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IoT 및 금융 거래 실시간 데이터 정보의 압축 전송을 위한 새로운 고효율 유니버설 코드(BL-beta) 제안
New high-efficient universal code(BL-beta) proposal for com pressed data transferring of real-time IoT sensing or financia l transaction data 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.11 no.4, 2018년, pp.421 - 429  

김정훈 (Graduate School of Public Health, Seoul National University)

초록
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IoT device 측정 데이터 또는 거래 데이터는 관측 정보가 실시간으로 전송되고 이를 처리하는 과정에서 많은 트래픽이 발생한다. 이를 실시간 무 손실 압축 기법인 universal code를 이용하면 효과적으로 압축 또는 전송할 수 있다. 본 논문은 측정 수치의 최대 범위를 예측하기 어렵고, 매우 짧은 시간 마다 비교적 일정한 범위 내에서 데이터가 발생하는 주식 거래량 데이터의 압축 전송을 위해, 본 연구진의 새롭게 개발한 유니버설 코드 BL-beta를 이용하여 압축 전송에 적용해보니, 고정 길이 비트 전송에 비해 최소 49.5%이상의 높은 압축 효율을 보였으며, 기존 유니버설 코드인 Exponential Golomb 코드 보다 16.6% 더 우수한 압축 전송 성능을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

While IoT device sensing data or financial transaction data is transmitted in real time, huge data traffic is generated in processing it. This huge data can be effectively compressed or transmitted using universal code, which is a real-time lossless compressor. In this paper, we propose our BL-beta ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 1에서 언급한 바와 같이 IoT 장비 또는 금용 거래 등에서 발생하는 실시간 수치 데이터를 효과적으로 압축 또는 전송하기 위하여 유니버설코드(Universal Code)의 장점을 살리면서, 압축률이 다소 낮은 단점을 보완하기 위하여 본 논문에서는 본 연구의 저자가 직접 개발한 새로운 유니버설 코드의 사용을 제안하고자 하였다. H.264등 비디오 압축 표준에서 사용되고 있는 Exp onential Golomb 코드의 접두사 코드(Prefix code)를 본 연구에서는 reversed form 의 BL-alpha로 대체하여 새롭게 생성하였고, 이 코드를 BL-beta 코드라고 명명하였고 이를 활용하여 기존 유니버설 코드보다 향상된 압축률을 보일 수 있음을 증명하고자 하였다.
  • 본 연구는 1.1에서 언급한 바와 같이 IoT 장비 또는 금용 거래 등에서 발생하는 실시간 수치 데이터를 효과적으로 압축 또는 전송하기 위하여 유니버설코드(Universal Code)의 장점을 살리면서, 압축률이 다소 낮은 단점을 보완하기 위하여 본 논문에서는 본 연구의 저자가 직접 개발한 새로운 유니버설 코드의 사용을 제안하고자 하였다. H.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유니버설코드란 무엇인가? 유니버설코드(Universal Code)는 임의의 정수 또는 자연수(이하 code-num 이라함)를 간단한 연산을 통해 변환된 유일 복호성(unique decodability)를 가진 이진수 코드로서, 데이터 압축 방법 중의 하나이다[1]. 구현 용이성, 실시간 압축 등의 장점이 있으나, 일반적으로 사전 기반 압축 방법에 비해서 압축 효율이 다소 떨어지는 단점이 있었다[2].
IoT 장비로부터의 실시간 수치 데이터 전송량이 급격히 늘어나는 이유는 무엇인가? 구현 용이성, 실시간 압축 등의 장점이 있으나, 일반적으로 사전 기반 압축 방법에 비해서 압축 효율이 다소 떨어지는 단점이 있었다[2]. 그런데 최근 외부 환경 정보를 감지하여 수치화한 뒤 전송하는 IoT 측정 장비들이 다수 보급되면서 IoT 장비로부터의 실시간 수치 데이터의 전송량이 급격히 늘고 있다[3]. 특히 측정 장치의 특성상 비교적 짧은 시간 간격마다 데이터를 수집해서 전송해야 하는데[4-6], 이때 많은 연산 및 사전 공간을 필요로 하는 사전 방식(dictionary type) 압축 방법보다는 유니버설 코드를 이용한 무 사전 방식의 실시간 압축 방법을 활용하면 별도의 사전을 위한 공간이 불필요 하고, 간단한 연산을 통해 효과적으로 수치 데이터를 압축 전송할 수 있을 것으로 예상 할 수 있다.
수신 측에서 원래의 바이너리 클러스터를 재조합 할 수 있는 이유는 무엇인가? 임의의 '10'으로 시작하는 이진수의 경우, 예를 들어,'1011101010010101111101001ⵈ' 의 경우 최 상위 비트(the most significant bit)로 부터 최하위 비트(the l east significant bit)로 이동하면서, '10'을 만날 때 마다 데이터를 분할하면, '1011/10/10/100/10/101111/10/1001' 로 분할되는데 각각의 분할되는 이진수를 바이너리 클러스터(Binary Cluster)라고 명명하였다. 이 바이너리 클러스터는 유일복호성이 있다. 따라서 각각의 바이너리 클러스터를 분할하여 전송하여도 수신 측에서 이를 원래의 바이너리 클러스터를 재조합 할 수 있다.
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참고문헌 (18)

  1. Y. -S. Ho and H. Jin, "Information theory and lossless encoding method", pp. 157-277, Seoul: Do-Yang Sa, 2009. 

  2. D. A. Huffman, "A method for the construction of minimum redundancy codes," in Proc. I.R.E., pp. 1098-1101, 1952. 

  3. I.J. Hwang, Y.S. Lee, S.G. Lee, and I.J. Yeom, "Naming-based Packet Header Compression Technique for Internet-of-Things", The Fall Conference of Korea Institute of Communication Science, 2015. 

  4. Li X.; Hu G.; Gao S. A novel B-mode ultrasound image compression method based on beam forming data. in Proc. 20th Annu. Int. Conf. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, no. 3, pp. 1274-1276, 1998. 

  5. Cheng P.; Shen C.; Li P. MPEG Compression of Ultrasound RF Channel Data for a Real-Time Software-Based Imaging System. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. Freq. Contr. , no. 59, pp. 1413-1420, 2012. 

  6. Lok U.; Fan G.; Li P. "Lossless Data Compression for Improving the Performance of a GPU-Based Beamformer", Ultrason. Imaging, no. 37, pp. 135-151, 2015. 

  7. J. H. Kim, "Binary data compression and decompression apparatus and method thereof", , Korea Patent 10-1467684-0000, 2014. 

  8. J. H. Kim, "Manchester coding of compressed binary clusters for reducing IoT healthcare device's digital data transfer time", The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology, Vol 8, No. 6, pp.460-469, 2015. 

  9. S. Nakatsuka, T. Hamabe, Y. Takeuchi, and M. Imai, "An efficient lossless data compression method based on exponential-Golomb coding for biomedical information and its implementation using ASIP technology," IEEE Biomed. Circuits Syst. Conf. (BioCAS), pp. 382-385, Dec. 2013. 

  10. S. W. Golomb, "Run-length encodings," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 12, no. 3, pp. 399-401, Jul. 1996. 

  11. L. Li and K. Chakrabarty, "On using exponential-Golomb codes and subexponential codes for system-on-a-chip test data compression," J. Electron. Test., Vol. 20, No. 6, pp. 667-670, 2004. 

  12. S. Kak, "Generalized unary coding," Circuits Syst Signal Process, Vol. 35, No. 4, pp. 1419-1426, 2016. 

  13. Kim, J.H., Yeo, S., Kim, J.W., Kim, K., Song, T., Yoon, C., Sung, J. "Real-Time Lossless Compression Algorithm for Ultrasound Data Using BL Universal Code", Preprints 2018080309, 2018. 

  14. Y. -S. Ho and S. -H. Kim, "Understanding and analysis of H.264/AVC algorithm and program.", pp. 197-198, Seoul: Do-Yang Sa, 2009. 

  15. P. Elias, "Universal codeword sets and representations of the integers," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 21, no. 2, pp. 194-203, 1975. 

  16. P. Fenwick, "Elias omega and Even-Rodeh codes," in Lossless Compression Handbook, K. Sayood, Ed. California: Elsevier, pp. 59-60, 2003. 

  17. S. Nakatsuka, T. Hamabe, Y. Takeuchi, M. Iami, "An Efficient Lossless Data Compression Method based on Exponential-Golomb Coding for Biomedical Information and its Implementation using ASIP Technology", 2013 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference(BioCAS), 2013. 

  18. E. Chua and W.-C. Fang, "Mixed Bio-Signal Lossless Data Compressor for Portable Brain-Heart Monitoring Systems", IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 57, no. 1, pp. 267-273, 2011. 

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