精品课课件信息论与编码(全套讲义).ppt

精品课课件信息论与编码(全套讲义)目录CONTENCT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信息论基础信息论的研究对象信息论的发展历程信息论的应用领域研究信息的传输、存储、处理和变换规律的科学。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。广泛应用于通信、计算机、自动化、生物医学等领域。信息论概述80%80%100%信息的定义与性质信息是事物运动状态或存在方式的不确定性的描述。普遍性、客观性、可传递性、可共享性、时效性。信息量用于度量信息的多少，信息熵用于度量信息的不确定性。信息的定义信息的性质信息量与信息熵产生信息的实体或系统，如人、机器、自然界等。信息系统模型信息源将信息源产生的信息转换成适合传输或存储的信号。编码器传输信号的媒介，如电线、光纤、空气等。信道将信道中传输的信号还原成原始信息。译码器接收并处理信息的实体或系统，如人、计算机等。信宿对信号产生干扰的因素，如电磁干扰、传输损耗等。噪声源02编码理论编码定义编码的目的编码的基本原则编码的基本概念提高信息传输效率，增强信息抗干扰能力，实现信息的可靠传输。有效性、可靠性、安全性、经济性。将信息从一种形式或格式转换为另一种形式的过程。根据编码对象的不同，可分为信源编码、信道编码和加密编码等。分类不同的编码方式采用不同的编码原理和算法，如信源编码中的哈夫曼编码、信道编码中的卷积码和LDPC码等。原理编码是数字通信中的关键技术之一，与调制技术密切相关。编码后的信号需要通过调制技术转换为适合在信道中传输的信号。编码与调制的关系编码的分类与原理01020304误码率码率复杂度时延编码的性能指标衡量编码系统实现难度的指标，包括算法复杂度和硬件实现复杂度等。描述编码系统有效性的指标，表示单位时间内传输的信息量。衡量编码系统可靠性的重要指标，表示传输过程中发生错误的概率。描述编码系统处理速度的指标，表示从输入到输出所需的时间延迟。03信道编码信道编码的基本概念01为了提高信息传输的可靠性，在信源编码的基础上增加一些监督码元，这些多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联（约束）。信道编码的目的02对传输的信息码元进行检错和纠错，提高信息传输的可靠性。信道编码的分类03按照不同的分类标准，信道编码可以分为不同的类型，如线性码和非线性码、分组码和卷积码等。信道编码概述线性分组码将信息序列分成若干段，每段包含k个信息码元，通过一定的线性变换，将k个信息码元变换成n个码元（nk），这n个码元中包含了k个信息码元和(n-k)个监督码元。线性分组码的编码原理通过生成矩阵G将信息序列映射成发送序列，接收端通过校验矩阵H对接收序列进行检错和纠错。常见的线性分组码汉明码、循环冗余校验码（CRC）等。线性分组码的基本概念卷积码的基本概念卷积码是一种连续处理的信道编码方式，它将输入的信息序列与编码器中的冲激响应进行卷积运算，生成输出序列。卷积码的编码原理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。卷积码04信源编码010203信源编码的定义信源编码的目的信源编码的分类信源编码概述将信源产生的消息转换成适合在信道中传输的信号的过程。提高通信系统的有效性和可靠性，降低传输成本。无损压缩编码和有损压缩编码。无损压缩编码的定义无损压缩编码的原理无损压缩编码的方法无损压缩编码的应用无损压缩编码在压缩过程中不损失任何信息的编码方式。霍夫曼编码、算术编码、字典编码等。利用信源符号间的统计相关性，去除冗余信息，达到压缩的目的。文本文件压缩、程序文件压缩、图像文件压缩（如PNG格式）等。有损压缩编码的定义有损压缩编码的原理有损压缩编码的方法有损压缩编码的应用有损压缩编码在压缩过程中允许损失一定信息的编码方式，以达到更高的压缩比。通过去除人眼或人耳不敏感的信息，达到压缩的目的。预测编码、变换编码、量化编码、混合编码等。音频文件压缩（如MP3格式）、视频文件压缩（如MPEG格式）、图像文件压缩（如JPEG格式）等。05信息论与编码的应用