Лекция

Архивация данных

Вопросы:

1. Принципы и методы сжатия информации.

2. Алгоритмы сжатия без потери информации.

3. Особенности сжатия с потерей информации.

Цель занятия:научиться использовать методы сжатия информации в практической работе.

Введение

В настоящее время человечество переживает период информационного бума. Объем получаемой и перерабатываемой информации удваивается каждые пять лет. Хранить, передавать и обрабатывать информацию становится все сложнее и сложнее, несмотря на быстрое совершенствование технических средств, предназначенных для решения указанных задач. Поэтому весьма актуальной является разработка методов, позволяющих уменьшить объем данных без потери информации, содержащейся в них.

Процесс оптимизации представления информации за счет уменьшения избыточности ее кодирования называется сжатием информации, а методы реализации этого процесса - методами сжатия информации.

На настоящее информационные компьютерные системы проникают во все сферы деятельности человека. Системы цифровой связи (ISDN, цифровая сотовая связь, цифровое телевидение и т.д.) также получили всеобщее признание и прогрессируют очень быстро. Информационная инфраструктура разрастается и усложняется. Ценность информации, сохраняется достаточно большая, поэтому применяются различные методы ее защиты. Одним из самых распространенных является резервное копирование, применение которого еще больше увеличивает объем хранимой информации. Все это обусловливает лавинообразное увеличение количества хранимой, передаваемой и обрабатываемой информации. Рост количественных и качественных характеристик современных технических средств передачи и хранения информации не успевает за потребностями человечества в таких средствах. Введение в действие новых высокопроизводительных коммуникационных систем обходится довольно дорого.

Поэтому важно с максимальной эффективностью использовать имеющиеся системы хранения и передачи информации. Для этого нужно представлять накопленные данные оптимально, за счет их кодирования с минимальной информационной избыточностью. Это позволит хранить больше информации на тех же носителях, передавать больше информации в единицу времени по каналу связи с той же пропускной способностью. Таким образом, экономическая выгода от оптимального представления информации и актуальность разработки методов оптимального кодирования очевидны.

Теоретической основой сжатия данных служит теория информации, в первую очередь - такой ее раздел, как теория кодирования. Родоначальником теории информации является К. Шеннон, который, в частности, определил как рассчитывается количество информации через понятие априорной и апостериорной энтропии и обосновал пропускную способность канала связи.

Кодирования буквально пронизывает информационные технологии и является центральным вопросом при решении самых разных (практически всех задач) программирования:

• представление данных произвольной природы (например, чисел, текста, графики) в памяти компьютера;

• защита информации от несанкционированного доступа;

• обеспечение помехозащищенности при передаче данных по каналам связи;

• сжатие информации в базах данных.

Свойства, которые требуются от кодирования, бывают различной природы:

• существование декодирования - это очень естественное свойство, но даже она нужна не всегда. Например, трансляция программы на языке высокого уровня в машинные команды - это кодирование, для которого не требуется однозначного декодирования;

• помехозащищенность, или исправления ошибок - когда от кодирования требуется возможность восстановления информации в случае ее повреждения;

• заданная сложность (или простота) кодирования и декодирования. Например, в криптографии изучаются такие способы кодирования, при которых просто вычислительная функция F, но определение обратной функции F -1 требует очень сложных вычислений.

В лекции будут рассмотрены некоторые наиболее важные задачи оптимального представления информации и продемонстрировано применение некоторіхметодов сжатия.