Компрессия информации и упорядочение дерева по алгоритму Виттера - Программирование, компьютеры и кибернетика курсовая работа

Главная

Программирование, компьютеры и кибернетика
Компрессия информации и упорядочение дерева по алгоритму Виттера

Методы компрессии информации. Обзор и характеристика существующих методов сжатия информации, основанных на процедуре кодирования Хаффмена. Алгоритмы динамического кодирования методом FGK и Виттера. Программная реализация и руководство пользователя.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство Образования и Науки Украины
“Компрессия информации и упорядочение дерева по алгоритму Виттера”
по курсу “ Кодирование и защита информации. ”
Пояснительная записка содержит описание разработанной программы и руководство по ее использованию. Также в ней приводится описание используемых методов компрессии информации.
3. Обзор и характеристика существующих методов сжатия информации, основанные на процедуре кодирования хаффмена 7
3.1. Динамическое кодирование хаффмена 7
3.2. Алгоритм динамического кодирования методом fgk 8
3.3. Алгоритм динамического кодирования виттера 9
В настоящее время большое внимание уделяется информации, недаром наш век называют “информационным”. Во время того, как люди познают технологии хранения и передачи информации, встает вопрос о ее компрес сии.
Производительность существующих компьютерных сетей может быть заметно увеличена за счет повышения скорости передачи данных по каналам связи, которое обеспечивается использованием методов сжатия информации (эффективное кодирование). Для решения этой проблемы было разработано большое количество разнообразных методов кодирования информации, которые могут быть реализованы программно. Данная разработка представляет собой программный модуль, обеспечивающий комрессию и декомпрессию информации.
Необходимо разработать программу для кодирования и декодирования непрерывно поступающей информации. Для компрес сии использовать алгоритм динамического кодирования Виттера. Разработать удобный интерфейс общения с пользователем.
m-размер алфавита источника сообщений;
M(k) =z(1), z(2), …, z(k) - первые к символов в сообщении;
k - число символов в сообщении, обработанных до текущего момента времени
K-количество различных символов, обработанных на текущий момент времени;
Wj-вес символов zj, поступивших на момент обработки сообщения.
lj - расстояние от корня дерева до zj - го листа.
3. Обзор и характеристика существующих методов сжатия информации, основанные на процедуре кодирования хаффмена
Алгоритм динамического кодирования Виттера представляет собой усовершенствование динамического кодирования Хаффмена.
Класический метод кодирования Хаффмена предпологает до начала преобразования знание вероятностей появления символов на выходе источника информации. Символы упорядочиваются по убыванию вероятностей их возникновения. На передающей и приемной сторонах должны быть известны кодовые деревья для каждого сообщения. Таким образом для его реализации требуется два прохода кодируемого массива. При 1-м просмотре вычисляются вероятности появления каждого знака в сообщении и составляется таблица кода Хаффмена. На следуещем этапе осуществляется кодирование на основании статистической структуры дерева Хаффмена и передача символов в сжатом виде. Выйгрыш полученный за счет сжатия данных может заметно снижаться, особенно при передачи коротких сообщений, в связи с необходимостью передавать декодеру дополнительную информацию о кодовом дереве. Еще один недостаток это наличие задержки от момента поступления данных от источника до выдачи соответствующих кодовых комбинаций, что ограничивает использование неравномерного кодирования в системах реального времени.
3.1. Динамическое кодирование хаффмена
В начале 70-х годов были разработаны однопроходные методы сжатия информации. Суть состоит в том, что передатчик строит дерево Хаффмена в темпе поступления данных от источника. В процессе кодирования происходит “обучение” кодера на основе статистических характеристик источника сообщений в ходе которого вычисляются оценки исходных вероятностей сообщения и производится модификация кодового дерева Хаффмена. Т. к. происходит непрерывное изменение дерева, этот процесс получил название динамического кодирования Хаффмена. Декодер должен непрерывно “учиться” наряду с кодером осуществляя синхронное изменение дерева. Для обеспечения синхронности процессов кодирования и декодирования кодер выдает символ в несжатом виде, если он впервые появился на выходе источника, и отмечает его на кодовом дереве. При повторном появлении символа на входе декодера он передается неравномерной кодовой комбинацией, определяемой позицией символа на текущем кодовом дереве.
На одном уровне не может быть меньше 2-х узлов, пара узлов является дочерней, т.к. имеет общий родительский узел, вес которого равен сумме весов дочерних узлов.
Хаффменское дерево должно обладать следующими свойствами:
Листья имеют неотрицательный вес W>0, каждый родительский узел имеет дочерние узлы, а его вес равен сумме дочерних весов.
На каждом уровне дерева, кроме корневого должно быть не менее одной пары узлов, имеющих общий родительский узел.
Все узлы нумеруются в возрастающем порядке, узлы с номерами (2j-1) и 2j являются узлами одного уровня для 1<=j<=m-1, их общий родительский узел имеет более высокий уровень.
3.2. Алгоритм динамического кодирования методом fgk
Суть алгоритма состоит в процедуре вычисления листьев и построения бинарного дерева с минимальным весом пути Wjlj.
На 1-м этапе дерево Хаффмена преобразуется в эквивалентное исходному, которое может быть преобразовано в хаффменовское дерево для M(k+1).
1-й этап начинается после получения от источника символа z(k+1), который получает статус текущего узла. Затем происходит обмен текущего узла (включаю поддерево) с узлом имеющим наибольший порядковый номер с таким же весом. В качестве нового текущего узла иницилизируется родительский узел последнего текущего узла. Обмен в случае необходимости многократно повторяется пока не будет достигнут корень дерева. Максимальное количество перестановок, которые могут понадобиться равна высоте дерева. На 2-м этапе инкрементируется лист дерева соответствующий обрабатываемому символу и последующие промежуточные узлы, расположенные на пути движения от листа к корню дерева.
3.3. Алгоритм динамического кодирования виттера
Данный алгоритм позволяет построить динамическое хаффменское дерево таким образом, что бы минимизировать сумарную длину внешнего пути и рас стояние от корня дерева до листа. Число обменов узлов в процессе модификации сводится к минимуму. Минимизация высоты дерева h= max{ lj} позволит предотвратить образование длинных кодовых комбинаций при кодировании очередного символа в сообщении.
Алгоритм Виттера обладает следующими преимуществами по сравнению с алгоритмом FGK:
Количество обменов узлами, при котором текущий узел перемещается в верх по кодовому дереву в процессе его модификации ограничивается еденицей.
Алгоритм Виттера минимизирует длину внешнего пути дерева lj и гарантирует дерево минимальной высоты h= max{ lj} при условии минимизации суммарной длины внешнего пути дерева.
По алгоритму Виттера осуществляется так называемая неявная нумерация (implicit numbering) узлов кодового дерева. При неявной нумерации узлы хаффменского дерева нумеруются в порядке увелечения по уровням слева направо и снизу вверх. Важнейшим условием неявной нумерации является соблюдение необходимого условия построения дерева:
Для каждого веса W все листья дерева с весом W должны предшествовать всем внутренним узлам веса W.
Структурная схема алгоритма динамического кодирования Виттера приведена на рисунке 1.
На рисунке 2 приведена структурная схема процедуры скольжения и приращения.
Для разработки программы был выбран язык программирования высокого уровня Delphi 5.0 (Object Pascal).
Он весьма полно выражает идеи структурного программирования. Это проявляется в том, что Delphi может успешно использоваться для записи программ на разных уровнях ее детализации, не прибегая к помощи блок-схем или специального языка проектирования программ. Средства языка Delphi позволяют осуществлять достаточный контроль правильности использования данных различных типов и программных объектов как на этапе трансляции так и на этап ее выполнения.
Delphi позволяет без особых трудностей реализовать удобный пользовательский интерфейс, не пребигая к написанию низкоуровневого кода.
В проекте предпологается кодирование непрерывно поступающей информации, поэтому программа позволяет пользователю вводить исходное сообщение с клавиатуры, которое кодируется и отображает структуру кодового дерева хаффмена.
Декодировку сообщения можно производить по символьно и по битам.
В программе есть так же возможность считать данные для кодирования из фыйла.
Программа работает под управлением операционной системы Windows 9. x.
Программа имеет удобный пользовательский интерфейс.
Программа имеет две основные области: кодировка и декодировка. Справа расположено поле для ввода сообщения. В процессе поступления сообщения в окне кодировка строится кодовое дерево. В поле Сообщение отображаются поступающие данные. В поле Закодированное отображается закодированное сообщение.
Декодировку можно производить как по символам, так и по битам. Для этого используются соответствующие кнопки: Символ и Бит.
Результат декодировки отображается в поле Декодирование. В процессе декодирования строится кодовое дерево.
В ходе выполнения курсовой работы были закреплены знания, полученные в ходе изучения дисциплины “Кодирование и защита информации”. Работа выполнена в соответствии с постановкой задачи на курсовое проектирование.
Для проверки работоспособности программы и правильности обработки входных данных разработан тестовый пример. Тестирование программы подтвердило, что программа правильно выполнила обработку данных и выдает верные результаты.
Конспект лекций по курсу “Кодирование и защита информации”
Цымбал В.П. “Теория информации и кодирование. ” - Киев: “Вища школа”, 1982 - 303с.
В.С. Чернега “Сжатие информации в компьютерных сетях” - СевГТУ, Севастополь 1997.
* l H e
1 2 3 4
01101000 001100101 1001101100 01 110 01101111
7 8
e h l
3 4 5 6
01101000 001100101 1001101100 01 110 01101111 100 00100000
9 10
e l
5 6 7 8
* - h o
1 2 3 4
01101000 001100101 1001101100 01 110 01101111 100 00100000 01001110111
11 12
7 8 9 10
* w e - h o
1 2 3 4 5 6
01101000 001100101 1001101100 01 110 01101111 100 00100000 01001110111 111
11 12
7 8 9 10
3 4 5 6
01101000 001100101 1001101100 01 110 01101111 100 00100000 01001110111 111 1110 01110010
o 13 14
9 10 11 12
h w e - l
3 4 5 6 7 8
01101000 001100101 1001101100 01 110 01101111 100 00100000 01001110111 111 1110 01110010 111
13 l 14
9 10 11 12
h w e - o
3 4 5 6 / 7 8
01101000 001100101 1001101100 01 110 01101111 100 00100000 01001110111 111 1110 01110010 111 1100 01100100
15 16
11 12 13 14
h w e o
5 6 7 8 9 10
* d - r
1 2 3 4
Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs,
procedure InCharKeyPress(Sender: TObject; var Key: Char);
procedure Button1Click(Sender: TObject);
procedure FormResize(Sender: TObject);
procedure FormPaint(Sender: TObject);
procedure Button2Click(Sender: TObject);
decodetable: array [char] of string;
procedure MakeCodeTable(Top: PTree);
procedure DrawTree(D: TPaintBox; P: Ptree; w,h: integer);
procedure Draw(T: PTree; x,y,level,ofs: integer);
if t. isleaf then if t. symbol=#0 then C. TextOut(x-4,y-25,'*') else C. TextOut(x-4,y-25,t. Symbol);
C. TextOut(x-6,y-7, inttostr(T. wiegth));
C. TextOut(x-6,y+12, inttostr(T. number));
Draw(T. Left,x-(ofs div 2),y+30,level+1,ofs div 2);
Draw(T. Right,x+(ofs div 2),y+30,level+1,ofs div 2);
procedure MakeDeCodeTable(Top: PTree);
procedure CT(P: PTree; code: string);
if (P. Wiegth>=0) and (P. IsLeaf) then
DByte: =((DByte shl 1) or (byte(bit) and 1));
DrawTree(Form1. Panel2,DecodeTree,Form1. Panel2. ClientWidth,500);
DrawTree(Form1. Panel2,DecodeTree,Form1. Panel2. ClientWidth,500);
procedure MakeCodeTable(Top: PTree);
procedure CT(P: PTree; code: string);
if (P. Wiegth>=0) and (P. IsLeaf) then
Form1. CodeTableMemo. Lines. Append(c+' - '+CodeTable [c]);
Form1. CodedMsg. Lines. Text: =S+' '+CodeTable [c];
S: =Form1. CodedMsg. Lines. Text+' '+s;
procedure TForm1. InCharKeyPress(Sender: TObject; var Key: Char);
DrawTree(Panel1,Tree,Panel1. ClientWidth,500);
Application. MessageBox('stop','stop',MB_OK);
DrawTree(Panel1,Tree,Panel1. ClientWidth,500);
procedure TForm1. Button1Click(Sender: TObject);
while ((s<>'') and (s [1] <>' ')) do
procedure TForm1. FormResize(Sender: TObject);
Panel1. Height: =(ClientHeight div 2) - 20;
Label2. Top: =(ClientHeight div 2);
Panel2. top: =(ClientHeight div 2) +20;
Panel2. Height: =(ClientHeight div 2) - 20;
procedure TForm1. FormPaint(Sender: TObject);
DrawTree(Panel1,Tree,Panel1. ClientWidth,500);
DrawTree(Panel2,DecodeTree,Panel2. ClientWidth,500);
procedure TForm1. Button2Click(Sender: TObject);
if ((s<>'') and (s [1] <>' ')) then
function NewNode(l,r,u: PTree; s: char; c,n: integer; i: boolean): PTree;
procedure DeleteTree(var P: PTree);
function AddNewSymbolToTree(var Top: PTree; c: char): boolean;
function AddSymbolToTree(var Top: PTree; c: char): boolean;
function AddSymbol(var Top: PTree; c: char): boolean;
function MaxLevel(Top: PTree): integer;
procedure NodesOnLevel(Top: PTree; var qol: integer; l,level: integer);
function GetNodeFromLevel(P: Ptree; level,number: integer; var l,n: integer): PTree;
function CheckWiegth(P: PTree): integer;
function GetNodeByNumber(P: PTree; number: integer): PTree;
function GetLeafByWiegthMax(P: PTree; wiegth: integer): PTree;
function CheckWiegth(P: PTree): integer;
Result: =CheckWiegth(P. left) +CheckWiegth(P. right);
tt: =GetLeafByWiegthMax(P,t. wiegth);
function GetLeafByWiegthMax(P: PTree; wiegth: integer): PTree;
if Node. Wiegth > wiegth then exit; // ???????
if Node. IsLeaf and (Node. Wiegth=wiegth) then
function GetNodeByNumber(P: PTree; number: integer): PTree;
if P. Number=number then result: =P else
Result: =GetNodeByNumber(P. Left,number);
if Result=nil then Result: =GetNodeByNumber(P. Right,number);
function GetNodeFromLevel(P: PTREE; level,number: integer; var l,n: integer): PTree;
T: =GetNodeFromLevel(P. Left,level,number,l,n);
Result: =GetNodeFromLevel(P. Right,level,number,l,n);
procedure NodesOnLevel(Top: PTree; var qol: integer; l,level: integer);
NodesOnLevel(top. Left,qol,l+1,Level);
NodesOnLevel(top. Right,qol,l+1,Level);
function MaxLevel(Top: PTree): integer;
Result: =Max(MaxLevel(Top. Left),MaxLevel(Top. Right)) +1;
function AddSymbol(var Top: PTree; c: char): boolean;
if(not AddSymbolToTree(Top,c)) then
if(not AddNewSymbolToTree(Top,c)) then
function AddSymbolToTree(var Top: PTree; c: char): boolean;
if Top=nil then Result: =False else
if AddSymbolToTree(Top. left,c) or AddSymbolToTree(Top. right,c) then
function AddNewSymbolToTree(var Top: PTree; c: char): boolean;
Top: =NewNode(nil,nil,nil,#0,1,0,false);
Top. left: =NewNode(nil,nil,Top,#0,0,0,true);
Top. Right: =NewNode(nil,nil,Top,c,1,0,true);
if (Top. Wiegth=0) and (top. Symbol=#0) then
Top. Left: =NewNode(nil,nil,Top,#0,0,0,true);
Top. Right: =NewNode(nil,nil,Top,c,1,0,true);
if (Top. Left<>nil) and AddNewSymbolToTree(Top. Left,c) then
if (Top. Right<>nil) and AddNewSymbolToTree(Top. Right,c) then
procedure DeleteTree(var P: PTree);
function NewNode(l,r,u: ptree; s: char; c,n: integer; i: boolean): PTree;
Методы арифметического кодирования. Основные функции программ, реализующие алгоритмы кодирования по методам Хаффмана, Голомба, Фибоначчи и Элиаса. Разработка программно-аппаратных средств оптимального арифметического кодирования и их экономический расчет. дипломная работа [1,1 M], добавлен 26.05.2012
Анализ способов кодирования информации. Разработка устройства кодирования (кодера) информации методом Хемминга. Реализация кодера–декодера на базе ИМС К555ВЖ1. Разработка стенда контроля передаваемой информации, принципиальная схема устройства. дипломная работа [602,9 K], добавлен 30.08.2010
Энтропия и количество информации. Комбинаторная, вероятностная и алгоритмическая оценка количества информации. Моделирование и кодирование. Некоторые алгоритмы сжатия данных. Алгоритм арифметического кодирования. Приращаемая передача и получение. курсовая работа [325,1 K], добавлен 28.07.2009
Понятие информации и основные принципы ее кодирования, используемые методы и приемы, инструментарий и задачи. Специфические особенности процессов кодирования цифровой и текстовой, графической и звуковой информации. Логические основы работы компьютера. курсовая работа [55,8 K], добавлен 23.04.2014
Методика разработки и механизм отладки программы на языке Лисп, реализующей криптографический алгоритм кодирования информации с открытым ключом – RSA. Математические и алгоритмические основы решения задачи, его программная модель, составление блок-схемы. курсовая работа [675,7 K], добавлен 20.01.2010
Представление информации в двоичной системе. Необходимость кодирования в программировании. Кодирование графической информации, чисел, текста, звука. Разница между кодированием и шифрованием. Двоичное кодирование символьной (текстовой) информации. реферат [31,7 K], добавлен 27.03.2010
Понятие математической модели. Безусловные и условные типы задач оптимизации. Принципы, термины и преимущества объектно-ориентированного программирования. Характеристика среды разработки Delphi 7.0. Программная реализация метода кодирования Хаффмена. курсовая работа [1,3 M], добавлен 05.10.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Компрессия информации и упорядочение дерева по алгоритму Виттера курсовая работа. Программирование, компьютеры и кибернетика.
Эссе На Тему Моя Идеальная Семья
Управление Запасами Курсовая
Формирование Учебной Мотивации Введение Диссертации
Мой Любимый Герой Сказки Сочинение 5 Класс
Реферат: Социология как наука. Объект и предмет изучения социологии
Реферат: Транспорт наносов захваченными топографическими волнами
Доклад: Ошибки при написании сочинения
Реферат На Тему Государственные Социальные Внебюджетные Фонды
Курсовая Работа На Тему Аудит Расчетов С Персоналом По Оплате Труда
Реферат: Domino Effect Essay Research Paper A bad
Сущность правового регулирования общественных отношений в области оценочной деятельности
Молочные Продукты Курсовая Работа
Курсовая Работа На Тему Рассмотрение Официально-Делового Стиля Как Функционального Стиля Русского Языка
Реферат по теме Гигиена применения полимерных материалов
Реферат по теме Мифологические истоки научной рациональности
Контрольная работа: Денежное обращение в России
Курсовая Работа Судебная Практика Трудовых Отношений
Реферат: Южные Нидерланды
Реферат: Организация рационального питания в условиях радиационного фактора
Реферат по теме Воспоминания Авзония и Аполлинария Сидония о преподавателях высших школ Галлии IV - V вв.
Активные процессы в составе глагольных слов - Иностранные языки и языкознание курсовая работа
Великие географические открытия и их влияние на экономическое развитие Европы - История и исторические личности реферат
Фонетика и слогоделение - Иностранные языки и языкознание контрольная работа