Informatikai Rendszerek Alapjai

Hasonló dokumentumok
Az Informatika Elméleti Alapjai

Az Informatika Elméleti Alapjai

Informatikai Rendszerek Alapjai

Az Informatika Elméleti Alapjai

Az Informatika Elméleti Alapjai

Algoritmusok és adatszerkezetek 2.

Algoritmuselmélet 7. előadás

H=0 H=1. Legyen m pozitív egészre {a 1, a 2,, a m } különböző üzenetek halmaza. Ha az a i üzenetet k i -szer fordul elő az adásban,

Az informatika az elektronikus információfeldolgozással, az erre szolgáló rendszerek tervezésével, szervezésével, működésével foglalkozik.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Fraktál alapú képtömörítés p. 1/26

Az Informatika Elméleti Alapjai

A továbbiakban Y = {0, 1}, azaz minden szóhoz egy bináris sorozatot rendelünk

Shannon és Huffman kód konstrukció tetszőleges. véges test felett

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Informatika Rendszerek Alapjai

Információelmélet Szemináriumi gyakorlatok

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

dolás, felbontható kód Prefix kód Blokk kódk Kódfa

Az adatkezelés eszközei

OFDM technológia és néhány megvalósítás Alvarion berendezésekben

Súlyozott automaták alkalmazása

12. Képtömörítés. Kató Zoltán. Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika tanszék SZTE (

Zárthelyi dolgozat feladatainak megoldása õsz

Bevezetés az informatikába Tételsor és minta zárthelyi dolgozat 2014/2015 I. félév

Informatikai eszközök fizikai alapjai Lovász Béla

2018, Diszkrét matematika

KÓDOLÁSTECHNIKA PZH december 18.

Kódolás. A számítógép adatokkal dolgozik. Értelmezzük az adat és az információ fogalmát.

Hibajavító kódolás (előadásvázlat, november 14.) Maróti Miklós

Digitális jelfeldolgozás

Informatikai alapismeretek

Információelmélet. Informatikai rendszerek alapjai. Horváth Árpád október 29.

Segédlet az Informatika alapjai I. című tárgy számrendszerek fejezetéhez

Bináris egység: bit (binary unit) bit ~ b; byte ~ B (Gb Gigabit;GB Gigabyte) Gb;GB;Gib;GiB mind más. Elnevezés Jele Értéke Elnevezés Jele Értéke

Megoldás Digitális technika I. (vimia102) 4. gyakorlat: Sorrendi hálózatok alapjai, állapot gráf, állapottábla

Informatika Rendszerek Alapjai

Számítógépes hálózatok

Mohó algoritmusok. Példa:

Feladat: Indítsd el a Jegyzettömböt (vagy Word programot)! Alt + számok a numerikus billentyűzeten!

10.1. Információelméleti eredmények

SZÁMÍTÓGÉPEK BELSŐ FELÉPÍTÉSE - 1

Számítógépes Hálózatok. 5. gyakorlat

1. feladat: A decimális kódokat az ASCII kódtábla alapján kódold vissza karakterekké és megkapod a megoldást! Kitől van az idézet?

A/D és D/A átalakítók gyakorlat

I+K technológiák. Számrendszerek, kódolás

10. fejezet Az adatkapcsolati réteg

Felvételi tematika INFORMATIKA

Kódoláselméleti alapfogalmak

Informatika szóbeli vizsga témakörök

Infokommuniká cio Forrá sko dolá s e s hibátu ro ko dolá s

Geoinformatika I. (vizsgakérdések)

Jel, adat, információ

Számítógépes Hálózatok. 4. gyakorlat

Számítástechnika és informatika 1. OSZTÁLY

Az információ az informatika alapfogalma. Az információ latin eredetű szó, amely értesülést, hírt, üzenetet, tájékoztatást jelent.

SZÓBELI ÉRETTSÉGI TÉMAKÖRÖK

Digitális technika VIMIAA02 1. EA Fehér Béla BME MIT

Vetési Albert Gimnázium, Veszprém. Didaktikai feladatok. INFORMÁCIÓTECHNOLÓGIAI ALAPISMERETEK (10 óra)

16. TÉMAKÖR ADATTÖMÖRÍTÉS

Hatodik gyakorlat. Rendszer, adat, információ

Digitális technika VIMIAA02 1. EA

Bevezetés a számítástechnikába

Információs rendszerek elméleti alapjai. Információelmélet

NEURONHÁLÓS HANGTÖMÖRÍTÉS. Áfra Attila Tamás

CMK_MS02 Hordó mérlegelõ és címkézõ program

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 2

Algoritmuselmélet 6. előadás

Az Informatika Elméleti Alapjai

Informatikai eszközök fizikai alapjai. Romanenko Alekszej

megtalálásának hihetetlen nehéz voltán alapszik. Az eljárás matematikai alapja a kis FERMAT-tétel egy következménye:

Programozás I. 1. előadás: Algoritmusok alapjai. Sergyán Szabolcs

Az Informatika Elméleti Alapjai

CAS implementálása MPEG-2 TS-alapú

Képformátumok: GIF. Írta: TFeri.hu. GIF fájlformátum:

OP-300 MŰSZAKI ADATOK

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Intelligens Rendszerek Elmélete. Párhuzamos keresés genetikus algoritmusokkal

2. Készítsen awk szkriptet, amely kiírja az aktuális könyvtár összes alkönyvtárának nevét, amely februári keltezésű (bármely év).

Wavelet transzformáció

Járműinformatika Multimédiás buszrendszerek (MOST, D2B és Bluetooth) 4. Óra

Dr. Beinschróth József Kriptográfiai alkalmazások, rejtjelezések, digitális aláírás

Az információelmélet alapjai, biológiai alkalmazások. 1. A logaritmusfüggvény és azonosságai

Tömörítés. I. Fogalma: A tömörítés egy olyan eljárás, amelynek segítségével egy fájlból egy kisebb fájl állítható elő.

TRP-C24 Felhasználói Kézikönyv

Az új magyar Braille-rövidírás kialakítása

Beszédátvitel a GSM rendszerben, fizikai és logikai csatornák

Mintaillesztő algoritmusok. Ölvedi Tibor OLTQAAI.ELTE

Tájékoztató a kollégiumi internet beállításához

Koós Dorián 9.B INFORMATIKA

1. INFORMATIKAI ALAPFOGALMAK HÍRKÖZLÉSI RENDSZER SZÁMRENDSZEREK... 6

INFORMATIKAI ALAPISMERETEK

INFORMATIKA ÉRETTSÉGI VIZSGAKÖVETELMÉNYEK AZ ÉRETTSÉGI VIZSGA RÉSZLETES TEMATIKÁJA

8. Mohó algoritmusok Egy esemény-kiválasztási probléma. Az esemény-kiválasztási probléma optimális részproblémák szerkezete

Hálózati protokoll tervezése

Széchenyi István Szakképző Iskola

MS-NMK nagyszámkijelző ismertető

Szövegfeldolgozás II.

Átírás:

Informatikai Rendszerek Alapjai Dr. Kutor László Minimális redundanciájú kódok (2) Szótár alapú tömörítő algoritmusok 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/1

Az információ redundanciája H S = - p{ x i }* log 2 p{x i } i=1 H max = k log (n) (Hartley) (Shannon-Wiener) n H max = - n 1/n * log (1/n)= - log (1/n) = log(n) i=1 H relatív = H S H max R S = (1 - H S H max )* 100 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/2

Példa a Huffman algoritmusra (ism.) Szimbólumok Előfordulások Információ Bitek száma száma tartalom A 15 1.38 20.68 B 7 2.48 17.35 C 6 2.7 16.2 D 6 2.7 16.2 E 5 2.96 14.82 A (15) B (7) C (6) D (6) E (5) 1 0 A (15) DE (11) B (7) C (6) 1 0 A (15) BC(13) DE (11) 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/3 1 0 BCDE(24) A (15) 1 0 A = 0 B = 111 C = 110 D = 101 E = 100 ASCII 39* 8 = 312 Huffmann 87?

A kódolási példa fa szerkezete D E B C A levelek D 1 0 E B 1 0 C DE 0 1 BC BCDE 1 0 A gyökér A = 0 B = 111 C = 110 D = 101 E = 100 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/4

Dekódolás példa a Huffman algoritmhoz Dekódolandó üzenet: 1101001010111101000110 Kódtábla: A = 0 B = 111 C = 110 D = 101 E = 100 C E D A B D AAAC Visszafejtett kód: CEDABDAAAC Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László 2014. ősz IRA 8/25/5

2. példa a Huffman algoritmusra: Kódolandó szöveg: Semmi nem olyan egyszerű, mint amilyennek látszik 1. A karakterek gyakoriságának meghatározása = 2, S=1, e=6, m=5, i=4, _=6, n=5, o=1, l=3, y=3, a=2, g=1, s=2, z=2, r=1, ű=1,,=1, t=2, k=2 =50 2. Gyakoriság szerinti rendezés 3. A kevésbé gyakori karaktereket kettesével összevonjuk és beírjuk a gyakorisági sorba, ami két elemű lesz a lista 4. A lista elemekhez rendre 0-át és 1-et rendelve létrehozzuk, majd kiolvassuk a kódot e(6) (6) m(5) n(5) i(4) l(3) y(3) (2) a(2) s(2) z(2) t(2) k(2) o(1) r(1) ű(1) g(1),(1) 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/6

FAX gépek adattömörítése CCITT szerint G1, G2, G3 (G4?) A4-es oldal felbontás átvitel továbbításához (vonal/mm) szükséges idő: vivő G1 6 perc 3.85 analóg (1300.1700 Hz) G2 3 perc 3.85 analóg (2100) G3 40-60 s 3.85(7.7) CCITT (2400 bit/s) A 215 mm hosszú sor 1728 pontból áll Egydimenziós kódolás Kétdimenziós kódolás (15 20 mp) 2014. ősz IRA 8/25/7

Minimum redundanciájú kódok 3. Aritmetikai kód (1952) US Pat. #: 4,905,297 Az egész üzenetet egy számmal helyettesítjük Például: BILL GATES 0.2572167752 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/8

Az aritmetikai kódolás algoritmusa 1. Az üzenetekben előforduló szimbólumok előfordulási gyakoriságának meghatározása 2. Minden szimbólumhoz hozzárendelünk egy 0 1 közé eső számtartományt. A számtartomány nagysága arányos a szimbólum relatív gyakoriságával 3. A teljes karaktersorozatot egy számmá alakítjuk. Az átalakítást úgy végezzük, hogy az üzenetben egymás után következő karakterek által kijelölt számtartományt lépésről lépésre beszűkítjük, míg végül egy számhoz jutunk 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/9

1. példa az aritmetikai kódolásra Kódolandó szöveg: ALMA Szimbólumok Előfordulások Relatív Számtartomány száma gyakoriság A 2 2/4 0 <=t A < 0.5 L 1 1/4 0.5 <=t L < 0.75 M 1 1/4 0.75<=t M < 1 A L M 0 <= t A < 0. 5 0.25 <= t AL < 0.375 0.34375 <= t ALM < 0.375.. 0. <= t ALMA < 0.. 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/10

2. példa az aritmetikai kódolásra Kódolandó szöveg: BILL_GATES Data Compression book Mark Nelson 1991 Szimbólumok Előfordulások Relatív száma gyakoriság Számtartomány -_ 1 1/10 0.00 <= t _ < 0.10 A 1 1/10 0.10 <= t A < 0.20 B 1 1/10 0.20 <= t B < 0.30 E 1 1/10 0.30 <= t E < 0.40 G 1 1/10 0.40 <= t G < 0.50 I 1 1/10 0.50 <= t I < 0.60 L 2 2/10 0.60 <= t L < 0.80 S 1 1/10 0.80 <= t S < 0.90 T 1 1/10 0.90 <= t T < 1.00 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/11

2/2. példa az aritmetikai kódolásra Kódolt szöveg: BILL_GATES 0.2572167752 Kódtáblázat 0.00 <= < 0.10 0.10 <= A < 0.20 0.20 <= B < 0.30 0.30 <= E < 0.40 0.40 <= G < 0.50 0.50 <= I < 0.60 0.60 <= L < 0.80 0.80 <= S < 0.90 0.90 <= T < 1.00 Számtartomány alsó érték felső érték B 0.2 0.3 I 0.25 0.26 L 0.256 0.258 L 0.2572 0.2576-0.25720 0.25724 G 0.257216 0.257220 A 0.2572164 0.2572168 T 0.257216772 0.257216776 E 0.257216772 0.257216776 S 0.2572167752 0.2572167756 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/12

2/3. példa az aritmetikai kódolásra: Dekódolás Kiinduló kód: 0.2572167752 Kódtáblázat 0.00 <= < 0.10 0.10 <= A < 0.20 0.20 <= B < 0.30 0.30 <= E < 0.40 0.40 <= G < 0.50 0.50 <= I < 0.60 0.60 <= L < 0.80 0.80 <= S < 0.90 0.90 <= T < 1.00 1. 0.2572167752 B 0.2572167752 a 0.2 (a tartomány alsó értéke) b 0.0572167752 /0.1=0.57216 2. 0.572167752 I tartomány a 0.5 b 0.072167752 /0.1=0.7216. 3. 0.72167752 L a 0.6 b 0.12167752/0.2= 0.6083876 4. 0.6083876 L a 0.6 b 0.0083876/0.2=0.041938 5. 0.041938 _ a 0.0 b 0.041938/0.1=0.41938 6. 0.41938 G... 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/13

Szótár alapú adattömörítés Gondolkodás nélkül tanulni haszontalanság, tanulás nélkül gondolkodni veszélyes Konfucius lap 1 2 3 4.. N sor 1 2 3 4 5 6 7 Gondolkodás nélkül tanulni A kód felépítése: lap bejegyzés lap bejegyzés.......... 2 4 3 6 4 2......... 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/14

A szállodai éjjeliszekrény szokásos kellékei 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/15

A szállodai éjjeliszekrény szokásos kelléke 2. 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László

A szótár alapú adattömörítés blokkvázlata szótár szótár forrás csatorna vevő kódoló dekódoló 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/17

A szótár alapú adattömörítés története 1977 Abraham Lempel és Jakob Ziv LZ77 An Unversal Algorithm for Sequntial Data Compression IEEE Transaction on Information Theory 1978 Abraham Lempel és Jakob Ziv LZ78 Compression of Individual Sequences via Variable-Rate Coding IEEE Transaction on Information Theory 1984 Terry Welch (Sperry Research Center) LZW A Technique for High-Performance Data Compression IEEE Computer 1984 June 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/18

Az LZ 77 kódolás elve Abraham Lempel, Jakab Ziv 1977 szótár alapú, csúszó ablak tömörítés _for_(i=0_;i<max-1;i++)\r_for(=j+1;j <MAX;j++) \r Szöveg ablak ( szótár ),(4K-64K) Kódolandó szöveg ablak (16bájt-1K) A kódolandó karakter sorozatot egy kódhármassal helyettesítjük 13, 4, ; A kódolási lépés után az ablakok elcsúsznak _(i=0_;i<max-1;j++)\r_for(=j+1;j <MAX ;j++) \r_a(i 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/19

Az LZ 77 kódolás korlátai LZ77 elvű tömörítő programok: PKZIP (PKWare) LHarc (H. Yoshizaki) ARJ (R. Jung) 1. Csak a kódolandó karaktersorozatot közvetlenül megelőző adatsoron belül (a szótárban ) tud keresni 2. Az egy kóddal lekódolható adat hossza korlátozott 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/20

Az LZ78 adattömörítés jellemzői w Adaptív, szótár alapú kódolás w A szótárat lépésről-lépésre építi w A szótárba a soron következő sorszám mellé az a karakterfüzér kerül ami korábban még nem szerepelt LZ78 elvű tömörítők: UNIX compress ARC.ARC PKARC (DEC, VAX) (MS-DOS) (PKWare) 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/21

Az adaptív kódolás jellemzői Lényege: a forrásból nyert információ alapján a kódot lépésről-lépésre, egyre hatékonyabban hozzuk létre kódoló dekódoló Statisztika vagy forrás előfordulási csatorna előfordulási vevő információ Statisztika vagy információ Előnye: a statisztikai információt nem kell továbbítani Hátránya: a vevő oldalon is létre kell hozni a statisztikát 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/22

Példa az LZ78-as kódolásra Kódolandó szöveg: ABABABABABABABABABABA Szótár bejegyzés 1 A 2 B 3 AB 4 ABA 5 BA 6 BAB 7 ABAB 8 ABABA 0A 0B 1B 3A 2A 5B 4B 7A 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/23

Az LZW adattömörítés folyamata STR=String Ch=karakter EOF= fájl vége Start Az első karakter az STR-be Ch olvasása EOF Igen STR kódjának kiírása Vége Igen STR+CH van a táblázatban? Nem STR kódja a kimenetre STR+Ch a táblázatba SRT := STR+Ch STR := Ch 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/24

Kérdések: - Mi a Huffmann és Shannon-Fano kódja a következő karaktereknek ha az üzenetben előforduló karakterek és előfordulásaik száma a következő: A(16), B(8), C(7), D (6), E (5) - Hogyan számolható ki a következő karaktersorozat LZ78-as kódja: XYZXYZXYZXYZXYZXYZXYZXYZXYZXYZ 2014. ősz Óbudai Egyetem, NIK Dr. Kutor László IRA 8/25/25