| Закреплена за кафедрой | Кафедра вычислительной техники и электроники |
|---|---|
| Направление подготовки | 11.04.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи |
| Профиль | Цифровые инфокоммуникационные системы |
| Форма обучения | Очная |
| Общая трудоемкость | 6 ЗЕТ |
| Учебный план | 11_04_02_ИКТиСС-1-2020 |
|
|
||||||||||||||
Распределение часов по семестрам
| Курс (семестр) | 2 (3) | Итого | ||
|---|---|---|---|---|
| Недель | 15 | |||
| Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
| Лекции | 18 | 18 | 18 | 18 |
| Лабораторные | 36 | 36 | 36 | 36 |
| Сам. работа | 135 | 135 | 135 | 135 |
| Часы на контроль | 27 | 27 | 27 | 27 |
| Итого | 216 | 216 | 216 | 216 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра вычислительной техники и электроники
Протокол от 08.06.2020 г. № 79/19-20
Заведующий кафедрой к.ф.-м.н., Пашнев Владимир Валентинович, доц., зав. кафедрой "Вычислительной техники и электроники"
| 1.1. | Цель изучения дисциплины – формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по применению основ теории кодирования и сжатия информации с использованием современных персональных компьютеров и программных средств для решения широкого спектра задач в различных областях, а именно: ознакомить студентов с основами теории информации и кодирования; привить навыки проектирования различных систем кодирования; изложить основные принципы функционирования цифровой радиосвязи. Основными задачами изучения дисциплины «Методы кодирования и сжатия информации» являются: - овладение фундаментальными знаниями по теории информации и теории кодирования: целостное представление о науке и ее роли в развитии информационных технологий цифровой радиосвязи; владеть общими вопросами теории проектирования радиотехнических систем передачи данных; - овладение технологиями кодирования и сжатия, восстановления и хранения информации; - приобретение практических навыков работы с кодирующими и декодирующими устройствами. |
|---|
| Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.01.02 |
| ПК-1 | Способен проводить инсталляцию, настройку и обслуживание программного обеспечения телекоммуникационного оборудования |
| ПК-3 | Способен к администрированию системного программного обеспечения и систем управлениями базами данных инфокоммуникационной системы организации |
| ПК-6 | Способен к разработке моделей различных технологических процессов и проверке их адекватности на практике, самостоятельно выполнять экспериментальные исследования для решения научно-исследовательских и производственных задач с использованием пакетов прикладных программ и современных аппаратных средств инфокоммуникационных систем, сетей и устройств |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | - основы электротехники, принципы построения и функционирования сетей связи, основы сетевых технологий - принципы работы и установки сетевого оборудования, и программного обеспечения - архитектуру программных компонентов СУБД и операционные системы - принципы построения технического задания, моделей технологических процессов и проверке их адекватности на практике, при проектировании средств и сетей связи и их элементов |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | - устанавливать и настраивать программное обеспечение - применять нормативно-техническую документацию, касающуюся установки и настройки программного обеспечения, проверять качество выполненных работ на соответствие требованиям проектной документации - диагностировать работу сетевого оборудования, выявлять проблемы и находить решения - администрировать и архивировать базы данных, применять современные методы и способы реорганизации и восстановления данных - использовать современные программно-аппаратные средства резервирования данных - пользоваться нормативно-технической документацией по файловым системам - осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования деталей, узлов и устройств радиотехнических и инфокоммуникационных систем и/или их составляющих - осуществлять расчет основных показателей качества инфокоммуникационных систем и/или их составляющих - разрабатывать и оформлять конструкторскую и техническую документацию в соответствии с действующими нормативными документами с применением систем компьютерного проектирования |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | - навыками установки и настройки программного обеспечения телекоммуникационного оборудования - сетевыми анализаторами, системами мониторинга и контроля работоспособности сетевых сервисов и телефонии - методами сжатия и хранения информации, осуществлять самостоятельный поиск информации, необходимой для выполнения профессиональных задач - навыками работы со специальным инструментарием для администратора базы данных (монитор снимков и монитор событий) - навыками работы с аппаратными, программно-аппаратными и программными средствами администрируемой инфокоммуникационной системы - навыками проведения необходимых экономических расчетов и технико-экономических обоснований принятых решений по разработке инфокоммуникационных систем и/или их составляющих - современными отечественными и зарубежными пакетами программ для решения схемотехнических, системных и сетевых задач - навыками анализа научно-технической проблемы на основе подбора и изучения литературных и патентных источников - навыками проведения экспериментальных работ по проверке достижимости технических характеристик, радиоэлектронной аппаратуры |
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Информационные характеристики дискретных источников сообщений. Теоремы оптимального кодирования. | ||||||
| 1.1. | Физические основы теории информации. Количество информации содержащейся в сообщении. Информационные характеристики источников дискретных сообщений. Теорема Шеннона «о максимуме информационной энтропии источника сообщений». Важные следствия из теоремы. Информационные характеристики источников непрерывных сообщений. Информационное соотношение “сигнал/шум”. Пропускная способность дискретных каналов без помех. Теоремы Шеннона для канала без помех: теорема “асимптотической равновероятности” и теорема “кодирования для дискретного канала без помех”. Скорость передачи информации и пропускная способность дискретного канала при наличии помех. Основная теорема Шеннона (теорема “оптимального кодирования”) для дискретного канала с помехами. Пропускная способность непрерывного канала при наличии аддитивного шума. | Лекции | 3 | 2 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2 |
| 1.2. | Энтропия и вероятность. Термодинамика и теория информации. Точное определение количества "информации". Информация и негэнтропия. Информация, содержащаяся в экспериментальных данных и теоретическом законе (корреляция между ними). | Сам. работа | 3 | 24 | ПК-3 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2, Л2.2 |
| Раздел 2. Основы теории кодирования. Блочные корректирующие коды (БКК). | ||||||
| 2.1. | Общие сведения и понятия теории кодирования. Понятие экономичного (энтропийного) кодирования. Префиксные коды и неравенство Макмиллана. Коды Фано, Шеннона, Хаффмена. Задачи помехоустойчивого кодирования. Характеристики и свойства блочных корректирующих кодов (n,k). Метрика Хэмминга и правило (критерий) декодирования. Использование «границ» Хэмминга, Плоткина и Варшамова-Гильберта при построении БКК. Линейные корректирующие коды. Задание кода «порождающей» или «проверочной» матрицей, «двойственный» код. Декодирование с помощью вектора «синдрома» ошибки. Циклические коды: задание кода «порождающим» многочленом, построение структурно-функциональной схемы кодера на их основе. Задание циклического кода «проверочным» многочленом и «проверочные уравнения». Структурно-функциональная схема декодера циклического кода. Коды Хэмминга и Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ). Мажоритарные циклические коды. Структурно-функциональная схема декодера. Итеративные и каскадные коды. | Лекции | 3 | 3 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л2.2 |
| 2.2. | Лабораторная работа № 1 «Проектирование и реализация декодера циклического кода, исправляющего ошибки передачи данных» (2 занятия по 4 часа) | Лабораторные | 3 | 8 | ПК-6 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л2.2 |
| 2.3. | Общая функциональная схема радиолинии передачи сообщений. Назначение модема и кодека. классификация систем помехоустойчивого кодирования. Виды ошибок при помехоустойчивом кодировании. Структурно-функциональные схемы кодера и декодера линейного кода. | Сам. работа | 3 | 10 | ПК-3 | Л2.1, Л1.1, Л2.3 |
| Раздел 3. Сверточные корректирующие коды. Турбокоды. | ||||||
| 3.1. | Методы задания сверточных кодов. Схема кодера сверточного кода и схема передачи данных сверточными кодами. Особенности кодирования и декодирования сверточных кодов. Кодирование с помощью «решетчатой диаграммы» кодового дерева. Декодирование по алгоритму Витерби. Схема декодера Витерби. Сверточные коды с синдромной коррекцией. Сверточные коды с последовательным декодированием. Функции правдоподобия. Принципы максимального правдоподобия и максимума апостериорной вероятности МАВ (maximum a posteriori – MAP). Кодирование с помощью рекурсивного систематического кода. Декодер с обратной связью. Декодирование по алгоритму MAP. Каскадная схема с итеративным алгоритмом декодирования внешнего кода Рида-Соломона и внутреннего сверточного кода. | Лекции | 3 | 3 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2 |
| 3.2. | Лабораторная работа № 2 «Проектирование и реализация параллельной конкатенации (композиции) рекурсивного сверточного турбокодера и его решетчатой диаграммы с последующим алгоритмом MAP-декодирования» | Лабораторные | 3 | 4 | ПК-3 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2 |
| 3.3. | Использование кодов в системах с обратной связью. Схема передачи информации с помощью сигнально-кодовых конструкций. Прием «кодированных сигналов в целом». Турбокоды. | Сам. работа | 3 | 28 | ПК-6 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2 |
| Раздел 4. Кодирование источников данных без памяти. Кодирование источников данных типа «аналоговый сигнал». Словарные методы сжатия данных и методы контекстного моделирования. | ||||||
| 4.1. | Канонический алгоритм Хаффмана. Арифметическое сжатие. Нумерующее кодирование. Векторное квантование. Линейно-предсказывающее кодирование. Субполосное кодирование.Классические и другие алгоритмы Зива-Лемпела. Формат Deflate. Пути улучшения сжатия для методов LZ. Классификация стратегий моделирования. Контекстное моделирование. Алгоритмы PPM. Оценка вероятности ухода. Обновление счетчиков символов. Компрессоры и архиваторы, использующие контекстное моделирование. | Лекции | 3 | 4 | ПК-6 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2 |
| 4.2. | Архиваторы и компрессоры, использующие алгоритмы LZ. Повышение точности оценок в контекстных моделях высоких порядков и различные способы повышения точности предсказания PPM и PPM*, их достоинства и недостатки. Обзор и сравнение алгоритмов контекстного моделирования. Преобразование Барроуза-Уилера (BWT). | Сам. работа | 3 | 24 | ПК-3 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2, Л2.2 |
| Раздел 5. Сжатие изображений без потерь и с потерями. | ||||||
| 5.1. | Сжатие изображений c потерями: алгоритмы RLE и LZW, алгоритм Хаффмана. Сжатие изображений c потерями: алгоритм JPEG 2000, фрактальный алгоритм, рекурсивный (волновой) алгоритм. | Лекции | 3 | 2 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2, Л2.2 |
| 5.2. | Лабораторная работа № 3 «Изучение методов кодирования и метода LZW-сжатия данных в графических форматах GIF и TIFF» (4 часа) Лабораторная работа № 4 «Программная реализация на языках Pascal и C/C++ алгоритмов сжатия графических данных форматов JPEG (JPEG-2000): алгоритмы Хаффмана и арифметического кодирования» (4 часа) | Лабораторные | 3 | 8 | ПК-3 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л2.2 |
| 5.3. | Применение алгоритмов RLE, LZW и Хаффмана для сжатия данных, используемых в графических форматах изображений (PCX, GIF, TIFF, JPEG, MPEG и др.) | Сам. работа | 3 | 20 | ПК-6 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2 |
| Раздел 6. Базовые технологии сжатия видеоданных. Стандарты сжатия видеоданных. | ||||||
| 6.1. | Описание алгоритма компрессии и общая схема. Использование векторов смещений блоков. Возможности по распараллеливанию. Стандарты H.261 и H263. Стандарты MPEG-2 и MPEG-4. | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2, Л2.2 |
| 6.2. | Лабораторная работа № 5 «Базовые технологии и стандарты сжатия видеоданных MPEG-2» (2 занятия по 4 часа) Лабораторная работа № 6 «Базовые технологии и стандарты сжатия видеоданных MPEG-4» (2 занятия по 4 часа) | Лабораторные | 3 | 16 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2, Л2.2 |
| 6.3. | Стандарты MPEG-2 и MPEG-4. | Сам. работа | 3 | 14 | ПК-6 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2, Л2.2 |
| Раздел 7. Шифрование и криптография. | ||||||
| 7.1. | Основные понятия теории шифрования и криптографии. Шифрование с помощью случайных чисел. Криптостойкость. Модулярная арифметика. Шифрование с открытым ключом (схема RSA). Цифровая подпись. | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2, Л2.2 |
| 7.2. | Шифрование с открытым ключом (схема RSA). Цифровая подпись. | Сам. работа | 3 | 15 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2, Л2.2 |
| Раздел 8. Аттестация | ||||||
| 8.1. | Экзамен | 3 | 27 | ПК-1, ПК-3, ПК-6 | Л2.1, Л1.1, Л2.3, Л1.2, Л2.2 | |
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| Представлены в приложении. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| Представлен в приложении. |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| ФОС представлен в приложении. |
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Сидельников В. М. | Теория кодирования: | М.: Физматлит, 2008 | biblioclub.ru |
| Л1.2 | Голиков, А.М. | Кодирование в телекоммуникационных системах: курс лекций, компьютерый практикум, задание на самостоятельную работу : Учебная литература для вузов | Томск : ТУСУР, 2016 | biblioclub.ru |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Балюкевич Э.Л. | Теория информации: Учебно-методический комплекс | М.: Евразийский открытый институт // ЭБС "ONLINE", 2009 | biblioclub.ru |
| Л2.2 | Чечёта, С.И. | Введение в дискретную теорию информации и кодирования: учебное пособие | Москва : МЦНМО, | biblioclub.ru |
| Л2.3 | Ватолин Д., Ратушняк А., Смирнов М., Юкин В. | Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео: | М.: Диалог-МИФИ, 2003 | https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=89290 |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | ЕЛань | e.lanbook.com/books/ | ||
| Э2 | Государственная публичная научно-техническая библиотека. | www.gpntb.ru/ | ||
| Э3 | Российская национальная библиотека. | www.nlr.ru/ | ||
| Э4 | Национальная электронная библиотека. | www.nns.ru/ | ||
| Э5 | Российская государственная библиотека. | www.rsl.ru/ | ||
| Э6 | Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ». | www.microinform.ru/ | ||
| Э7 | Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана. | www.tests.specialist.ru/ | ||
| Э8 | Образовательный сайт | www.intuit.ru/ | ||
| Э9 | Библиотека учебной и методической литературы | www.window.edu.ru/ | ||
| Э10 | Журнал «Открытые системы» | www.osp.ru/ | ||
| Э11 | Библиотека учебной и методической литературы | www.ihtika.lib.ru/ | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Mozila FireFox (https://www.mozilla.org/en-US/about/legal/eula/), бессрочно 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), бессрочно FAR (http://www.farmanager.com/license.php?l=ru), бессрочно GIMP (https://docs.gimp.org/2.8/ru/), бессрочно DjVu reader (http://djvureader.org/), бессрочно Visual Studio (https://code.visualstudio.com/license), бессрочно Microsoft Office 2007 (Office 2007 Professional, № 49464762 от 14.12.2011), бессрочно Microsoft Windows 10 (Windows 10 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), бессрочно Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 60674416 от 17.07.2012), бессрочно | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| Профессиональная база данных: электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/); Профессиональная база данных: научная электронная библиотека elibrary (http://elibrary.ru) | ||||
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
| Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное) |
| 203К | лаборатория цифровой обработки сигналов - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 12 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска меловая 2 шт.; компьютеры: марка компьютер Парус модель 945 MSI - 12 единиц; коммутатор D-LINK; методические указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине "Нейроинформационные технологии": алгоритм обратного рассеяния; обучение без учителя; персептрон; Сети Хопфилда и Хемминга. |
| Помещение для самостоятельной работы | помещение для самостоятельной работы обучающихся | Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ |
| 001вК | склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования | Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032 |
| Для освоения лекционного материала дисциплины необходимо просмотреть по конспекту материал предыдущей лекции, ознакомиться с содержанием очередной лекции по основным источникам литературы в соответствии с рабочей программой дисциплины.Ответить на контрольные вопросы предыдущей лекции. При подготовке к лабораторным работам - руководствоваться графиком лабораторных работ; - накануне перед очередной работой необходимо по конспекту или в методических указаниях к работе просмотреть теоретический материал работы; - обратить внимание на оформление отчета, в котором должны присутствовать: цель работы, описание алгоритма, журнал опытных данных, цели работы, необходимые графические зависимости (при их наличии) и их анализ, объяснение полученных результатов и выводы и заключение по выполненной работе; - при подготовке к отчету руководствоваться вопросами, приведенными в методических указаниях к данной работе. Работа считается выполненной полностью в случае, когда ее результаты соответствуют представленным выше критериям оценивания практических заданий и ответов на вопросы. В ходе изучения дисциплины, магистры, работая с фондом оценочных средств набирают определенное количество баллов. При подготовке к экзамену необходимо прорабатывать соответствующие теоретические и практические разделы курса, все неясные моменты фиксируйте и выносите на плановую консультацию. В билет к экзамену включено 4 теоретических вопроса и практическое задание . Экзамен проводится в устной форме. На ответ студенту отводится 45 минут. За ответ на теоретические вопросы студент может получить максимально 40 баллов,за решение задачи 20 баллов. Баллы, полученные во время сдачи экзамена, добавляются к баллам, набранным во время изучения дисциплины и выполнения лабораторных работ.Перевод баллов в оценку представлен в разделе «Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования, описание шкал оценивания». Для освоения лекционного материала дисциплины и подготовке к экзамену в электронном учебно-методическом комплексе «Методы защищенной передачи данных в инфокоммуникационных системах», размещенном на образовательном портале АлтГУ в разделе «Методические указания для студентов» имеется лекционный материал.В библиотеке университета также имеется в наличии достаточное количество учебников по численным методам и вычислительной математике. Кроме того, учебное пособие: Иордан В.И., Гуляев П.Ю. "Основы теории информации и кодирования" - Учебное пособие, ISBN 5-7904-0336-0. – Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2004. - 220 с. |