Politechnika Warszawska - Centralny System Uwierzytelniania
Nie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Kompresja danych

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 103D-xxxxx-MSP-KODA Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Kompresja danych
Jednostka: Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Grupy: ( Przedmioty techniczne )---EITI
( Przedmioty zaawansowane obieralne )-Elektronika i informatyka w medycynie-mgr.-EITI
( Przedmioty zaawansowane obieralne )-Inżynieria systemów informatycznych-mgr.-EITI
( Przedmioty zaawansowane obieralne )-Radiokomunikacja i techniki multimedialne-mgr.-EITI
( Przedmioty zaawansowane ogólne )--dr.-EITI
( Przedmioty zaawansowane techniczne )--mgr.-EITI
( Przetwarzanie multimediów )-Informatyka w multimediach-mgr.-EITI
Punkty ECTS i inne: 4.00
Język prowadzenia: polski
Jednostka decyzyjna:

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

Kod wydziałowy:

KODA

Numer wersji:

4

Skrócony opis:

Celem wykładu jest omówienie podstaw teoretycznych oraz metod kodowania danych, zasad realizacji prostych algorytmów kompresji, przegląd współczesnych narzędzi i standardów z uwzględnieniem potencjalnych obszarów zastosowań, analiza możliwości oraz kryteriów doboru koderów optymalnych dla określonego rodzaju danych, a także sformułowanie współczesnych paradygmatów kompresji. Zarys użytecznych teorii obejmuje podstawy teorii informacji (modele, reguły kodowania i zniekształceń źródeł) oraz elementy analizy funkcjonalnej, teorii aproksymacji oraz przetwarzania sygnałów. Zagadnienia implementacji omawiane są na przykładzie kodów Huffmana oraz arytmetycznego. Szczególny nacisk położono na analizę kodeków danych obrazowych, modelowanie danych w przestrzeni obrazu, transformacje i kodowanie kontekstowe. Studenci poznają algorytmy m.in. CALIC, EZW, JPEG-LS, JPEG, JPEG2000, JPEG_XR, ZIP, PNG, JBIG, WebP, rodziny MPEG.
Spodziewane efekty kształcenia to zdobycie syntetycznej i (...)

Pełny opis:

Celem wykładu jest omówienie podstaw teoretycznych oraz metod kodowania danych, zasad realizacji prostych algorytmów kompresji, przegląd współczesnych narzędzi i standardów z uwzględnieniem potencjalnych obszarów zastosowań, analiza możliwości oraz kryteriów doboru koderów optymalnych dla określonego rodzaju danych, a także sformułowanie współczesnych paradygmatów kompresji. Zarys użytecznych teorii obejmuje podstawy teorii informacji (modele, reguły kodowania i zniekształceń źródeł) oraz elementy analizy funkcjonalnej, teorii aproksymacji oraz przetwarzania sygnałów. Zagadnienia implementacji omawiane są na przykładzie kodów Huffmana oraz arytmetycznego. Szczególny nacisk położono na analizę kodeków danych obrazowych, modelowanie danych w przestrzeni obrazu, transformacje i kodowanie kontekstowe. Studenci poznają algorytmy m.in. CALIC, EZW, JPEG-LS, JPEG, JPEG2000, JPEG_XR, ZIP, PNG, JBIG, WebP, rodziny MPEG.

Spodziewane efekty kształcenia to zdobycie syntetycznej i pragmatycznej wiedzy w zakresie nowoczesnych i użytecznych metod kompresji danych multimedialnych, umiejętność konstrukcji efektywnych algorytmów kompresji różnego przeznaczenia, optymalizacji metod bazujących na otwartych bibliotekach według kryteriów dopasowanych do charakteru zastosowań, a także projektowania i realizacji testów oceny efektywności technik kompresji odwracalnej i nieodwracalnej, z analizą wyników i formułowaniem wniosków.


Treść wykładu

  1. Wprowadzenie: przegląd i charakterystyka różnego typu danych
    wykorzystywanych do przekazu informacji, form ich reprezentowania
    (formaty, protokoły) w systemach informatycznych (głównie pliki
    tekstowe i graficzne, dźwięk, obrazy naturalne, medyczne, czarno-białe,
    wideo); podstawowe pojęcia z dziedziny kompresji, kierunki rozwoju
    nowoczesnych metod kompresji (2h).

  2. Podstawy teorii informacji: definicje informacji, pojęcia
    nadmiarowości, kanału przekazu informacji, modele źródeł informacji
    (m.in. źródła Markowa), miary ilości informacji, twierdzenia o
    kodowaniu źródeł, reguły i ograniczenia efektywnego kodowania danych,
    kody jednoznacznie dekodowalne, praktyczne wykorzystanie modeli
    teoretycznych - kody optymalne, (3h).

  3. Podstawowe metody kodowania odwracalnego: schematy ogólne i
    paradygmaty bezstratnych metod kompresji, kodery długości sekwencji,
    Shannona-Fano, Huffmana (statyczny i dynamiczny), Golomba,
    przekształcenia BWT i adaptacyjne modele kontekstowe (3h).

  4. Efektywne metody bezstratnej kompresji danych: kodowanie
    arytmetyczne (m.in. szybkie kodeki binarne typu BAC i FBAC), słownikowe
    (m.in. przegląd archiwizerów rodziny ZIP), metody predykcyjne (wstecz,
    wprzód, DPCM, nieliniowe,), analiza porównawcza skuteczności znanych
    narzędzi kompresji dla różnego typu danych, przegląd dostępnych
    bibliotek (m.in. ZLIB, BZIP2, QccPack) (6h).

  5. Wybrane standardy odwracalnej kompresji obrazów: predykcja 2-D
    (adaptacyjne modele przełączane, HINT, kilkuetapowe), modelowanie i
    kwantyzacja kontekstu (CALIC, JPEG-LS), standardy GIF, PNG, JPEG-LS,
    JBIG (2h).

  6. Podstawy metod selekcji informacji: teoria zniekształceń źródeł
    informacji, optymalizacja R-D, średnia informacja wzajemna, metody
    kwantyzacji, kryteria i metody oceny jakości rekonstrukcji danych,
    podstawowe cechy skutecznych algorytmów kompresji - elastyczność,
    interakcja, skalowalność, hierarchia informacji, zagnieżdżanie kodu,
    sterowana średnia bitowa (2h).

  7. Metody kompresji nieodwracalnej: stratna predykcja (JPEG-LS),
    BTC, wektorowa kwantyzacja, kodowanie transformacyjne z DCT (standard
    JPEG), modyfikacje JPEG-XR, WebP, z analizą wielorozdzielczą (EZW,
    JPEG2000), kompresja map bitowych (JBIG), zasady kodowania dźwięku
    (AAC), kodowanie wideo (MPEG-2, AVC) (7h).

  8. Optymalizacja kodeka obrazów: zalety falkowej metody SPIHT,
    rozszerzenia standardu JPEG2000 (do transmisji bezprzewodowej,
    kompresji danych przestrzennych, sekwencji obrazów, zabezpieczenia
    danych), najnowsze koncepcje zaawansowanych koderów obrazów (AIC) (3h).

  9. Przykłady zastosowań multimedialnych: archiwizacja z kompresją i
    indeksowaniem, interakcyjne protokoły transmisji obrazów (JPIP) oraz
    progresja i skalowanie informacji do celów telekonsultacji (2h).



Zakres projektu
Zadania projektowe obejmują takie aktywności jak: studia literaturowe,
opracowanie koncepcji i algorytmów kodowania, implementacja poznanych
metod kompresji, analiza najnowszych standardów, formatów czy narzędzi
(w zakresie algorytmów, dostępnych pakietów oprogramowania,
optymalizacja i modyfikacja dostępnych bibliotek, implementacje
sprzętowe, projektowanie i realizacja testów weryfikacji narzędzi).
Treść poszczególnych zadań projektowych, stale aktualizowanych, należy
do jednej z kilku zasadniczych grup tematycznych:

  • samodzielna realizacja prostych aplikacji kodeków (według kodu
    Huffmana, arytmetycznego, Golomba, słownikowego, predykcji, RLE,
    wykorzystującego BWT itp.) oraz narzędzi wspomagających (do liczenia
    entropii, do eksperymentalnej weryfikacji określonych kodeków);

  • realizacja kodeków złożonych (archiwizery, CALIC, JPEG-LS, kodek
    falkowy, kodek obrazów z serializacją, JPEG-XR, JPEG2000 itp.) oraz
    monitorów śledzących działanie wybranego algorytmu - z możliwością
    wykorzystania zewnętrznych bibliotek;

  • optymalizacja i testy kodeków złożonych, z wykorzystaniem
    dostępnych pakietów oprogramowania (JPEG2000, MPEG-2 i MPEG-4, DIRAC,
    SNOW, kodeki dźwięku: CAC, AAC, AC-3, Vobis itp.);

  • analiza teoretyczna w zakresie wybranych zagadnień (podstaw
    wykorzystywanych teorii, specyficznych zastosowań - np. kompresji
    grafiki, strumieniowania w systemach telemedycznych, itd.) i dostępnych
    narzędzi oraz usług bazujących na algorytmach kodowania.

Literatura:

    1. Przelaskowski A., "Kompresja danych: podstawy, metody bezstratne, kodery obrazów", Wydawnictwo BTC, str. 258, 2005.

    2. K. Sayood, "Kompresja danych. Wprowadzenie", READ ME, 2002.

    3. D. Salomon, "A concise introduction to data compression",
      Springer, 2008.

    4. M. Nelson, "The Data Compression Book", M&T Books, 1991.

    5. A. Przelaskowski, "Falkowe metody kompresji danych obrazowych",
      Prace Naukowe - Elektronika, z. 138, Oficyna Wydawnicza PW, 2002.
    6. W. Skarbek, "Metody reprezentacji obrazów cyfrowych", Akademicka
      Oficyna Wydawnicza PLJ, W-wa 1993W.

    7. Skarbek (red.), "Multimedia. Algorytmy i standardy kompresji",
      Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ, W-wa 1998.

    8. A. Drozdek, "Wprowadzenie do kompresji danych", WNT, 1999.

    9. M. Rabbani, P. W. Jones, "Digital Image Compression Techniques",
      SPIE Press, 1991.

    10. M. Domański, "Zaawansowane techniki kompresji obrazów i sekwencji
      wizyjnych", Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 2000.

    Materiały dedykowane:

    Materiały do wykładów zamieszczone na stronie przedmiotu
    http://www.ire.pw.edu.pl/~arturp/, w tym skrypt, prezentacje, przykłady
    rozwiązań projektowych, egzaminu, zestaw użytecznych kodeków i narzędzi
    wspomagających, danych testowych, odnośników do użytecznych źródeł itp.

Metody i kryteria oceniania:

Przedmiot jest oceniany na podstawie sumy punktów uzyskanych z egzaminu (max 50 pkt) oraz projektu (max 50 pkt) - warunkiem zaliczenia przedmiotu jest: uzyskanie łącznie min 51 pkt, w tym przynajmniej 25 pkt z egzaminu.

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2020/2021 - sem. zimowy" (w trakcie)

Okres: 2020-10-01 - 2021-02-12
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 40 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 40 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Pastuszak
Prowadzący grup: Andrzej Buchowicz, Grzegorz Galiński, Grzegorz Pastuszak
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2019/2020 - sem. letni" (zakończony)

Okres: 2020-02-22 - 2020-09-30
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 40 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 40 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Pastuszak
Prowadzący grup: Andrzej Buchowicz, Grzegorz Galiński, Grzegorz Pastuszak
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2018/2019 - sem. letni" (zakończony)

Okres: 2019-02-18 - 2019-09-30
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 40 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 40 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Pastuszak
Prowadzący grup: Andrzej Buchowicz, Grzegorz Galiński, Grzegorz Pastuszak
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2018/2019 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2018-10-01 - 2019-02-17
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Pastuszak
Prowadzący grup: Grzegorz Pastuszak
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2017/2018 - sem. letni" (zakończony)

Okres: 2018-02-19 - 2018-09-30
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 40 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 40 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Pastuszak
Prowadzący grup: Grzegorz Galiński, Grzegorz Pastuszak
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2017/2018 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2017-10-01 - 2018-02-18
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Pastuszak
Prowadzący grup: Grzegorz Pastuszak
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2016/2017 - sem. letni" (zakończony)

Okres: 2017-02-20 - 2017-09-30
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 60 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 60 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Galiński
Prowadzący grup: Grzegorz Galiński
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2016/2017 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2016-10-01 - 2017-02-19
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Galiński
Prowadzący grup: Grzegorz Galiński
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2015/2016 - sem. letni" (zakończony)

Okres: 2016-02-23 - 2016-09-30
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Galiński
Prowadzący grup: Grzegorz Galiński
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2015/2016 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2015-10-01 - 2016-02-22
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Galiński
Prowadzący grup: Grzegorz Galiński
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2014/2015 - sem. letni" (zakończony)

Okres: 2015-02-23 - 2015-09-30
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 36 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 36 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Galiński
Prowadzący grup: Grzegorz Galiński
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2013/2014 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2013-10-01 - 2014-02-23
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 36 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 36 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Andrzej Buchowicz
Prowadzący grup: Andrzej Buchowicz
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2012/2013 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2012-10-01 - 2013-02-19
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 100 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 100 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Artur Przelaskowski
Prowadzący grup: Artur Przelaskowski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Politechnika Warszawska.