SE521925C2 - Förfarande och anordning vid datakompromering - Google Patents

Description

25 30 521 925 2 tabellen och dess index används för att ersätta den i det komprimerade flödet.

Komprimeringen tar data från inströmmen och bygger en kod- eller translationstabell av mönstren, allteftersom den hittar dem; varje nytt mönster sättes in i kodtabellen och dess index adderas till utströmmen; när ett mönster, som hade upptäckts efter den sista kodtabellsuppdateringen påträffas sätts dess index från kodtabellen i utströmmen och således komprimeras data. Vid dekomprimeringen och expanderingen intas data från den komprimerade dataströmmen och kod- eller translationstabellen byggs från den. När den komprimerade dataströmmen är bearbetad används kod för att indexa i kodtabellen och motsvarande data på den dekomprimerade utströmmen och således erhålles datadekomprimering. Variabellängdskodsaspekten av algoritmen baseras på en ursprunglig kodstorlek (LZW-Initialkodstorlek), vilken specificerar initialantalet av bitar som används för komprimeringskoder. När antalet mönster som upptäcks av komprimeraren i inströmmen överskrider antalet mönster som kan kodas med aktuellt antal bitar, ökas antalet bitar per LZW kod med en.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Huvudsakliga ändamålet med föreliggande uppfinning är att ge ett pålitligt och effektivt sätt för komprimering av, komprimerad eller okomprimerad digital data. Ett annat ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla ett sätt att erhålla ett väsentligen maximalt komprimeringstörhållande genom att använda standard eller modifierade och på marknaden tillgängliga komprimeringsteknologier utan att behöva utveckla nya kostsamma teknologier. Ett annat ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla en anordning för komprimering av digital data.

Uppfinningen har även som ett ändamål att tillhandahålla en anordning för att huvudsakligen i realtid komprimera dataströmmar, t.ex. i form av digital data i ett kommunikationsnätverk, företrädesvis ett telekommunikationsnätverk.

Därför innefattar förfarandet enligt ingressen ett första steg i vilket data omvandlas till en representation av datamängden och ett andra steg, i vilket en komprimeringsprocedur appliceras 10 15 20 25 30 521 925 3 åtminstone en gång på nämnda representation av datamängden.

För att uppnå väsentligen maximal komprimering upprepas det första och andra steget. I ett föredraget utförande innefattar datamängden binärdata och datarepresentationen är en pixelrepresentation, i vilken en binär etta representeras med en aktiv (svart) pixel och en binär nolla med en inaktiv (vit) pixel eller omvänt. Det är även möjligt att representera datamängden medelst ASCII-tecken, hexadecimalt, oktalt system o.s.v. Företrädesvis är datamängden delad in i datablock och vaij e block omvandlas till en bildram representerande datablocket och en komprimering appliceras på flera ramar, företrädesvis resulterande i färre ramar. Slutligen förses den komprimerade datamängden med en huvuddel, vilken åtminstone innefattar information om antalet applicerade komprimeringar. I ett fördelaktigt utförande utförs konvertering och komprimering parallella.

I en fördelaktig anordning for komprimering av datamängden innefattar anordningen ett gränssnittsenhet för att mottaga datamängden som ska komprimeras, konverteringsorgan för att omvandla data till en form som representerar den ursprungliga datamängden och komprimeringsorgan för att komprimera datarepresentationen. Med fördel innefattar anordningen dessutom organ för att utföra en loop bestående av konvertering-komprimering för att åstadkomma högre komprimering. Anordningen kan innefatta organ för att omvandla data till eller från digitala bilder.

Uppfinningen avser även ett kommunikationsnätverk, vilket innefattar anordningar för generering av digital data, till exempel telefonenheter, datorenheter o.s.v., sändar- /mottagarenheter och nätverksenheter. Företrädesvis innefattar nätverksenheten och åtminstone en av nämnda anordningar organ för att omvandla kommunikationsdata till en representation av datan och organ för att komprimera datarepresentationen, åtminstone en gång före överföringen. Med fördel är representationen en illustrativ representation av kommunikationsdatan. Mer fördelaktigt är att kommunikationsdatan omvandlas till paket, vilka omvandlas till datarepresentationsrarnar anordnade i sekvens och nämnda komprimering appliceras på flera ramar. För komprimeringen används en eller flera av MPEG, MJPEG, JPEG, GIF, TIFF eller liknande. 10 15 20 25 30 521 925 4 Uppfinningen avser även en metod för kryptering av en datamängd innehållande binärdata.

Metoden innefattar stegen att: omvandla den binära datan i ett första steg till en bildrepresentation av datamängden, komprimera bildrepresentationen av datamängden i ett andra steg, upprepa sagda första och andra steg åtminstone ett antal gånger, och skapa en krypterad datamängd som har krypterad komprimeringsidentitet och antal upprepningar. I ett fördelaktigt utförande appliceras olika komprimeringar. Komprimeríngen är en eller flera av MPEG, MJPEG, JPEG, GIF, TIFF, TARGA, PKZIP, LZW eller liknande.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följ ande kommer uppfinningen att beskrivas ytterligare på ett icke begränsande sätt med hänvisning till bifogade ritningar, i vilka: Fig. l visar ett flödesschema illustrerande huvudstegen i ett utförande enligt föreliggande uppfinning; Fig. 2 visar ett schematiskt utförande av en anordning enligt uppfinningen; F ig. 3 visar ett flödesschema illustrerande stegen i en applikation, som använder komprimeringssättet enligt föreliggande uppfinning; och Fig. 4 visar schematiskt ett kommunikationsnätverk som utnyttjar en anordning enligt uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPLEN De väsentliga stegen av komprimeringssättet enligt föreliggande uppfinning för komprimering av en uppsättning komprimerad eller okomprimerad data illustreras i flödesschemat i fig. 1. I ett första steg, 100, hämtas data som ska komprimeras från en källa (inte visad). Data kan vara analog eller digital. I fall av analog data konverteras den till digital data. Digitaliserad data omvandlas, 101, sedan till en "bildrepresentation" av data. Proceduren kan till exempel kontrollera, 102, värdet av varje bit och konvertera varje bit representerande en binär etta till en svart pixel (t.ex., PÅ = tillståndet av ett bildminneselement), 103, och varje bit representerande en binär nolla konverteras till en vit pixel (AV), 104, eller vice versa. Produkten är en tvåställi g bild innehållande två "färgen" Konverteringen utförs tills alla bitar har konverteras, 105.

Resultatet av konverteringen lagras som en digital bildrepresentation eller sändes till nästa steg. 10 15 20 25 30 521 925 5 Efter konverteringsproceduren kan någon typ av bildkomprimering tillämpas på bildrepresentationen (IR) av datamängden, 106. Komprimeringen kan, till exempel vara någon av komprimeringstypema TIFF (Tagged Image File Format), GIF (Graphic Interchange Format), TARGA, PCX (PC Paintbrush), JPEG (Joint Picture Express Group) o.s.v., eller annan förlustlös komprimeringsmetod, så länge som något slag av komprimering appliceras på den data som representeras av bilden.

I regel letar en förlustlös komprimering efter ett område innehållande bildpunkter av samma värde och kodar området, vilket möjliggör en moderat komprimeringsgrad samtidigt som den garanterar att en dekomprimerad (extraherad eller expanderad) fil kommer att se identiskt ut som originalfilen.

Företrädesvis används TIFF-formatet på grund av dess allsidighet och kompatibilitet. Det fungerar under flera operativsystem och stödjer väsentligen alla bildbitsdjup och olika typer av komprimering. Även GIF-fonnatet är mycket intressant p. g.a. dess höga komprimeringsgrad och kan appliceras på 1- till 8-bitars bilder. När en bildrepresentation av en datamängd erhålls är det möjligt att reducera storleken av bilden (representerande datamängden), vilken resulterar i en komprimerad bild där "nya" bitar placeras närmast varandra så att en ny komprimering kan tillämpas på de nya bitkombinationrena. Denna procedur, som inte begränsas till GIF-tekniken, kan utföras flera gånger.

Dessutom kan i många fall förlustkomprimeringar (Lossy compression), såsom till exempel MPEG-teknik (Moving Picture Express Group) eller MJPEG (Moving Joint Picture Express Group) o.s.v., användas. Den grundläggande MPEG videokomprimeringstekniken baseras på en makroblocksstruktur, rörelsekomprimering och villkorlig fyllning av makroblocken. Denna komprimering kan användas på varierande data, såsom tal eller liknande efter konvertering till en datarepresenterande bild eller ñlm.

Det är även möjligt att välja datablock och arrangera dem som representerande sekvenser av bilder, på samma sätt som bildrarnar i en ñlm. Sedan kan en lämplig komprimering, t.ex., GIF, 10 15 20 25 30 521 925 6 MPEG, MIPEG tillämpas på sekvensema, vilken kan komprimera flera ramar (datablock) till en ram (datablock).

Komprimeringen utföres tills ingen ytterligare komprimering är möjlig, 107. Komprimerad data överlämnas, 108, till en annan plats, t.ex. för lagring, överföring o.s.v.

Innan komprimerad data används måste den dekomprimeras till ursprunglig data. För detta ändamål levereras den komprimerade datamängden med en huvuddel, identifierande typen av komprimeringen som används och antal komprimeringsslingor. Dekomprimerad IR avkodas sedan till ursprunglig dataström genom att omvandla bildpunkterna till binärdata.

Ett utförande enligt uppfinningen illustreras i fig. 2, avsett för användning i, t.ex. en datorenhet, såsom en PC eller arbetsstation, eller någon annan anordning med ett behov för datakomprimering. Komprimeringsmodulen 10 innefattar i detta fall ett in-/utgränssnittsorgan 11, konverteringsenhet 12 och komprimeiingsenhet 13. Gränssnittsorganet ll är anordnat att läsa data från en lagringsenhet 14 eller en dataström 16. Gränssnittet kan fiingera som en buffert för att anpassa de inkommande dataströmmens hastighet till konverterings- /komprimeringshastigheten. Det kan även innefatta A/D-D/A-konverterarer (Ana1og/Digital- Digital/Analog) för att omvandla in-/utsignalen till digital-/analogfonn Gränssnittet försörjer konverteringsenheten 12 med indata, vilken omvandlar data till en bildrepresentation, som sedan överföres till komprimeringsenheten 13 applicerande en komprimeringsalgoritm på bildrepresentationen. Komprimerad data sändes sedan till utgränssnittet ll för att sändas till en lagringsenhet 15 eller matas ut som en komprimera dataström 17. Även om ovan beskrivet utförande är en hårdvaruimplementering av uppfinningen är det självklart att vissa delar av uppfinningen kan implementeras som en mjukvaruapplikation.

Hänvisande nu till fig. 3 och 4 kommer ett utförande av ett kommunikationsnätverk, företrädesvis ett telekommunikationsnätverk och en datakomprimeringsmetod att beskrivas som ett exempel.

Kommunikationsnätverket 20 innefattar, till exempel en eller flera telefontörbindelser 21 a, 21b (cellulära eller stationära) eller datorenheter 22a, 22b och transceiverorgan 23a, 23b anslutna 10 15 20 25 30 521 925 genom ett nätverk 24.

Komprimeringsanordningen enligt uppfinningen kan implementeras i någon av anordningarna anslutna till nätverket, d.v.s. telefoner, dator o.s.v., men i detta fall är den arrangerad i överföringsorganet 24, som kan innefatta omkopplare, routerar o.s.v.

Enligt tig. 3 konverteras, 301, den digitala (data) trafiken från en telefon 21a eller dator 22a först till i pildpunkter eller, till exempel ASCII tecknen (hexadecimal notation). Fördelen att använda teckenrepresentation av data är att tecknen kan modifieras eller "förstöras" genom att avlägsna tillräcklig mycket delar av tecknet så att varje tecken fortfarande kan vara synlig och igenkännlig men "luddig". Sedan kan en förlustkomprimering, till exempel MPEG, MJPEG eller liknande appliceras på data, d.v.s. teckenrepresentationen av data och luddig data tar mindre plats än bitinformationen.

Omvandlade data sätts sedan i paket, 302, för att bilda en bildrepresentation av datan. Sedan appliceras en (eller flera) komprimeringsprocedur(er), 303, på den paketerade datan. Resultatet av komprimeringen sändes sedan till konverteringssteget, som omvandlar den till en ny bildrepresentation. Slingan 304, konvertering-paketering-komprimering-konvertering utförs ett antal gånger tills ingen ytterligare komprimering är möjlig. Antalet slingor kan även vara förutbestämt.

Den slutliga komprimeringsprodukten förses sedan med en huvuddel, 305, innehållande antalet komprimeringsslingor och typ av komprimering(ar) som tillämpats. Vissa komprimeringsprocedurer inför en signatur, som identifierar komprimeringsalgoritrnen. Denna kan elimineras, till exempel för att reducera den onödiga datamängden. Om dataströmmar delas in i mindre komprimerade paket, enligt uppñnningen kan huvuddelen även förses med sekventiella paketidentifikationsnummer.

Det är även möjligt att omvandla varje datapaket till en bildram, som representerar varje paket.

Sedan kan en film erhållas genom att arrangera rarnama i sekventiella paket, vilken kan utsättas för en lämplig komprimeringsteknik, Lex. MPEG, MJPEG o.s.v., så att ännu en komprimering erhålls. Självfallet kan även här en slinga av konvertering-komprimering utföras. 10 15 20 25 30 521 925 8 För att snabba upp komprimeringsslingan kan konverteringarna och komprimeringarna utföras parallella.

Kompnmerad data sändes, 306, sedan till adressaten medelst konventionella metoder genom nätverket 307.

Vid mottagarplatsen mottages, 308, transmitterad komprimerad data av mottagaren 23b.

Mottagen data avkodas, 309, och huvuddelsinforrnationen identifieras. Data dekomprimeras, 310, enligt informationen i huvuddelen, d.v.s. dekomprimeringsprocedur(er) som användas for dekomprimering och antalet dekomprimeringsslingor 311. Sedan avkodas dekomprimerad bild, 311, genom att omvandla pildpunktema till binärdata eller tecken. Slutligen konverteras datapaketen till en digital dataström innan den levereras till mottagaren 2lb, 22b.

Konverterings- och komprimeringsprocedurema kan implementeras både genom hårdvara eller mjukvara i någon del av kommunikationsnätverket såsom visas. Ännu en arman fördel som erhålles genom uppfinningen är möjligheten att kryptera stora datamängder. Kryptering uppnås genom att anonymt komprimera data, d.v.s. komprimera utan att lägga till komprimeringstypema i komprimerad data. Varje gång en viss komprimering appliceras på en uppsättning data ändras den ursprungliga datan beroende av komprimeringen.

Applikation av flera typer av komprimeringsalgoritmer på en uppsättning data ett antal gånger resulterar i en datamängd som inte är igenkännlig utan kunskap om typen(ema) av komprimeringsalgoritrnen(ema) och antal gånger datamängden har komprimerats medelst varje algoritm. Sedan är det möjligt att koda typen(ema) av komprimeringsalgoritmen och antalet komprimeringar i huvuddelen av varje komprimerad datarnängd. En användare som har rätta nycklar kan då avkoda komprimeringstyp och antal och avkoda data. Krypteringen kan användas i båda fallen, som visas i ñg. 1 och 3.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade uttöringsexemplen utan kan varieras på ett antal sätt utan inskränkning av omfånget För de närslutna patentkraven och anordningen och sättet kan appliceras på olika sätt beroende av applikation, funktionella enheter, krav och behov o.s.v.

Claims (18)

521 925 q PATENTKRAV

1. Förfarande för komprimering av någon typ av komprimerad eller okomprimerad digital datamängd, kännetecknar av, att det omfattar ett första steg, i vilket datarnangden representerad av en digital representation såsom, ASCII, I-IEX, tecken, oktal eller liknande omvandlas till en representation av datamängden i form av en bilddata representation, i vilken en binär etta representeras av en aktiv pixel och en binär nolla representeras av en inaktiv pixel eller omvänt, och ett andra steg, i vilket en komprimeringsprocedur åtminstone en gång appliceras på nämnda representation av datamängden.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknar av, att det först och andra steget upprepas, företrädesvis tills ett maximalt komprimeringsförhållande uppnås.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknar av, att representationen modifieras genom att avlägsna tillräckliga delar av tecknen så att varje tecken fortfarande kan vara synligt och i genkännligt men luddigt varvid det luddiga tecknet tar mindre plats än en bitinformation av ASCH-tecknet, och att en komprimering, företrädesvis en lossy kompression, appliceras på teckenrepresentationen av data.

4. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av, att datamängden är delad in i datablock och att varje datablock konverteras till en bildram representerande datablocket.

5. Förfarande enligt patentkrav 4, 521 925 5"5"ïf.z"2êïï » - ~ . ~ . fO kännetecknar av, att en komprimering appliceras på flera ramar, företrädesvis resulterande i färre ramar.

6. Förfarande enligt något av patentkraven 1-5, kännetecknar av, att den komprimerade datarnängden förses med en huvuddel.

7. Förfarande enligt patentkrav 6, kännetecknat av, att huvuddelen innefattar åtminstone information om antal applicerade komprimeringar.

8. Förfarande enligt något av föregående patentkraven, kännetecknar av, att konvertering och komprimering utförts parallella.

9. En anordning för komprimering av en komprimerad eller okomprimerad datainängd, kännetecknad av, att anordnin gen innefattar ett gränssnittsorgan (11) för mottagning av datamängden som ska komprimeras, konverteringsorgan (12) för omvandling av data till en bildrepresentation representerande den ursprungliga datamängden, och komprimeringsorgan (13) för komprimering av datarepresentationen.

10. Anordning enligt patentkrav 9, kännetecknad av, att anordningen dessutom innefattar organ för att utföra en slinga bestående av konvertering- komprimerin g.

11. Anordning enligt patentkrav 9 eller 10, kännetecknad av, att en enhet är anordnad för omvandling av data till eller från en digital bild.

12. Ett kommunikationsnätverk, omfattande anordningar (2la, 21b, 22a, 22b) för generering av digital kommunikationsdata, sändare/mottagare (23a, 23b ) och nätverksanordning (24), 521 925 1"/ kännetecknar av, att nätverksanordningen (24) och åtminstone en av sagda anordningar (21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) innefattar organ för omvandling av kommunikationsdata till en bildrepresentation av data, och organ för komprimering av datarepresentationen åtminstone en gån g före transmission.

13. Nätverk enligt patentkrav 12, kännetecknar av, att nämnda representation är en illustrativ representation av kommunikationsdatan.

14. Nätverk enligt något av patentkraven 12 eller 13, kännetecknat av, att komrnunikationsdata konverteras till paket, som konverteras till datarepresenterande ramar anordnade i sekvenser och att nämnda komprimering appliceras på flera ramar.

15. Nätverk enligt något av patentkraven 12 - 14, kännetecknar av, att komprimeringen är en eller flera av MPEG, MJ PEG, JPEG, GIF eller TIFF.

16. Förfarande för kryptering av en datamängd innehållande binärdata, kännetecknar av, att det innefattar stegen att: a. omvandla binärdata i ett första steg till en bildrepresentation av datamängden, b. komprimera bildrepresentationen av datamängden i ett andra steg, c. sortera nämnda komprimerade datamängd och en identitet för nämnda komprimering, d. upprepa stegen a-c en eller flera gånger e. kryptera identiteten och/eller antal kompremeringar, c. skapa en krypterad datamängd som innefattar krypterad komprimeringsidentitet och/eller antal upprepningar.

17. Förfarande enligt patentkrav 16, kännetecknar av, att olika komprimeringstyper tillämpas. 521 925 :jjfifffš-šïïïäffïï"' ha .,

18. Förfarande enligt patentkrav 17, kännetecknar av, att kornprimeringstyperna är en eller flera av MPEG, MJ PEG, JPEG, GIF, TIFF, TARGA, PKZIP eller LZW.