Cellular Automata Transforms: Theory and Applications in Multimedia Compression, Encryption, and Modeling

Cellular Automata Transforms رویکرد جدیدی را برای استفاده از سیستم دینامیکی، که عموماً به عنوان اتوماتای ​​سلولی (CA) شناخته می‌شود، به عنوان ابزاری برای انجام تبدیل‌ها بر روی داده‌ها توصیف می‌کند. اتوماتای ​​سلولی از اوایل دهه 1960 که جان کانوی «بازی زندگی» را ایجاد کرد، علاقه زیادی به خود جلب کرد. این کتاب با تشریح روش‌هایی که توسط آن بلوک‌های ساختمان اطلاعات، به نام توابع (یا پایه‌ها) پایه، از حالت‌های در حال تکامل تولید می‌شوند، نگاه جدی‌تری به CA دارد. سپس از این بلوک های اطلاعاتی می توان برای ساخت هر داده ای استفاده کرد. یک سیستم دینامیکی معمولی مانند CA تمایل دارد که شامل امکانات نامحدودی از قوانین باشد که عناصر ذاتی، اندازه همسایگی، شکل، تعداد حالت‌ها و حالت‌های ارتباط و غیره را تعریف می‌کند. برای رسیدگی به زیرمجموعه بزرگی از این قوانین توسعه یابد. فرمول جدیدی که امکان تعریف زیرمجموعه بزرگی از قوانین ممکن را فراهم می کند، در کتاب توضیح داده شده است. استحکام این فرمول امکان جستجو در فضای قانون CA را به منظور توسعه برنامه های کاربردی برای فشرده سازی چند رسانه ای، رمزگذاری داده ها و مدل سازی فرآیند فراهم می کند.
Cellular Automata Transforms به دو بخش تقسیم می شود. در بخش اول اصول اتوماتای ​​سلولی، از جمله تاریخچه و کاربردهای سنتی، تشریح شده است. چالش های پیش روی استفاده از CA برای حل مسائل عملی شرح داده شده است. تئوری اصلی پشت تبدیل خودکار سلولی (CAT) در این بخش از کتاب توسعه داده شده است. تکنیک هایی که با آن می توان حالت های در حال تکامل یک اتومات سلولی را به بلوک های ساختمان اطلاعات تبدیل کرد، آموزش داده می شود. روش‌هایی (از جمله پیچیدگی‌های سریع) که توسط آن‌ها می‌توان به تبدیل‌های رو به جلو و معکوس هر داده دست یافت نیز ارائه شده است.
قسمت دوم شامل شرحی از کاربردهای CAT است. فصل 4 فشرده سازی تصویر دیجیتال، فشرده سازی صدا و تولید صوتی مصنوعی، سه روش برای فشرده سازی داده های ویدئویی را توضیح می دهد. فصل 5 شامل اجرای متقارن و کلید عمومی رمزگذاری CAT است. روش های احتمالی حمله نیز تشریح شده است. فصل 6 به مدل سازی فرآیند با حل معادلات دیفرانسیل و انتگرال می پردازد. نمونه هایی از فیزیک و دینامیک سیالات استخراج شده است.

Cellular Automata Transforms describes a new approach to using the dynamical system, popularly known as cellular automata (CA), as a tool for conducting transforms on data. Cellular automata have generated a great deal of interest since the early 1960s when John Conway created the `Game of Life'. This book takes a more serious look at CA by describing methods by which information building blocks, called basis functions (or bases), can be generated from the evolving states. These information blocks can then be used to construct any data. A typical dynamical system such as CA tend to involve an infinite possibilities of rules that define the inherent elements, neighborhood size, shape, number of states, and modes of association, etc. To be able to build these building blocks an elegant method had to be developed to address a large subset of these rules. A new formula, which allows for the definition a large subset of possible rules, is described in the book. The robustness of this formula allows searching of the CA rule space in order to develop applications for multimedia compression, data encryption and process modeling.
Cellular Automata Transforms is divided into two parts. In Part I the fundamentals of cellular automata, including the history and traditional applications are outlined. The challenges faced in using CA to solve practical problems are described. The basic theory behind Cellular Automata Transforms (CAT) is developed in this part of the book. Techniques by which the evolving states of a cellular automaton can be converted into information building blocks are taught. The methods (including fast convolutions) by which forward and inverse transforms of any data can be achieved are also presented.
Part II contains a description of applications of CAT. Chapter 4 describes digital image compression, audio compression and synthetic audio generation, three approaches for compressing video data. Chapter 5 contains both symmetric and public-key implementation of CAT encryption. Possible methods of attack are also outlined. Chapter 6 looks at process modeling by solving differential and integral equations. Examples are drawn from physics and fluid dynamics.