211service.com
Varför kompressionsavkänning kommer att förändra världen
Om du inte har stött på kompressionsavkänning kommer du att göra det snart. Det är ett sätt att sampla och rekonstruera en analog signal med en hastighet som är mycket lägre än standardinformationsteori skulle anse vara möjligt.
Om du är nyfiken har Olga Holtz från University of California, Berkeley, förberett en praktisk primer så att du kan imponera på dina vänner med din överlägsna kunskap när de äntligen snubblar över den.
Holtz påpekar att den konventionella gränsen bestäms av Shannon-Nyquist-Whittaker samplingsteorin som säger att perfekt rekonstruktion är möjlig endast när samplingsfrekvensen är större än två gånger den maximala frekvensen för signalen som studeras.
Hela fält av elektronikteknik och informationsteori är baserade på denna idé; onödigt som det nu visar sig.
Kompressionsavkänning bygger på det faktum att de flesta analoga signaler har en struktur av något slag som kan utnyttjas för att rekonstruera dem. Känn till denna struktur och signalen kan rekonstrueras med en samplingsfrekvens som är betydligt lägre än Nyquisthastigheten.
Svårigheten är att bestämma strukturen, ett NP-hårt problem som vanligtvis inte kan lösas inom rimlig tid. Men det visar sig att med lite matematiskt knep är inte ens detta nödvändigt och signalen kan verkligen rekonstrueras framgångsrikt med en bråkdel av Nyquists samplingsfrekvens.
Det kommer att få stora konsekvenser för alla typer av mätningar. Holtz ger exemplet på en kamera utvecklad av Richard Baraniuk och Kevin Kelly vid Rice University som producerar en bild som motsvarar en 5 megapixel bild komprimerad med en vanlig jpeg-algoritm till cirka 50 000 pixlar.
Baraniuk/Kelly-kameran spelar in 200 000 pixlar men gör det med en enda ensam pixel som används om och om igen.
Tricket ligger i hur kameran bearbetar bilden innan den spelas in: bilden reflekteras från en slumpmässig uppsättning mikrospeglar innan den fokuseras på en enda pixel. Arrayen randomiseras igen och inspelningen upprepas 200 000 gånger för att skapa bilden.
Resultatet är en 25-faldig besparing av mängden data som kameran behöver samla in jämfört med en 5 megapixel bild.
Det kanske inte har så stor betydelse för dina semesterbilder. Men om du är en astronom, medicinsk bildbehandlingsspecialist, kommunikationsingenjör (eller nästan vem som helst som någonsin gör någon form av mätning) bör detta få dina ögon att lysa.
Ref: arxiv.org/abs/0812.3137 : Kompressionsavkänning: Ett paradigmskifte i signalbehandling
(För övrigt förklarar den här idén ett fenomen som har förbryllat fysiker under en tid: det nyfikna skapandet av spökbilder som fysiker hade trott var resultatet av förveckling. Förra året diskuterade vi en del arbete som visade att intrassling inte kunde vara inblandad men ställde den ganska rimliga frågan om vad i hela världen var att skylla på. Faktum är att hela affären kan förklaras med kompressiv avkänning, som Wim och Igor Carron påpekade i kommentarerna vid den tiden.)