第二章信源编码与数据压缩本2概论
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信息论与编码技术实验教案第一章:信息论基础1.1 信息的概念与度量介绍信息的基本概念,信息源的随机性,信息的不确定性。
讲解信息的度量方法,如香农熵、相对熵等。
1.2 信道模型与容量介绍信道的概念,信道的传输特性,信道的噪声模型。
讲解信道的容量及其计算方法,如单符号信道、多符号信道等。
第二章:信源编码与压缩2.1 信源编码的基本概念介绍信源编码的定义、目的和方法。
讲解信源编码的基本原理,如冗余度、平均冗余度等。
2.2 压缩算法与性能评价介绍无损压缩算法,如霍夫曼编码、算术编码等。
讲解有损压缩算法,如JPEG、MP3等。
分析各种压缩算法的性能评价指标,如压缩比、重建误差等。
第三章:信道编码与错误控制3.1 信道编码的基本概念介绍信道编码的定义、目的和方法。
讲解信道编码的基本原理,如纠错码、检错码等。
3.2 常见信道编码技术介绍常用的信道编码技术,如卷积码、汉明码、奇偶校验等。
分析各种信道编码技术的性能,如误码率、编码效率等。
第四章:数字基带传输4.1 数字基带信号与基带传输介绍数字基带信号的概念,数字基带信号的传输特性。
讲解数字基带信号的传输方法,如无编码调制、编码调制等。
4.2 基带传输系统的性能分析分析基带传输系统的性能指标,如误码率、传输速率等。
讲解基带传输系统的优化方法,如滤波器设计、信号调制等。
第五章:信号检测与接收5.1 信号检测的基本概念介绍信号检测的定义、目的和方法。
讲解信号检测的基本原理,如最大后验概率准则、贝叶斯准则等。
5.2 信号接收与性能分析分析信号接收的方法,如同步接收、异步接收等。
讲解信号接收性能的评价指标,如信噪比、误码率等。
第六章:卷积编码与Viterbi算法6.1 卷积编码的基本原理介绍卷积编码的定义、结构及其多项式。
讲解卷积编码的编码过程,包括初始状态、状态转移和输出计算。
6.2 Viterbi算法及其应用介绍Viterbi算法的原理,算法的基本步骤和性能。
讲解Viterbi算法在卷积编码解码中的应用,包括路径度量和状态估计。
现代通信原理课后思考题答案第⼀章1、什么是数字信号和模拟信号,俩者的区别是什么?凡信号参量的取值连续(不可数,⽆穷多),则称为模拟信号。
凡信号参量只可能取有限个值,则称为数字信号。
区别在于信号参量的取值2、何谓数字通信,简述数字通信系统的主要优缺点数字通信系统是利⽤数字信号来传递信息的通信系统。
优点:抗⼲扰能⼒强、差错可控、易于与各种数字终端接⼝、易于集成化、易于加密处理。
缺点:占⽤频带宽,需要同步3(1)、画出数字通信系统的⼀般模型,简述各⽅框的主要功能1) 信源编码与译码数据压缩(减少码元数⽬和降低码元速率),减⼩传输带宽,提⾼通信的有效性。
模/数转换,当信息源给出的是模拟语⾳信号时,信源编码器将其转换成数字信号,以实现模拟信号的数字传输。
2)信道编码与译码通过加⼊监督码元(纠错/检错)提⾼通信的可靠性。
3)加密与解密通过加扰保证所传信息的安全性。
4)数字调制与解调把数字基带信号转换成适合信道传输的频带信号。
3(2)、画出模拟通信系统的⼀般模型3、(3)画出通信系统的⼀般模型,简述各⽅框的主要功能信息源:把各种消息转换成原始电信号。
发送设备:将信源和信道匹配起来。
接收设备:放⼤和反变换,其⽬的是从受到⼲扰和减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。
受信者:将复原的原始电信号还原成相应信息。
4、在数字通信系统中,其可靠性和有效性指的是什么,各有哪些重要指标?有效性——传输速率(传码率、传信率,频带利⽤率)可靠性——差错率(误码率、误信率)5、按信号的流向和时间分类,通信⽅式有哪些?单⼯、半双⼯、全双⼯6、何谓码元速率和信息速率?他们之间的关系如何?单位时间内传输码元的数⽬,单位时间内传递的平均信息量或⽐特数。
Rb=RB·H (b/s)第⼆章1、什么是随机过程,它具有哪些基本特征?⽆穷多个样本函数的总体叫随机过程。
其⼀,他是时间函数;其⼆,在固定的某⼀观察时刻t1, s(t1)是⼀个不含t变化的随机变量2、随机过程的期望、⽅差和⾃相关函数描述了随机过程的什么性质?期望表⽰随机过程的n个样本函数曲线的摆动中⼼。
20XX年复习资料大学复习资料专业:班级:科目老师:日期:第1章绪论1.1信息论的形成与发展⏹信息论的发展过程✓20X X X X24年,H N y q u i s t,信息率与带宽联系✓20X X X X28年,R V H a r t l e y,引入非统计信息量✓20X X X X36年,E H A r m s t r o n g,带宽与抗干扰能力✓20X X X X36年,H D u d l e y,发明声码机✓40年代初,N W i e n e r,“控制论”✓20X X X X48年,S h a n n o n,“信息论”“A m a t h e m a t i c a l t h e o r y o fc o m m u n i c a t i o n s”信息时代的里程碑✓50年代开始,I R E成立信息论组,出版信息论汇刊⏹信息论的形成与发展✓20X X X X59年,S h a n n o n,信源压缩编码理论,“C o d i n g t h e o r e m f o r a d i s c r e t e s o u r c e w i t h a f i d e l i t y c r i t e r i o n”✓20X X X X0X X1年,S h a n n o n,“双路通信信道”,多用户理论✓20X X X X0X X2年,C o v e r,广播信道⏹三大定理⏹无失真信源编码定理(第一极限定理)⏹信道编码定理(第二极限定理)⏹限失真信源编定理(第三极限定理)S h a n n o n信息论:在噪声环境下,可靠地、安全地、有效地传送信息理论----狭义信息论⏹信息✓定义广义定义:信息是物质的普遍属性,所谓物质系统的信息是指它所属的物理系统在同一切其他物质系统全面相互作用(或联系)过程中,以质、能和波动的形式所呈现的结构、状态和历史概率信息:信息表征信源的不定度,但它不等同于不定度,而是为了消除一定的不定度必须获得与此不定度相等的信息量⏹信息✓性质信息是无形的信息是可共享的信息是无限的信息是无所不在的信息是可度量的⏹信息✓信息与消息、信号比较消息是信息的数学载体、信号是信息的物理载体信号:具体的、物理的消息:具体的、非物理的 信息:非具体的、非物理的 信息的定义和性质⏹ 信息、消息、信号u 信号最具体,它是一物理量,可测量、可显示、可描述,同时它又是载荷信息的实体 信息的物理层表达u 消息是具体的、非物理的,可描述为语言文字、符号、数据、图片,能够被感觉到,同时它也是信息的载荷体。
多媒体压缩与编码概述一、多媒体数据压缩技术随着多媒体、视频图象、文档映象等技术的出现,数据压缩成了网络管理员的一个重要课题。
数据压缩基本上是挤压数据使得它占用更少的磁盘存储空间和更短的传输时间。
压缩的依据是数字数据中包含大量的重复,它将这些重复信息用占用空间较少的符号或代码来代替。
多媒体数据之所以能够压缩,是因为视频、图像、声音这些媒体具有很大的压缩力。
以目前常用的位图格式的图像存储方式为例,在这种形式的图像数据中,像素与像素之间无论在行方向还是在列方向都具有很大的相关性,因而整体上数据的冗余度很大;在允许一定限度失真的前提下,能对图像数据进行很大程度的压缩。
在多媒体计算系统中,信息从单一媒体转到多种媒体;若要表示,传输和处理大量数字化了的声音/图片/影像视频信息等,数据量是非常大的。
例如,一幅具有中等分辨率(640*480像素)真彩色图像(24位/像素),它的数据量约为每帧7.37Mb。
若要达到每秒25帧的全动态显示要求,每秒所需的数据量为184Mb,而且要求系统的数据传输速率必须达到184Mb/s,这在目前是无法达到的。
对于声音也是如此。
若用16位/样值的PCM编码,采样速率选为44.1kHz,则双声道立体声声音每秒将有176KB的数据量。
由此可见音频、视频的数据量之大。
如果不进行处理,计算机系统几乎无法对它进行存取和交换。
因此,在多媒体计算机系统中,为了达到令人满意的图像、视频画面质量和听觉效果,必须解决视频、图像、音频信号数据的大容量存储和实时传输问题。
解决的方法,除了提高计算机本身的性能及通信信道的带宽外,更重要的是对多媒体进行有效的压缩。
二、数据压缩技术的分类数据压缩的分类方法繁多。
有人统计,仔细分来可达30至40种,到目前为止尚未统一。
多数学者认同的比较一致的分类方法,是将数据压缩分为在某种程度上可逆的与实际上不可逆的两类,这样更能说明他们的区别。
(1)可逆压缩可逆压缩也叫做无失真编码或无造神编码,而不同专业文献作者还采用了另一些术语。
信源编码原理习题与思考题第⼀章:信源编码的概念(绪论)1. 数据压缩的⼀个基本问题是“我们要压缩什么?”;你对此如何理解?2. 你所了解的各类编码的⽬的是什么?请各举⼀例解释编码作⽤。
3. 你怎样理解信息率失真函数R (D )对于信源编码的指导作⽤?试举例。
4. 等概率信源还能否压缩?为什么?请举例说明。
5 你理解的联合编码的发展⽅向是什么?信源编码的发展趋势和进展有哪些?第⼆章:⽆损信源编码1.有⼆元独⽴序列,已知00.9p =,10.1p =,求这序列的符号熵。
当⽤赫夫曼编码时,以三个⼆元符号合成⼀个新符号,求这种符号的平均代码长度和编码效率。
设输⼊⼆元符号的速率是每秒100个,要求三分钟内溢出和取空的概率均⼩于0.01,求所需要的信道码率(bit/s )和存储器容量(⽐特数)。
若信道码率已规定为50 bit/s ,存储器容量将如何选择?2.有⼆元平稳马⽒链,已知P (0|0)=0.8,P (1|1)=0.7,求它的符号熵。
⽤三个符号合成⼀个来编赫夫曼码,求这新符号的平均代码长度和编码效率。
3.对上题的信源进⾏游程编码。
若“0”游程长度的截⽌值是16,“1”游程的截⽌值是8,求编码效率。
这样的编码效率是否已达到最佳?为什么?4.求三阶马⽒链的“0”游程长度和“1”游程长度的条件概率,设原序列的条件概率为:P (0|r )=r a其中r=0,1,2,···7,是前三位的⼆进制位数。
5.计算帧长N=63,信息位数Q=0,1,2,4,8,16,和32时L-D 码和信息标志码的压缩率,并讨论计算结果。
第三章:算术编码1.已知⼆元序列的概率011/8,7/8p p ==011/8,7/8p p ==。
试对下列序列编算数码,取W=3的计算精度,并计算符号的平均码长:11111111110111111111102.计算上题的序列的符号熵,并与算数码的符号平均码长⽐较,理解这⼀结果。
信源编码Assignment of CH21、(a)画出一般通信系统结构的组成框图,并详细说明各部分的作用或功能;信源信源编码信道编码调制噪声信道传输信宿信源解码信道解码解调图1、一般数字通信系统框图各部分功能:$1、信源和信宿:信源的作用是把消息转换成原始的电信号;信宿的作用是把复原的电信号转换成相应的消息。
2、信源编码和信源解码:一是进行模/数转换,二是进行数据压缩,即设法降低信号的数码率;信源解码是信源编码的逆过程。
3、信道编码和信道解码:用于提高信道可靠性、减小噪声对信号传输的影响;信道解码是信道编码的反变换。
4、调制和解调:将信息调制为携带信息、适应在信道中传输的信号。
数字解调是数字调制的逆变换。
¥5、信道:通信的通道,是信号传输的媒介。
(b)画出一般接收机和发射机的组成框图,并分别说明信源编解码器和信道编解码器的作用;高频振荡器高频放大调制高频功放天线( 信号音频功放图2、一般发射机框图(无线广播调幅发射机为例)天线信号放大器混频器解调器音频放大器信号本地振荡器图3、一般接收机框图(无线广播调幅发射机为例)信源编解码器作用:它通过对信源的压缩、扰乱、加密等一系列处理,力求用最少的数码最安全地传输最大的信息量。
信源编解码主要解决传输的有效性问题。
信道编解码器作用:使数字信息在传输过程中不出错或少出错,而且做到自动检错和尽量纠错。
信道编解码主要解决传输的可靠性问题。
(c)信源编码器和解码器一般由几部分组成,画出其组成图并给以解释。
信源编码器时频分析量化熵编码信道传输时频分析反量化熵解码信源解码器图 4、信源编解码器框图时频分析部分:信源编码器对信源传送来的信号进行一定方法的时域频域分析,建立一个能够表达信号规律性的数学模型,从而得知信号中的相关性和多余度,分析出信号数据中可以剔除或减少的部分(比如人感知不到的高频率音频信号或者看不见的色彩信号等等),以决定对后续数据的比特分配、编码速率等处理问题。