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Academic Year/course: 2022/23

625 - Bachelor's Degree in Industrial Processes' Data Engineering

29514 - Coding and Information Theory


Syllabus Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
29514 - Coding and Information Theory
Faculty / School:
175 - Escuela Universitaria Politécnica de La Almunia
Degree:
625 - Bachelor's Degree in Industrial Processes' Data Engineering
ECTS:
6.0
Year:
2
Semester:
Second semester
Subject Type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The expected result of the subject responds to the following goals

The objective of the subject is to present the main concepts of information theory from a practical point of view. When we talk about information we are really talking about the symbols used in the storage and transport of the information, but not about the creation or treatment of this information. From these ideas, we work on the codes designed to transmit information without error and data compression.

Aligned with ODS:

These approaches and objectives are in line with the following Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations 2030 Agenda (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), in such a way that the acquisition of the course learning outcomes provides training and competence to contribute to their achievement to some degree:

  • Goal 9:  Industry, Innovation and Infrastructure.
    .

Specific targets:

  • Target 9.c: Significantly increase access to information and communications technology and strive to provide universal and affordable access to the Internet in the least developed countries by 2020.

1.2. Context and importance of this course in the degree

Theory of information and codification is a subject that forms part of this Engineering Degree which is imparted in EUPLA, the subjects are englobed inside the Codification, cryptography and security module.

This subject has extraordinaire importance in the acquisition of the competencies of the degree. Moreover, it gives additional useful skills for Engineering work in the codification and data compression area.

1.3. Recommendations to take this course

In order to be successful in this subject the student must pass the following subjects: Programming, Math I, II, network administration, data structure and algorithms and statistics and probability.

2. Learning goals

2.1. Competences

The student must be able to…

General competencies:

  • CG03 - Apply techniques for the acquisition, management and processing of data in Engineering.
  • CB1 - That students have demonstrated possession and understanding of knowledge in an area of study that starts from the base of general secondary education, and is usually found at a level that, although supported by advanced textbooks, also includes some aspects that imply knowledge from the forefront of your field of study.
  • CB3 - That students have the ability to gather and interpret relevant data (normally within their area of study) to make judgments that include a reflection on relevant issues of a social, scientific or ethical nature.
  • CB4 - That students can transmit information, ideas, problems and solutions to both a specialized and non-specialized audience.

Transversal competencies:

  • CT03 - Search, select and responsibly manage information and knowledge.
  • CT04 - Develop critical thinking and reasoning.
  • CT05 - Effective communication of results.
  • CT07 - Analyze and solve problems autonomously, adapt to unforeseen situations and make decisions.

Specific competencies:

  • CE10 - Use the basic principles of coding and information theory.
  • CE11 - Apply the principles of data compression, error correction and security.

2.2. Learning goals

The student in order to pass the subjects must demonstrate the following results:

  1. Know the concepts related to information and its applications to the theory of coding.

2.3. Importance of learning goals

This subject has a strong engineering character. It offers a significant quantity of content that is very useful to the labour and professional market. When the student reaches the learning outcomes he obtains the necessaire capability to understand the information codification systems, which are essential to the design and setup of each complex process, etc. included in the Data Engineering field.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

The student must demonstrate that he has reached the expected learning results with the next evaluation activities:

  1. Practical work (30%). These Works included laboratory workshops and problem-solving. In the laboratory workshop, the student must make a previous study that must give before the beginning of the practice. The final mark is based on the quality of the analysis and the obtained results given in a written document. In order to pass the subject, the student must have a mark of at least five points.
  2. In written tests (70%), the student can find some questions or need to solve an engineering problem like the ones resolved in the theoretical lessons. We value the quality and clarity of the provided solution, the used concepts, the absence of errors in developing and solution, and the right use of the terminology and notation. In order to pass the subject, the student must have a mark of at least five points on each test.

The student may choose between continuous evaluation or global evaluation. The continuous evaluation consists of two written tests plus written essays in a laboratory workshop. The global evaluation consists of a written test at the end of the course and the written essays in a laboratory workshop.

The student that suspends any part of the continuous evaluation can pass it in the global test.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The learning process is designed following these key ideas:

There is a strong interaction between teacher and student. This interaction is brought into being through a division of work and responsibilities between the students and the teacher. Nevertheless, it must be taken into account that, to a certain degree, students can set their learning pace based on their own needs and availability, following the guidelines set by the teacher.

The current subject is conceived as a stand-alone combination of contents, yet organized into three fundamental and complementary forms: the theoretical concepts of each teaching unit, the solving of problems or resolution of questions and laboratory work, at the same time supported by other activities.

The organization of teaching will be carried out using the following steps:

  • Lectures: Theoretical activities are carried out mainly through exposition by the teacher, where the theoretical supports of the subject are displayed, highlighting the fundamentals, structuring them in topics and or sections, and interrelating them.
  • Practice Sessions: The teacher resolves practical problems or cases for demonstrative purposes. This type of teaching complements the theory shown in the lectures with practical aspects.
  • Laboratory Workshop: The lecture group is divided up into various groups, according to the number of registered students, but never with more than 20 students, in order to make up smaller-sized groups.
  • Individual Tutorials: Those carried out by giving individual, personalized attention to a teacher from the department. Said tutorials may be in person or online.

If classroom teaching were not possible due to health reasons, it would be carried out online.

4.2. Learning tasks

The course involves the active participation of the student, in a way that the results achieved in the learning process are developed, not taking away from those already set out, the activities are the following:

Face-to-face generic activities:

  • Lectures: The theoretical concepts of the subject are explained and illustrative examples are developed as a support to the theory when necessary.
  • Practice Sessions: Problems and practical cases are carried out, complementary to the theoretical concepts studied.     
  • Laboratory Workshop: This work is tutored by a teacher.

Generic non-class activities:

  • Study and understand the theory taught in the lectures.
  • Understanding and assimilation of the problems and practical cases solved in the practical classes.
  • Preparation of seminars, solutions to proposed problems, etc.
  • Preparation of laboratory workshops, preparation of summaries and reports.
  • Preparation of the written tests for continuous assessment and final exams.

The subject has 6 ECTS credits, which represents 150 hours of student work in the subject during the trimester, in other words, 10 hours per week for 15 weeks of class.

A summary of a weekly timetable guide can be seen in the following table. These figures are obtained from the subject file in the Accreditation Report of the degree, taking into account the moderate level of experimentation considered for the said subject.

Activity

Hours per week

Lectures

3

Laboratory workshop

1

Other activities

6

Nevertheless, the previous table can be shown in greater detail, taking into account the following overall distribution:

  • 44 hours of lectures, with 50% theoretical demonstration and 50% solving type problems.
  • 12 hours of laboratory workshop, in 1 or 2-hour sessions.
  • 4 hours of written assessment tests, one hour per test.
  • 40 hours of teamwork divided up over the 15 weeks of the semester.
  • 50 hours of personal study, divided up over the 15 weeks of the semester.

4.3. Syllabus

The course will address the following topics: 

 The theoretical program

Topic 1: Introduction to information theory

  • Model of a communications system
  • Source of information
  • Communication channels
    • with noise
    • Without noise
  • source encoding
  • channel coding

Topic2: Entropy

  • Basic measures in information theory
  • relative entropy
  • mutual information

Topic3: Source coding

  • block codes
  • Shannon's first theorem
  • Huffman algorithm
  • compression techniques

Topic 4: Channel Capacity

  • mutual information
  • Information processing theorem
  • channel capacity
  • Capacity calculation

Topic 5: Noisy Channels

  • Reliable transmission on an unreliable medium
  • Shannon's second theorem
  • Capacity limit on a noisy channel
  • Optimal decoding

Topic 6: Error control with linear codes

  • Definition
  • generating matrix
  • Parity check array
  • Error detection and correction
  • hamming codes

Topic 7: Error control with cyclic codes

  • Definition, systematic cyclic codes
  • Matrix and circuit description
  • error detection

Topic 8: Relay Protocols

  • ARQ Types
  • Analysis of ARQ techniques

Topic 9: Source Compression: Audio, Image, and Video

  • Audio
  • Image
  • Video

Topic 10: Introduction to BCH, RS and convolutional codes

  • Introduction to BCH codes
  • Introduction to Reed Solomon Codes
  • Introduction to convolutional codes

Materials

Material

Support

Topic theory notes / Topic problems

Paper

Topic presentations / Topic problems / Related links

Digital/Moodle

Educational software

Web page

 

 

4.4. Course planning and calendar

The class hall sessions & work presentations timetable will be presented at https://moodle2.unizar.es/add/ 

The dates of the final exams will be those that are officially published at  http://www.eupla.unizar.es/asuntos-academicos/examenes

The written assessment tests will be related to the following topics:

— Test 1: Topic 1, 2, 3, 4 & 5.

— Test 2: Topic 6, 7, 8, 9 & 10.

At the end of every topic, the student can find some reinforcing exercises in order to guide him in their personal homework.

The activities of this subject and its temporal schedule depend on the academic organization proposed by the faculty in EUPLA and you can read it in section 5, activities and resources.

At www.eupla.unizar.es you can check the exam dates.

4.5. Bibliography and recommended resources

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=29514


Curso Académico: 2022/23

625 - Graduado en Ingeniería de Datos en Procesos Industriales

29514 - Teoría de la información y codificación


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
29514 - Teoría de la información y codificación
Centro académico:
175 - Escuela Universitaria Politécnica de La Almunia
Titulación:
625 - Graduado en Ingeniería de Datos en Procesos Industriales
Créditos:
6.0
Curso:
2
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

El objetivo de la asignatura es presentar los conceptos básicos de la teoría de la información desde un punto de vista lo más práctico posible. Cuando se hable de información, de lo que se tratará es de los símbolos que dan soporte al almacenamiento y transmisión de dicha información, no preocupándose de su tratamiento o generación. A partir de estos conceptos se profundizara en la idea de los códigos empleados para transmitir dicha información sin error y de cómo se puede minimizar el espacio empleado por la información a través de los mecanismos de compresión de datos.

Alineación con los ODS:

Estos planteamientos y objetivos están alineados con los siguientes Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia para contribuir en cierta medida a
su logro:

  • Objetivo 9  Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización sostenible y fomentar la innovación
     

y, en concreto con las metas:

  • Meta 9.c Aumentar significativamente el acceso a la tecnología de la información y las comunicaciones y esforzarse por proporcionar acceso universal y asequible a Internet en los países menos adelantados de aquí a 2020

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura de teoría de la Información y codificación, forma parte del Grado en Ingeniería de Datos en Procesos Industriales que imparte la EUPLA, enmarcándose dentro del grupo de asignaturas que conforman el módulo denominado “Codificación, Criptografía y seguridad”.

Dicha asignatura tiene una especial relevancia en la adquisición de las competencias de la titulación, además de aportar una formación adicional útil en el desempeño de las funciones del Ingeniero de de Datos en Procesos Industriales relacionadas con el campo de la codificación y compresión de datos.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Para el adecuado desarrollo de la asignatura de Teoría de la información y codificación, es necesario que el alumnado haya superado con anterioridad, la asignatura de Fundamentos de programación, Programación, las 2 asignaturas de Matemáticas, Administración de redes y sistemas, Estructura de datos y algoritmos y Probabilidad y estadística.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Competencias generales

  • CG03 - Aplicar técnicas para la adquisición, gestión y tratamiento de datos en la Ingeniería.
  • CB1 - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio
  • CB3 - Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética
  • CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado

Competencias transversales

  • CT03 - Buscar, seleccionar y gestionar de manera responsable la información y el conocimiento.
  • CT04 - Desarrollar un pensamiento y un razonamiento crítico.
  • CT05 - Comunicación de resultados de manera efectiva.
  • CT07 - Analizar y solucionar problemas de forma autónoma, adaptarse a situaciones imprevistas y tomar decisiones.

Competencias específicas

  • CE10 - Emplear los principios básicos de la codificación y de la teoría de la información.
  • CE11 - Aplicar los principios de compresión de datos, corrección de errores y seguridad

 

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

Conocer los conceptos referentes a la información y sus aplicaciones a la teoría de la codificación.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Esta asignatura tiene un marcado carácter ingenieril, es decir, ofrece una formación con contenidos de aplicación y desarrollo inmediato en el mercado laboral y profesional. A través de la consecución de los pertinentes resultados de aprendizaje se obtiene la capacidad necesaria para el entendimiento del funcionamiento de los sistemas de codificación de la información, los cuales serán absolutamente imprescindibles para el diseño y puesta en marcha de cualquier proceso complejo, incluidos dentro del ámbito de la Ingeniería de Datos en Procesos Industriales.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación

  • Trabajos prácticos (30%). Estos trabajos incluyen 2 prácticas de laboratorio y un ejercicio de diseño complejo. De cada una de las prácticas se solicitará al alumno una memoria que servirá como base para su evaluación. Para superar la asignatura el alumnado deberá obtener una nota final de prácticas de laboratorio igual o superior a 5.
  • Pruebas escritas teórico-prácticas (70%) en las que se plantearán cuestiones y/o problemas del ámbito de la ingeniería de complejidad similar a la utilizada durante el curso. Se valorará la calidad y claridad de la estrategia de resolución, los conceptos usados para resolver los problemas, ausencia de errores en el desarrollo y en las soluciones, y el uso correcto de la terminología y notación. En cada una de las pruebas escritas teórico-prácticas que se realicen, el alumnado deberá obtener una nota igual o superior a 5 para superar la asignatura.

El estudiante podrá escoger entre una evaluación continua, realizada en forma de dos pruebas escritas y la entrega de los guiones de prácticas a lo largo del cuatrimestre, o una prueba global realizada al finalizar el cuatrimestre y la entrega de los guiones de prácticas. El alumno que haya superado una parte de la evaluación continua, podrá presentarse al examen de evaluación global sólo con la parte de la evaluación continua no superada.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

En una fuerte interacción profesor/alumno. Esta interacción se materializa por medio de un reparto de trabajo y responsabilidades entre alumnado y profesorado. No obstante, se tendrá que tener en cuenta que en cierta medida el alumnado podrá marca su ritmo de aprendizaje en función de sus necesidades y disponibilidad, siguiendo las directrices marcadas por el profesor.

La presente asignatura se concibe como un conjunto único de contenidos, pero trabajados bajo tres formas fundamentales y complementarias como lo son: los conceptos teóricos de cada unidad didáctica, la resolución de problemas o cuestiones y las prácticas, apoyadas a su vez por otra serie de actividades.

La organización de la docencia se realizará siguiendo las pautas siguientes:

  • Clases teóricas: Actividades teóricas impartidas de forma fundamentalmente expositiva por parte del profesor, de tal manera que se exponga los soportes teóricos de la asignatura, resaltando lo fundamental, estructurándolos en temas y/o apartados y relacionándolos entre sí.
  • Clases prácticas: El  profesor resuelve problemas o casos prácticos con fines ilustrativos. Este tipo de docencia complementa la teoría expuesta en las clases magistrales con aspectos prácticos.
  • Prácticas: El grupo total de las clases teóricas o de las clases prácticas se puede o no dividir en grupos más reducidos, según convenga.
  • Tutorías individuales: Son las realizadas a través de la atención personalizada, de forma individual, del profesor en el departamento. Dichas tutorías podrán ser presenciales o virtuales.

Si esta docencia no pudiera realizarse de forma presencial por causas sanitarias, se realizaría de forma telemática.

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades...

Implica la participación activa del alumnado, de tal manera que para la consecución de los resultados de aprendizaje se desarrollarán, sin ánimo de redundar en lo anteriormente expuesto, las actividades siguientes:

Actividades genéricas presenciales:

  • Clases teóricas: Se explicarán los conceptos teóricos de la asignatura y se desarrollarán ejemplos prácticos ilustrativos como apoyo a la teoría cuando se crea necesario.
  • Clases prácticas: Se realizarán problemas y casos prácticos como complemento a los conceptos teóricos estudiados.
  • Prácticas de laboratorio: Tutoradas por el profesor.

Actividades genéricas no presenciales:

  • Estudio y asimilación de la teoría expuesta en las clases magistrales.
  • Comprensión y asimilación de problemas y casos prácticos resueltos en las clases prácticas.
  • Preparación de seminarios, resolución de problemas propuestos, etc.
  • Preparación de las prácticas en grupo, elaboración de los guiones e informes correspondientes.
  • Preparación de las pruebas escritas de evaluación continua y exámenes finales.

La asignatura consta de 6 créditos ECTS, lo cual representa 150 horas de trabajo del alumno/a en la asignatura durante el semestre, es decir, 10 horas semanales durante 15 semanas lectivas.

Un resumen de la distribución temporal orientativa de una semana lectiva puede verse en la tabla siguiente. Estos valores se obtienen de la ficha de la asignatura de la Memoria de Verificación del título de grado, teniéndose en cuenta que el grado de experimentalidad considerado para dicha asignatura es bajo.

Actividad

Horas semana lectiva

Clases magistrales

3

Prácticas

1

Otras actividades

6

No obstante la tabla anterior podrá quedar más detallada, teniéndose en cuenta la distribución global siguiente:

  • 44 horas de clase magistral, con un 40 % de exposición teórica y un 60 % de resolución de problemas tipo.
  • 12 horas de prácticas y trabajos tutelados, en sesiones de 2 horas en semanas alternas.
  • 4 horas de pruebas de evaluación escrita, a razón de dos horas por prueba.
  • 40 Horas de trabajo en grupo, repartidas a lo largo de las 15 semanas de duración del semestre.
  • 50 horas de estudio personal, repartidas a lo largo de las 15 semanas de duración del semestre.

 

4.3. Programa

Tema1: Introducción a la teoría de la información

  • Modelo de un sistema de comunicaciones
  • Fuente de información
  • Canales de comunicación
    • Con ruido
    • Sin ruido
  • Codificación de la fuente
  • Codificación del canal

Tema2: Entropía

  • Medidas básicas en teoría de la información
  • Entropía relativa
  • Información mutua

Tema3: Codificación de la fuente

  • Códigos de bloques
  • Primer teorema de Shannon
  • Algoritmo de Huffman
  • Técnicas de compresión

Tema 4: Capacidad del canal

  • Información mutua
  • Teorema del procesamiento de la información
  • Capacidad de canal
  • Cálculo de la capacidad

Tema 5: Canales ruidosos

  • Transmisión confiable en un medio no confiable
  • Segundo teorema de Shannon
  • Límite de capacidad en un canal ruidoso
  • Decodificación óptima

Tema 6: Control de errores con códigos lineales

  • Definición
  • Matriz generadora
  • Matriz de comprobación de paridad
  • Detección y corrección de errores
  • Códigos Hamming

Tema 7: Control de errores con códigos cíclicos

  • Definición, códigos cíclicos sistemáticos
  • Descripción matricial y circuital
  • Detección de errores

Tema 8: Protocolos de retransmisión

  • Tipos de ARQ
  • Análisis de técnicas de ARQ

Tema 9: Compresión de fuente: audio, imagen y vídeo

  • Audio
  • Imagen
  • Vídeo

Tema 10: Introducción a los códigos BCH, RS y convolucionales

  • Introducción a los códigos BCH
  • Introducción a los códigos Reed Solomon
  • Introducción a los códigos convolucionales

Materiales

Material

Soporte

Apuntes de teoría del temario / Problemas temario

Papel

Presentaciones temario / Problemas temario / Enlaces de interés

Digital/Moodle

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

El cronograma orientativo que recoge el desarrollo de las actividades se encuentra en https://moodle2.unizar.es/add/

Las fechas de los exámenes finales serán las publicadas de forma oficial en http://www.eupla.unizar.es/asuntos-academicos/examenes

Las pruebas de evaluación escrita estarán relacionadas con los temas siguientes:

  • Prueba 1: Tema 1, 2, 3, 4 y 5.
  • Prueba 2: Tema 6, 7, 8, 9 y 10.

Al final de cada tema se propondrán una serie de ejercicios de refuerzo que ayudarán a guiar el estudio personal del alumno.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=29514