Методы сжатия и передачи медиаданных

Бакалавриат 2024/2025

Статус: Курс по выбору (Прикладная математика и информатика)

Направление: 01.03.02. Прикладная математика и информатика

Кто читает: Департамент больших данных и информационного поиска

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 4-й курс, 3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Преподаватели: Дремин Михаил Витальевич

Язык: русский

Кредиты: 4

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

В течение курса будут рассмотрены алгоритмы сжатия различных типов медиаданных (текст, изображения, видео), причем как классические подходы, так и современные методы с применением машинного обучения. Слушатели курса также познакомятся с тем, как различные медиаданные хранятся в памяти компьютера и научатся базовой обработке изображений и видео. В рамках читаемого курса будет предложено реализовать некоторые алгоритмы сжатия (арифметическое сжатие, фрактальное сжатие и компенсация движения).

Цель освоения дисциплины

Знать основные современные алгоритмы обработки и сжатия медиаданных
Владеть навыками реализации алгоритмов обработки и сжатия медиаданных на языках C/C++ и Python
Владеть навыками программной работы с изображениями и видео
Иметь представление об устройстве видеокодеков
Иметь понимание об избыточности в текстах, изображениях и видео

Планируемые результаты обучения

Уметь разрабатывать алгоритмы и программные системы для обработки и сжатия медиаданных
Уметь участовать в соревнованиях в оптимизации алгоритмов и необходимые для этого навыки исследовательской работы

Содержание учебной дисциплины

Арифметическое сжатие.
Контекстное сжатие (PPM). Современные методы сжатия без потерь.
Базовая работа и изображениями. Алгоритмы сжатия изображений.
Фрактальное сжатие изображений.
Алгоритмы сжатия изображений JPEG и JPEG2000.
Камеры глубины.
Оценка движения в видео и вычисление оптического потока.
Метрики качества видео.
Современные видеокодеки и их оптимизация.
Стереоскопическое 3D видео.

Элементы контроля

Домашнее задание 1
Выдается после блока лекций № 1 и содержит 3 задачи, посвященных реализации базовых алгоритмов кодирования информации: дельта-кодирование, RLE, код Хаффмана. Решение каждой из задач может быть оценено максимум в 10 баллов.
Домашнее задание 2
Выдается после блока лекций № 2 и содержит 4 задач, посвященных реализации продвинутых алгоритмов кодирования информации: код Хаффмана с PPM, LZ77 и LZW, BWT и MTF. Решение каждой из задач может быть оценено максимум в 10 баллов.
Домашнее задание 3
Выдается после блока лекций № 3 и содержит 2 задачи, посвященных реализации алгоритмов кодирования звука: децимация сигналов, быстрое преобразование Фурье. Решение каждой из задач может быть оценено максимум в 10 баллов.
Домашнее задание 4
Выдается после блока лекций № 4 и содержит тест, содержащий вопросы по лекциям, посвященным сжатию звука. Решение теста может быть оценено максимум в 10 баллов.
Домашнее задание 5
Выдается после блока лекций № 5 и содержит 2 задачи, посвященных реализации алгоритмов кодирования изображений: преобразование цветовых пространств, PNG. Решение каждой из задач может быть оценено максимум в 10 баллов.
Домашнее задание 6
Выдается после блока лекций № 6 и содержит 2 задачи, посвященных реализации алгоритмов кодирования изображений: JPEG и вейвлетное преобразование. Решение каждой из задач может быть оценено максимум в 10 баллов.
Домашнее задание 7
Выдается после блока лекций № 7 и содержит 1 задачу, посвященную реализации алгоритма оптического потока Лукаса-Канаде. Решение задачи может быть оценено максимум в 10 баллов.
Домашнее задание 8
Выдается после блока лекций № 8 и содержит 1 задачу, посвященную реализации алгоритмов расчета метрик оценки качества изображений и видео: PSNR, SSIM, MS-SSIM. Решение задачи может быть оценено максимум в 10 баллов.
Домашнее задание 9
Выдается после блока лекций № 9 и содержит тест, содержащий вопросы по лекциям, посвященным 3D видео. Решение теста может быть оценено максимум в 10 баллов.
Домашнее задание 10
Выдается после блока лекций № 10 и содержит тест, содержащий вопросы по лекциям, посвященным картам глубины, интерполяции ракурсов, сжатию 360 видео. Решение теста может быть оценено максимум в 10 баллов.
Экзамен
Экзамен проводится в письменной форме, дистанционно в формате теста. Студент получает вариант теста, который включает в себя шестьдесят вопросов из программы экзамена по всем лекциям курса. Во время подготовки можно использовать любые печатные материалы, но запрещается использовать электронные средства коммуникации. Оценка за экзамен выставляется по 60-балльной шкале на основании количества правильных ответов на вопросы теста. Экзаменационные тесты подготовлены в системе SmartLMS, выдаются на 1 час 45 минут.

Промежуточная аттестация

2024/2025 3rd module
Итог = Округление((0.6 * ДЗ + 0.4 * Э)/(0.6 * ДЗ_макс + 0.4 Э_макс), где ДЗ — суммарная оценка за все задачи в домашних заданиях, Э — оценка за экзамен, ДЗ_макс — максимальная оценка за все задачи в домашних заданиях, Э_макс — максимальная оценка за экзамен.

Список литературы

Авторы

Бардуков Анатолий Андреевич
Кононова Елизавета Дмитриевна

Программа дисциплины