INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA … · estudiados en teoría, usando el lenguaje de programación que prefiera el alumno (C, Java, Visual Basic, Matlab). EVALUACIÓN Y

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE EDUCACION SUPERIOR

PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería en Computación. ASIGNATURA: Teoría de la Información y Codificación SEMESTRE: Séptimo OBJETIVO GENERAL: El alumno seleccionará y aplicará los códigos de compresión de información, los códigos de detección y/o corrección de errores y los conceptos de cifrado, para optimizar y proteger el flujo de información a través de un sistema de comunicación. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Sistema de Transmisión y Codificación. II. Medida de la Información y Capacidad de Canal. III. Codificación. IV. Códigos de Bloque para Compresión de Datos. V. Códigos de Bloque para la Detección y/o Corrección de Errores. VI. Introducción al Cifrado de Datos. METODOLOGÍA: Participación de los alumnos, en discusión y análisis de temas asignados por el profesor, Búsqueda, lectura y análisis constante de información. Implementación de sistemas de codificación basados en los algoritmos estudiados en teoría, usando el lenguaje de programación que prefiera el alumno (C, Java, Visual Basic, Matlab). EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: La calificación de cada departamental se tomará de la siguiente manera: tareas y participación un 10%, un examen departamental con el 60% y el 30% restante a la calificación del laboratorio. Para tener derecho al examen departamental se deberán entregar todas las tareas en la fecha y hora elegidos. Para acreditar la asignatura deberá cumplir con el 80% de asistencia. BIBLIOGRAFÍA: 1.- Abramson, Norman.Teoría de la Información y Codificación. Paraninfo, Madrid España, 1986, 216pp. 2.- Cover, Thomas M. Thomas Joy A., Elements of Information Theory, Wiley, New York USA, 1991, 576pp. 3. Schwartz, Mischa. Transmisión de Información, Modulación y Ruido, McGraw-Hill, México, 1983, 685pp. 4.- Haykin, Simon. Sistemas de Comunicación. Limusa Wiley, México 2002, 567-702 pp.



ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Culhuacan CARRERA: Ingeniería en Computación. OPCIÓN: Curricular COORDINACIÓN: Academia de Comunicaciones y Electrónica. DEPARTAMENTO: Ingeniería en Computación.

ASIGNATURA: Teoría de la Información y Codificación SEMESTRE: Séptimo CLAVE: CLA037 CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórica-Práctica MODALIDAD: Escolarizada.

TIEMPOS ASIGNADOS

HORAS/SEMANA/TEORÍA: 3.0 HORAS/SEMANA/PRÁCTICA: 1.5 HORAS/SEMESTRE/TEORÍA: 54.0 HORAS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27.0 HORAS/TOTALES: 81.0

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Comunicaciones y Electrónica de ESIME Culhuacan REVISADO POR: Subdirección Académica de ESIME Culhuacan APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de ESIME Culhuacan y Ing. Ernesto Mercado Escutia

AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN.



ASIGNATURA: Teoría de la Información y Codificación. CLAVE: CLA037 HOJA: 2 DE 10

FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA

La Teoría de la Información y de la Codificación estudia los procesos de transmisión de información que tienen lugar en los sistemas de comunicación y que ocurren a través del intercambio de mensajes discretos. En particular, este estudio se centra en dos criterios básicos: eficacia e inmunidad al ruido. El primer criterio conduce, a nivel práctico, a los algoritmos de compresión. El segundo criterio es el que orienta la parte más extensa de la asignatura, que desemboca en el estudio de los códigos que permiten la detección y corrección de errores de transmisión. Además pretende dar una introducción teórico - práctica a los tres objetivos fundamentales de las modernas comunicaciones informáticas: • Rapidez: en cualquier información hay redundancia, si la eliminamos en el emisor y somos capaces de volver a

reproducirla en el receptor, los canales estarán menos ocupados y la comunicación será más rápida. • Fiabilidad: los canales de comunicación tienen ruido que enturbia la comunicación entre emisor y receptor y que

hace que este último no reciba una información fiable (no se recibe exactamente lo que fue enviado). Añadiendo cierta redundancia en la entrada del canal y eliminándola en la salida, conseguimos que la información en el receptor sea fiable.

• Seguridad: desde el inicio de las comunicaciones se ha visto la necesidad de proteger los mensajes entre

emisor y receptor de los posibles ‘’ataques’’ de terceros. Por todas las razones anteriores y en general para dar al Ingeniero en Computación las herramientas útiles en su desempeño profesional se propone el curso de Teoría de la Información y Codificación. Dicha asignatura contempla como antecedentes las asignaturas de Probabilidad y Estadística, Modulación Digital y Organización de Computadoras. A su vez, esta materia sirve de base para las asignaturas de Nuevas Tecnologías de Transferencia de la Información y Redes de Computadoras.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno seleccionará y aplicara los códigos de compresión de información, los códigos de detección y/o corrección de errores y los conceptos de cifrado, para optimizar y proteger el flujo de información a través de un sistema de comunicación.




No. UNIDAD I NOMBRE: Sistema de Transmisión y Codificación

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD

El alumno describirá las partes principales del módulo de codificación dentro de un sistema de comunicaciones.

HORAS

No.

TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.2.7 1.2.8 1.2.9

Introducción a los sistemas de transmisión y codificación digitales. Descripción de un sistema de transmisión y codificación digital. Fuente de información. Codificador de fuente. Codificador de canal. Modulador. Medio. Demodulador. Decodificador de canal. Decodificador de fuente. Destino.

Subtotal

3.0

4.5

7.5

1.0

1.0

3B, 4B, 6C, 7C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda bibliográfica por parte de los alumnos con la guía del profesor, Análisis de conceptos propios de la asignatura con actividades grupales, como son: Lluvia de ideas, Mapas conceptuales, etc. Resolución de ejercicios por parte de los alumnos coordinados por el profesor auxiliándose del pizarrón, acetatos y equipo de cómputo. Realización de prácticas de laboratorio y entrega de un reporte escrito por equipo. Exposición teórica por parte del profesor. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Un examen departamental con valor del 60%, evaluando las unidades I y II, tareas extraclase el 10% y las prácticas de laboratorio el 30% de la calificación del departamental.




No. UNIDAD II NOMBRE: Medida de la Información y Capacidad de Canal


El alumno resolverá a través de un estudio de la Teoría de la Información un problema desde un punto de vista probabilística, así también medirá la capacidad de un canal de comunicaciones.

HORAS

No.

TEMA

T E M A S

T P EC


2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.10.1 2.10.2

Concepto de información. Definición de fuente de información, símbolo, caracter, dato. Medida de la información. Medida de la incertidumbre. Información mutua. Información promedio (Entropía) Cantidad de información. Capacidad del sistema. Tasa de transmisión de información. Capacidad de canal. Capacidad de un canal discreto sin ruido Teorema de la capacidad de canal de Shannon-Hartley.

Subtotal

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.5

3.0

1.5

3.0

15.0

1.5

1.5

1.5

4.5

1.0

2.0

1.0

4.0

1B, 2B, 3B, 5C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Realización de ejercicios por parte del alumno auxiliándose del pizarrón, acetatos y equipo de cómputo con la supervisión del profesor. Se llevarán a cabo prácticas de laboratorio donde se implementará los diferentes conceptos en un lenguaje de programación (MATLAB, Java, C ) . Exposición de los conceptos fundamentales por parte del profesor. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Un examen departamental con valor del 60%, evaluando las unidades I y II, tareas extraclase el 10% y las prácticas de laboratorio el 30% de la calificación del departamental.




No. UNIDAD III NOMBRE: Codificación


El alumno aplicará algunas técnicas de codificación algebraica, básicamente binarias, para la compresión de la información en la transmisión a través de un canal de comunicaciones.

HORAS

No.

TEMA

T E M A S

T P EC


3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

Concepto de codificación. Codificación reversible. Codificación de fuente (mediante un alfabeto binario). Extensiones de una fuente. Longitud de la palabra. Longitud promedio de la palabra.

Subtotal

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

9.0

1.5

1.5

1.0

2.0

2.0

5.0

1B, 2B, 3B, 5C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Exposición y discusión de temas por parte de los alumnos con la guía del profesor. Exposición de conceptos fundamentales, así como el análisis de casos tipo por parte del profesor y los alumnos. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Un examen departamental con valor del 60%, evaluando las unidades III y IV, tareas extraclase el 10% y las prácticas de laboratorio el 30% de la calificación del departamental.




No. UNIDAD IV NOMBRE: Códigos de Bloque para Compresión de Datos


El alumno describirá e interpretará los diferentes códigos de compresión. Resolverá problemas de codificación y compresión de la información con la ayuda de la computadora.

HORAS

No.

TEMA

T E M A S

T P EC


4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8

Concepto de código de bloque. Códigos instantáneos y no instantáneos. Eficiencia y redundancia de los códigos. Primer teorema de Shannon (Codificación Shannon-Fano). Códigos óptimos. Construcción de códigos instantáneos. Códigos de Huffman. Aplicación de los códigos instantáneos óptimos a la compresión de datos.

Subtotal

0.5

0.5

1.5

1.5

1.0

1.0

3.5

1.0

10.5

3.0

3.0

6.0

2.0

2.0

4.0

1B, 2B, 5C, 6C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Resolución de ejercicios en clase y realización de la simulación para demostrar la diferencia que existe entre cada código, así como el análisis de los algoritmos adecuados para su implementación en la computadora por parte del alumno. Exposición teórica por parte del profesor. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Un examen departamental con valor del 60%, evaluando las unidades III y IV, tareas extraclase el 10% y las prácticas de laboratorio el 30% de la calificación del departamental.




No.UNIDAD V NOMBRE: Códigos de Bloque para la Detección y/o Corrección de Errores


El alumno describirá e interpretará los diferentes códigos de detección y/o corrección de errores. Resolverá problemas de detección y/o corrección de errores de la información con la ayuda de la computadora, de acuerdo al tipo de codificación que se requiera en un sistema de transmisión.

HORAS

No.

TEMA

T E M A S

T P EC


5.1 5.2 5.3 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 5.4.5 5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.5 5.6 5.6.1 5.6.2 5.6.3

Concepto de código lineal. Concepto de código sistemático. Detección y corrección de error por verificación de paridad par e impar. Códigos de Hamming. Distancia de Hamming. Matrices generadoras de códigos de bloque. Matrices de comprobación de paridad. Síndrome de una palabra código. Decodificación por síndrome. Códigos cíclicos. Polinomios generadores. Generación de códigos cíclicos (codificación polinomial). Polinomio de comprobación de paridad. Detección y corrección de errores mediante códigos cíclicos. Códigos convolucionales. Métodos de codificación. Decodificación secuencial. Decodificación por retroalimentación.

Subtotal

0.5

0.5

0.5

2.5

2.5

2.5

9.0

3.0

3.0

3.0

3.0

12.0

1.0

2.0

2.0

2.0

7.0

1B, 2B, 5C, 6C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Exposición de los conceptos de los códigos de bloque existentes por parte del profesor y alumnos. Realización de ejercicios en clase por parte del alumno bajo la guía del profesor. Realización de prácticas de laboratorio por parte del alumno para observar su comportamiento de los codificadores mediante la simulación. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Un examen departamental con valor del 60%, evaluando las unidades V y VI, tareas extraclase el 10% y las prácticas de laboratorio el 30% de la calificación del departamental.




No.UNIDAD VI NOMBRE: Introducción al Cifrado de Datos


El alumno explicará la terminología de criptografía, así como su clasificación en los sistemas de comunicaciones.

HORAS

No.

TEMA

T E M A S

T P EC


6.1 6.2 6.2.1 6.2.3 6.2.4 6.2.5 6.3 6.3.1 6.3.2

Introducción a la Criptografía. Terminología. Privacidad. Integridad. Autenticidad. El no rechazo. División de la Criptografía. Criptografía de clave privada o simétrica. Criptografía de clave pública o asimétrica.

Subtotal

0.5

1.5

1.0

3.0

3.0

3.0

1.0

1.0

2.0

2B, 4B, 5C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda bibliográfica por parte de los alumnos. Análisis de conceptos por parte de los alumnos con la guía del profesor. Exposición en clase por parte de los alumnos con la guía del profesor. Exposición de la clasificación de la criptografía por parte del profesor y los alumnos.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Un examen departamental con valor del 60%, evaluando las unidades V y VI, tareas extraclase el 10% y las prácticas de laboratorio el 30% de la calificación del departamental.




RELACIÓN DE PRÁCTICAS

PRACT.

No.

NOMBRE DE LA PRÁCTICA

UNIDAD

DURACIÓN

LUGAR DE

REALIZACIÓN

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

Cantidad de información. Entropía. Cantidad de información y entropía de un texto en español. Longitud promedio de palabras de código. Codificación de Shannon-Fano. Codificación de Huffman. Detección y corrección de error por verificación de paridad. Detección y corrección de errores basado en el código de hamming. Detección y corrección de errores basado en los códigos cíclicos. Detección y corrección de errores basado en los códigos convolucionales. Cifrado simple de un texto.

II II II

III

IV

IV

V

V

V

V

VI Total

1.5

1.5

1.5

1.5

3.0

3.0

3.0

3.0

3.0

3.0

3.0

27.0

Todas las prácticas se

realizarán en el Laboratorio de

Cómputo.




PERÍODO

UNIDAD

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

1 2 3

I, II

III, IV

V, VI

70% de la Evaluación teórica, que se compone del 60% del valor del examen de teoría, más el 10% de las tareas del departamental (sumando la calificación de las tareas, dividido entre el total). Se suma a lo anterior el 30% de la Evaluación Práctica (sumando la calificación de las tres prácticas dividido entre tres). 70% de la Evaluación teórica, que se compone del 60% del valor del examen de teoría, más el 10% de las tareas del departamental (sumando la calificación de las tareas, dividido entre el total). Se suma a lo anterior el 30% de la Evaluación Práctica (sumando la calificación de las dos prácticas dividido entre dos). 70% de la Evaluación teórica, que se compone del 60% del valor del examen de teoría, más el 10% de las tareas del departamental (sumando la calificación de las tareas, dividido entre el total). Se suma a lo anterior el 30% de la Evaluación Práctica (sumando la calificación de las tres prácticas dividido entre tres).

CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 2 3 4 5 6 7

X

X

X

X

X

X

X

Abramson, N. Teoría de la Información y Codificación. Paraninfo, España, 1986, 216pp. Cover, Thomas M., Thomas Joy A., Elements of Information Theory. Wiley-Intersciencie, New York USA, 1991, 576pp. Schwartz,.Mischa. Transmisión de Información, Modulación y Ruido. McGraw-Hill, México 1983, 685pp. Haykin, Simon. Sistemas de Comunicación. Limusa Wiley, México 2002, Pag. 567-702. Wesley, Peterson. Error Correcting Codes. Cambridge MIT Press. USA, 1972, 560pp. Stremler Ferrel, G., Introducción a los Sistemas de Comunicación. Addison-wesley. México, 1998, Pag. 531-607. Wayne, Tomasi. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. Pearson Education, México 2003, Pag. 524-603.



PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA

1. DATOS GENERALES

ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

CARRERA: Ingeniería en Computación, SEMESTRE Séptimo

ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM.

ACADEMIA: Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Teoría de la Información y Codificación

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniería ó Maestría en Comunicaciones y/o Electrónica

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno seleccionará y aplicara los códigos de compresión de información, los códigos de detección y/o corrección de errores y los conceptos de cifrado, para optimizar y proteger el flujo de información a través de un sistema de comunicación.

3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA

PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES

• Probabilidad y

estadística. • Circuitos eléctricos. • Electrónica digital. • Computación. • Programación. • Procesamiento de

señales

• Haber impartido clase

• Formación pedagógica

• Conocimientos de

cómputo • Liderazgo • Manejo de grupos

• Responsabilidad

• Honestidad

• Respeto

• Tolerancia

• Compromiso social

ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ ______________________ ______________________ ____________________ M. en C. Clara Cruz Ramos Ing. Rubén Juárez Barrientos Ing. Ernesto Mercado Escutia Presidente de la Academia Subdirector Académico Director de Comunicaciones y Electrónica

FECHA: 2006

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