《数据压缩与编码》课程教学大纲1

《数据压缩》课程教学大纲Data Compression课程编号：适用专业：电子学院本科各专业学时数：学分数：执笔者：白耀辉编写日期：2006年3月一、课程的性质和目的《数据压缩》课程是通信工程、电子信息等专业的选修课。

数据压缩是信息论的重要分支，是一门信息处理的科学和技术。

它在通信和计算机工程实践中得到了广泛的应用，成为通信系统设计中的一项通用技术。

课程以信号和信道的知识为基础，讲述信息论的基本概念、信道编码和伪随机码的基本知识。

通过讲解编码技术使学生掌握提高信道传输的“有效性”和“可靠性”的基本理论。

数据压缩是信源编码的基本内容，使用数据压缩技术能提高数据传输效率与频带利用率，节省存储空间。

通过本课程的学习，使学生对编码技术与数据压缩技术有较深入的理解，为今后工作实践打下良好的基础。

二、课程的教学内容和学时分配(一)数据压缩的基本概念（2学时）1.了解什么是数据压缩。

2.数据压缩的必要性。

3.数据压缩技术的分类和一般方法。

4.数据压缩的标准和应用。

（二）信源的数字化与压缩系统（4学时）1.理解取样与取样定理。

2.理解标量量化的基本原理。

3.理解矢量量化的基本原理。

4.了解信号压缩系统的性能评价方法。

（三）理论极限与基本途径（4学时）1.理解离散无记忆信源的概念。

2.理解联合信源的概念，以及联合熵与条件熵的概念。

3.理解随机序列与极限熵的概念。

4.了解率失真理论。

（四）统计编码（4学时）1.理解编码器的数学描述。

2.理解霍夫曼编码与霍夫曼编码的构造。

3.理解Colomb编码与通用变长码。

4．理解游程编码与算术编码（五）预测编码（8学时）1.理解最佳线性预测的概念。

2.理解语音信号的预测编码。

3.理解静止图像的预测编码。

4.理解活动图像的预测编码。

（六）变换编码（4学时）1.了解变换编码的基本原理与离散正交变换。

2.理解图像的正交变换编码。

（七）分析——综合编码（4学时）1.理解子带分析与子带编码。

《信息压缩与编码技术》课程教学大纲课程编号：课程名称：信息压缩与编码技术课程英文名：Information compress and coding technology课程类别：本科专业必修课先修课程要求：概率统计与随机过程教学安排：总学时54学时授课对象：电子信息工程专业本科生一、教学目的电子信息工程专业本科生的专业必修课程。

本课程不仅本身具有很强的实践性，而且是通信原理、纠错编码原理和信源编码（即数据压缩原理）等课程的基础。

通过本课程的学习，应该使学生：1、系统地理解信息论的基本概念和基本规律。

2、学习本课程，应使学生具备分析一般通信系统的规律和掌握如何提高通信系统的可靠性、有效性的能力。

3、学习本课程，应使学生具备学习后续相关课程的能力。

二、课程简介该课程是一门专业基础理论课，为本科生学习现代通信理论、控制理论等提供必要的基础理论知识。

本课程的主要任务是应用概率论、随机过程和数理统计的方法，研究信息的存储、传输和处理中的一般规律。

主要研究如何提高信息系统的可靠性、有效性、保密性和认证性，以使信息系统最优化。

本课程系统地讲述信息论的基本理论，主要内容有：信息及信息的度量，离散信源和连续信源的信息熵，信道与信道容量，信源编码和信道编码定理，以及常用的几种信息压缩与编码的方法。

三、教学内容第一章绪论（3课时）1、掌握信息论的概念、研究目的和研究对象。

2、区分信号、信息、消息、情报等概念。

3、了解信息论的发展简史。

第二章离散信源及其信息测度（12课时）1、信源的数学模型及分类2、离散信源的自信息3、信息熵4、信息熵的基本性质5、离散无记忆的扩展信源6、离散平稳信源的数学定义7、二维平稳信源及其信息熵8、离散平稳信源的极限熵9、马尔可夫信源的定义10、马尔可夫信源的信息熵11、信源剩余度与自然语言的熵第三章离散信道及其信道容量（15课时）1、信道的数学模型及分类2、信道疑义度3、平均互信息4、平均条件互信息5、平均互信息的特性6、信道容量及其一般计算方法7、离散无记忆扩展信道及其信道容量8、独立并联信道及其信道容量9、串联信道的互信息和数据处理定理第四章无失真信源编码（12课时）1、编码器2、等长码3、等长信源编码定理4、变长码5、唯一可译变长码与即时码6、即时码的树图构造法7、克拉夫特（Kraft）不等式8、唯一可译变长码的判断法9、变长信源编码定理10、霍夫曼（Huffman）码11、费诺（Fano）码12、香农—费诺—埃利斯码13、MH编码14、算术编码15、LZ码第五章有噪信道编码（9课时）1、错误概率和译码规则2、错误概率与编码方法3、有噪信道编码定理4、纠错码的基本思想和汉明码复习及小结：3课时四、教材1、面向21世纪高等学校电子信息类教材《信息论—基础理论与应用》傅祖芸编著电子工业出版社2001年五、主要教学参考资料1、《信息论与编码》姜丹编著中国科学技术大学出版社2、《信息论与编码》陈运等编著电子工业出版社3、《信息论与编码》曹雪虹编著北京邮电大学出版社4、《信息科学原理》钟信义编著北京邮电大学出版社5、《纠错码与纠错控制》王新梅编著人民邮电出版社信息工程学院电子信息工程系（执笔者：袁慧梅）。

数据压缩与编码方法在现代科技和信息时代，数据的压缩和编码是非常重要的技术。

数据压缩是指通过一系列算法和技术将数据量减少到最小，以节省存储空间和传输带宽。

数据编码是指将数据转换为特定的编码形式，以便于传输、存储和处理。

数据压缩可以分为两类：有损压缩和无损压缩。

有损压缩是指通过牺牲一部分数据的精度和信息来达到压缩的目的，适用于对数据精度要求不高或者重要性较低的场景。

无损压缩是指通过算法和技术将数据降低到最小，但不丢失任何信息，适用于对数据精度要求较高或者重要性较高的场景。

常见的数据压缩和编码方法包括：1. Huffman编码：Huffman编码是一种无损的字符串编码算法，通过统计字符出现频率，构建最优二叉树来表示字符的编码。

常用于文本、图像和音频等数据的压缩。

2. Lempel-Ziv压缩：Lempel-Ziv压缩是一种无损的字典压缩算法，将数据转换为序列，每个序列都会在字典中查找。

常用于文本和图像等数据的压缩。

3. Run-Length编码：Run-Length编码是一种简单的无损压缩算法，通过计算连续重复的数据序列的长度，以及该序列中第一个数据的值，来代替原来的序列。

常用于图像和视频等数据的压缩。

4. Burrows-Wheeler变换：Burrows-Wheeler变换是一种无损数据压缩算法，通过重新排列数据的顺序，使得相同的字符连在一起，从而提高数据的压缩效率。

常用于文本的压缩。

5.移位编码：移位编码是一种无损的数据压缩算法，通过移位和位操作来对数据进行编码和解码。

常用于图像和视频等数据的压缩。

6.算术编码：算术编码是一种无损的数据压缩算法，通过将数据映射到一个区间，利用区间的精细划分来表示数据。

常用于文本和图像等数据的压缩。

数据压缩和编码方法的选择取决于数据类型、压缩比要求、处理速度等因素。

不同的方法在不同的场景下都有其适用性和优势。

随着科技和信息技术的不断发展，数据压缩和编码方法也在不断演化和创新。

小学信息科技数据与编码教学大纲1. 引言信息科技已经成为现代社会中不可或缺的一部分，信息的获取和处理对于个人和社会的发展起着重要作用。

小学阶段是孩子接触信息科技的关键时期，通过信息科技数据与编码的教学，可以培养孩子的逻辑思维、问题解决能力和创新精神。

本教学大纲旨在规划小学阶段信息科技数据与编码的教学内容，帮助教师系统地指导学生进行学习与实践。

2. 教学目标本教学大纲的教学目标主要包括以下几个方面： - 培养学生对信息科技的兴趣和好奇心，增强信息科技的学习动力； - 培养学生的数据处理能力，包括数据的获取、整理、分析和展示等； - 培养学生的编码能力，培养逻辑思维和问题解决能力；- 培养学生的团队合作能力和创新能力。

3. 教学内容和进度安排第一学期单元一：信息科技基础•学习目标：了解信息科技的基本概念和发展历程，培养对信息科技的兴趣。

•学习内容：–信息科技的定义和作用；–信息科技的发展历程；–信息科技在生活中的应用案例。

单元二：数据的获取与整理•学习目标：学会获取和整理数据，培养数据处理和分析的能力。

•学习内容：–数据的来源和获取方式；–数据的整理和清洗；–数据可视化的方法和工具。

第二学期单元三：编码基础•学习目标：了解编码的基本概念和原理，掌握基本的编码方法。

•学习内容：–二进制和十进制的转换；–逻辑运算和布尔代数；–编码的原理和应用。

单元四：编码实践•学习目标：运用编码和逻辑思维解决实际问题，培养创新能力和问题解决能力。

•学习内容：–使用Scratch等编程语言进行编码实践；–制作简单的动画和游戏；–进行编程项目实践，如制作智能小车等。

4. 教学方法为了达到教学目标，本教学大纲提出了以下教学方法： - 针对信息科技基础的学习，采用讲授和案例分析相结合的方式，引导学生思考信息科技的发展和应用。

- 针对数据的获取与整理，采用实践和探究的方式，让学生亲自尝试获取和整理数据，并使用数据可视化工具展示数据。

多媒体信息处理中的数据压缩与编码第一章引言多媒体信息处理已经成为现代社会中不可或缺的重要组成部分。

从音频到视频，从图像到动画，多媒体数据的处理与传输在我们的生活和工作中起着至关重要的作用。

然而，多媒体数据具有复杂的特性，包括大量的数据量和高带宽要求。

为了高效地传输和储存这些数据，数据压缩和编码在多媒体信息处理中变得尤为重要。

本文将重点讨论多媒体数据压缩和编码的原理、方法和应用。

第二章数据压缩理论数据压缩是通过减少数据量来提高传输和储存效率的一种技术。

在多媒体数据中，数据压缩是必不可少的，因为多媒体数据通常具有高存储和传输要求。

本章将介绍数据压缩的理论基础，包括无损压缩和有损压缩的原理，并介绍常用的压缩算法，如哈夫曼编码、算术编码和字典编码等。

第三章音频数据压缩与编码音频数据压缩与编码是多媒体信息处理中的重要内容。

由于音频数据具有大量的冗余信息，通过适当的压缩和编码方法可以大大减少数据量。

本章将介绍音频数据压缩和编码的常用方法，包括声波编码、脉冲编码调制和自适应预测编码等。

第四章图像数据压缩与编码图像数据压缩与编码是多媒体信息处理中另一个重要的领域。

图像数据通常具有高维度和复杂性，因此需要高效的压缩和编码方法来降低数据量并保持图像质量。

本章将介绍图像数据压缩和编码的常用方法，如离散余弦变换、小波变换和预测编码等。

第五章视频数据压缩与编码视频数据是多媒体信息处理中最复杂的数据类型之一。

它由连续的图像序列组成，需要处理大量的数据并保持连续性和流畅性。

本章将介绍视频数据压缩和编码的常用方法，包括运动估计、空间和时间预测、变换编码和熵编码等。

第六章应用和未来发展数据压缩与编码在多媒体信息处理中有着广泛的应用。

从手机上的音乐文件到高清电影的传输，数据压缩和编码技术为我们提供了高效的信息传输和储存方式。

未来，随着多媒体技术的不断发展，数据压缩和编码技术也将继续进步和创新，以适应更高要求的多媒体数据处理。

结论多媒体信息处理中的数据压缩与编码是实现高效传输和储存的关键技术之一。

《数据压缩》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解数据压缩的基本概念，掌握数据压缩的基本原理。

2. 学会使用常见的压缩和解压缩工具，了解不同的压缩格式。

3. 掌握一些常见的压缩算法，能够根据实际需求选择合适的压缩方法。

二、教学重难点1. 教学重点：数据压缩的基本原理和常见的压缩格式。

2. 教学难点：不同压缩算法的选择和应用，以及压缩和解压缩过程中的实际问题处理。

三、教学准备1. 准备相关的PPT课件，包含图片、视频和音频等素材。

2. 准备压缩和解压缩工具软件，如WinRAR、7-Zip等。

3. 准备一些常见的压缩文件，如ZIP、RAR等。

4. 准备一些实际案例，用于教学演示和实践操作。

四、教学过程：本节课的教学过程主要分为五个环节，分别是课前预习、新课导入、知识讲解、实践操作和课堂小结。

1. 课前预习：在课前布置预习任务，让学生自行了解数据压缩的基本概念和常见压缩算法。

可以通过布置作业或者在线平台进行预习。

2. 新课导入：首先通过一个小型互动游戏来展示数据压缩的实际应用，引发学生兴趣。

同时，简单介绍数据压缩的重要性，引入本节课的主题。

3. 知识讲解：通过图文并茂的方式详细介绍数据压缩的基本原理和方法，包括有损压缩和无损压缩两种类型。

同时，介绍常见的压缩算法如RAR、ZIP等。

4. 实践操作：组织学生进行实践操作，尝试使用常见的压缩软件进行文件压缩和解压操作，让学生亲身体验数据压缩的过程。

教师进行指导，解答学生操作过程中遇到的问题。

5. 课堂小结：对本节课所学的知识进行总结，强调重点和难点。

同时，鼓励学生分享自己的心得体会和收获，增强学习效果。

6. 课后拓展：布置课后作业，要求学生自行选择一种压缩算法进行实践操作，巩固所学知识。

同时，推荐一些相关的阅读材料和网站，鼓励学生继续深入学习数据压缩相关知识。

教学设计方案（第二课时）一、教学目标1. 理解数据压缩的基本概念和原理。

2. 掌握常见的数据压缩格式和算法。

《数字据压缩》实验指导书北方民族大学电气信息工程系2012年5月目录《数据压缩》实验教学大纲 (3)实验一RL编码解码 (5)实验二HUFFMAN编码算法 (6)实验三LZW编码与解码算法 (8)实验四JPEG2000编码解码 (9)实验五H.264/A VC编码解码 (13)《数据压缩》实验教学大纲(供信息工程本科专业使用)适用专业：通信工程、信息工程课程类别：专业任选课课程性质：选修课实验类别：专业实验一、学时与学分1.课程总学时：462.课程总学分：23.实验学时：104.实验学分：0二、实验教学目标与基本要求本课程是理论性较强的课程，实验教学可以加深学生对理论教学的理解，提高学习的兴趣和动手能力，为将来进一步有关数据压缩知识的学习与使用打下基础。

设置《数据压缩》实验的目的是要让学生掌握数据压缩方法的经典算法；其主要任务是使学生深入理解和掌握几种数据压缩技术及这些技术在视频标准中的综合应用。

三、实验内容实验内容主要包括：实验一RL编码。

设计RL编码的流程，并写出程序，能够将输入的数据进行RL编码，并输出结果。

实验二HUFFMAN编码与解码算法。

设计HUFFMAN编码的流程，并写出程序，能够将输入的数据进行HUFFMAN编码，并输出结果。

实验三LZW编码与解码算法。

设计LZW编码的流程，并写出程序，能够将输入的数据进行LZW 编码，并输出结果。

实验四JPEG2000编码解码。

在ICETEK-DM642-PCI板上实现JPEG2000编码解码，将摄入的视频图像首先进行编码，产生JPEG压缩图，再由解码程序处理此压缩图，生成解压图像送显示设备显示，并理解各种数据压缩技术在其中的综合应用。

实验五H.264/AVC编码解码。

H.264/A VC编码解码。

在JM8.4视频标准测试模型上，实现Foreman.qcif等视频序列的编码解码，再修改一些基本参数，查看结果，并理解各种数据压缩技术在其中的综合应用。

数据压缩技术一、课程标准中的相关内容1．认识多媒体技术对人类生活、社会发展的影响2．初步了解多媒体信息采集、加工原理3．掌握应用多媒体技术促进交流并解决实际问题的思想与方法二、教学目标1．知识与技能①理解压缩的含义②理解实现数据压缩的条件③分别了解无损压缩和有损压缩④了解无损压缩的简单原理⑤初步掌握二叉树编码2．过程与方法①通过阅读、观察、探索等方式理解数据压缩技术②设计一系列渐进式问题引导学生自主探究。

3．情感态度与价值观①理解和领悟交流的乐趣②培养分析能力和信息归纳能力③加深对本学科的技术分支认识三、学生分析本课的教学对象是高中一年级的学生。

学生通过在初中阶段的系统学习，已经地掌握了一定信息处理能力，如文本处理，图像处理，压缩处理等，但大部分学生对此多局限于操作层面，与原理上的理解认知并不同步。

特别是对于技术层面较高的知识，学生之间的差异就更大了。

本课时对操作和理解原理能力同步性要求较高，为了让学生能够顺利的完成任务，获得成就感，任务的设计必须有一定的层次关系，且有充足的学习资源配套使用。

四、教材分析本内容选自选修2《多媒体技术应用》第3.2.6节《数据压缩技术》（P46）。

高中阶段的课程，尤其是选修模块，较初中阶段更强调理论与实践的结合——已不是单纯的熟练操作，还应从原理上去把握技术的实质，这也体现了课标中“原理性”的要求。

对于数据压缩技术，其实很多学生使用计算机的时候都在不知不觉中享受着它带来的便利，只是他们对此并没有足够的认识而已。

课本对数据压缩技术的介绍概括性较强。

如果仅仅照本宣科的话，学生的理解是有一定困难的，也容易让他们对原理性的知识产生抗拒感。

经过对教材的多次梳理，我确定了教学的重点为数据压缩技术的概念、类型和实现条件；难点为二叉树编码的原理。

五、教学重点难点1.教学重点：①压缩的概念与实现条件②压缩的两种基本类型——无损压缩和有损压缩2.教学难点：①理解压缩实现的原理②初步掌握二叉树编码六、教学策略新课程标准中特别强调从问题解决出发，让学生亲历处理信息、开展交流、相互合作的过程。