª, en el que en una de dichas técnicas de
codificación por compresión emplea un algoritmo de compresión
estadística.
8. Un método según la reivindicación 7ª, en el
que dicho algoritmo es del tipo GZip.
9. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 7ª y 8ª, en el que dicho algoritmo es empleado
simultáneamente para un conjunto de datos correspondiente a los
datos de al menos dos hojas.
10. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 9ª, en el que dicho árbol representa la
estructura de un tipo de documento XML (lenguaje Markup
extendido).
11. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 10ª, que comprende también una operación de
asociar al menos un contexto de codificación a dicho subárbol,
comprendiendo dicho contexto de codificación piezas de información
que permiten omitir dicho subárbol mientras descodifica dicho árbol
jerárquico.
12. Un método según la reivindicación 11ª, en el
que dichas piezas de información comprende: una pieza de
información que indica la técnica de codificación por compresión
usada; y/o una pieza de información que indica si el subárbol
correspondiente ha sido comprimido; y/o una pieza de información que
indica si el subárbol correspondiente es omitible; y/o una pieza de
información que indica que al menos, un parámetro de la técnica de
codificación por compresión usada ha sido modificado.
13. Un método para descodificar una señal
multimedia comprimida de acuerdo con el método de cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 12ª.
14. Un método según la reivindicación 13ª, que
pone en práctica una operación de refrescar un contexto de
descodificación actual de acuerdo con la información de contexto de
codificación transportada por dicha señal.
15. Un método según la reivindicación 14ª, en el
que dicho contexto presente define al menos un tipo de datos,
comprendiendo dicho método una operación de emplear una técnica de
descodificación por compresión asociada a dicho tipo de datos para
las hojas que comprenden datos de dicho tipo de datos.
16. Una señal representativa de un árbol
jerárquico comprimido según el método de cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 12ª, comprendiendo dicho árbol nodos y hojas,
que pueden ser asociados a datos de al menos dos naturalezas
distintas, llamados tipos de datos, comprendiendo también dicho
árbol al menos un subárbol al que ha sido asignada una técnica de
codificación por compresión para al menos un tipo de datos, en el
que dicha señal comprende al menos un campo que contiene: las hojas
de dicho subárbol cuyos datos son del tipo de datos asociados a
dicha técnica de codificación por compresión y que han sufrido dicha
codificación por compresión; las otras hojas de dicho subárbol
cuyos datos no son del tipo de datos asociados a dicha técnica de
codificación por compresión y que no han sufrido dicha codificación
por compresión.
17. Una señal según la reivindicación 16ª, en el
que dicha señal comprende también: al menos un campo que indica
dicha técnica de codificación por compresión asignada a dicho o
dichos subárboles para dicho al menos uno de dicho tipo de datos;
al menos un campo que indica al menos dicho tipo de datos asociado a
dicha técnica de codificación por compresión para dicho o dichos
subárboles.
18. Una señal según la reivindicación 17, en la
que dicha señal comprende también al menos un campo que indica al
menos un parámetro de dicha técnica de codificación por compresión
asignada a dicho subárbol para al menos uno de dichos tipos de
datos.
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