# 456-0336/01 – Multimedia Data Processing (ZMD)

 Gurantor department Department of Computer Science Credits 7 Subject guarantor prof. Ing. Karel Vlček, CSc. Subject version guarantor prof. Ing. Karel Vlček, CSc. Study level undergraduate or graduate Requirement Optional Year 1 Semester summer Study language Czech Year of introduction 2003/2004 Year of cancellation 2009/2010 Intended for the faculties FEI Intended for study types Master
Instruction secured by
MIL051 Ing. Martin Milata
VLC25 prof. Ing. Karel Vlček, CSc.
Extent of instruction for forms of study
Form of studyWay of compl.Extent
Full-time Credit and Examination 2+3
Combined Credit and Examination 4+6

### Subject aims expressed by acquired skills and competences

General introduction to conditions of digital signal processing, which are called multimedia. The frequentant will be introduced into actual technology of multimedia processing, as well as in the perspective methodologies in data processing. The circuit solutions of individual methods are introduced as block, as well as circuit sechemas and models.

Lectures
Tutorials
Project work

### Summary

Theoretical basics of discipline "Multimedia Data Processing" are formed in the two Shannon theorems. The first theorem on coding without the error occurring forms the conditions of data compression. The key variable is entropy of source of messages or in other words the amount of redundancy in the message or data set. Entropy is a criterion for decision of the compression type. The compression will be without lost of information, if the value of entropy is not exceed, and it is with the lost of information if it is exceed. The second theorem is called on coding with the error occurring. This theorem is formed as conditions of error-control coding, which differ in the way of encoding and decoding calculation. The error occurring in the records is defined by conditions of physical properties of memory medium. The explanations are defined in general mathematical form, and it is abstracted from the fact, if the medium is the communication channel or memory. It is necessary to consider the both characters of media properties in the praxis. The course is streamed to practical and effective processing of multimedia data in databases. Due to it interests in modern technologies based on the optical principles. These technologies are typical by the burst-errors. It is the reason for application the codes with non-binary alphabet as well as convolution codes. These methods are necessary for use in another applications, namely in error-control methods of video signal. The special chapter on the end of course on error-control coding is introduced so called turbo-codes, which are used in radio transmission of data and are considered as the new trend for producers of mobile devices of UMTS generation. Necessary part of data processing is its protection against enemy. The basic methods of ciphering of data are introduced in overview.

### Compulsory literature:

Adámek, J.: Foundations of Coding, John Wiley and Sons, Inc., ISBN 0-471-62187-0 Peterson, W.W.: Encoding and Error-Correcting Procedures, IEEE Trans. Inf. Theory (1960) Shannon C. E.: A Mathematical Theory of Communication, Bell Syst. Tech. J. 27 (1948)

### Recommended literature:

Vlček, K.: Turbo Codes and Implementation, Proc. of Internat. Conf. EDS'Y2K, ISBN 80-214-1780-3.

### Prerequisities

Subject has no prerequisities.

### Co-requisities

Subject has no co-requisities.

### Subject syllabus:

Přednášky: Shannonovy věty o kódování. Komprimační a bezpečnostní kódy. Lineární kódy. Hammingovy kódy. Golayovy kódy. Reedovy - Müllerovy kódy. Dekódování Reedových - Müllerových kódů. Cyklické kódy. Konečná tělesa a polynomy. BCH - kódy pro dvojnásobné a trojnásobné opravy chyb. Konvoluční kódy, turbo kódy Reedovy - Solomonovy kódy. kódů.Eukleidův algoritmus dekódování BCH - kódů. Šifrování. Šifrování veřejně přístupným klíčem. Multidimenzionální datové struktury. Obrazové databáze a jejich operace. Databáze s videosekvencemi, organizace a vyhledávání. Databáze s audiodaty. Multidimenzionální databáze, architektura, dotazovací jazyky. Exkurse. Cvičení: Shannonovy věty o kódování. Komprimační a bezpečnostní kódy. Lineární kódy. Golayovy kódy. Reedovy - Müllerovy kódy. Dekódování Reedových - Müllerových kódů. Konečná tělesa a polynomy. BCH - kódy pro dvojnásobné a trojnásobné opravy chyb. Konvoluční kódy, turbo kódy Šifrování. Projekty: Návrh řetězce jednotek a algoritmů zpracování multimediálních dat. Počítačové laboratoře: Informační kódové složky, konstrukce bezpečnostních kódů, kodéry a dekodéry. Seznámení se simulačním systémem jazyka VHDL. Konstrukce a simulace základních hradel OR, AND, NOR a NAND. Binární lineární kódy, kódová vzdálenost, tělesa, generující matice, kontrolní matice, detekce a lokalizace chyb. Simulace složených logických funkcí EX-OR, konstrukce a simulace činnosti kodéru a dekodéru paritního kódu. Konstrukce Hammingových kódů, opravy jednoduchých chyb, konstrukce kodérů a dekodérů Hammingových kódů. Simulace modelu kodéru Hammingova kódu. Vlastnosti kódů G23 a G24; postup opravy trojnásobných chyb. Opreace s kódy G23 a G24 a jejich využití. Konstrukce a simulace bloků Hammingova dekodéru. Zadání semestrální práce: Konstrukce a simulace dekodéru Hammingova kódu Boolovské funkce, logické operace, Boolovské polynomy. Samostatná práce na semestrálním projektu. Simulace šumového kanálu pomocí modelu VHDL. Opakovací kódy, R-M-kódy prvního řádu, Obecné R-M-kódy. Postup výpočtu při dekódování R-M-kódů. Návrh algoritmu dekodéru R-M-kódů. Operace s polynomy, sčítání, násobení a dělení binárních polynomů. Zbytek po dělení. Generující polynom. Kontrolní polynom. Simulace LFSR. Kořeny polynomů, řád a primitivní prvky, charakteristika tělesa, minimální polynomy, konečná tělesa. Polosemestrální písemná zkouška. Maticová metoda dekódování, určení syndromu, součet a násobení geometrické řady. Určení lokátoru chyb. Postup při provádění oprav. Linearita, časová invariance a kausalita konvolučních kódů. Volná kódová vzdálenost, sekvenční dekódování, úrovňové dekódování, Viterbiho algoritmus, implementace Viterbiho algoritmu pomocí DSP a ASIC obvodů. Kód s plánovanou vzdáleností d. BCH - kód délky q-1. Vytváření dobrých binárních kódů. Simulace bloků dekodéru R-S kódu pomocí funkčních modelů VHDL. Určení největšího společného dělitele. Předpoklady dekódování BCH - kódu. Lokátor a evaluátor chyb, provádění oprav. Vnější a vnitřní kódy a jejich vazby. Šifrování pomocí jednorázového klíče, použití simplexového kódu, šifrování použitím pseudonáhodných slov. Simulace šifrátoru a dešifrátoru při použití šifrování pseudonáhodnými slovy. Reedův - Müllerův kód R(1,3). Metoda velkých prvočísel; provádění metody. Metoda založená na zavazadlovém problému. DES - algoritmus a jeho použití v bankovnictví. Zápočtová písemka. Odevzdání semestrálních prací.

### Conditions for subject completion

Full-time form (validity from: 1960/1961 Summer semester)
Task nameType of taskMax. number of points
Min. number of points
Exercises evaluation and Examination Credit and Examination 100 (100) 51
Exercises evaluation Credit 45 (45) 0
Written exam Written test 45  0
Examination Examination 55 (55) 0
Written examination Written examination 55  0
Mandatory attendence parzicipation:

Show history

### Occurrence in study plans

Academic yearProgrammeField of studySpec.FormStudy language Tut. centreYearWSType of duty
2009/2010 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2009/2010 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2009/2010 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2009/2010 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2009/2010 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 2 Optional study plan
2008/2009 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2008/2009 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2008/2009 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2008/2009 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2008/2009 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 2 Optional study plan
2007/2008 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 2 Optional study plan
2007/2008 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 2 Optional study plan
2007/2008 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2007/2008 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2007/2008 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2007/2008 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2006/2007 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 2 Optional study plan
2006/2007 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 2 Optional study plan
2006/2007 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2006/2007 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2006/2007 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2006/2007 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2005/2006 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 2 Optional study plan
2005/2006 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 2 Optional study plan
2004/2005 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2004/2005 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2003/2004 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2003/2004 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan

### Occurrence in special blocks

Block nameAcademic yearForm of studyStudy language YearWSType of blockBlock owner