Кафедра радіоінженерії

[RE-185] Основи теорії кодування та шифрування сигналів

Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Рівень вищої освіти	Перший (бакалаврський)
Галузь знань	17 - Електроніка, автоматизація та електронні комунікації
Спеціальність	172 - Електронні комунікації та радіотехніка
Освітня програма	Всі ОП
Статус дисципліни	Вибіркова (Ф-каталог)
Форма здобуття вищої освіти	Очна
Рік підготовки, семестр	Доступно для вибору починаючи з 3-го курсу, весняний семестр
Обсяг дисципліни	4 кред. (Лекц. 36 год, Практ. 0 год, Лаб. 18 год, СРС. 66 год )
Семестровий контроль/контрольні заходи	Залік
Розклад занять	https://rozklad.kpi.ua
Мова викладання	Українська
Інформація про керівника курсу / викладачів	Лекц.: Павлов О. І., Лаб.: Павлов О. І., СРС.: Павлов О. І.
Розміщення курсу	https://do.ipo.kpi.ua/mod/page/view.php?id=199431

Програма навчальної дисципліни

1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

1.Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Дисципліна дисципліни «Основи теорії кодування та шифрування сигналів» (далі — ОТКШС) відноситься до дисциплін циклу професійної підготовки фахівців першого (бакалаврського) рівня вищої освіти за спеціальністю 172 "Електронні комунікації та радіотехніка", є вибірковою (не нормативною) і, як вибірковий освітній компонент Ф-каталогу з шифром RE-185, за ОПП "Інформаційна та комунікаційна радіоінженерія" може мати шифр ПФ 01-14 в залежності від семестру її вибору студентами.

1.1. Предмет та мета вивчення дисципліни

Предмет дисципліни ОТКШС — методи та алгоритми форматування сигналів від аналогового джерела, перетворення їх в дискретну форму, кодування повідомлень дискретного джерела з дозволеними втратами, квантування кодованих даних, шифрування цифрових даних, канального кодування зашифрованих цифрових даних, а також особливості їх застосування в системах радіозв’язку, радіолокації, гідролокації, сейсмології, навігації та медичної електроніки.

Мета вивчення дисципліни — формування у студентів компетентності щодо:

• вільного використання методів форматування сигналів від аналогового джерела, перетворення їх в дискретну форму, кодування повідомлень дискретного джерела з дозволеними втратами, квантування кодованих даних, шифрування цифрових даних, канального кодування зашифрованих цифрових даних, які застосовуються в сучасних цифрових телекомунікаційних системах;

• вільного володіння теоретичним фундаментом для подальшого самостійного вивчення та вдосконалення набутих знань щодо методів, алгоритмів і особливостей практичної реалізації процесів кодування джерела, шифрування даних та канального кодування на базі пристроїв з обмеженою розрядністю і швидкодією в рамках самостійної роботи над магістерською дисертацією;

• вільного використання системи Matlab для моделювання алгоритмів обробки сигналів і даних при кодуванні джерела та шифруванні даних, дослідження їх характеристик та оцінювання їх ефективності та відповідності вимогам.

1.2. Після засвоєння навчальної дисципліни студенти мають продемонструвати такі результати навчання:

ЗНАННЯ (результат вивчення явищ і закономірностей об'єктивного світу, такий, який можна логічно або фактично обґрунтувати, і емпірично або практично перевірити):

класифікації методів форматування сигналів від аналогового джерела, кодування дискретного джерела, шифрування дискретних повідомлень, канального кодування, їх визначення, властивостей, прикладів реалізації та критеріїв ефективності застосування;
особливостей кодування дискретного джерела на прикладі кодування мовленнєвих сигналів в сучасних цифрових телекомунікаційних системах; особливостей шифрування дискретних повідомлень сучасними криптографічними методами;
процесів обробки сигналів на базі методу лінійного прогнозування в задачах аналізу та синтезу, еквівалентного параметричного подання лінійних систем в різних альтернативних просторах параметрів, методів оцінювання параметрів, векторного їх прогнозування, квантування та інтерполяції, методів симетричного та несиметричного шифрування даних, методів криптографічної ідентифікації, верифікації та перевірки цілісності.

НАВИКИ (здатність до діяльності, "навченість виконувати дії", сформована шляхом повторення дії і доведення її до автоматизму):

кодування джерела методом лінійного прогнозування, виконання векторного квантування кодованих параметрів з використанням системи Matlab;
використання систем PGP, GPG, OpenSSL та інших для шифрування даних і їх підписування;
генерації ключів та інших службових даних для їх використання в криптографічних алгоритмах, їх перевірки щодо вимог криптографічної стійкості.

УМІННЯ (опанований спосіб виконання дії, який забезпечується сукупністю придбаних знань та навичок, і який створює можливість виконання дії не тільки в звичних умовах, але і в таких, що змінилися):

виконувати моделювання кодування джерела методом лінійного прогнозування на прикладі мовленнєвих сигналів;
виконувати проектування кодової книги векторного квантування кодованих параметрів джерела методом LBG на прикладі мовленнєвих сигналів;
виконувати шифрування даних методом RSA та AES;
виконувати підписування шифрованих даних методом RSA та DES.

1.3. Роль і значення дисципліни в підготовці фахівців — формування сучасного бачення та досвіду щодо проектування РЕА, здатної забезпечувати ефективне кодування сигналів та даних, а також їх шифрування для досягнення таких властивостей:

зменшення обсягів даних, що зберігаються або передаються (при фіксованих величинах спотворень, що виникають під час кодування);
зменшення величин спотворень, що виникають в результаті кодування даних (при фіксованих обсягах даних / швидкостях передачі);
підвищення надійності прийому / відтворення даних з можливістю виправлення помилок, що виникають в приймачі / відтворювачі в результаті різних чинників;
забезпечення конфіденційності зберігання та передачі даних відкритими (незахищеними) каналами зв’язку;
забезпечення можливості перевірки цілісності (незмінності) даних, їх оригінальності та верифікації їх виробника / відправника.

1.4. Програмні компетентності (коло питань, в яких наявна добра обізнаність) та програмні результати навчання за освітньо-професійною програмою «Інформаційна та комунікаційна радіоінженерія» (за ОПП, введеною в дію з 2023/2024 навч. року наказом ректора КПІ ім. Ігоря Сікорського від 17.05. 2023 р. № МОМ/165/2023, див.насайті https://osvita.kpi.ua/op), які мають продемонструвати студенти після засвоєння навчальної дисципліни, в тому числі, але не виключно:

Загальні компетентності

ЗК 1 — Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу (спектральне та багатовимірне представлення сигналів в різних базисах, подання скінчених сигналів нескінченими функціями, застосування теорії функцій комплексних змінних, моделювання процесів та систем тощо — фактична обізнаність за суттю питань, що вивчаються та підходів, які застосовуються).

ЗК 2 — Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях.

ЗК 4 — Здатність розуміти предметну область та професійну діяльність (обізнаність щодо призначення та структури сучасних радіотехнічних та телекомунікаційних систем, процесів, які в них відбуваються тощо).

ЗК 7 — Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями.

ЗК 8 — Здатність виявляти, ставити та вирішувати проблеми.

Фахові компетентності

ФК 3 — Здатність використовувати базові методи, способи та засоби отримання, передавання, обробки та зберігання інформації.

ФК 4 — Здатність здійснювати комп'ютерне моделювання пристроїв, систем і процесів з використанням універсальних пакетів прикладних програм.

Програмні результати навчання

ПРН 6 — грамотно застосовувати термінологію галузі телекомунікацій та радіотехніки;

ПРН 7 — описувати принципи та процедури, що використовуються в телекомунікаційних системах, інформаційно-телекомунікаційних мережах та радіотехніці;

ПРН 12 — застосовувати фундаментальні і прикладні науки для аналізу та розробки процесів, що відбуваються в телекомунікаційних та радіотехнічних системах.

2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

2.Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

2.1. Вивчення навчальної дисципліни ОТКШС ґрунтується на компетенціях, набутих під час вивчення наступних навчальних дисциплін:

«Вища математика» (потрібно володіти матричною алгеброю, теорією функції багатьох змінних, математичною статистикою та теорією ймовірності),
«Основи теорії кіл» (потрібно володіти матеріалом по аналізу лінійних схем, в тому числі дискретних систем з використанням z–перетворення),
«Основи телекомунікації» (потрібно володіти теорією неперервних в часі сигналів та їх спектрів, часовим, спектральним та кореляційним аналізом пристроїв та стаціонарних і нестаціонарних сигналів),
«Дискретні та цифрові сигнали і процеси в радіотехніці» (потрібно володіти теорією дискретних сигналів та їх спектрів, часовим, спектральним та кореляційним аналізом дискретних систем, дискретним перетворенням Фурє, z–перетворенням),
«Цифрова обробка сигналів» (потрібно володіти теорією проектування та реалізації СІХ і НІХ фільтрів, драбинних фільтрів, адаптацією алгоритмів дискретної обробки сигналів для їх реалізації в пристроях з фіксованою розрядністю та математикою з фіксованою крапкою).

Оскільки дисципліна ОТКШС передбачає практичне закріплення навчального матеріалу шляхом моделювання алгоритмів на ПЕОМ, а також (в залежності від форми навчання та передбачених обсягів занять) на сигнальних процесорах, — під час самостійних, практичних та лабораторних робіт, — їй мають передувати відповідні обчислювальні дисципліни, а саме:

«Інформатика. Частина 1. Основи програмування та алгоритми», «Інформатика. Частина 1. Основи обчислювальної техніки» (потрібно володіти мовою програмування високого рівня, бажано, “ANSI C”, а також комп’ютерними засобами математичних розрахунків, бажано, “MATHCAD”, та математичного моделювання, бажано, “MATLAB”),
«Цифрові пристрої та мікропроцесори» (бажано володіти технікою розробки апаратного та програмного забезпечення),
«Сигнальні процесори в радіосистемах» (бажано володіти технікою розробки апаратного та програмного забезпечення, а також обробки сигналів в реальному часі).

2.2. Компетенції, набуті під час вивчення ОТКШС, використовуються під час вивчення таких дисциплін спеціальності 172 "Електронні комунікації та радіотехніка", як «Генерація, модуляція та кодування сигналів», «Системи мобільного зв’язку», «Супутникові інформаційні системи», а також під час виконання дипломного проектування.

3. Зміст навчальної дисципліни

3.Зміст навчальної дисципліни

Назви розділів і тем


Розділи 1—7: Основи теорії кодування сигналів
Розділ 1. Форматування сигналів джерела та НЧ модуляція (за Скляром)
Тема 1.1. Низькочастотні системи [1, 2, с. 84—87]
Тема 1.2. Форматування текстової інформації (Знакове кодування.) [1, 2, с. 87—87]
Тема 1.3. Повідомлення знаки символи [1, 2, с. 87—91]
Тема 1.4. Форматування аналогової інформації (Теорема відліків. Накладання спектрів. Вибірка з запасом. Класифікація сигналів та процеси їх перетворення при введенні в цифрову системою.) [1, 2, с. 91—104]
Тема 1.5. Джерела спотворень (Вплив дискретизації та квантування. Вплив каналу. Відношення С/Ш для квантованих імпульсів.) [1, 2, с. 104—107]
Тема 1.6. Імпульсно-кодова модуляція [1, 2, с. 107—109]
Тема 1.7. Квантування з постійним та змінним кроком (Статистика амплітуд при передачі мовлення. Нерівномірне квантування. Характеристики компандування.) [1, 2, с. 109—113]
Тема 1.8. Низькочастотна передача (Подання двійкових цифр у формі сигналів. Типи сигналів PCM. Спектральні параметри сигналів PCM. Кількість біт на слово PCM та кількість біт на символ PCM. M-кратні імпульсно-модульовані сигнали.) [1, 2, с. 113—122]
Тема 1.9. Кореляційне кодування (Двубінарна передача сигналів. Двубінарне декодування. Попереднє кодування. Еквівалентна двубінарна передаточна функція. Порівняння бінарного та двубінарного методів передачі сигналів. Полібінарна передача сигналів.) [1, 2, с. 122—127]
Тема 1.10. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [1, 2, с. 127—132]
Модульна контрольна робота за розділом 1 (Moodle).
Розділ 2. Техніка кодування аналогових джерел (за Прокісом)
Тема 2.1. Часово-сигнальне кодування (Імпульсно-кодова модуляція (ІКМ). Диференційна ІКМ. Адаптивні ІКМ та ДІКМ. Дельта-модуляція (ДМ).) [3, 4, с. 108—118]
Тема 2.2. Спектральне кодування сигналу (Кодування підсмуг. Адаптивне перетворююче кодування.) [3, 4, с. 118—119]
Тема 2.3. Модельне кодування джерела (Методи кодування мовленнєвих сигналів.) [3, 4, с. 119—125]
Тема 2.4. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [3, 4, с. 125—130]
Модульна контрольна робота за розділом 2 (Moodle).
Розділ 3. Кодування джерела (за Скляром)
Тема 3.1. Джерела (Дискретні джерела, ентропія двійкового джерела з пам'яттю та без, коди розширення. Джерела неперервних сигналів, функція щільності амплітуд.) [1, 2, с. 822—828]
Тема 3.2. Квантування амплітуди (Шум квантування. Рівномірне квантування. Насичення. Додавання псевдо випадкового шуму. Нерівномірне квантування.) [1, 2, с. 828—852]
Тема 3.3. Диференціальна імпульсно-кодова модуляція (Передбачення з одним відведенням. Передбачення з N-відведеннями. Дельта-модуляція. Сигма-дельта-модуляція. Сигма-дельта АЦП. Сигма-дельта ЦАП.) [1, 2, с. 852—867]
Тема 3.4. Адаптивне прогнозування (Пряма адаптація. Синтетичне/аналітичне кодування.) [1, 2, с. 867—870]
Тема 3.5. Блочне кодування (Векторне квантування.) [1, 2, с. 870—873]
Тема 3.6. Перетворююче кодування (Квантування для перетворюючого кодування. Багато смугове кодування.) [1, 2, с. 873—876]
Тема 3.7. Кодування джерела для цифрових даних (Властивості кодів. Код Хаффмана. Групові коди.) [1, 2, с. 876—887]
Тема 3.8. Приклади кодування джерела (Аудіо стиснення. Стиснення зображень.) [1, 2, с. 887—900]
Тема 3.9. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [1, 2, с. 900—906]
Модульна контрольна робота за розділом 3 (Moodle).
Розділ 4. Кодування джерела (за Прокісом)
Тема 4.1. Математичні моделі для джерел інформації [3, 4, с. 74—75]
Тема 4.2. Логарифмічна міра інформації (Середня взаємна інформація та ентропія. Вимірювання інформації для неперервних випадкових величин.) [3, 4, с. 75—82]
Тема 4.3. Кодування для дискретних джерел без пам’яті (Кодові слова фіксованої довжини. Теорема кодування джерела №1. Кодові слова змінної довжини. Нерівність Крафта. Теорема кодування джерела №2. Алгоритм кодування Хаффмена.) [3, 4, с. 82—90]
Тема 4.4. Кодування для дискретних джерел з пам’яттю (Дискретні стаціонарні джерела. Алгоритм Земпела-Зіва.) [3, 4, с. 90—94]
Тема 4.5. Кодування для аналогових джерел — основні теореми (Функція "Спотворення/Швидкість" R(D). Теорема про функцію R(D) для гаусового джерела без пам’яті. Теорема про кодування джерела з заданою мірою спотворення. Теорема про верхню межу для функції R(D).) [3, 4, с. 94—98]
Тема 4.6. Кодування для аналогових джерел — оптимальне квантування (Скалярне квантування. Векторне квантування, алгоритм k-середніх.) [3, 4, с. 98—108]
Тема 4.7. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [3, 4, с. 125—131]
Модульна контрольна робота за розділом 4 (Moodle).
Розділ 5. Векторне квантування при кодуванні мовлення (за Макхоулом)
Тема 5.1. Вступні положення (Мета та питання, які розглядаються. Основи кодування мовленнєвих сигналів.) [5, 6, c. 19—22]
Тема 5.2. Векторне квантування (Постановка задачі. Міри спотворень. Побудова кодової книги. Обчислення витрат та потрібної ємності пам’яті. Модель векторного квантування.) [5, 6, c. 22—30]
Тема 5.3. Теоретичні характеристики векторного квантування (Теорія передачі з похибкою. Скалярне квантування. Асимптотичні характеристики векторного квантування.) [5, 6, c. 30—38]
Тема 5.4. Порівняння скалярного та векторного квантування векторних джерел (Розподіл біт. Поворот вектора для випадку корельованих джерел. Порівняння з векторним квантуванням.) [5, 6, c. 38—44]
Тема 5.5. Побудова кодової книги (Пошук за методом дихотомії. Каскадне квантування. Мультиплікативні коди. Випадкові кодові книги. Навчання та випробовування.) [5, 6, c. 44—53]
Тема 5.6. Векторне квантування з врахуванням часових залежностей (Вибіркова передача кадрів. Сегментне квантування. Адаптивне ВК.) [5, 6, c. 53—55]
Тема 5.7. Кодування форми мовленнєвого сигналу (Скалярне квантування форми сигналу. Векторне квантування форми сигналу. Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [5, 6, c. 55—58]
Тема 5.8. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [5, 6, c. 58—61]
Модульна контрольна робота за розділом 5 (Moodle).
Розділ 6. Циклічні коди. Ефективність використання завадостійких кодів (за Мазурковим)
Тема 6.1. Алгебраїчний опис циклічних кодів (Просте поле Галуа. Розширене поле Галуа. Конструктивний опис циклічних кодів). Коди Боуза-Чоудхурі-Хоквінгема. [7, с. 120—130]
Тема 6.2. Найважливіші блокові коди та їхні властивості (Досконалі коди. Симплексні коди. Ортогональні та біортогональні коди. Коди максимальної довжини.). Мажоритарне декодування циклічних кодів. [7, с. 130—138]
Тема 6.3. Коди Ріда-Соломона. Еквівалентні двійкові коди Ріда-Соломона. [7, с. 142—145]
Тема 6.4. Кодування загорткових кодів. Декодування загорткових кодів. Алгоритм Вітербі. [7, с. 145—151]
Тема 6.5. Кодування у каналах із завмираннями. Код Фінка-Хагельбергера. Два способи приймання — в цілому, та поелементне. [7, с. 151—155]
Тема 6.6. Потенційна завадостійкість кодів максимальної довжини при прийманні в цілому. Алгоритм швидкого кореляційного декодування m-кових циклічних кодів. [7, с. 155—160]
Тема 6.7. Завадостійкість коректувальних кодів при прелементному прийманні. Використання кодів у системах із зворотним зв’язком. [7, с. 160—166]
Модульна контрольна робота за розділом 6 (Moodle).
Розділ 7. Завадостійке кодування. Теоретичні границі коректувальних можливостей (за Мазурковим)
Тема 7.1. Коректувальні коди. Загальні властивості [7, с. 104—106]
Тема 7.2. Геометрична модель. Основні параметри коректувальних кодів [7, с. 106—110]
Тема 7.3. Класифікація коректувальних кодів [7, с. 110—111]
Тема 7.4. Границі коректувальних можливостей лінійних кодів (Суттєвість теореми кодування Шеннона для каналів із завадами. Верхня границя Хеммінга. Нижня границя Варламова-Гілберта.) [7, с. 111—114]
Тема 7.5. Лінійні блокові коди. Декодування за методом синдрома (Алгебраїчний опис, кодування та декодування лінійних кодів. Коди Хеммінга. Границя Сінглтона.) [7, с. 114—119]
Модульна контрольна робота за розділом 7 (Moodle).
Розділи 8—13: Основи теорії шифрування даних
Розділ 8. Основи теорії шифрування та дешифрування (за Скляром)
Тема 8.1. Моделі, мета, початкові системи шифрування (Модель процесу шифрування та дешифрування. Задачі системи шифрування. Класичні загрози. Класичні шифри.) [1, 2, с. 908—913]
Тема 8.2. Секретність системи шифрування (Абсолютна секретність. Ентропія та невизначеність. Інтенсивність та надлишковість мови. Відстань єдності та ідеальна секретність.) [1, 2, с. 913—920]
Тема 8.3. Практична захищеність (Суміш та дифузія. Підстановка. Перестановка. Продукційний шифр. Стандарт шифрування даних.) [1, 2, с. 920—931]
Домашнє завдання №1
Модульна контрольна робота за розділом 8 (Moodle).
Розділ 9. Практичне шифрування та дешифрування (за Скляром)
Тема 9.1. Потокове шифрування (Приклад генерування ключа з використанням лінійного регістру зсуву зі зворотним зв’язком. Слабкі місця регістру зсуву зі зворотним зв’язком. Синхронні та самосинхронізаційні системи поточного шифрування.) [1, 2, с. 931—936]
Тема 9.2. Криптосистеми з відкритим ключем (Перевірка справжності підпису з використанням системи з відкритим ключем. Одностороння функція з "лазівкою". Схема RSA. Задача укладання рюкзака. Криптосистема з відкритим ключем, яка заснована на "лазівці" в рюкзаку.) [1, 2, с. 936—944]
Тема 9.3. Система PGP ("Потрійний" DES, CAST та IDEA. Алгоритм Діффі-Хелмана і варіант Елгамаля та RSA. Шифрування повідомлень в системі PGP. Аутентифікація за допомогою PGP і створення підпису.) [1, 2, с. 944—955, 13]
Тема 9.4. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [1, 2, с. 955—961]
Модульна контрольна робота за розділом 9 (Moodle).
Розділ 10. Вступ до теорії криптографії (за Шнайєром)
Тема 10.1. Загальні поняття (Термінологія. Стеганографія. Підстановочні та перестановочні шифри. Просте XOR. Одноразові блокноти. Комп’ютерні алгоритми. Великі числа.) [10, 11, с. 47—71]
Модульна контрольна робота за розділом 10 (Moodle).
Розділ 11. Криптографічні протоколи (за Шнайєром)
Тема 11.1. Елементи протоколів. [10, 11, с. 71—107]
Тема 11.2. Основні протоколи. Проміжні протоколи. [10, 11, с. 107—177]
Домашнє завдання №2
Тема 11.3. Розвинуті протоколи. Езотеричні протоколи. [10, 11, с. 177—241]
Модульна КР №1
Модульна контрольна робота за розділом 11 (Moodle).
Розділ 12. Криптографічні методи (за Шнайєром)
Тема 12.1. Довжина ключа. Керування ключами [10, 11, с. 241—293]
Тема 12.2 Типи алгоритмів та криптографічні режими [10, 11, с. 293—325]
Тема 12.3. Використання алгоритмів [10, 11, с. 325—347]
Модульна контрольна робота за розділом 12 (Moodle).
Розділ 13. Криптографічні алгоритми (за Шнайєром)
Тема 13.1. Математичні основи [10, 11, с. 347—389]
Тема 13.2. Стандарт шифрування DES та інші блочні шифри. Об’єднання блочних шифрів. [10, 11, с. 389—521]
Тема 13.3. Генератори ПВП та справжніх ВП. Потокові шифри. Одно направлені хеш-функції. [10, 11, с. 521—633]
Тема 13.4. Алгоритми з відкритими ключами. Алгоритми ЕЦП. Схеми ідентифікації. Алгоритми обміну ключами. Спеціальні алгоритми для протоколів [10, 11, с. 633—753]
Модульна контрольна робота за розділом 13 (Moodle).

4. Навчальні матеріали та ресурси

4.Навчальні матеріали та ресурси

Рекомендована література:

Основна

Додаткова

Корн Г., Корн Т. Довідник з математики (для наукових робітників та інженерів) (Пер. З англ., київ-русь.) / За ред. І.Г.Арамановича. Вид. 4-е, — М.: Наука, 1977.
Положення про кредитно-модульну організацію навчального процесу в НТУУ «КПІ» / Уклад. В. П. Головенкін — К.: ІВЦ “Видавництво «Політехніка»”, 2006. — 55 с.

Посібники та методичні вказівки

Методичні вказівки «Спектральні перетворення та методи ЦСА» до дисципліни “Дискретні та цифрові сигнали і процеси в радіотехніці”. Для студентів радіотехнічного факультету усіх форм навчання / Укл. О. І. Павлов, — К.: НТУУ “КПІ”, 2020. — 45 с.
Павлов О. І. Методичні вказівки до курсового проектування за дисципліною «Основи теорії кодування сигналів та шифрування даних». — К.: КПИ, 2021 г. (в плані розробки).
Павлов О. І. Методичні вказівки до організації самостійної роботи студентів за дисципліною «Основи теорії кодування сигналів та шифрування даних», частина 1. — К.: КПИ, 2020 г. (в плані розробки).
Павлов О. І. Методичні вказівки до організації самостійної роботи студентів за дисципліною «Основи теорії кодування сигналів та шифрування даних», частина 2. — К.: КПИ, 2020 г. (в плані розробки).
Павлов О. І. Методичні вказівки до виконання лабораторного практикуму за дисципліною «Основи теорії кодування сигналів та шифрування даних», частина 1. — К.: КПИ, 2019 г. (в плані розробки).
Павлов О. І. Методичні вказівки до виконання лабораторного практикуму за дисципліною «Основи теорії кодування сигналів та шифрування даних», частина 2. — К.: КПИ, 2019 г. (в плані розробки).

Інформаційні ресурси

Сервер СДН кафедри ТОР з дисципліни ОТКШС за адресою dtsp.kiev.ua та/або https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=451 (електронні версії літератури, методичні вказівки, завдання, рейтинг).
«Кампус» НТУУ «КПІ» (програми, методичні вказівки, завдання).

Навчальний контент

5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Навчальний план дисципліни розроблено за матеріалами двох курсів — по основам теорії кодування джерела і основам теорії шифрування даних, що викладаються студентам старших курсів Станкфордского університету, Університету шт. Нью–Мексіко, Національної лабораторії фірми Sandia, Массачусетському технологічному інституті, та інших.

За змістом дисципліна складається з 71 теми, які розбиті на 13 розділів.

При розробці матеріалів розділів 1—7 «Основи теорії кодування сигналів» та 8—13 «Основи теорії шифрування даних» кредитного модуля 1 дисципліни ОТКШС, пропонується використовувати підручники [1[11] —15[12] ].

Дисципліна може викладатися як для студентів молодших курсів (1-го бакалаврського рівня підготовки), так для студентів старших курсів (бажано на 1 та 2 семестрах магістерської підготовки), які володіють відповідними знаннями (див. “I.2. Зв’язок з іншими дисциплінами”) та вміють складати програми для ПЕОМ.

До певних тем можуть бути передбачені практичні заняття з використанням ПЕОМ (в комп’ютерній лабораторії).

Факультативна розрахунково-графічна робота може виконуватися студентами за бажанням по матеріалам перших трьох розділів та курсова робота по матеріалам четвертого розділу.

Лабораторний курс передбачає закріплення на конкретних прикладах вивченого матеріалу шляхом моделювання адаптивних алгоритмів на ПЕОМ, їх експериментального дослідження в реальному часі (на сигнальних процесорах) з використанням реальних або модельованих сигналів, та вдосконалення студентами схемотехнічних та програмних рішень, що було знайдено під час самостійних занять та курсової роботи.

При складанні робочих програм за спеціальностями слід враховувати їх особливості та форму навчання студентів.

[11] Sklar B. Digital communications. Fundamentals and Applications. — 2nd ed. / Communications Engineering Services, Tarzana, California and University of California, Los Angeles // Prentice Hall PTR, 2001. — ISBN 0-13-084788-7

[12] Шеннон К. Теория связи в секретных системах // См. издание: Шеннон К. «Работы по теории информации и кибернетике», М., ИЛ, 1963, с. 333-369

5.1. Розподіл навчального часу

Можливий розподіл навчального часу для одно-семестрового курсу в об’ємі 120 годин (4,0 кр. по 30 год.) надано в таблиці.

		Розподіл навчального часу за семестрами та видами занять
		Аудиторні (год.)							СРС (год.)
Семестр	Всього (кр./год.)	Лекції	Практичні	Семінарські	Лабораторні	Індивідуальні	Модульний контроль (тестування на консультаціях)	Всього аудиторних	ДКР	МКР (колоквіуми)	РГР, РР, ГР, ДЗ	Курсова робота	Курсовий проект	Самостійне вивчення матеріалу	Всього СРС	Семестрова Атестація
3+	4,0/120	36	—	—	18	—	—	54	4	4	—	—	—	58	66	Залік
Всього:	4,0/120	36	—	—	18	—	—	54	4	4	—	—	—	58	66	Залік

5.2. Структура кредитного модуля

Структура кредитного модуля для 4 кредитів наведена в таблиці.
(див. повну версію силабусу дисципліни ОТКШС, наприклад за посиланням zm10mq: Силабус (kpi.ua))

5.3. Лекційні заняття

Структура лекційних занять для 36 годин їх загального обсягу наведена в таблиці.

№ з/п	Назва теми лекції та перелік основних питань (перелік дидактичних засобів, посилання на літературу та завдання на СРС)	Кіль-кість ауд. годин
	Розділ 1. Форматування сигналів джерела та НЧ модуляція (за Скляром) Тема 1.1. Низькочастотні системи [1, 2, с. 84—87] Тема 1.2. Форматування текстової інформації (Знакове кодування.) [1, 2, с. 87—87] Тема 1.3. Повідомлення знаки символи [1, 2, с. 87—91] Тема 1.4. Форматування аналогової інформації (Теорема відліків. Накладання спектрів. Вибірка з запасом. Класифікація сигналів та процеси їх перетворення при введенні в цифрову системою.) [1, 2, с. 91—104] Видача завдання до курсової роботи — «»	1.00
	Тема 1.5. Джерела спотворень (Вплив дискретизації та квантування. Вплив каналу. Відношення С/Ш для квантованих імпульсів.) [1, 2, с. 104—107] Тема 1.6. Імпульсно-кодова модуляція [1, 2, с. 107—109] Тема 1.7. Квантування з постійним та змінним кроком (Статистика амплітуд при передачі мовлення. Нерівномірне квантування. Характеристики компандування.) [1, 2, с. 109—113]	1.00
	Тема 1.8. Низькочастотна передача (Подання двійкових цифр у формі сигналів. Типи сигналів PCM. Спектральні параметри сигналів PCM. Кількість біт на слово PCM та кількість біт на символ PCM. M-кратні імпульсно-модульовані сигнали.) [1, 2, с. 113—122] Тема 1.9. Кореляційне кодування (Двубінарна передача сигналів. Двубінарне декодування. Попереднє кодування. Еквівалентна двубінарна передаточна функція. Порівняння бінарного та двубінарного методів передачі сигналів. Полібінарна передача сигналів.) [1, 2, с. 122—127] Тема 1.10. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [1, 2, с. 127—132]	1.00
	Розділ 2. Техніка кодування аналогових джерел (за Прокісом) Тема 2.1. Часово-сигнальне кодування (Імпульсно-кодова модуляція (ІКМ). Диференційна ІКМ. Адаптивні ІКМ та ДІКМ. Дельта-модуляція (ДМ).) [3, 4, с. 108—118] Тема 2.2. Спектральне кодування сигналу (Кодування підсмуг. Адаптивне перетворююче кодування.) [3, 4, с. 118—119]	1.00
	Тема 2.3. Модельне кодування джерела (Методи кодування мовленнєвих сигналів.) [3, 4, с. 119—125] Тема 2.4. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [3, 4, с. 125—130]	1.00
	Розділ 3. Кодування джерела (за Скляром) Тема 3.1. Джерела (Дискретні джерела, ентропія двійкового джерела з пам'яттю та без, коди розширення. Джерела неперервних сигналів, функція щільності амплітуд.) [1, 2, с. 822—828] Тема 3.2. Квантування амплітуди (Шум квантування. Рівномірне квантування. Насичення. Додавання псевдо випадкового шуму. Нерівномірне квантування.) [1, 2, с. 828—852] Тема 3.3. Диференціальна імпульсно-кодова модуляція (Передбачення з одним відведенням. Передбачення з N-відведеннями. Дельта-модуляція. Сигма-дельта-модуляція. Сигма-дельта АЦП. Сигма-дельта ЦАП.) [1, 2, с. 852—867] Тема 3.4. Адаптивне прогнозування (Пряма адаптація. Синтетичне/аналітичне кодування.) [1, 2, с. 867—870]	1.00
	Тема 3.5. Блочне кодування (Векторне квантування.) [1, 2, с. 870—873] Тема 3.6. Перетворююче кодування (Квантування для перетворюючого кодування. Багато смугове кодування.) [1, 2, с. 873—876] Тема 3.7. Кодування джерела для цифрових даних (Властивості кодів. Код Хаффмана. Групові коди.) [1, 2, с. 876—887]	1.00
	Тема 3.8. Приклади кодування джерела (Аудіо стиснення. Стиснення зображень.) [1, 2, с. 887—900] Тема 3.9. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [1, 2, с. 900—906]	1.00
	Розділ 4. Кодування джерела (за Прокісом) Тема 4.1. Математичні моделі для джерел інформації [3, 4, с. 74—75] Тема 4.2. Логарифмічна міра інформації (Середня взаємна інформація та ентропія. Вимірювання інформації для неперервних випадкових величин.) [3, 4, с. 75—82]	1.00
	Тема 4.3. Кодування для дискретних джерел без пам’яті (Кодові слова фіксованої довжини. Теорема кодування джерела №1. Кодові слова змінної довжини. Нерівність Крафта. Теорема кодування джерела №2. Алгоритм кодування Хаффмена.) [3, 4, с. 82—90] Тема 4.4. Кодування для дискретних джерел з пам’яттю (Дискретні стаціонарні джерела. Алгоритм Земпела-Зіва.) [3, 4, с. 90—94] Тема 4.5. Кодування для аналогових джерел — основні теореми (Функція "Спотворення/Швидкість" R(D). Теорема про функцію R(D) для гаусового джерела без пам’яті. Теорема про кодування джерела з заданою мірою спотворення. Теорема про верхню межу для функції R(D).) [3, 4, с. 94—98]	1.00
	Тема 4.6. Кодування для аналогових джерел — оптимальне квантування (Скалярне квантування. Векторне квантування, алгоритм k-середніх.) [3, 4, с. 98—108] Тема 4.7. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [3, 4, с. 125—131]	1.00
	Розділ 5. Векторне квантування при кодуванні мовлення (за Макхоулом) Тема 5.1. Вступні положення (Мета та питання, які розглядаються. Основи кодування мовленнєвих сигналів.) [5, 6, c. 19—22] Тема 5.2. Векторне квантування (Постановка задачі. Міри спотворень. Побудова кодової книги. Обчислення витрат та потрібної ємності пам’яті. Модель векторного квантування.) [5, 6, c. 22—30] Тема 5.3. Теоретичні характеристики векторного квантування (Теорія передачі з похибкою. Скалярне квантування. Асимптотичні характеристики векторного квантування.) [5, 6, c. 30—38] Тема 5.4. Порівняння скалярного та векторного квантування векторних джерел (Розподіл біт. Поворот вектора для випадку корельованих джерел. Порівняння з векторним квантуванням.) [5, 6, c. 38—44]	1.00
	Тема 5.5. Побудова кодової книги (Пошук за методом дихотомії. Каскадне квантування. Мультиплікативні коди. Випадкові кодові книги. Навчання та випробовування.) [5, 6, c. 44—53] Тема 5.6. Векторне квантування з врахуванням часових залежностей (Вибіркова передача кадрів. Сегментне квантування. Адаптивне ВК.) [5, 6, c. 53—55]	1.00
	Тема 5.7. Кодування форми мовленнєвого сигналу (Скалярне квантування форми сигналу. Векторне квантування форми сигналу. Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [5, 6, c. 55—58] Тема 5.8. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [5, 6, c. 58—61]	1.00
	Розділ 6. Циклічні коди. Ефективність використання завадостійких кодів (за Мазурковим) Тема 6.1. Алгебраїчний опис циклічних кодів (Просте поле Галуа. Розширене поле Галуа. Конструктивний опис циклічних кодів). Коди Боуза-Чоудхурі-Хоквінгема. [7, с. 120—130] Тема 6.2. Найважливіші блокові коди та їхні властивості (Досконалі коди. Симплексні коди. Ортогональні та біортогональні коди. Коди максимальної довжини.). Мажоритарне декодування циклічних кодів. [7, с. 130—138]	1.00
	Тема 6.3. Коди Ріда-Соломона. Еквівалентні двійкові коди Ріда-Соломона. [7, с. 142—145] Тема 6.4. Кодування загорткових кодів. Декодування загорткових кодів. Алгоритм Вітербі. [7, с. 145—151] Тема 6.5. Кодування у каналах із завмираннями. Код Фінка-Хагельбергера. Два способи приймання — в цілому, та поелементне. [7, с. 151—155]	1.00
	Тема 6.6. Потенційна завадостійкість кодів максимальної довжини при прийманні в цілому. Алгоритм швидкого кореляційного декодування m-кових циклічних кодів. [7, с. 155—160] Тема 6.7. Завадостійкість коректувальних кодів при прелементному прийманні. Використання кодів у системах із зворотним зв’язком. [7, с. 160—166]	1.00
	Розділ 7. Завадостійке кодування. Теоретичні границі коректувальних можливостей (за Мазурковим) Тема 7.1. Коректувальні коди. Загальні властивості [7, с. 104—106] Тема 7.2. Геометрична модель. Основні параметри коректувальних кодів [7, с. 106—110] Тема 7.3. Класифікація коректувальних кодів [7, с. 110—111] Тема 7.4. Границі коректувальних можливостей лінійних кодів (Суттєвість теореми кодування Шеннона для каналів із завадами. Верхня границя Хеммінга. Нижня границя Варламова-Гілберта.) [7, с. 111—114] Тема 7.5. Лінійні блокові коди. Декодування за методом синдрома (Алгебраїчний опис, кодування та декодування лінійних кодів. Коди Хеммінга. Границя Сінглтона.) [7, с. 114—119]	1.00
	Розділ 8. Основи теорії шифрування та дешифрування (за Скляром) Тема 8.1. Моделі, мета, початкові системи шифрування (Модель процесу шифрування та дешифрування. Задачі системи шифрування. Класичні загрози. Класичні шифри.) [1, 2, с. 908—913]	1.00
	Тема 8.2. Секретність системи шифрування (Абсолютна секретність. Ентропія та невизначеність. Інтенсивність та надлишковість мови. Відстань єдності та ідеальна секретність.) [1, 2, с. 913—920]	1.00
	Тема 8.3. Практична захищеність (Суміш та дифузія. Підстановка. Перестановка. Продукційний шифр. Стандарт шифрування даних.) [1, 2, с. 920—931] Видача завдання до домашньої контрольної роботи № 1 — «»	1.00
	Розділ 9. Практичне шифрування та дешифрування (за Скляром) Тема 9.1. Потокове шифрування (Приклад генерування ключа з використанням лінійного регістру зсуву зі зворотним зв’язком. Слабкі місця регістру зсуву зі зворотним зв’язком. Синхронні та самосинхронізаційні системи поточного шифрування.) [1, 2, с. 931—936]	1.00
	Тема 9.2. Криптосистеми з відкритим ключем (Перевірка справжності підпису з використанням системи з відкритим ключем. Одностороння функція з "лазівкою". Схема RSA. Задача укладання рюкзака. Криптосистема з відкритим ключем, яка заснована на "лазівці" в рюкзаку.) [1, 2, с. 936—944]	1.00
	Тема 9.3. Система PGP ("Потрійний" DES, CAST та IDEA. Алгоритм Діффі-Хелмана і варіант Елгамаля та RSA. Шифрування повідомлень в системі PGP. Аутентифікація за допомогою PGP і створення підпису.) [1, 2, с. 944—955, 13]	1.00
	Тема 9.4. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [1, 2, с. 955—961]	1.00
	Розділ 10. Вступ до теорії криптографії (за Шнайєром) Тема 10.1. Загальні поняття (Термінологія. Стеганографія. Підстановочні та перестановочні шифри. Просте XOR. Одноразові блокноти. Комп’ютерні алгоритми. Великі числа.) [10, 11, с. 47—71]	1.00
	Розділ 11. Криптографічні протоколи (за Шнайєром) Тема 11.1. Елементи протоколів. [10, 11, с. 71—107]	1.00
	Тема 11.2. Основні протоколи. Проміжні протоколи. [10, 11, с. 107—177] Видача домашнього завдання №1 — «»	1.00
	Тема 11.3. Розвинуті протоколи. Езотеричні протоколи. [10, 11, с. 177—241] Видача завдання до домашньої контрольної роботи №2 — «»	1.00
	Розділ 12. Криптографічні методи (за Шнайєром) Тема 12.1. Довжина ключа. Керування ключами [10, 11, с. 241—293]	1.00
	Тема 12.2 Типи алгоритмів та криптографічні режими [10, 11, с. 293—325]	1.00
	Тема 12.3. Використання алгоритмів [10, 11, с. 325—347]	1.00
	Розділ 13. Криптографічні алгоритми (за Шнайєром) Тема 13.1. Математичні основи [10, 11, с. 347—389]	1.00
	Тема 13.2. Стандарт шифрування DES та інші блочні шифри. Об’єднання блочних шифрів. [10, 11, с. 389—521]	1.00
	Тема 13.3. Генератори ПВП та справжніх ВП. Потокові шифри. Однонаправлені хеш-функції. [10, 11, с. 521—633]	1.00
	Тема 13.4. Алгоритми з відкритими ключами. Алгоритми ЕЦП. Схеми ідентифікації. Алгоритми обміну ключами. Спеціальні алгоритми для протоколів [10, 11, с. 633—753]	1.00
	ВСЬОГО	36.00

Структура лекційних занять для ЗФН відрізняється тим, що час викладення матеріалу кожної з 18 наведених вище лекцій скорочується, а кількість лекцій зменшується вдвічі.

5.4. Практичні заняття

Практичні заняття не передбачені.

5.5. Лабораторні заняття (комп’ютерні практикуми)

Метою лабораторних робіт є вивчення методики та одержання навичок експериментального дослідження процесів перетворення сигналів в лінійних та нелінійних радіотехнічних колах та практична перевірка реакції кіл на задану дію і її відповідності теоретично визначеним результатам.

Структура лабораторних занять для 18 годин їх загального обсягу наведена в таблиці.

№ з/п	Назва лабораторної роботи	Кількість ауд. годин
1.	Кодування мовленнєвих сигналів методом лінійного прогнозування: · процеси аналізу, параметричного представлення та синтезу мовленнєвих сигналів: · на прикладі вокодера LPC-10. [24]	3.00
2.	Кодування мовленнєвих сигналів методом LSP: · процеси аналізу, параметричного представлення та синтезу мовленнєвих сигналів: · на прикладі вокодера CELP-8000, G.729. [24]	3.00
3.	Векторне квантування параметрів кодування форми спектральної обвідної мовленнєвих сигналів: · процеси проектування кодової книги, пошуку за кодовою книгою та дослідження характеристик векторного квантування: · на прикладі параметрів LPC, RC, CC, LSP, LSP-HS. [24]	3.00
		0
		0
		0
4.	Використання пакетів OpenPGP та GPG, а також додатків Mailvelope, APG та K-9 для генерування ключів, шифрування та підписування даних в пристроях з ОС Windows, Linux та Android [24]	3.00
5.	Використання сервісів АЦСК acskidd.gov.ua (ІДД ДФС), csk.uss.gov.ua (ДП УСС), czo.gov.ua (МінЮст), dstszi.gov.ua (ДСТСЗІ СБУ), acsk.privatbank.ua (Приват Банк) для отримання ключів ЕЦП та шифрування і підписування документів [24]	3.00
6.	Шифрування даних та їх підписування за допомогою пакету OpenSSL в пристроях з ОС Windows, Linux та Android [24]	3.00
	Всього	18.00

5.6. Індивідуальні завдання

Індивідуальні завдання не передбачені.

6. Самостійна робота студента

6.1. Самостійна робота студента

Студент повинен завчасно готуватись до лекцій, практичних та лабораторних занять (комп’ютерних практикумів). Перед лекціями необхідно повторити теоретичний матеріал, наданий у попередніх лекціях. Перед практичними та лабораторними заняттями (комп’ютерними практикумами) необхідно повторити відповідний теоретичний матеріал.

Обов’язковим є виконання індивідуальних завдань до комп’ютерних практикумів, які необхідно виконувати до наступного лабораторного заняття. Для підготовки до виконання індивідуальних завдань слід скористатися рекомендованою літературою та конспектом лекцій.

Для кращого закріплення теоретичного матеріалу студент повинен виконувати тематичні та модульні контрольні роботи (в СДН Moodle), підготовка до яких вимагає ретельного повторення теоретичного матеріалу відповідних лекцій у години самостійної роботи.

Самостійна робота студента передбачається під час підготовки до всіх видів аудиторних занять та контрольних заходів за нормами, поданими у таблиці.

№ з/п	Назва теми, що виноситься на самостійне опрацювання	Кількість годин СРС
	Розділ 1. Форматування сигналів джерела та НЧ модуляція (за Скляром) Тема 1.1. Низькочастотні системи [1, 2, с. 84—87]	0.150
	Тема 1.2. Форматування текстової інформації (Знакове кодування.) [1, 2, с. 87—87]	0.150
	Тема 1.3. Повідомлення знаки символи [1, 2, с. 87—91]	0.650
	Тема 1.4. Форматування аналогової інформації (Теорема відліків. Накладання спектрів. Вибірка з запасом. Класифікація сигналів та процеси їх перетворення при введенні в цифрову системою.) [1, 2, с. 91—104]	0.650
	Тема 1.5. Джерела спотворень (Вплив дискретизації та квантування. Вплив каналу. Відношення С/Ш для квантованих імпульсів.) [1, 2, с. 104—107]	0.650
	Тема 1.6. Імпульсно-кодова модуляція [1, 2, с. 107—109]	0.400
	Тема 1.7. Квантування з постійним та змінним кроком (Статистика амплітуд при передачі мовлення. Нерівномірне квантування. Характеристики компандування.) [1, 2, с. 109—113]	0.650
	Тема 1.8. Низькочастотна передача (Подання двійкових цифр у формі сигналів. Типи сигналів PCM. Спектральні параметри сигналів PCM. Кількість біт на слово PCM та кількість біт на символ PCM. M-кратні імпульсно-модульовані сигнали.) [1, 2, с. 113—122]	0.400
	Тема 1.9. Кореляційне кодування (Двубінарна передача сигналів. Двубінарне декодування. Попереднє кодування. Еквівалентна двубінарна передаточна функція. Порівняння бінарного та двубінарного методів передачі сигналів. Полібінарна передача сигналів.) [1, 2, с. 122—127]	0.650
	Тема 1.10. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [1, 2, с. 127—132]	0.650
	Розділ 2. Техніка кодування аналогових джерел (за Прокісом) Тема 2.1. Часово-сигнальне кодування (Імпульсно-кодова модуляція (ІКМ). Диференційна ІКМ. Адаптивні ІКМ та ДІКМ. Дельта-модуляція (ДМ).) [3, 4, с. 108—118]	0.750
	Тема 2.2. Спектральне кодування сигналу (Кодування підсмуг. Адаптивне перетворююче кодування.) [3, 4, с. 118—119]	0.750
	Тема 2.3. Модельне кодування джерела (Методи кодування мовленнєвих сигналів.) [3, 4, с. 119—125]	0.250
	Тема 2.4. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [3, 4, с. 125—130]	1.250
	Розділ 3. Кодування джерела (за Скляром) Тема 3.1. Джерела (Дискретні джерела, ентропія двійкового джерела з пам'яттю та без, коди розширення. Джерела неперервних сигналів, функція щільності амплітуд.) [1, 2, с. 822—828]	0.500
	Тема 3.2. Квантування амплітуди (Шум квантування. Рівномірне квантування. Насичення. Додавання псевдо випадкового шуму. Нерівномірне квантування.) [1, 2, с. 828—852]	0.250
	Тема 3.3. Диференціальна імпульсно-кодова модуляція (Передбачення з одним відведенням. Передбачення з N-відведеннями. Дельта-модуляція. Сигма-дельта-модуляція. Сигма-дельта АЦП. Сигма-дельта ЦАП.) [1, 2, с. 852—867]	0.500
	Тема 3.4. Адаптивне прогнозування (Пряма адаптація. Синтетичне/аналітичне кодування.) [1, 2, с. 867—870]	0.750
	Тема 3.5. Блочне кодування (Векторне квантування.) [1, 2, с. 870—873]	0.450
	Тема 3.6. Перетворююче кодування (Квантування для перетворюючого кодування. Багато смугове кодування.) [1, 2, с. 873—876]	1.000
	Тема 3.7. Кодування джерела для цифрових даних (Властивості кодів. Код Хаффмана. Групові коди.) [1, 2, с. 876—887]	0.750
	Тема 3.8. Приклади кодування джерела (Аудіо стиснення. Стиснення зображень.) [1, 2, с. 887—900]	1.000
	Тема 3.9. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [1, 2, с. 900—906]	0.800
	Розділ 4. Кодування джерела (за Прокісом) Тема 4.1. Математичні моделі для джерел інформації [3, 4, с. 74—75]	0.500
	Тема 4.2. Логарифмічна міра інформації (Середня взаємна інформація та ентропія. Вимірювання інформації для неперервних випадкових величин.) [3, 4, с. 75—82]	1.350
	Тема 4.3. Кодування для дискретних джерел без пам’яті (Кодові слова фіксованої довжини. Теорема кодування джерела №1. Кодові слова змінної довжини. Нерівність Крафта. Теорема кодування джерела №2. Алгоритм кодування Хаффмена.) [3, 4, с. 82—90]	1.350
	Тема 4.4. Кодування для дискретних джерел з пам’яттю (Дискретні стаціонарні джерела. Алгоритм Земпела-Зіва.) [3, 4, с. 90—94]	0.550
	Тема 4.5. Кодування для аналогових джерел — основні теореми (Функція "Спотворення/Швидкість" R(D). Теорема про функцію R(D) для гаусового джерела без пам’яті. Теорема про кодування джерела з заданою мірою спотворення. Теорема про верхню межу для функції R(D).) [3, 4, с. 94—98]	0.550
	Тема 4.6. Кодування для аналогових джерел — оптимальне квантування (Скалярне квантування. Векторне квантування, алгоритм k-середніх.) [3, 4, с. 98—108]	1.000
	Тема 4.7. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [3, 4, с. 125—131]	0.700
	Розділ 5. Векторне квантування при кодуванні мовлення (за Макхоулом) Тема 5.1. Вступні положення (Мета та питання, які розглядаються. Основи кодування мовленнєвих сигналів.) [5, 6, c. 19—22]	0.500
	Тема 5.2. Векторне квантування (Постановка задачі. Міри спотворень. Побудова кодової книги. Обчислення витрат та потрібної ємності пам’яті. Модель векторного квантування.) [5, 6, c. 22—30]	1.100
	Тема 5.3. Теоретичні характеристики векторного квантування (Теорія передачі з похибкою. Скалярне квантування. Асимптотичні характеристики векторного квантування.) [5, 6, c. 30—38]	1.100
	Тема 5.4. Порівняння скалярного та векторного квантування векторних джерел (Розподіл біт. Поворот вектора для випадку корельованих джерел. Порівняння з векторним квантуванням.) [5, 6, c. 38—44]	1.100
	Тема 5.5. Побудова кодової книги (Пошук за методом дихотомії. Каскадне квантування. Мультиплікативні коди. Випадкові кодові книги. Навчання та випробовування.) [5, 6, c. 44—53]	1.100
	Тема 5.6. Векторне квантування з врахуванням часових залежностей (Вибіркова передача кадрів. Сегментне квантування. Адаптивне ВК.) [5, 6, c. 53—55]	1.100
	Тема 5.7. Кодування форми мовленнєвого сигналу (Скалярне квантування форми сигналу. Векторне квантування форми сигналу. Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [5, 6, c. 55—58]	1.100
	Тема 5.8. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [5, 6, c. 58—61]	0.900
	Розділ 6. Циклічні коди. Ефективність використання завадостійких кодів (за Мазурковим) Тема 6.1. Алгебраїчний опис циклічних кодів (Просте поле Галуа. Розширене поле Галуа. Конструктивний опис циклічних кодів). Коди Боуза-Чоудхурі-Хоквінгема. [7, с. 120—130]	0.400
	Тема 6.2. Найважливіші блокові коди та їхні властивості (Досконалі коди. Симплексні коди. Ортогональні та біортогональні коди. Коди максимальної довжини.). Мажоритарне декодування циклічних кодів. [7, с. 130—138]	1.200
	Тема 6.3. Коди Ріда-Соломона. Еквівалентні двійкові коди Ріда-Соломона. [7, с. 142—145]	0.900
	Тема 6.4. Кодування загорткових кодів. Декодування загорткових кодів. Алгоритм Вітербі. [7, с. 145—151]	0.150
	Тема 6.5. Кодування у каналах із завмираннями. Код Фінка-Хагельбергера. Два способи приймання — в цілому, та поелементне. [7, с. 151—155]	0.650
	Тема 6.6. Потенційна завадостійкість кодів максимальної довжини при прийманні в цілому. Алгоритм швидкого кореляційного декодування m-кових циклічних кодів. [7, с. 155—160]	0.900
	Тема 6.7. Завадостійкість коректувальних кодів при прелементному прийманні. Використання кодів у системах із зворотним зв’язком. [7, с. 160—166]	0.800
	Розділ 7. Завадостійке кодування. Теоретичні границі коректувальних можливостей (за Мазурковим) Тема 7.1. Коректувальні коди. Загальні властивості [7, с. 104—106]	0.250
	Тема 7.2. Геометрична модель. Основні параметри коректувальних кодів [7, с. 106—110]	0.500
	Тема 7.3. Класифікація коректувальних кодів [7, с. 110—111]	0.500
	Тема 7.4. Границі коректувальних можливостей лінійних кодів (Суттєвість теореми кодування Шеннона для каналів із завадами. Верхня границя Хеммінга. Нижня границя Варламова-Гілберта.) [7, с. 111—114]	0.250
	Тема 7.5. Лінійні блокові коди. Декодування за методом синдрома (Алгебраїчний опис, кодування та декодування лінійних кодів. Коди Хеммінга. Границя Сінглтона.) [7, с. 114—119]	0.500
	Розділ 8. Основи теорії шифрування та дешифрування (за Скляром) Тема 8.1. Моделі, мета, початкові системи шифрування (Модель процесу шифрування та дешифрування. Задачі системи шифрування. Класичні загрози. Класичні шифри.) [1, 2, с. 908—913]	1.000
	Тема 8.2. Секретність системи шифрування (Абсолютна секретність. Ентропія та невизначеність. Інтенсивність та надлишковість мови. Відстань єдності та ідеальна секретність.) [1, 2, с. 913—920]	1.000
	Тема 8.3. Практична захищеність (Суміш та дифузія. Підстановка. Перестановка. Продукційний шифр. Стандарт шифрування даних.) [1, 2, с. 920—931]	1.000
	Домашнє завдання №1	0.000
	Розділ 9. Практичне шифрування та дешифрування (за Скляром) Тема 9.1. Потокове шифрування (Приклад генерування ключа з використанням лінійного регістру зсуву зі зворотним зв’язком. Слабкі місця регістру зсуву зі зворотним зв’язком. Синхронні та самосинхронізаційні системи поточного шифрування.) [1, 2, с. 931—936]	1.500
	Тема 9.2. Криптосистеми з відкритим ключем (Перевірка справжності підпису з використанням системи з відкритим ключем. Одностороння функція з "лазівкою". Схема RSA. Задача укладання рюкзака. Криптосистема з відкритим ключем, яка заснована на "лазівці" в рюкзаку.) [1, 2, с. 936—944]	1.500
	Тема 9.3. Система PGP ("Потрійний" DES, CAST та IDEA. Алгоритм Діффі-Хелмана і варіант Елгамаля та RSA. Шифрування повідомлень в системі PGP. Аутентифікація за допомогою PGP і створення підпису.) [1, 2, с. 944—955, 13]	1.500
	Тема 9.4. Підсумки (Література. Задачі. Питання для самоперевірки.) [1, 2, с. 955—961]	1.500
	Розділ 10. Вступ до теорії криптографії (за Шнайєром) Тема 10.1. Загальні поняття (Термінологія. Стеганографія. Підстановочні та перестановочні шифри. Просте XOR. Одноразові блокноти. Комп’ютерні алгоритми. Великі числа.) [10, 11, с. 47—71]	1.000
	Розділ 11. Криптографічні протоколи (за Шнайєром) Тема 11.1. Елементи протоколів. [10, 11, с. 71—107]	1.000
	Тема 11.2. Основні протоколи. Проміжні протоколи. [10, 11, с. 107—177]	1.000
	Домашнє завдання №2	0.000
	Тема 11.3. Розвинуті протоколи. Езотеричні протоколи. [10, 11, с. 177—241]	1.000
	Модульна Домашня КР №1	0.000
	Розділ 12. Криптографічні методи (за Шнайєром) Тема 12.1. Довжина ключа. Керування ключами [10, 11, с. 241—293]	1.000
	Тема 12.2 Типи алгоритмів та криптографічні режими [10, 11, с. 293—325]	1.000
	Тема 12.3. Використання алгоритмів [10, 11, с. 325—347]	1.000
	Розділ 13. Криптографічні алгоритми (за Шнайєром) Тема 13.1. Математичні основи [10, 11, с. 347—389]	0.500
	Тема 13.2. Стандарт шифрування DES та інші блочні шифри. Об’єднання блочних шифрів. [10, 11, с. 389—521]	0.500
	Тема 13.3. Генератори ПВП та справжніх ВП. Потокові шифри. Однонаправлені хеш-функції. [10, 11, с. 521—633]	0.500
	Тема 13.4. Алгоритми з відкритими ключами. Алгоритми ЕЦП. Схеми ідентифікації. Алгоритми обміну ключами. Спеціальні алгоритми для протоколів [10, 11, с. 633—753]	0.500
	Разом	53.00

	Модульна контрольна робота за розділом 1 (Moodle) [24]	1.000
	Модульна контрольна робота за розділом 2 (Moodle) [24]	1.000
	Модульна контрольна робота за розділом 3 (Moodle) [24]	1.000
	Модульна контрольна робота за розділом 4 (Moodle) [24]	0.000
	Модульна контрольна робота за розділом 5 (Moodle) [24]	0.000
	Модульна контрольна робота за розділом 6 (Moodle) [24]	0.000
	Модульна контрольна робота за розділом 7 (Moodle) [24]	0.000
	Модульна контрольна робота за розділом 8 (Moodle) [24]	0.000
	Модульна контрольна робота за розділом 9 (Moodle) [24]	0.000
	Модульна контрольна робота за розділом 10 (Moodle) [24]	0.000
	Модульна контрольна робота за розділом 11 (Moodle) [24]	0.000
	Модульна контрольна робота за розділом 12 (Moodle) [24]	0.000
	Модульна контрольна робота за розділом 13 (Moodle) [24]	0.000
	ДКР	10.000
	РГР	0.000
	Курсова робота [24[11] ]	0.000
	Підготовка до іспиту	0.000
	Всього	66.00

6.2. Тематичні та Модульні контрольні роботи

Після вивчення матеріалу розділів 1—13 студенти виконують тематичні та модульні контрольні роботи (ТКР, МКР) за кожним розділом. ТКР та МКР виконуються в формі тестів (що забезпечує об’єктивне оцінювання знань) та завантажень результатів, оформлених в електронному вигляді (що забезпечує суб’єктивне оцінювання навичок) з використанням СДН Moodle (dtsp.kiev.ua та/або https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=451) [24[12] ]).

Після вивчення розділів 8 та 11 студенти виконують домашні контрольні завдання (ДКР) в електронній формі (з використанням засобів MathCad чи Matlab), які також будуть завантажуватися в СДН Moodle.

Під час виконання ТКР, МКР та ДКР рекомендується використовувати матеріали [18 — 24[13] ].

[11] [12] [13] Сервер СДН кафедри ТОР з дисципліни ОТКШ за адресою dtsp.kiev.ua (електронні версії літератури, методичні вказівки, завдання, рейтинг)

Політика та контроль

7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

7.1. Відвідування занять

Відвідування лекцій та практичних та лабораторних занять є обов’язковим згідно Положення про організацію освітнього процесу КПІ ім. Ігоря Сікорського. У разі хвороби студент зобов’язаний представляти довідку про термін проходження лікування, оформлену належним чином, з установи, де проходило лікування. У інших випадках (наприклад, сімейні обставини) питання вирішується в індивідуальному порядку з викладачем. Матеріал занять, які були з тих чи інших причин пропущені, необхідно опановувати самостійно. Для допомоги студентам в СДН dtsp.kiev.ua та/або https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=451 містяться посилання на відеозаписи всіх лекцій.

7.2. Пропущені контрольні заходи

Подання результатів моделювальних робіт, ТКР та МКР є обов’язковим. Несвоєчасне подання дає нульову оцінку. У разі несвоєчасного подання з поважних причин (наприклад, хвороби), підтверджених відповідними документами, студент має можливість написати контрольний захід в інший узгоджений з викладачем термін без зниження оцінки. З метою самовдосконалення та покращення власних результатів допускається повторне виконання ТКР та МКР.

Пропущений іспит не зараховується незалежно від причин пропуску; у такому випадку студент отримує запис у відомості «не з’явився» та повинен складати іспит на додатковій сесії.

7.3. Оголошення результатів контрольних заходів

Результати виконання самостійних робіт проставляються в СДН Moodle і оголошуються кожному студенту окремо у присутності або у дистанційній формі та супроводжуються оціночними листами (в СДН Moodle), в яких студенти можуть побачити свою оцінку за певними критеріями, а також позначення основних помилок та коментарі до них.

Результати письмово екзамену вказуються на бланках для письмової екзаменаційної роботи (завдання, які виконували студенти) з позначенням усіх помилок, коректної або некоректної відповіді, а також з коментарями, зауваженнями тощо. Екзамен може проводитися у формі тестів та завдань з використанням можливостей СДН Moodle.

7.4. Академічна доброчесність

Політика та принципи академічної доброчесності визначені у розділі 3 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Детальніше: https://kpi.ua/code.

7.5. Норми етичної поведінки

Норми етичної поведінки студентів і працівників визначені у розділі 2 Кодексу честі

Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Детальніше: https://kpi.ua/code.

7.6. Процедура оскарження результатів контрольних заходів

Студенти мають можливість поставити будь-яке питання, яке стосується процедури проведення та/або оцінювання контрольних заходів, та очікувати, що воно буде розглянуто згідно із наперед визначеними процедурами.

Студенти мають право оскаржити результати контрольних заходів, але обов’язково аргументовано, пояснивши, з яким критерієм не погоджуються відповідно до оціночного листа та/або зауважень.

8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

1. Облік виконання завдань та рейтинг студентів здійснюється в СДН Moodle DTSP.KIEV.UA та/або https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=451. Студенти з першого дня вивчення дисципліни створюють особисті профілі в СДН та отримують доступ до всіх матеріалів курсу, в тому числі до правил рейтингової системи та власного журналу оцінок.

2. Рейтинг студента з кредитного модуля розраховується, виходячи із 100-бальної шкали (100% успішності)

R_m = R_s + R_e = 100;

R_s _max = 60; R_emax = 40.

Стартовий рейтинг R_s (семестрова складова) складається з балів, що студент отримує за:

виконання лабораторних(моделювальних завдань);
виконання модульних контрольних робіт;
виконання тематичних контрольних робіт;
виконання розрахунково-графічних робіт (або ДКР);
додаткової активності.

3. Виконання, оформлення і захист звітів про виконання лабораторних робіт (ЛР) (комп’ютерних практикумів), що надають такі рейтингові бали успішності:

Виконання лабораторної роботи (комп’ютерного практикуму)	40%
Оформлення звіту відповідно до вимог	20%
Оформлення звіту з порушеннями	0...10%
Повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації)під час захисту ЛР на поточному або наступному лабораторному занятті	40%
Неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації та деякі помилки) або несвоєчасний захист ЛР	20%
Відповідь з істотними помилками	10%
Незадовільна відповідь	0%

Вклад балів за ЛР в семестрову складову рейтингу - 25%.

Виконання тематичних та модульних контрольних робіт (ТКР та МКР) при ручному оцінюванні:

Повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації)	95…100%
Достатньо повна відповідь (не менше 75% потрібної інформації або незначні неточності)	75…94%
Неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації та деякі помилки)	60...74%
Незадовільна відповідь	0...59%

Вклад в семестрову складову рейтингу балів за ТКР та МКР (теоретичні заняття) - 35%

Вклад в семестрову складову рейтингу балів за виконання тестів та ДЗ (практичні заняття) - 25%

4. Умовою позитивної першої атестації є отримання поточного рейтинги не менше 60% успішності (60 балів) (при умові виконання всіх ТКР та інших планових завдань на час атестації). Умовою позитивної другої атестації – є отримання поточного рейтинги не менше 60% успішності (60 балів) (при умові виконання всіх MКР та інших планових завдань на час атестації).

5. Умовою допуску до екзамену є зарахування всіх лабораторних робіт (комп’ютерних практикумів), розрахункової роботи та стартовий рейтинг не менше 60% успішності (60 балів).

6. На екзамені студенти виконують письмову контрольну роботу. Кожне завдання містить два теоретичних питання і одну розрахункову задачу. Перелік екзаменаційних завдань наведено у MOODLE сайті з дисципліни.

Кожне теоретичне питання оцінюється у 30% від максимальної оцінки за іспит, розрахункова задача оцінюється у 40% успішності.

У підсумку

R_e = 2´30 + 40 = 100% успішності = 40 балів (екзаменаційної складової).

7. Сума стартових балів та балів за екзаменаційну контрольну роботу переводиться до екзаменаційної оцінки згідно з таблицею:

Бали	Оцінка
100…95	Відмінно
94…85	Дуже добре
84…75	Добре
74…65	Задовільно
64…60	Достатньо
Менше 60	Незадовільно
Є не зараховані моделювальні завдання або не зарахована модульна контрольна робота	Не допущено

Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою

Кількість балів	Оцінка
100-95	Відмінно
94-85	Дуже добре
84-75	Добре
74-65	Задовільно
64-60	Достатньо
Менше 60	Незадовільно
Не виконані умови допуску	Не допущено

9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

Опис матеріально-технічного та інформаційного забезпечення дисципліни

Лабораторні роботи виконуються в комп’ютерному класі та спеціалізованій лабораторії 318-17.

В ауд. 318-17 організовано 18 робочих місць. Кожне місце облаштоване персональним комп’ютером, доступом до Ethernet та мережі 220 В для підключення додаткового обладнання, в тому числі генераторів, осцилографів, вольтметрів тощо.
Також на робочому місці можуть бути розтошовані наявні базові блоки на основі модуля СП ADSP-2181-EZ-Kit-Lite та TMDS-TMS-320-C26, які дозволяють ркалізовувати різні алгоритми обробки сигналів і даних, та підключати до них термінальні аудіо-пристрої, апаратуру передачі даних з інтерфейсов RS-232 та створювати канали передачі даних в режимі loopback та між базовими блоками.
Підготовлено шість тригодинних лабораторних роботи.

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено Павлов О. І.;
Ухвалено кафедрою РІ (протокол № від )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № від )