Kodierungstechnik Vorlesung 1

Transkript

1 Kodierungstechnik Vorlesung 1 Dr. János Bitó und Zsolt Kollár BME HVT

2 Gliederung 1 Algemeine Informationen, Unterlagen 2 Einführung Kodierung 3 Beispielanwendungen Ein bisschen Geschichte Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 2/31

3 Kodierungstechnik Kodierungstechnik (BMEVIHIA209) 1x3 Vorlesung, 1x1 Übung pro Woche (5 Kredite) 1x große Klausur (Woche 14, haben Sie etwas dagegen?) Unterschrift und Note: Erfolgreiche große Klausur (Nachgeholte Klausur falls nötig) UND Teilnahme an Vorlesungen und Übungen laut TVSz (min. 70 %) Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 3/31

4 Webseite Oktatás BSc - képzés BSc - alapképzés Kodierungstechnik Weitere Informationen Hilfsmaterialien zu den Vorlesungen und Übungen Musterklausuren Klausurtermine Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 4/31

5 Bewertung Klausur aus 3 Teilen: 60 Punkte Informationstheorie und Quellenkodierung 20 Punkte Verschlüsselung 10 Punkte Fehlerbeseitigung 30 Punkte Freiwillige Aufgabe: 15 Punkte Eine komplexe Aufgabe aus dem Fachgebiet Kodierung Programmierungsaufgabe Dokumentation für die Theorie 10 Seiten (Keine Softwaredokumentation!) Vortrag - 15 Minuten, während der letzen Vorlesung Beispielaufgaben: QR-Code, Zip, Steganographie, Reed-Solomon Kodierung und Dekodierung, RSA-Kode usw. Punktgrenzen: 0-24: 1 24,5-33: 2 33,5-42: 3 42,5-51: 4 51,5-60: 5 Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 5/31

6 Unterlagen Ungarisch: Buttyán Levente Győrfi László Győri Sándor Vajda István: Kódolástechnika Deutschsprachige: Wilfried Dankmeier: Grundkurs Codierung, 3., überarbeitete und erweiterte Auflage, August Weitere: Galántai Aurél: Információ és kódelmélet Fegyverneki Sándor: Információelmélet Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 6/31

7 Aufbau des Semesters Thematik: 1. Woche: Einleitung, Stochastische Prozesse, Wahrscheinlichkeitsrechnung 2-3. Woche: Informationstheorie 4-6. Woche: Quellenkodierung, Datenkompression (Huffmann, Arithmetische Kodierung) Woche: Fehlerbeseitigung (Galois Felder, Block Codes, Faltungscode) Woche: Verschlüsselung (DES, RSA) 14. Woche: Vorträge, Klausur Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 7/31

8 Gliederung 1 Algemeine Informationen, Unterlagen 2 Einführung Kodierung 3 Beispielanwendungen Ein bisschen Geschichte Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 8/31

9 Begriff Kodierung Was ist/bedeutet Kodierung? Datenkompression (verlustlose, verlustbehaftete) Verschlüsselung Fehlerbeseitigung (Fehlererkennung, Fehlerkorrektur) Kodierung bedeutet eine alternative Darstellung der Information. Die Wiederherstellung der Information ist nicht immer eindeutig! Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 9/31

10 Worum geht es? Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 10/31

11 Beispiel I: Quellenkodierung Das menschliche Gehirn als Dekoder Einfache Aufgabe: was ist die Regel? 8888 = = = = = = = =? 5678 =? Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 11/31

12 Beispiel II: Verschlüsselung Das menschliche Gehirn als Dekoder 3Z 4ZT B1ZONYITJ4 HOGY M1LY3N C5ODÁL4TO5 DOLGOKR4 KÉP35 4Y 3MB3R1 4GY! 3LŐ55ZÖR N3HÉZ... D3 M1R3 1D3 ÉR5Z MÁR 4UTOM4T1KU5AN OLVA5OD GONDOLKODÁ5 NÉLKÜL, T3HÁT N4GYON BÜ5ZKE L3H3T5Z M4G4DR4 M3RT C54K PÁR4N TUDJÁK 3LOLV4SN1 3ZT. Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 12/31

13 Beispiel III: Fehlerbeseitigung Das menschliche Gehirn als Dekoder Egy anlgaii etegyem ktuasátai szenirt nem szímát, melyin serenrodbn vnanak a bteűk egy szbóan, az etegyeln ftonos dloog, hogy az eslő és az ultosó bteűk a hölyeükn lneegyek, A tböbi bteű lheet tljees összevabisszásagn, mgiés porbléma nlkéül oalvsahtó a szveög. Eennk oka, hogy nem ovallusk el mniednigyk bteűt mgaát, hneam a szót eszgébéen ltjáuk. Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 13/31

14 Quellenkodierung Anwendungen Allgemeine kompression Verlustfrei: Zip, 7z, Tar, Gzip Verlustbehaftete: PDF, DjVu Audio Datenkompression Verlustfrei: Wav, BWF, ALAC Verlustbehaftete: MP3, WMA Video Datenkompression Verlustfrei: H.264, FLC Verlustbehaftete: MPEG, AVI Graphische Datenkompression Verlustfrei: BMP, GIF, TIFF, EPS Verlustbehaftete: PNG, JPG Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 14/31

15 Verschlüsselung Anwendungen Vertraulichkeit, Authentifizierung, Integrität, Nichtabstreitbarkeit Anwendungen: SSL/TSL VPN Digitale Unterschift E-Cash Spiele Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 15/31

16 Fehlerbeseitigung Anwendungen Fehlererkennung Paritätsbit: Serial Kommunikation, PCI Bus Zyklische Redundanzprüfung: USB, SD-Karten, Bluetooth Fehlerkorrektion Hamming Code: RAM Reed-Solomon Code: DSL, DVB, RAID 6, CD, DVD, Blu-ray Golay Code: Voyager 1,2 Faltungs Code: GSM, WLAN, DAB LDPC Code: DVB-T2, 10G Ethernet Gekoppelte Codes Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 16/31

17 Gliederung 1 Algemeine Informationen, Unterlagen 2 Einführung Kodierung 3 Beispielanwendungen Ein bisschen Geschichte Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 17/31

18 Morse Kodierung Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 18/31

19 ASCII Kodierung Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 19/31

20 Fehlererkennung im Kommunikation Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 20/31

21 Skytale Die Spartaner im 400 v.chr. Reihenfolge der Buchstaben vertauschen Schlüssel: Durchmesser des Stabes Wenige Variationen von Schlüsseln Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 21/31

22 Cesear-Code Einen Buchstabe mit einem anderen ersetzen z.b. ABC verschieben: geöffnetes: A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z kodiert: D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C RETURN TO ROME UHWXUA WR URPH Schlüsselvariationen: 26-1 = 25 Permutation verwenden: 26! Einfaches knacken des Codes Monoalphabetische Substitution Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 22/31

23 Vigenére-Code Polyalphabetische Substitution Schlüssel: MATH MA THM ATHMATHM ATHMAT Daten: ROME IS THE GREATEST EMPIRE Kodiert: DOFL US MOQ GKLMTXZF EFWURX Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 23/31

24 Steganographie Cardan Zur Entschlüsselung der Botschaft benötigt man das individuelle Cardan-Gitter. Verschlüsselte Daten machen auch Sinn". Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 24/31

25 Steganograpy Manche Beispiele Übertragung von Information in einem Trägermedium Geschichte: Kopf der Sklaven rasieren, auf die Kopfhaut tätowieren. Wasserzeichen Wachstafeln Modern: Selbe Farbe für Text und Hintergrund benutzen Bild Steganographie Letzes Bit der einzelnen Pixels Audio Steganographie Spread Spektrum Daten zum andere Daten zufügen ins "Don t care" Bereich Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 25/31

26 Barcode: ISBN ISBN Nummer: EAN Code: 978 Ländernummer: 0 Verlagsnummer: 7475 Titelnummer: 9582 Prüfziffer: 3 Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 26/31

27 Matrix (2D) Barcodes I. Aztec-Code Verwendung: Bahn Online tickets QR-Code Quick Response Verwendung: Speicherung von einer Zeichenkette oder URL Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 27/31

28 Matrix (2D) Barcodes II. Bordkarte fürs Flugzeug FedEx Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 28/31

29 Verschlüsselung im Krieg Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 29/31

30 Verschlüsselung im Krieg: Navajo indianer I. Weltkrieg: Cherokee, Choctaw, Comanche Indianer. Problem: Deutschland hat Studenten geschickt um die Sprache zu lernen II. Weltkrieg: Navajo Indianer Vorteile: Keine schriftlichen Daten, kein Alphabet, keine Zeichen. Dekodierung: Übertragender Buchstabe: Navajo Wort Englishes Wort Erster Buchstabe Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 30/31

31 Verschlüsselung im Krieg: Enigma Kodierungstechnik 2013 Vorlesung 1 31/31