信息论与编码课程设计报告

信息与编码论课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解信息与编码的基本概念，掌握不同编码方式的特点及应用场景。

2. 学生能掌握二进制、十进制等数制转换方法，并运用这些方法进行编码和解码。

3. 学生了解信息安全的基本原理，认识到保护信息的重要性。

技能目标：1. 学生具备运用二进制进行简单计算和信息编码的能力。

2. 学生能够运用所学知识，分析并解决实际问题，例如：设计一个简单的加密和解密程序。

3. 学生能够通过合作与交流，共同探讨信息与编码的应用，提高团队协作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对信息科学的兴趣，激发探究精神，树立创新意识。

2. 学生认识到信息与编码在科技发展和社会生活中的重要作用，增强社会责任感。

3. 学生在合作交流中，学会尊重他人，培养良好的沟通能力和团队协作精神。

课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，旨在帮助学生掌握信息与编码的基本知识，提高实际操作能力。

学生特点：六年级学生具有一定的逻辑思维能力和自主学习能力，对新鲜事物充满好奇，喜欢探索和挑战。

教学要求：注重启发式教学，引导学生主动参与，培养实践操作能力；关注学生个体差异，因材施教，提高教学质量。

通过分解课程目标为具体学习成果，使学生在课程学习中获得全面、均衡的发展。

二、教学内容1. 信息与编码基本概念：介绍信息的定义、特性及编码的必要性；讲解不同编码方式（如：文字编码、图像编码、声音编码等）及其应用场景。

教材章节：第一章 信息与编码基本概念2. 数制转换：重点讲解二进制与十进制的转换方法，拓展至其他进制转换；通过实例分析，使学生掌握数制转换在实际应用中的运用。

教材章节：第二章 数制转换及其应用3. 编码与解码：以二进制编码为例，讲解编码和解码的基本原理；引导学生运用所学知识进行简单的编码与解码实践。

教材章节：第三章 编码与解码技术4. 信息安全：介绍信息安全的基本原理，如加密、解密、数字签名等；通过案例分析，使学生了解信息安全在现实生活中的重要性。

中南大学信息论编码实验报告题目信息论编码学生姓名汤思远指导教师张祖平学院信息院学号 090912052专业班级电子1班完成时间 14/12/5实验一 关于信源熵的实验一、实验目的1. 掌握离散信源熵的原理和计算方法。

2. 熟悉matlab 软件的基本操作，练习使用matlab 求解信源的信息熵。

3. 自学图像熵的相关概念，并应用所学知识，使用matlab 或其他开发工具求解图像熵。

4. 掌握Excel 的绘图功能，使用Excel 绘制散点图、直方图。

二、实验原理1. 离散信源相关的基本概念、原理和计算公式产生离散信息的信源称为离散信源。

离散信源只能产生有限种符号。

随机事件的自信息量I （x i ）为其对应的随机变量x i 出现概率对数的负值。

即：I （x i ）= -log 2 p (x i )随机事件X 的平均不确定度（信源熵）H （X ）为离散随机变量x i 出现概率的数学期望，即：∑∑-==i ii i i i x p x p x I x p X H )(log )()()()(2. 信源的信息熵设信源符号集X ={a1，a2，…，ar}，每个符号发生的概率分别为p (a1)=p 1，p (a2)=p 2，…，p (ar)，即信源的概率空间为，⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡)(...... )2(2 )1(1ar p ar a p a a p a P X 则该信源的信源熵为：H (X ) = - p (a1) log p (a1) –p (a2) log p (a2) –…–p (ar) log p (ar)3. 信道的数学模型与相关熵的计算• 单符号离散无噪声无损信道的信道容量 ()max (;)bit/i p x C I X Y =信道符号4. MATLAB 二维绘图用matlab 中的命令plot(x , y )就可以自动绘制出二维图来。

例1-2，在matlab 上绘制余弦曲线图，y = cos x ，其中0 ≤ x ≤ 2π。

吉林建筑大学电气与电子信息工程学院信息理论与编码课程设计报告设计题目：哈夫曼编码的分析与实现专业班级：电子信息工程101学生姓名：学号：指导教师：吕卅王超设计时间：2013.11.18－2013.11.29一、设计的作用、目的《信息论与编码》是一门理论与实践密切结合的课程,课程设计是其实践性教学环节之一，同时也是对课堂所学理论知识的巩固和补充。

其主要目的是加深对理论知识的理解，掌握查阅有关资料的技能，提高实践技能，培养独立分析问题、解决问题及实际应用的能力。

通过完成具体编码算法的程序设计和调试工作，提高编程能力，深刻理解信源编码、信道编译码的基本思想和目的，掌握编码的基本原理与编码过程，增强逻辑思维能力，培养和提高自学能力以及综合运用所学理论知识去分析解决实际问题的能力，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法二、设计任务及要求通过课程设计各环节的实践，应使学生达到如下要求：1. 理解无失真信源编码的理论基础，掌握无失真信源编码的基本方法；2. 掌握哈夫曼编码/费诺编码方法的基本步骤及优缺点；3. 深刻理解信道编码的基本思想与目的，理解线性分组码的基本原理与编码过程；4. 能够使用MATLAB 或其他语言进行编程，编写的函数要有通用性。

三、设计内容一个有8个符号的信源X ，各个符号出现的概率为：编码方法：先将信源符号按其出现的概率大小依次排列，并取概率最小的字母分别配以0和1两个码元（先0后1或者先1后0，以后赋值固定），再将这两个概率相加作为一个新字母的概率，与未分配的二进制符号的字母重新排队。

并不断重复这一过程，直到最后两个符号配以0和1为止。

最后从最后一级开始，向前返回得到各个信源符号所对应的码元序列，即为对应的码字。

哈夫曼编码方式得到的码并非唯一的。

在对信源缩减时，两个概率最小的符号合并后的概率与其他信源符号的概率相同时，这两者在缩减中的排序将会导致不同码字，但不同的排序将会影响码字的长度，一般讲合并的概率放在上面，12345678,,,,,()0.40.180.10.10.070.060.050.04X x x x x x x x x P X ⎡⎤⎧⎫=⎨⎬⎢⎥⎣⎦⎩⎭这样可获得较小的码方差。

信息论与编码课程设计报告设计题目：统计信源熵与香农编码专业班级：学号：学生姓名：指导老师：教师评分：2015年3月24日目录一、设计任务与要求 (3)二、设计思路 (3)三、设计流程图 (4)四、程序运行及结果 (5)五、心得体会 (6)参考文献 (7)附录：源程序 (7)一、设计任务与要求1、统计信源熵要求：统计任意文本文件中各字符（不区分大小写）数量 ,计算字符概率 ,并计算信源熵。

2、香农编码要求：任意输入消息概率 ,利用香农编码方法进行编码 ,并计算信源熵和编码效率。

二、设计思路1、统计信源熵在VC++环境中进行编程：（1）打开一篇文章 ,将26个英文字母作为信源。

（2）计算每个字母出现的次数（不区分大小写） ,再通过计算信源总大小来计算在本篇文章中每个字母出现的频率。

（3）通过信源熵计算公式来计算信源熵。

2、香农编码设计思路香农编码主要是通过一系列步骤支出平均码长与信源之间的关系 ,同时是平均码长达到极限值 ,即选择的每个码字的长度k 满足下式： I （x ）≤k ＜I(x)+1 具体步骤如下：a 、将信源消息符号按其出现的概率大小依次排列为：p1≥p2≥…≥pnb 、确定满足下列不等式的整数码长k 为：-lb(pi) ≤k ≤-lb(pi)+1c 、为了编成唯一可译码 ,计算第i 个消息的累加概率：pi =∑p (ak )i−1k=1d 、将累加概率Pi 变换成二进制。

e 、取Pi 二进制数的小数点后Ki 位即为该消息符号的二进制码字。

在香农编码中对于求解编码效率主要是依靠这个公式：R=H(X)/K,其中k =∑p (ai )ki n i=1对于求解信源熵主要依靠公式：H （X ）=−∑p (xi )logp(xi)ni=1三、设计流程图1、统计信源熵：↓↓↓↓2、香农编码：↓↓↓↓↓↓↓四、程序运行及结果1、统计信源熵：2、香农编码：五、心得体会通过本次课程设计的练习,进一步巩固了信源熵、信源编码的基本原理,基本上掌握了编码方法,对编程软件的使用得到了很大的熟悉,有效增强了自主设计、编程调试的开发能力,同时也大大提高了本身的实践创新能力。

目录一：实验原理----------------------------1二：程序源代码--------------------------1三：实验分析-----------------------------6四：实验结论---------------------------7赫夫曼编码一：实验原理哈夫曼编码的具体步骤归纳如下：① 概率统计（如对一幅图像，或m幅同种类型图像作灰度信号统计），得到n个不同概率的信息符号。

② 将n个信源信息符号的n个概率，按概率大小排序。

③ 将n个概率中，最后两个小概率相加，这时概率个数减为n-1个。

④ 将n-1个概率，按大小重新排序。

⑤ 重复③，将新排序后的最后两个小概率再相加，相加和与其余概率再排序。

⑥ 如此反复重复n-2次，得到只剩两个概率序列。

⑦ 以二进制码元(0.1)赋值，构成哈夫曼码字。

编码结束。

哈夫曼码字长度和信息符号出现概率大小次序正好相反，即大概信息符号分配码字长度短，小概率信息符号分配码字长度长。

C、哈夫曼编码的特点(1)哈夫曼编码的构造顺序明确，但码不是唯一的(因以大赋1还是小的赋1而异；(2)哈夫曼编码的字长参差不齐，硬件实现不方便；(3)只有在概率分布很不均匀时，哈夫曼编码才有显著的效果，而在信源分布均匀时，一般不使用哈夫曼编码。

二：程序源代码：#define MAXVALUE 10000#define MAXLEAF 30#define MAXNODE 59#define MAXBIT 10#define LENTH 30#include "stdio.h"#include<iostream>typedef struct{float gailv;int flag;int parent;int lchild;int rchild;char ch;int t;}HNodeType;typedef struct{int bit[MAXBIT];int start;}HCodeType;typedef struct{float gailv;char letter;}mytype; /*it's the type of data save in file*/typedef struct filehuff{int count;mytype mydata[MAXLEAF];filehuff(){count=0; };};filehuff filedata;char code[MAXVALUE];HNodeType HuffNode[MAXNODE];void savetofile(){FILE *fp;if((fp=fopen("datafile.txt","wb"))==NULL){printf("打开失败 ....");return;}if(fwrite(&filedata,sizeof(filedata),1,fp)!=1) printf("写入文件失败 ....");fclose(fp);}void openfile(){ FILE *fp;if((fp=fopen("datafile.txt","rb"))==NULL){return;}fread(&filedata,sizeof(filedata),1,fp);}void translate(){char c;int i,j,k=0,m,n=0;printf("请输入你想要译码的二进制序列 ");printf("\n");getchar();scanf("%c",&c);for(i=0;(i<MAXVALUE)&&(c=='1'||c=='0');i++){ code[i]=c;scanf("%c",&c);}printf("对应的信源符号为：");for(j=0;j<=MAXVALUE&&HuffNode[j].parent!=-1;j++) m=j+1;for(j=0,k=m;j<=i;j++){if(code[j]=='0'){n=HuffNode[k].lchild;if(n==-1){printf("%c",HuffNode[k].ch);k=m;j--;continue;}k=n;}else{n=HuffNode[k].rchild;if(n==-1){printf("%c",HuffNode[k].ch);k=m;j--;continue;}k=n;}}}void Huffman(){HCodeType HuffCode[MAXLEAF],cd;int i,j,m1,m2,x1,x2,c,p,m;if(filedata.count==0){ printf("\n输入信源符号总数 : ");scanf("%d",&m);filedata.count=m;for(i=0;i<2*m-1;i++){ HuffNode[i].gailv=0;HuffNode[i].parent=-1;HuffNode[i].flag=0;HuffNode[i].lchild=-1;HuffNode[i].rchild=-1;HuffNode[i].ch='a';}for(i=0;i<m;i++){ printf("请输入 (概率,信源符号):");scanf("%f %c",&HuffNode[i].gailv,&HuffNode[i].ch); filedata.mydata[i].gailv=HuffNode[i].gailv; filedata.mydata[i].letter=HuffNode[i].ch;savetofile();}}else{ m=filedata.count;for(i=0;i<2*m-1;i++){ HuffNode[i].gailv=0;HuffNode[i].parent=-1;HuffNode[i].flag=0;HuffNode[i].lchild=-1;HuffNode[i].rchild=-1;HuffNode[i].ch=3;}for(i=0;i<m;i++){ HuffNode[i].gailv=filedata.mydata[i].gailv;HuffNode[i].ch=filedata.mydata[i].letter;}}for(i=0;i<m-1;i++){ m1=m2=MAXVALUE;x1=x2=0;for(j=0;j<m+i;j++){ if(HuffNode[j].gailv<m1&&HuffNode[j].flag==0){ m2=m1;x2=x1;m1=HuffNode[j].gailv;x1=j;}else if(HuffNode[j].gailv<m2&&HuffNode[j].flag==0){ m2=HuffNode[j].gailv;x2=j;}}HuffNode[x1].parent=m+i;HuffNode[x2].parent=m+i;HuffNode[x1].flag=1;HuffNode[x2].flag=1;HuffNode[m+i].gailv=HuffNode[x1].gailv+HuffNode[x2].gailv;HuffNode[m+i].lchild=x1;HuffNode[m+i].rchild=x2;}for(i=0;i<m;i++){ cd.start=m-1;c=i;p=HuffNode[c].parent;while(p!=-1){ if(HuffNode[p].lchild==c)cd.bit[cd.start]=0;else cd.bit[cd.start]=1;cd.start--;c=p;p=HuffNode[c].parent;}for(j=cd.start+1;j<m;j++)HuffCode[i].bit[j]=cd.bit[j]; HuffCode[i].start=cd.start;}printf("对应的赫夫曼编码如下：");printf("\n信源符号概率编码\n");for(i=0;i<m;i++){printf("%c %f ",HuffNode[i].ch,HuffNode[i].gailv); for(j=HuffCode[i].start+1;j<m;j++)printf("%d",HuffCode[i].bit[j]);printf("\n");}printf("按任意键继续......\n");}main(){char yn;printf("\n");printf("\n");printf(" 信息论与编码实验 \n");openfile();Huffman();for(;;){printf("\n是否想要把序列译码为信源符号 ?: (输入 y or n) "); scanf("%c",&yn);if(yn=='y'||yn=='Y')translate();elsebreak;}return 0;system("pause");}三：实验分析编码实例如下：由图中可以看出，符合基本的赫夫曼编码的原理，概率大的用短码，概率小的用长码。

福建农林大学计算机与信息学院信息工程类信息论与编码课程实验报告实验项目列表实验名称1：信源建模一、实验目的和要求（1）进一步熟悉信源建模；（2）掌握MATLAB程序设计和调试过程中数值的进制转换、数值与字符串之间的转换等技术。

二、实验内容（1）假设在一个通信过程中主要传递的对象以数字文本的方式呈现。

（2）我们用统计的方式，发现这八个消息分别是由N1，N2，…，N8个符号组成的。

在这些消息是中出现了以下符号（符号1，符号2，…，符号M）每个符号总共现了（次数1，次数2，…，次数M）我们认为，传递对象的信源模型可表示为：X为随机变量（即每次一个字符）；取值空间为：（符号1，符号2，…，符号M）；其概率分布列为：（次数1/（N1+…+N8），…，次数M/( N1+…+N8）)三、实验环境硬件：计算机软件：MATLAB四、实验原理图像和语声是最常用的两类主要信源。

要充分描述一幅活动的立体彩色图像，须用一个四元的随机矢量场X(x，y，z，t），其中x，y，z为空间坐标；t 为时间坐标；而X是六维矢量，即表示左、右眼的亮度、色度和饱和度。

然而通常的黑白电视信号是对平面图像经过线性扫描而形成。

这样，上述四元随机矢量场可简化为一个随机过程X(t）。

图像信源的最主要客观统计特性是信源的幅度概率分布、自相关函数或功率谱。

关于图像信源的幅度概率分布，虽然人们已经作了大量的统计和分析，但尚未得出比较一致的结论。

至于图像的自相关函数，实验证明它大体上遵从负指数型分布。

其指数的衰减速度完全取决于图像类型与图像的细节结构。

实际上，由于信源的信号处理往往是在频域上进行，这时可以通过傅里叶变换将信源的自相关函数转换为功率谱密度。

功率谱密度也可以直接测试。

语声信号一般也可以用一个随机过程X（t）来表示。

语声信源的统计特性主要有语声的幅度概率分布、自相关函数、语声平均功率谱以及语声共振峰频率分布等。

实验结果表明语声的幅度概率分布可用伽玛（γ）分布或拉普拉斯分布来近似。

信息论与编码实验报告一、实验目的信息论与编码是一门涉及信息的度量、传输和处理的学科，通过实验，旨在深入理解信息论的基本概念和编码原理，掌握常见的编码方法及其性能评估，提高对信息处理和通信系统的分析与设计能力。

二、实验原理（一）信息论基础信息熵是信息论中用于度量信息量的重要概念。

对于一个离散随机变量 X，其概率分布为 P(X) ＝｛p(x1)， p(x2)，， p(xn)｝，则信息熵H(X) 的定义为：H(X) ＝∑p(xi)log2(p(xi)）。

（二）编码原理1、无失真信源编码：通过去除信源中的冗余信息，实现用尽可能少的比特数来表示信源符号，常见的方法有香农编码、哈夫曼编码等。

2、有噪信道编码：为了提高信息在有噪声信道中传输的可靠性，通过添加冗余信息进行纠错编码，如线性分组码、卷积码等。

三、实验内容及步骤（一）信息熵的计算1、生成一个离散信源，例如信源符号集为{A, B, C, D}，对应的概率分布为{02, 03, 01, 04}。

2、根据信息熵的定义，使用编程语言计算该信源的信息熵。

（二）香农编码1、按照香农编码的步骤，首先计算信源符号的概率，并根据概率计算每个符号的编码长度。

2、确定编码值，生成香农编码表。

（三）哈夫曼编码1、构建哈夫曼树，根据信源符号的概率确定树的结构。

2、为每个信源符号分配编码，生成哈夫曼编码表。

（四）线性分组码1、选择一种线性分组码，如（7, 4）汉明码。

2、生成编码矩阵，对输入信息进行编码。

3、在接收端进行纠错译码。

四、实验结果与分析（一）信息熵计算结果对于上述生成的离散信源，计算得到的信息熵约为 184 比特/符号。

这表明该信源存在一定的不确定性，需要一定的信息量来准确描述。

（二）香农编码结果香农编码表如下：｜信源符号|概率|编码长度|编码值|｜｜｜｜｜｜A|02|232|00|｜B|03|174|10|｜C|01|332|110|｜D|04|132|111|香农编码的平均码长较长，编码效率相对较低。

信息论算术编码课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生理解信息论中编码的基本概念，掌握算术编码的原理和步骤。

2. 学生能够运用算术编码方法对给定数据进行编码和解码。

3. 学生了解算术编码在信息传输和压缩中的应用。

技能目标：1. 学生掌握算术编码的具体算法，能够运用编程语言实现算术编码过程。

2. 学生具备分析数据特点并选择合适编码方法的能力，提高信息处理的效率。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对信息论和编码技术的兴趣，激发学习主动性和创新意识。

2. 学生认识到编码技术在现代通信和计算机领域的重要性，增强对科技进步的敬畏感。

3. 学生通过团队协作解决问题，培养合作精神和沟通能力。

分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为高中信息技术学科，旨在帮助学生掌握信息论中算术编码的知识。

考虑到学生已具备一定的数学基础和编程能力，课程将重点放在算术编码的原理、实现和应用上。

教学要求注重理论与实践相结合，鼓励学生动手实践和团队协作，培养解决问题的能力。

课程目标分解为具体学习成果：1. 学生能够阐述算术编码的原理和步骤。

2. 学生能够运用编程语言实现算术编码，并成功解码。

3. 学生能够分析不同编码方法的优缺点，选择合适的方法进行信息传输和压缩。

4. 学生通过小组合作，共同完成算术编码的实际应用案例，提升团队协作能力。

二、教学内容1. 算术编码基本概念：信息论基础，编码的基本原理，算术编码的定义和特点。

- 教材章节：第三章第二节“编码方法及其应用”2. 算术编码原理与步骤：算术编码的数学模型，编码和解码的详细步骤。

- 教材章节：第三章第三节“算术编码的原理与实现”3. 编程实现算术编码：利用编程语言（如Python）实现算术编码的算法。

- 教材章节：第三章第四节“算术编码的编程实现”4. 算术编码的应用案例分析：分析实际应用中的算术编码案例，如文件压缩、图像传输等。

- 教材章节：第三章第五节“算术编码的应用实例”5. 编码方法比较与选择：比较算术编码与其他编码方法（如哈夫曼编码、LZ77等）的优缺点，讨论不同场景下的编码选择。

信息论与编码实验报告一、实验目的1.了解信息论与编码的基本概念和原理。

2.学习如何通过信息论与编码方法实现对数据的压缩和传输。

3.掌握信息论与编码实验的实验方法和实验技能。

4.提高实验设计、数据分析和报告撰写的能力。

二、实验内容1.通过对输入信源进行编码，实现对数据的压缩。

2. 比较不同编码方法的压缩效果，包括Shannon-Fano编码和霍夫曼编码。

3.通过传输信道对编码后的数据进行解码，还原原始信源。

4.分析并比较不同编码方法的传输效果，包括码率和传输质量。

三、实验原理1.信息论：熵是信息论中衡量信源不确定性的指标，熵越小表示信源的可预测性越高，在编码过程中可以压缩数据。

2. 编码方法：Shannon-Fano编码通过分治的方法将输入信源划分为不同的子集，分别进行编码；霍夫曼编码则通过构建最佳二叉树的方式，将较常出现的信源符号编码为较短的二进制码，较少出现的信源符号编码为较长的二进制码。

3.传输信道：信道可能存在误码和噪声，通过差错控制编码可以在一定程度上保障传输数据的正确性和完整性。

四、实验步骤1. 对给定的输入信源进行Shannon-Fano编码和霍夫曼编码。

2.计算编码后的码率，分析不同编码方法的压缩效果。

3.将编码后的数据传输到信道，模拟信道中的误码和噪声。

4.对传输后的数据进行解码，还原原始信源。

5.比较不同编码方法的传输质量，计算误码率和信噪比。

五、实验结果与分析1. 编码结果：通过对输入信源进行编码，得到了Shannon-Fano编码和霍夫曼编码的码表。

2.压缩效果：计算了不同编码方法的码率，比较了压缩效果。

3.传输结果：模拟信道传输后的数据，对数据进行解码，还原原始信源。

4.传输质量：计算了误码率和信噪比，分析了不同编码方法的传输质量。

六、实验总结通过本次实验，我深刻理解了信息论与编码的基本概念和原理，并掌握了信息论与编码实验的实验方法和实验技能。

在实验过程中，我遇到了一些困难，比如对编码方法的理解和实验数据的处理。

信息论和编码课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解信息论的基本概念，包括信息量、熵、信道等；2. 掌握常见编码方法（如：哈夫曼编码、算术编码）的基本原理及特点；3. 了解数字通信系统中误码的产生原因及其纠正方法。

技能目标：1. 能够运用信息论的基本原理分析简单通信系统；2. 能够运用编码方法对信息进行压缩和还原；3. 能够运用所学知识解决实际通信过程中的问题。

情感态度价值观目标：1. 培养学生严谨的科学态度和良好的学习习惯；2. 增强学生的团队协作意识和沟通能力；3. 激发学生对信息科学和通信技术的兴趣，培养创新精神。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在帮助学生掌握信息论和编码的基本知识，培养解决实际通信问题的能力。

课程目标具体、可衡量，便于教学设计和评估。

通过本课程的学习，使学生能够运用所学知识分析、解决实际问题，并为后续相关课程打下坚实基础。

二、教学内容1. 信息论基本概念：信息量、熵、信道容量、互信息等；教材章节：第一章 信息论基础2. 编码方法：- 哈夫曼编码：原理、构造方法及应用；- 算术编码：原理、算法流程及应用；教材章节：第二章 编码方法3. 误码纠正：- 误码产生原因及纠正方法；- 简单误码纠正码：奇偶校验、海明码等；教材章节：第三章 误码纠正4. 信息论与编码在实际通信系统中的应用案例分析。

教学内容安排和进度：1. 第1周：信息论基本概念；2. 第2-3周：编码方法（哈夫曼编码、算术编码）；3. 第4周：误码纠正；4. 第5周：应用案例分析及讨论。

教学内容确保科学性和系统性，与课程目标紧密关联，涵盖信息论和编码的主要知识点。

通过以上教学安排，使学生全面掌握信息论和编码的基本知识，提高解决实际通信问题的能力。

三、教学方法本课程将采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：通过系统的讲解，使学生掌握信息论和编码的基本概念、原理和方法。

在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动思考问题，提高课堂互动效果。

信息论报告摘要：信息论是一门用概率论与数理统计方法来研究信息的度量、传递和交换规律的科学。

它主要是研究通讯和控制系统中普遍存在着信息传递的共同规律以及研究最佳解决信息的获限、度量、变换、存储和传递等问题的基础理论。

自香农在1948年发表奠定信息论基础的《通信的数学理论》一文以来，信息论学科迅速发展并延伸到许多领域中。

信息理论不仅在通信、计算机、控制等领域中有直接指导意义，还渗透到经济学、生物学、医学等广泛领域。

本文简要介绍信息论的基本原理和发展史，重点介绍信息论在数据压缩、密码学、信号处理及量子理论中的应用。

关键词：信息、信息论、密码学、数据压缩、量子理论、熵1.信息论原理1.1信息论中的信息信息是信息论中最重要最基本的概念。

早期，人们对信息的理解是很肤浅的。

最早把信息作为科学对象来加以研究的是通信领域，而这一领域的奠基之作当推哈特莱于1928年在《贝尔系统电话杂志》上发表的题为《信息传输》的论文。

他把信息理解为选择通信符号的方式，并用选择的自由度来计量这种信息的大小。

1948年，通信专家香农在《贝尔系统电话杂志》上发表了一篇名为《通信的数学理论》的论文，在文中他以概率论为工具，阐明了通信中的一系列基本理论问题，给出了计算信源信息量和信道容量的方法和一般公式，得到了一组表示信息传递重要关系的编码定理。

香农在定量测度信息时，把信息定义为随机不确定性的减少，亦即信息是用来减少随机不确定性的东西。

基于这一思想，布里渊直接指出，信息就是负熵[1]。

而控制论的奠基人维纳则把信息看做广义通信的内容，他指出：“正如熵是无组织（无序）程度的度量一样，消息集合所包含的信息就是组织（有序）程度的度量。

事实上完全可以将消息所包含的信息解释为负熵”[2]。

1.2信息论基础（1）香农在论文《A Mathematical Theory of Communication 》中给出了信息熵的定义：()i ii p p log ∑-=H (1-2-1)这一定义可以用来推算传递经二进制编码后的原信息所需的信道带宽。

计算机与信息学院信息论与编码实验报告专业班级学生姓名及学号周伟康20112910 课程教学班号任课教师苏兆品实验指导教师实验地点2013 ~ 2014 学年第一学期信息论与编码课程设计目录一．课程设计目的 (2)二．课程设计要求 (2)三．课程设计描述 (2)四．程序结构 (2)五．算法及部分源码 (3)六．用例测试 (9)七．总结 (20)一．课程设计目的通过编程实现，在理解掌握的基础上进一步扩展课授的几种无失真信源编码算法。

以实践检验理论。

二．课程设计要求1.对一灰度图像进行游程编码的设计实现（将Huffman与游程结合）。

2.试对任意的数字序列（如学号、电话号码）进行自适应算术编码。

3.围绕设计题目查阅资料，掌握编码的基本原理。

4.按设计要求和编码原理进行算法的设计，算法的设计应满足正确性、可读性、健壮性、高效率等要求。

5.在此基础上，可以进行扩展三．课程设计描述本次设计实现内容：1.对任意的信源符号序列进行N元Huffman编码/译码。

2.对任意的信源符号序列进行N元Fano 编码/译码。

3.对任意的信源符号序列进行N元Elias 编码/译码。

4.对像素矩阵进行游程与上述编码方式结合的编码/译码。

5.数字串的自适应算数编码/译码。

6.对任意给定译码规则的译码和判断其是否为即时码。

输入数据从键盘或磁盘文件读入，运算结果显示到屏幕或保存到文件。

编写可视化图形交互界面。

本次设计程序用Java实现，由本人独立完成。

四．程序结构本次设计采用MVC设计模式：控制包下为文件读写线程执行包下是执行主类模式包分编码译码两部分Item：封装每个码元符号信息和操作AnlysisModel：信源序列统计分析模型其他如右图顾名思义视图包也分编码译码两部分MainFrame：主框架界面编码下：算数编码面板分组码编码面板译码下：算数译码面板分组码译码面板五． 算法及部分源码a) N 元Huffman 编码：算法：1) 将每个信源符号加入优先队列Heap 。

信息论与编码实验报告实验课程名称：赫夫曼编码（二进制与三进制编码）专业信息与计算科学班级信息与计算科学1班学生姓名李林钟学号 20####指导老师王老师信息论和编码实验报告一、实验目的利用赫夫曼编码进行通信可以大大提高通信利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。

赫夫曼编码是信源编码中最基本的编码方法。

●理解赫夫曼编码，无论是二进制赫夫曼编码，还是m 进制赫夫曼编码，都要理解其编码原理和编码步骤。

● 回顾无失真信源编码定理，理解无失真编码的基本原理和常用编码方法。

●掌握二进制赫夫曼编码和m 进制赫夫曼编码的基本步骤，能计算其平均码长，编码效率等。

●应用二进制赫夫曼编码或m 进制赫夫曼编码处理简单的实际信源编码问题。

二、实验环境与设备1、操作系统与编程软件：windows 操作系统，cfree5.0， Visual C++ 6.0。

2、编程语言：C 语言以及C++语言 三、实验内容1. 二进制赫夫曼编码原理及步骤： （1）信源编码的计算设有N 个码元组成的离散、无记忆符号集，其中每个符号由一个二进制码字表示，信源符号个数n 、信源的概率分布P={p(s i )},i=1,…..,n 。

且各符号xi 的以li 个码元编码，在变长字编码时每个符号的平均码长为∑==ni li xi p L 1)( ；信源熵为：)(log )()(1xi p xi p X H ni ∑=-= ；唯一可译码的充要条件：11≤∑=-ni Ki m ；其中m 为码符号个数，n 为信源符号个数，Ki 为各码字长度。

（2）二元霍夫曼编码规则（1）将信源符号依出现概率递减顺序排序。

（2）给两个概率最小的信源符号各分配一个码位“0”和“1”，将两个信源符号合并成一个新符号，并用这两个最小的概率之和作为新符号的概率，结果得到一个只包含（n-1）个信源符号的新信源。

称为信源的第一次缩减信源，用s1 表示。

（3）将缩减信源 s1 的符号仍按概率从大到小顺序排列，重复步骤(2)，得到只含（n-2）个符号的缩减信源s2。

信息与编码论课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解信息与编码的基本概念，掌握不同编码方式的原理及特点；2. 学会运用二进制、十进制等数制进行信息转换，并掌握其相互转换的方法；3. 了解信息安全的基本知识，提高信息保护意识。

技能目标：1. 能够运用所学知识对信息进行编码和解码操作；2. 培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力，通过案例分析和课堂讨论，提高学生的信息处理能力；3. 能够运用所学知识对简单的信息安全问题进行识别和防范。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对信息科学的兴趣，激发他们探索未知领域的热情；2. 增强学生的团队合作意识，培养他们在合作中互相学习、共同进步的精神；3. 提高学生的信息安全意识，培养他们尊重知识产权、遵守网络道德的观念。

本课程旨在通过系统的理论讲解和丰富的实践操作，帮助学生掌握信息与编码的基本知识，提高他们的信息素养。

针对学生的年龄特点和认知水平，课程设计注重理论与实践相结合，以激发学生的学习兴趣和探究欲望。

在教学过程中，注重培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力，为我国信息技术领域培养具有创新精神和实践能力的后备人才。

二、教学内容1. 信息与编码基本概念：信息的定义、编码的原理、不同编码方式的特点；教材章节：第一章 信息与编码概述2. 数制及其转换：二进制、十进制、八进制、十六进制等数制的概念及相互转换方法；教材章节：第二章 数制及其转换3. 编码算法：ASCII编码、Unicode编码、Base64编码等编码算法的原理与应用；教材章节：第三章 编码算法4. 信息安全：加密算法、数字签名、安全协议等基本概念及其应用；教材章节：第四章 信息安全5. 实践操作：开展信息编码与解码、信息安全防护等实验，巩固理论知识；教材章节：第五章 实践操作教学内容安排和进度：第一周：信息与编码基本概念、数制及其转换；第二周：编码算法、信息安全；第三周：实践操作。

教学内容注重科学性和系统性，结合教材章节进行合理组织，旨在帮助学生全面掌握信息与编码的相关知识。

语音编码及测试一、摘要利用手机录制18份小语音样本共3分钟，利用Matlab读取语音音频，并使用其统计函数对音频进行数据种类，个数及概率统计，利用统计得到的数据种类和概率进行概率密度函数拟合，拟合得到两段概率密度函数。

同时使用Lloyds分类算法对统计好的数据进行分类，共分为nR2个类别，即512类，得到其相应区间及质心。

对概率密度函数进行对应区间的积分得到区间对应的概率，然后使用Huffman编码进行二元编码，得到512个码字与质心对应。

测试阶段利用码字库，对随机录制的一段小语音进行编码得到音频对应的码字。

关键字：概率密度函数、Lloyds分类算法、Huffman编码、码字二、问题重述2.1语音编码录制一份语音，使用相应的工具对其音频进行提取，对提取到的音频进行概2个类率统计拟合出概率密度函数。

选取适当的方法将统计好的音频数字分为nR2个区间及区间对应的质心，既码字，概率密度函数进行别，分类后相应得到nRnR2个区间积分，由此得到nR2个码字及其概率对应，最后选取适当的编码方法得到质心对应的码字，都成编码库2.2编码测试录制一段小语音利用上诉的码字及其编码库，最终得到每个音频数对应的码字。

三、问题分析3.1语音编码由于录制的语音是作为实验得到码书的样本，因此语音的录制面要广且量应尽可能的多才能保证实验的合理性。

使用Matlab对语音进行音频读取及相应的概率统计，对统计后的结果利用Matlab中cftool工具箱对数据及其概率进行拟合，得到概率密度函数。

考虑到数据量及其较大的重复性，对于分类阶段采用统计好的音频数据，利用Matlab 中Lloyds 算法函数按nR 2分类，其结果会得到nR 2个区间及区间对应的质心，既码字。

利用密度函数对nR 2个区间进行积分得到nR 2个码字对应的概率，最后利用Matlab 中Huffman 编码程序对其概率进行0、1编码。

得到nR 2个码书构成本次实验的码字库。

信息论与编码课程设计报告设计题目：统计信源熵与香农编码专业班级电信 12-06学号学生指导教师教师评分2021年 3 月 30日目录一、设计任务与要求 (2)二、设计思路 (2)三、设计流程图 (3)四、程序运行及结果 (4)五、心得体会 (6)参考文献 (7)附录：源程序 (8)一、设计任务与要求1.统计信源熵要求：统计任意文本文件中各字符〔不区分大小写〕数量，计算字符概率，并计算信源熵。

2.香农编码要求：任意输入消息概率，利用香农编码方法进行编码，并计算信源熵和编码效率。

二、设计思路本次课程设计中主要运用C 语言编程以实现任务要求，分析所需要的统计量以及相关变量，依据具体公式和计算步骤编写语句，组成完整C 程序。

1、信源熵定义：信源各个离散消息的自信息量的数学期望为信源的平均信息量，一般称为信源的信息熵，也叫信源熵或香农熵，有时称为无条件熵或熵函数，简称熵，记为H 〔〕。

计算公式：)(log )(-)x (i i i x p x p H ∑=2、香农编码过程：〔1〕将信源消息符号按其出现的概率大小依次排列为n p p ≥⋅⋅⋅≥≥21p〔2〕确定满足以下不等式的整数码长i K 为1)()(+-<≤-i i i p lb K p lb〔3〕为了编成唯一可译码，计算第i 个消息的累加概率∑-==11)(i k k i a p P〔4〕将累计概率i P 变换成二进制数。

〔5〕取i P 二进制数的小数点后i K 位即为该消息符号的二进制码字。

三、设计流程图1、统计信源熵2、香农编码四、程序运行及结果1、统计信源熵2、香农编码五、心得体会通过这次课程设计明显的体会到知识匮乏所带来的种种问题，首先是对C 语言编程的不熟练，课程知识在与C语言的结合中没有清晰的思路，具体实现程序语言的编写较为困难。

在程序的调试中出现的问题无法及时快速的解决，有些错误甚至无法找到适宜的解决方法，以至于不断的修改程序，浪费了大量的时间。

一设计目的信息论与编码是我们电子信息工程的一门重要的专业课，通过对本次课程设计，学习将学到的理论知识用于实践，同时也学习了用软件编写程序，进一步对本课程知识的巩固和理解。

学习分析问题，解决问题的方法和途径，提高对本专业的学习兴趣。

二设计任务与要求（1）统计信源熵要求：统计任意文本文件中各字符（不区分大小写）数量，计算字符概率，并计算信源熵。

（2）哈夫曼编码要求：任意输入消息概率，利用哈夫曼编码方法进行编码，并计算信源熵和编码效率。

三理论简介3.1通信系统的模型通信系统的模型通信系统的性能指标主要是有效性、可靠性、安全性和经济性，通信系统优化就是使这些指标达到最佳，除了经济性，这些指标正是信息论的研究对象，可以通过各种编码处理来使通信系统的性能最优化。

根据信息论的各种编码定理和上述通信系统的指标，编码问题可以分为3类：信源编码、信道编码和加密编码。

3.1.1 信源编码由于信源符号之间存在分布不均匀和相关性，使得信源存在冗余度，信源编码的主要任务就是减少冗余度，提高编码效率。

信源编码的基础是信息论中的两个编码定理：无失真编码定理和限失真编码定理。

前者适用于离散信源或数字信号；后者主要用于连续信源或模拟信号。

本次课程设计就是利用的无失真信源编码。

3.1.2 信道编码信源编码器的作用：把信源发出的消息变换成由二进制码元(或多进制码元)组成的代码组，这种代码组就是基带信号。

同时通过信源编码可以压缩信源的冗余度，以提高通信系统传输消息的效率。

信源译码器的作用：把信道译码器输出的代码组变换成信宿所需要的消息形式，它的作用相当于信源编码器的逆过程。

3.1.3 加密编码加密编码是研究如何隐蔽消息中的信息内容，以便在传输过程中不被窃听，提高通信系统的安全性。

3.2 信源熵3.2.1 信源的描述和分类& 按信源在时间和幅度上的分布情况离散信源：文字、数据、电报连续信源：语音、图像& 按发出符号的数量单个符号信源：指信源每次只发出一个符号代表一个消息符号序列信源：指信源每次发出一组含二个以上符号的符号序列代表一个消息 & 按符号间的关系无记忆信源有记忆信源3.2.2 离散信源熵& 自信息量：随机事件的自信息量定义为其概率对数的负值，即在信息论中常用的对数底是2，信息量的单位为比特(bit)；& 联合自信息量两个消息xi ，yj 同时出现的联合自信息量：& 条件自信息量在事件yj 出现的条件下，随机事件xi 发生的条件概率为p(xi / yj) ，则它的条件自信息量定义为条件概率对数的负值：& 离散信源熵为信源中各个符号不确定度的数学期望，即单位为：比特/符号 或者 比特/符号序列。