JPIP proxy server with prefetching strategies based on user-navigation model and semantic map

The efficient transmission of large resolution images and, in particular, the interactive transmission of images in a client-server scenario, is an important aspect for many applications. Among the current image compression standards, JPEG2000 excels for its interactive transmission capabilities. In general, three mechanisms are employed to optimize the transmission of images when using the JPEG2000 Interactive Protocol (JPIP): 1) packet re-sequencing at the server; 2) prefetching at the client; and 3) proxy servers along the network infrastructure. To avoid the congestion of the network, prefetching mechanisms are not commonly employed when many clients within a local area network (LAN) browse images from a remote server. Aimed to maximize the responsiveness of all the clients within a LAN, this work proposes the use of prefetching strategies at the proxy server -rather than at the clients. The main insight behind the proposed prefetching strategies is a user-navigation model and a semantic map that predict the future requests of the clients. Experimental results indicate that the introduction of these strategies into a JPIP proxy server enhances the browsing experience of the end-users notably

Verbesserung der Dateiverarbeitungskette in Betriebssystemen durch Nutzung der Skalierbarkeit moderner Kompressionsverfahren

Motivated by the current challenges in the field of computerized processing of multimedia information, this work contributes to the field of research on data processing and file management within computer systems. It presents novel techniques that enhance existing file- and operating systems by utilizing the scalability of modern media formats. For this purpose, the compression formats JPEG 2000 and H.264 SVC will be presented with a focus on how they achieve scalability. An analysis of the limiting hard- and software components in a computer system for the application area is presented. In particular, the restrictions of the utilized storage-devices, data interfaces and file systems are laid out and workarounds to compensate the performance bottlenecks are depicted. According to the observation that compensating the defiles requires extra efforts, new solution statements utilizing scalable media are derived and examined, subsequently. The present work reveals new concepts for managing scalable media files comprising a new rights management as well as a use-case-optimized storage technique. The rights management allows for granting access to certain parts of a file by which the scalability of the media files can be exploited in a way that users get access to various variants depending on their access rights. The use-case-optimized storage technique increases the throughput of hard disk drives when the subsequent access pattern to the media content is known a-priori. In addition, enhancements for existing data workflows are proposed by taking advantage of scalable media. Based on the Substitution Strategy, where missing data from a scalable file is compensated, a real-time capable procedure for reading files is shown. Using this strategy, image-sequences comprising a video can be shown at a given frame rate without interruptions caused by insufficient throughput of the storage device or low-speed interfaces used to connect the storage device. Adapted caching-strategies facilitate an increase of images residing in cache compared to non-scalable-variants. Additionally, a concept called Parameterizable File-Access is introduced which allows users to request a certain variant of a scalable file directly from the file system by adding side-information to a virtual file name.Motiviert durch die aktuellen Herausforderungen im Bereich der computergestützten Bearbeitung vom Multimediadaten, leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag zum Forschungsgebiet der Datenverarbeitung und Dateiverwaltung innerhalb von Computersystemen durch neuartige Verfahren zur Nutzung skalierbarer Medien unter Verwendung vorhandener Datei- und Betriebssysteme. Hierzu werden die Kompressionsformate JPEG 2000 und H.264 SVC vorgestellt und gezeigt, wie die Eigenschaft der Skalierbarkeit innerhalb der verschiedenen Verfahren erreicht wird. Es folgt eine Analyse der limitierenden Hard- und Softwarekomponenten in einem Computersystem für das o.g. Einsatzgebiet. Ausgehend vom hohen Aufwand zur Kompensation der Leistungsengpässe werden anschließend neue Lösungsansätze unter Nutzung skalierbarer Medienformate abgeleitet, die nachfolgend untersucht werden. Die vorliegende Arbeit zeigt hierzu neue Konzepte zur Verwaltung skalierbarer Mediendaten, die durch ein neues Rechtemanagement sowie durch eine speicheradaptive Ablagestrategie abgedeckt werden. Das Rechtemanagement erlaubt die Vergabe von Zugriffsrechten auf verschiedene Abschnitte einer Datei, wodurch die Skalierbarkeit der Medien derart abgebildet werden kann, dass verschiedene Benutzer unterschiedliche Varianten einer Datei angezeigt bekommen. Die speicheradaptive Ablagestrategie erreicht Durchsatzsteigerungen der verwendeten Datenträger, wenn das spätere Zugriffsverhalten auf die gespeicherten Medien vorab bekannt ist. Weiter werden Verbesserungen der Verarbeitungsabläufe unter Ausnutzung skalierbarer Medien gezeigt. Auf Basis der entwickelten Substitutionsmethode zur Kompensation fehlender Daten einer skalierbaren Datei wird eine echtzeitfähige Einlesestrategie vorgestellt, die unzureichende Durchsatzraten von Speichermedien bzw. langsamen Schnittstellen derart kompensieren kann, dass eine unterbrechungsfreie Ausspielung von Bildsequenzen bei einer vorgegebenen Bildwiederholrate gewährleistet werden kann. Angepasste Cache-Strategien ermöglichen eine Steigerung der im Cache vorhaltbaren Einzelbilder im Vergleich zu nicht skalierbaren Varianten. Darüber hinaus wird das Konzept eines parametrisierbaren Dateiaufrufes eingeführt, wodurch mittels Zusatzinformationen im virtuellen Dateinamen eine gewünschte Variante einer skalierbaren Datei vom Datenspeicher angefragt werden kann

Verbesserung der Dateiverarbeitungskette in Betriebssystemen durch Nutzung der Skalierbarkeit moderner Kompressionsverfahren

Motivated by the current challenges in the field of computerized processing of multimedia information, this work contributes to the field of research on data processing and file management within computer systems. It presents novel techniques that enhance existing file- and operating systems by utilizing the scalability of modern media formats. For this purpose, the compression formats JPEG 2000 and H.264 SVC will be presented with a focus on how they achieve scalability. An analysis of the limiting hard- and software components in a computer system for the application area is presented. In particular, the restrictions of the utilized storage-devices, data interfaces and file systems are laid out and workarounds to compensate the performance bottlenecks are depicted. According to the observation that compensating the defiles requires extra efforts, new solution statements utilizing scalable media are derived and examined, subsequently. The present work reveals new concepts for managing scalable media files comprising a new rights management as well as a use-case-optimized storage technique. The rights management allows for granting access to certain parts of a file by which the scalability of the media files can be exploited in a way that users get access to various variants depending on their access rights. The use-case-optimized storage technique increases the throughput of hard disk drives when the subsequent access pattern to the media content is known a-priori. In addition, enhancements for existing data workflows are proposed by taking advantage of scalable media. Based on the Substitution Strategy, where missing data from a scalable file is compensated, a real-time capable procedure for reading files is shown. Using this strategy, image-sequences comprising a video can be shown at a given frame rate without interruptions caused by insufficient throughput of the storage device or low-speed interfaces used to connect the storage device. Adapted caching-strategies facilitate an increase of images residing in cache compared to non-scalable-variants. Additionally, a concept called Parameterizable File-Access is introduced which allows users to request a certain variant of a scalable file directly from the file system by adding side-information to a virtual file name.Motiviert durch die aktuellen Herausforderungen im Bereich der computergestützten Bearbeitung vom Multimediadaten, leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag zum Forschungsgebiet der Datenverarbeitung und Dateiverwaltung innerhalb von Computersystemen durch neuartige Verfahren zur Nutzung skalierbarer Medien unter Verwendung vorhandener Datei- und Betriebssysteme. Hierzu werden die Kompressionsformate JPEG 2000 und H.264 SVC vorgestellt und gezeigt, wie die Eigenschaft der Skalierbarkeit innerhalb der verschiedenen Verfahren erreicht wird. Es folgt eine Analyse der limitierenden Hard- und Softwarekomponenten in einem Computersystem für das o.g. Einsatzgebiet. Ausgehend vom hohen Aufwand zur Kompensation der Leistungsengpässe werden anschließend neue Lösungsansätze unter Nutzung skalierbarer Medienformate abgeleitet, die nachfolgend untersucht werden. Die vorliegende Arbeit zeigt hierzu neue Konzepte zur Verwaltung skalierbarer Mediendaten, die durch ein neues Rechtemanagement sowie durch eine speicheradaptive Ablagestrategie abgedeckt werden. Das Rechtemanagement erlaubt die Vergabe von Zugriffsrechten auf verschiedene Abschnitte einer Datei, wodurch die Skalierbarkeit der Medien derart abgebildet werden kann, dass verschiedene Benutzer unterschiedliche Varianten einer Datei angezeigt bekommen. Die speicheradaptive Ablagestrategie erreicht Durchsatzsteigerungen der verwendeten Datenträger, wenn das spätere Zugriffsverhalten auf die gespeicherten Medien vorab bekannt ist. Weiter werden Verbesserungen der Verarbeitungsabläufe unter Ausnutzung skalierbarer Medien gezeigt. Auf Basis der entwickelten Substitutionsmethode zur Kompensation fehlender Daten einer skalierbaren Datei wird eine echtzeitfähige Einlesestrategie vorgestellt, die unzureichende Durchsatzraten von Speichermedien bzw. langsamen Schnittstellen derart kompensieren kann, dass eine unterbrechungsfreie Ausspielung von Bildsequenzen bei einer vorgegebenen Bildwiederholrate gewährleistet werden kann. Angepasste Cache-Strategien ermöglichen eine Steigerung der im Cache vorhaltbaren Einzelbilder im Vergleich zu nicht skalierbaren Varianten. Darüber hinaus wird das Konzept eines parametrisierbaren Dateiaufrufes eingeführt, wodurch mittels Zusatzinformationen im virtuellen Dateinamen eine gewünschte Variante einer skalierbaren Datei vom Datenspeicher angefragt werden kann

Métodos computacionais para otimização de desempenho em redes de imagem médica

Over the last few years, the medical imaging has consolidated its position as a major mean of clinical diagnosis. The amount of data generated by the medical imaging practice is increasing tremendously. As a result, repositories are turning into rich databanks of semi-structured data related to patients, ailments, equipment and other stakeholders involved in the medical imaging panorama. The exploration of these repositories for secondary uses of data promises to elevate the quality standards and efficiency of the medical practice. However, supporting these advanced usage scenarios in traditional institutional systems raises many technical challenges that are yet to be overcome. Moreover, the reported poor performance of standard protocols opened doors to the general usage of proprietary solutions, compromising the interoperability necessary for supporting these advanced scenarios. This thesis has researched, developed, and now proposes a series of computer methods and architectures intended to maximize the performance of multi-institutional medical imaging environments. The methods are intended to improve the performance of standard protocols for medical imaging content discovery and retrieval. The main goal is to use them to increase the acceptance of vendor-neutral solutions through the improvement of their performance. Moreover, it intends to promote the adoption of such standard technologies in advanced scenarios that are still a mirage nowadays, such as clinical research or data analytics directly on top of live institutional repositories. Finally, these achievements will facilitate the cooperation between healthcare institutions and researchers, resulting in an increment of healthcare quality and institutional efficiency.As diversas modalidades de imagem médica têm vindo a consolidar a sua posição dominante como meio complementar de diagnóstico. O número de procedimentos realizados e o volume de dados gerados aumentou significativamente nos últimos anos, colocando pressão nas redes e sistemas que permitem o arquivo e distribuição destes estudos. Os repositórios de estudos imagiológicos são fontes de dados ricas contendo dados semiestruturados relacionados com pacientes, patologias, procedimentos e equipamentos. A exploração destes repositórios para fins de investigação e inteligência empresarial, tem potencial para melhorar os padrões de qualidade e eficiência da prática clínica. No entanto, estes cenários avançados são difíceis de acomodar na realidade atual dos sistemas e redes institucionais. O pobre desempenho de alguns protocolos standard usados em ambiente de produção, conduziu ao uso de soluções proprietárias nestes nichos aplicacionais, limitando a interoperabilidade de sistemas e a integração de fontes de dados. Este doutoramento investigou, desenvolveu e propõe um conjunto de métodos computacionais cujo objetivo é maximizar o desempenho das atuais redes de imagem médica em serviços de pesquisa e recuperação de conteúdos, promovendo a sua utilização em ambientes de elevados requisitos aplicacionais. As propostas foram instanciadas sobre uma plataforma de código aberto e espera-se que ajudem a promover o seu uso generalizado como solução vendor-neutral. As metodologias foram ainda instanciadas e validadas em cenários de uso avançado. Finalmente, é expectável que o trabalho desenvolvido possa facilitar a investigação em ambiente hospitalar de produção, promovendo, desta forma, um aumento da qualidade e eficiência dos serviços.Programa Doutoral em Engenharia Informátic