信息论与编码_第1章_ppt[1]

第1章 绪论
2．编码器 编码器可分为信源编码器、信道编码器和保密编码器三 种。信源编码对信源输出的消息进行适当的变换和处理，把 信息变换成信号，目的是为了提高信息传输的效率，使传输 更为经济、有效，还要去掉一些与被传信息无关的多余度； 信道编码是为了提高信息传输的可靠性而对消息进行的变换 和处理；保密编码保证了信息的安全性。由于传输信息的媒 质如电波、电缆等总是存在有各种人为或天然的干扰和噪声， 因此，为了提高整个通信系统传输信息的可靠性，就需要对 加密器输出的信息进行一次纠错编码，人为地增加一些多余 信息，使信息传输系统具有自动检错或纠错功能。当然对于 各种实际的通信系统，编码器还应包括换能、调制、发射等 各种变换处理功能。
图1－1所示的模型也适用于其他的信息流通系统，如生 物有机体的遗传系统，人体、动物的神经网络系统和视觉系 统等，甚至人类社会的管理系统都可概括成这个模型。人们 通过系统中消息的传输和处理来研究信息传输和处理的共同 规律。信息传输或通信的目的，是要把收方不知道的信息及 时、可靠、完整、安全而又经济地传送给指定的收方。该模 型按功能可分为信源、编码器、信道、译码器、信宿五部分。
第1章 绪论
1.2 信息编码的发展
1.2.1 信源压缩编码的发展 1948年,香农在《通信的数学理论》一文中，用概率测
度和数理统计的方法系统地讨论了通信的基本问题，得出了 几个重要而带有普遍意义的结论。香农理论的核心是：在通 信系统中采用适当的编码后能够实现高效率和高可靠性的信 息传输，并得出了信源编码定理和信道编码定理。从数学观 点看，这些定理是最优编码的存在定理。但从工程观点看， 这些定理不是结构性的，不能从定理的结果直接得出实现最 优编码的具体途径。然而，它们给出了编码的性能极限，在 理论上阐明了通信系统中各种因素的相互关系，为人们寻找 最佳通信系统提供了重要的理论依据。

及
常 用
（4）认证性：
术 语
接收者能正确判断所接收的消息的正确性，
验证消息的完整性，而不是伪造和篡改的。
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1.3
第一章 绪 论
4．信息的特征
信
息 论
（1）信息是新知识、新内容；
的 概
（2）信息是能使认识主体对某一事物的未知
念 及
性或不确定性减少的有用知识；
常
用 （3）信息可以产生，也可以消失，同时信息
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第一章 绪 论
1-1 信息、消息、信号的定义是什么?三者的关 系是什么?
1-2 简述一个通信系统包括的各主要功能模块及 其作用。
1-3 写出信息论的定义（狭义信息论、广义信息 论）。
1-4 信息有哪些特征? 1-5 信息有哪些分类? 1-6 信息有哪些性质？
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1.1
信
1961年，香农的“双路通信信道”（Two-
息 论
way Communication Channels）论文开拓了多
发 展
用户信息理论的研究。到20世纪70年代，有关信
简 息论的研究，从点与点间的单用户通信推广发展
史
到多用户系统的研究。
1972年，T Cover发表了有关广播信道的 研究，以后陆续进行了有关多接入信道和广播信 道模型和信道容量的研究。
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1.3
第一章 绪 论
信 3）信号
息 论
定义:
的 概
把消息换成适合信道传输的物理量（如电
念 信号、光信号、声信号、生物信号等），这种
及 常
物理量称为信号。
用
术
语
信号是信息的载体，是物理性的。

拓展应用领域 信息论的应用领域将进一步拓展，如生物信息学、 量子信息论等新兴领域，以及与人工智能、大数 据等技术的结合。
跨学科交叉融合
信息论将与更多学科进行交叉融合，如物理学、 化学、社会学等，共同推动信息科学的发展。
编码技术的发展趋势
高效编码算法
随着计算能力的提升，更高效的编码算法将不断涌现，以提高数据 传输和存储的效率。
智能化编码
借助人工智能和机器学习技术，编码将实现智能化，自适应地调整 编码参数以优化性能。
跨平台兼容性
未来的编码技术将更加注重跨平台兼容性，以适应不同设备和网络环 境的多样性。
信息论与编码的交叉融合
理论与应用相互促进
信息论为编码技术提供理论支持， 而编码技术的发展又反过来推动 信息论的深入研究。
共同应对挑战
精品课课件信息论与编码(全套 讲义)
目
CONTENCT
录
• 信息论基础 • 编码理论 • 信道编码 • 信源编码 • 信息论与编码的应用 • 信息论与编码的发展趋势
01
信息论基础
信息论概述
信息论的研究对象
研究信息的传输、存储、处理和变换规律的科学。
信息论的发展历程
从通信领域起源，逐渐渗透到计算机科学、控制论、 统计学等多个学科。
卷积编码器将输入的信息序列按位输入到一个移位寄存器中，同时根据生成函数将移位寄存 器中的信息与编码器中的冲激响应进行卷积运算，生成输出序列。
卷积码的译码方法
卷积码的译码方法主要有代数译码和概率译码两种。代数译码方法基于最大似然译码准则， 通过寻找与接收序列汉明距离最小的合法码字进行译码。概率译码方法则基于贝叶斯准则， 通过计算每个合法码字的后验概率进行译码。
04

• 通常取对数的底为2，单位为比特（bit）。
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2.1.1 自信息量
• 三个单位间的转换关系为：
• 1奈特=log2e 1.433比特 • 1哈特莱=log210 3.332比特
• 自信息量非负且单调递减。
f(x)
log2x
f(x)
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2.1.1 自信息量
• 应用概率空间的概念分析上例，设取红球
的状态为x1，白球为x2，黑球为x3，黄球为 x4，则概率空间为：
• （1）
• （2）
PX(x)0x1.99 PX(x)0x1.5
x2 0.01
x2 0.5
• （3） P X (x) 0 x1 .250.x 2 2 5x30.25x0 4.25
• （7）按生成领域分：宇宙信息、自然信息、社会信息、 思维信息等。
• （8）按应用部门分：工业信息、农业信息、军事信息、 政治信息、科技信息、文化信息等。
（9）按信息源的性质分：语声信息、图像信息、文 字信息、数据信息、计算信息等。 （10）按载体性质分：电子信息、光学信息、生物信 息等。 （11）按携带信息的信号形式分：连续信息、离散信 息、半连续信息等。
19
1.2.2 数字信息传输系统
• 优点：
• （1）抗干扰能力强，特别在中继传输中尤为明 显。
• （2）可以进行差错控制，提高了信息传输的灵 活性。
（3）便于使用现代计算机技术对信号进行处 理、存储和变换。 （4）便于加密，实现保密信息传输。
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1.2.2 数字信息传输系统
• （5）易于与其他系统配合使用，构成综合 业务信息传输网。
35
2.1.1 自信息量
• 结论： • （1）不确定度与信源概率空间的状态数及