LABORATORIO DI DATI E SISTEMI MULTIMEDIALI

Anno accademico 2018-2019

LABORATORIO DI DATI E SISTEMI MULTIMEDIALI

Docenti:
Micheloni Christian
Martinel Niki
Anno di corso: 1
Totale crediti: 9
Tipologia: Base
Periodo didattico: Secondo Periodo
Lingua insegnamento: ITALIANO
Prerequisiti. Sono prerequisiti del corso la conoscenza della matematica di base (in particolare, logaritmi, esponenziali, derivate, integrali, successioni aritmetiche e geometriche, funzioni in una variabile), delle principali grandezze fisiche e dell’informatica di base (architettura di un elaboratore, sistemi client/server, sistemi operativi, etc.)
Metodi didattici. Il corso è organizzato in lezioni di teoria, lezioni di esercitazioni e lezioni di laboratorio.
Modalità di verifica. Gli studenti sono invitati a svolgere durante il corso specifici assignment (durata di una settimana) finalizzati all’acquisizione delle competenze e conoscenze su quanto illustrato a lezione. A metà corso e al termine del corso sono previste due prove intermedie di valutazione della preparazione acquisita dagli studenti.
Gli studenti avranno a disposizione 5 appelli distribuiti in tre sessioni. In tali appelli la verifica dell’accertamento avverrà mediante prove scritte. Tali prove consisteranno in domande di teoria ed in esercizi pratici.

OBIETTIVI FORMATIVI

La finalità del Corso è quella di fornire allo studente i principi di base delle applicazioni multimediali, introducendolo allo studio e all’analisi dei dati e dei segnali multimediali. Il principale obiettivo formativo è quello di introdurre lo/la studente/essa allo sviluppo di una applicazione o di un sistema multimediale, all’analisi dettagliata delle differenti tipologie di dati utilizzati da un sistema o da una applicazione multimediale e allo studio delle principali tecniche di analisi ed elaborazione di dati multimediali. Il corso sarà basato principalmente su attività di laboratorio nelle quali sarà affrontato lo sviluppo di applicazioni multimediali in accordo alle nozioni teoriche presentate durante le lezioni.

CONTENUTI

Il corso presenterà agli studenti i fondamenti (architettura logica e fisica) dei sistemi multimediali partendo da una breve evoluzione storica. Sarà affrontato il tema della sintesi e dell’analisi di dati multimediali con relativi esempi ed applicazioni. Particolare attenzione durante il Corso sarà attribuita alla comunicazione multimediale in rete. Per la parte di laboratorio sarà effettuata una introduzione al linguaggio di programmazione MATLAB, con definizione dell’ambiente di programmazione e delle sue principali caratteristiche e funzionalità, corredato da specifiche esercitazioni di laboratorio su definizione e analisi di funzioni sinusoidali 1D e 2D, calcolo della media mobile, visualizzazione di vettori/matrici.

Programma Esteso
1. Introduzione – Definizione di sistema multimediale e breve evoluzione storica. Architettura logica e fisica di un sistema multimediale. Multimedia e multiplemedia: definizioni, caratteristiche e computabilità. Sintesi di dati multimediali: applicazioni e principali caratteristiche. Analisi di dati multimediali: esempi di sistemi reali. Comunicazione multimediale in rete: quality of service (QoS), modelli reali di sistemi multimediali, requisiti utente. Introduzione a MATLAB. Presentazione dell’ambiente di programmazione e delle sue principali caratteristiche e funzionalità. Utilizzo efficiente delle strutture dati vettore e matrice. Esercitazioni di laboratorio su definizione e analisi di funzioni sinusoidali 1D e 2D, calcolo della media mobile, visualizzazione di vettori/matrici.
2. Acquisizione di dati multimediali – Sistema uditivo umano e segnali audio. Flusso audio analogico e digitale. Teorema del campionamento 1D e procedure di quantizzazione. Sistema visivo umano e immagini naturali. Immagini analogiche e digitali, immagini multisensoriali (ottiche, infrarosso, acustiche, etc.). Processo di campionamento 2D e quantizzazione, risoluzione spaziale e luminosa di un’immagine, immagini in bianco e nero, a livelli di grigio e a colori. Esercitazioni di laboratorio su campionamento e quantizzazione di segnali audio ed immagini digitali.
3. Rappresentazione dei dati multimediali – Principali formati per la rappresentazione di segnali audio, immagini, video, animazioni e grafica 2D e 3D. La rappresentazione di dati 2D nello spazio del colore: cenni di colorimetria, modelli colorimetrici (RGB, CMY, HSV, YIQ), risoluzione cromatica, quantizzazione cromatica, dispositivi di visualizzazione. Esercizi ed esempi applicativi. Esercitazioni di laboratorio in MATLAB su formati audio e video.
4. Tecniche di codifica audio e codifica video – Tecniche di compressione, rapporto di compressione, entropia, metodi di compressione senza perdita di informazione (lossless). Metodo di Huffman, codifica aritmetica, metodo LZW, metodo RLC. Metodi di compressione con perdita di informazione (lossy): metodo di interpolazione, metodo di quantizzazione, metodo di compressione frattale, trasformata del coseno discreta (DCT). Esercitazioni di laboratorio in MATLAB su tecniche di codifica audio e video.
5. Tecniche di analisi dati – Dati e relazioni tra dati (scale, rappresentazione tramite insiemi e matrici, similarità e dissimilarità). Pre-elaborazione dei dati (tipi di errori, gestione degli errori, filtraggio trasformazione dei dati e loro fusione). Visualizzazione dei dati (diagrammi, PCA). Correlazione e dipendenza. Regressione (lineare, cross-validazione, selezione dei dati). Stima e classificazione. Esercizi di laboratorio in MATLAB su tecniche di analisi dei dati.

TESTI DI RIFERIMENTO

[1] D. Sciuto, G. Buonanno e L. Mari, Introduzione ai sistemi informatici, Quinta Edizione, McGraw-Hill, 2014.
[2] T. A. Runkler, Data Analytics: Models and Algorithms for Intelligent Data Analysis, Springer Verlag, 2012.
[3] A.S. Tanembaum, D.J. Wetherall, Reti di Calcolatori, (Quinta Edizione), Pearson, 2011.