信息论与编码(第二版)曹雪虹第一章课件
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《信息论与编码》课件第1章 绪论
1.2 通信系统的模型
信源符号
信 源 编码 信 源
（序列）
编码器 信 道 译码器
x y yˆ
重建符号 （序列）
x
❖ 无失真编码： x xˆ
重建符号与信源发送符号一致， 即编码器输出码字序列与信源 发送序列一一映射；
限失真编码： x xˆ
总是成立的
y yˆ
分别是编码输出码字和接收到的码字
重建符号与信源发送符号不 完全一致；编码器输出码字 序列与信源输出符号序列之 间不是一一映射关系，出现 符号合并，使得重建符号的 熵减少了。
限失真、无失真是由于编译 码器形成的
信道编码
增加冗余
提高
对信道干 扰的抵抗 力
信息传输 的可靠性
❖ 由于信道中存在干扰， 数据传递过程中会出现 错误，信道编码可以检 测或者纠正数据传输的 错误，从而提高数据传 输的可靠性。
1.2 通信系统的模型
调制器
作用：
➢ 将信道编码的输出变换为适合信道传输的 要求的信号 ；
消息
信息的表现形 式；
文字，图像， 声音等；
信号
信号的变化描 述消息；
信息的基本特点
1.不确定性
受信者在接收到信息之前，不知道信源发送 的内容是什么，是未知的、不确定性事件；
2.受信者接收到信息后，可以减少或者消除不确定性；
3. 可以产生、消失、存储，还可以进行加工、处理；
4. 可以度量
1.2 通信系统的模型
冗 信源符号 余 变 相关性强 化 统计冗余强
信源编码器
码序列 相关性减弱 统计冗余弱
相关冗余 统计冗余 生理冗余
模型简化
信源输出前后符号之间存在一定相关性
信源输出符号不服从等概率分布
信息论与编码-曹雪虹-课件第1章
29
信息论
一门应用概率论、随机过程、数理统计 和近代代数的方法，来研究信息传输、 提取和处理系统中一般规律的学科。
信息论是在信息可以量度的基础上,研究有 效地和可靠地传递信息的科学,它涉及信息 量度、信息特性、信息传输速率、信道容 量、干扰对信息传输的影响等方面的知识
30
信息
是事物运动状态或存在方式的不确定性的描
香农定义的信息也有其局限性，存在一些缺陷 定义的出发点是假定事物状态可以用一个以 经典集合论为基础的概率模型来描述。 没有考虑收信者的主观特性和主观意义，也 撇开了信息的具体含意、具体用途、重要程 度和引起后果等因素。
36
37
狭义信息论：
主要研究信息的测度、信道容量以及信源和信 道编码理论等问题。
接收者在收到信息之前，对它的内容是不知道的， 所以，信息是新知识、新内容；
信息是能使认识主体对某一事物的未知性或不确 定性减少的有用知识；
信息可以产生，也可以消失，同时信息可以被携 带、贮存及处理；
信息是可以量度的，信息量有多少的差别
32
例：气象预报 甲
乙
• “甲地晴”比“乙地晴”的不确定性来的 小
第一层：通信符号如何精确传输？（技术问题）
第二层：传输的符号如何精确携带所需要的含义？ （语义问题）
第三层：所接收的含义如何以所需要的方式有效 地影响行为？（效用问题）
Weaver认为仙农的工作属于第一层，但他又证明 仙农的工作是交叉的，对第二、三层也有意义。
信息是认识主体（人、生物、机器） 所感受的和所表达的事物运动的状态和运 动状态变化的方式。
把广义信息分成三个基本层次，即语法 信息，语义信息，语用信息，分别反映事 物运动状态及其变化方式的外在形式、内 在含义和效用价值。
信息论
一门应用概率论、随机过程、数理统计 和近代代数的方法，来研究信息传输、 提取和处理系统中一般规律的学科。
信息论是在信息可以量度的基础上,研究有 效地和可靠地传递信息的科学,它涉及信息 量度、信息特性、信息传输速率、信道容 量、干扰对信息传输的影响等方面的知识
30
信息
是事物运动状态或存在方式的不确定性的描
香农定义的信息也有其局限性，存在一些缺陷 定义的出发点是假定事物状态可以用一个以 经典集合论为基础的概率模型来描述。 没有考虑收信者的主观特性和主观意义，也 撇开了信息的具体含意、具体用途、重要程 度和引起后果等因素。
36
37
狭义信息论：
主要研究信息的测度、信道容量以及信源和信 道编码理论等问题。
接收者在收到信息之前，对它的内容是不知道的， 所以，信息是新知识、新内容；
信息是能使认识主体对某一事物的未知性或不确 定性减少的有用知识；
信息可以产生，也可以消失，同时信息可以被携 带、贮存及处理；
信息是可以量度的，信息量有多少的差别
32
例：气象预报 甲
乙
• “甲地晴”比“乙地晴”的不确定性来的 小
第一层：通信符号如何精确传输？（技术问题）
第二层：传输的符号如何精确携带所需要的含义？ （语义问题）
第三层：所接收的含义如何以所需要的方式有效 地影响行为？（效用问题）
Weaver认为仙农的工作属于第一层，但他又证明 仙农的工作是交叉的，对第二、三层也有意义。
信息是认识主体（人、生物、机器） 所感受的和所表达的事物运动的状态和运 动状态变化的方式。
把广义信息分成三个基本层次，即语法 信息，语义信息，语用信息，分别反映事 物运动状态及其变化方式的外在形式、内 在含义和效用价值。
信息论与编码第1章绪论
1.1 信息论的形成和发展
美国另一科学家维纳(N. Wiener)出版了“Extrapolation， Interpolation and Smoothing of Stationary Time Series”和 "Control Theory”这两本名著。 维纳是控制论领域的专家，重点讨论微弱信号的检测理论， 并形成了信息论的一个分支。他对信息作了如下定义：信 息是人们在适应外部世界和控制外部世界的过程中，同外 部世界进行交换的内容的名称。 补充：老三论（SCI论 ）： system, control, information 新三论：耗散结构论、协同论、突变论
信息论与编码 Information Theory & Coding
伟大的科学家-香农
伟大的科学家-香农
“通信的基本问题就是在一点重新准确地或 近似地再现另一点所选择的消息”。 这是数学家香农（Claude E.Shannon）在 他的惊世之著《通信的数学理论》中的一 句名言。正是沿着这一思路他应用数理统 计的方法来研究通信系统，从而创立了影 响深远的信息论。
1.1 信息论的形成和发展
①语言产生：人们用语言准确地传递感情和意图，使语言成为 传递信息的重要工具。 ②文字产生：人类开始用书信的方式交换信息，使信息传递的 准确性大为提高。 ③发明印刷术：使信息能大量存储和大量流通，并显著扩大了 信息的传递范围。 ④发明电报电话：开始了人类电信时代，通信理论和技术迅速 发展。这一时期还诞生了无线电广播和电视。更深入的问 题：如何定量研究通信系统中的信息，怎样更有效、更可 靠传递信息? ⑤计算机与通信结合：促进了网络通信的发展，宽带综合业务 数字网的出现，给人们提供了除电话服务以外的多种服务， 使人类社会逐渐进入了信息化时代。
信息论与编码教学课件(全)
信息论与编码教学课件(全)
目录
• 课程介绍与背景 • 信息论基础 • 编码理论基础 • 信道编码技术 • 数据压缩技术 • 多媒体信息编码技术 • 课程总结与展望
01
课程介绍与背景
Chapter
信息论与编码概述
信息论的基本概念
01
信息、信息量、信息熵等
编码的基本概念
02
信源编码、信道编码、加密编码等
02
极化码（Polar Codes）
一种新型信道编码方式，通过信道极化现象实现高效可靠的信息传输。
03
深度学习在信道编码中的应用
利用深度学习技术优化传统信道编码算法，提高编码性能和效率。
05
数据压缩技术
Chapter
数据压缩概述与分类
数据压缩定义
通过去除冗余信息或使用更高效的编码方式，减小数据表示所需存储空间的过 程。
线性分组码原理：线性分组码是一 种将信息序列划分为等长的组，然 后对每组信息进行线性变换得到相 应监督位的编码方式。
具有严谨的代数结构，易于分析和 设计；
具有一定的检错和纠错能力，适用 于各种通信和存储系统。
循环码原理及特点
循环码原理：循环码是一种特殊的线 性分组码，其任意两个码字循环移位
后仍为该码的码字。
03
编码理论基础
Chapter
编码的基本概念与分类
编码的基本概念
编码是将信息从一种形式或格式转换为另一种形式的过程，以 满足传输、存储或处理的需要。
编码的分类
根据编码的目的和原理，可分为信源编码、信道编码、加密编 码等。
线性分组码原理及特点
线性分组码特点
监督位与信息位之间呈线性关系， 编码和解码电路简单；
目录
• 课程介绍与背景 • 信息论基础 • 编码理论基础 • 信道编码技术 • 数据压缩技术 • 多媒体信息编码技术 • 课程总结与展望
01
课程介绍与背景
Chapter
信息论与编码概述
信息论的基本概念
01
信息、信息量、信息熵等
编码的基本概念
02
信源编码、信道编码、加密编码等
02
极化码（Polar Codes）
一种新型信道编码方式，通过信道极化现象实现高效可靠的信息传输。
03
深度学习在信道编码中的应用
利用深度学习技术优化传统信道编码算法，提高编码性能和效率。
05
数据压缩技术
Chapter
数据压缩概述与分类
数据压缩定义
通过去除冗余信息或使用更高效的编码方式，减小数据表示所需存储空间的过 程。
线性分组码原理：线性分组码是一 种将信息序列划分为等长的组，然 后对每组信息进行线性变换得到相 应监督位的编码方式。
具有严谨的代数结构，易于分析和 设计；
具有一定的检错和纠错能力，适用 于各种通信和存储系统。
循环码原理及特点
循环码原理：循环码是一种特殊的线 性分组码，其任意两个码字循环移位
后仍为该码的码字。
03
编码理论基础
Chapter
编码的基本概念与分类
编码的基本概念
编码是将信息从一种形式或格式转换为另一种形式的过程，以 满足传输、存储或处理的需要。
编码的分类
根据编码的目的和原理，可分为信源编码、信道编码、加密编 码等。
线性分组码原理及特点
线性分组码特点
监督位与信息位之间呈线性关系， 编码和解码电路简单；
《信息论与编码》课件
发展趋势与未来挑战
探讨信息论和编码学领域面临的未 来挑战。
介绍多媒体数字信号压缩和编码技术的发展和应用。
可靠的存储与传输控制技术
解释可靠存储和传输控制技术在信息论中的重要性。
生物信息学中的应用
探讨信息论在生物信息学领域的应用和突破。
总结与展望
信息论与编码的发展历程
回顾信息论和编码学的发展历程和 里程碑。
信息技术的应用前景
展望信息技术在未来的应用前景和 可能性。
介绍误码率和信噪比的定义和关系。
2
码率与修正码率的概念
解释码率和修正码率在信道编码中的重要性。
3
线性码的原理与性质
探讨线性码的原理、特点和应用。
4
编码与译码算法的实现
详细介绍信道编码和译码算法的实现方法。
第四章 信息论应用
无线通信中的信道编码应用
探索无线通信领域中信道编码的应用和进展。
多媒体数字信号的压缩与编码技术
《信息论与编码》T课 件
# 信息论与编码 PPT课件
第一章 信息的度量与表示
信息的概念与来源
介绍信息的定义，以及信息在各个领域中的来源和 应用。
香农信息熵的定义与性质
介绍香农信息熵的概念和其在信息论中的重要性。
信息量的度量方法
详细解释如何度量信息的数量和质量。
信息压缩的基本思路
探讨信息压缩的原理和常用方法。
第二章 信源编码
等长编码与不等长编码
讨论等长编码和不等长编码的特点 和应用领域。
霍夫曼编码的构造方法与 性质
详细介绍霍夫曼编码的构造和优越 性。
香农第一定理与香农第二 定理
解释香农第一定理和香农第二定理 在信源编码中的应用。
信息论与编码第一章
“信息是事物运动状态或存在方式的不确定性的描述”
17
信息论研究的对象
信息论是C.E.Shannon四十年代末期，以客观概率 信息为研究对象，从通信的信息传输问题中总结 和开拓出来的理论。
信源
信源 编码
加密
信道 编码 干扰 信道
信宿
信源 译码
解密
信道 译码
噪声
通信系统模型
18
信息论研究的目的
• 可靠性：尽可能准确地、不失真地在接收端再现。 • 有效性：尽可能短的时间和尽可能少的设备来传送一定 数量的信息。 • 保密性：只能让被授权者接收。 • 认证性：接收者能正确判断所接收的信息的正确性，验 证消息的完整性，而不是伪造的和被窜改的。
13
1.1 信息论的概念
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
14
1.1 信息的概念
2.信定性。
认识主体接收到信息后，能对某事物的不确定 性、未知性消除，或部分消除。
19
信息论研究的内容
• 狭义信息论（香农信息论）：信息的测度、信道容量、信源和信 道编码理论 • 一般信息论：噪声、滤波与预测、估计、保密等
• 广义信息论：所有与信息相关的领域
狭义 信息论
一般 信息论
广义 信息论
20
香农信息论
压缩理论 传输理论 保密理论
有噪声 有失真信源编码 无失真信源编码 信道编码理论 率失真理论 等长编码 变长编码 定理 定理 最优码构成 Huffman码 Fano码 码构成 网络信道 保密系统的 信息理论
网络信息理论
网络最佳码 保密码
信息论与编码课件(全部课程内容)
P(b1 | a1 ) P(b2 | a1 ) P(b | a ) P(b | a ) 2 2 [ PY | X ] 1 2 P(b1 | ar ) P(b2 | ar )
一.1.”输入符号 a,输出符号 b”的联合概率 i j
P{X a i ,Y=b j } p a i ,b j p a i p b j /a i
1。当p (ai / b j ) 1时， 1 I (ai ; b j ) log I (ai )(i 1, 2, , r; b 1, 2, , s) p (ai )
信号 a i ．
收信者收到输出符号 bj 后，推测信源以概率１发
2。当p (ai〈p (ai / b j〈1时， ) ) I (ai ; b j ) log p (ai / b j ) p (ai ) 〉 i 1, 2, , r ; b 1, 2, , s ) 0(
此式称为符号 a i 和 bj 之间的互信函数． 我们把信宿收到 bj 后，从 bj 中获取关于 a i 的信 息量 I (ai ; bj ) 称为输入符号 a i 和输出符号 bj 之间 的交互信息量，简称互信息．它表示信道在把 输入符号 a i 传递为输出符号 bj 的过程中，信道 所传递的信息量．
收信者收到 b j后，推测信源发信号 a i的后验概率，反而小于 收到 b j 前推测信源发信号 a i的先验概率.
例2.3 表2.1中列出某信源发出的八种不同消息ai(i=1,2,…,8),相应的
先验概率p(ai)(i=1,2,…,8),与消息ai(i=1,2,…,8)一一对应的码字wi
(i=1,2,…,8).同时给出输出第一个码符号“0”后，再输出消息a1,a2,a3,
信息论与编码 第1章 ppt
2020/8/1
3、广义信息论
电子科技大学
无论是香农信息论还是一般信息论，都
未讨论涉及认识主体主观因素的语义信
息和语用信息，要研究信息的内在含义
和效用价值，就必然会渗透到如心理学、
生物学、神经生理学、语言学、经济学、
社会学等有关领域。
1977年，美国经济学家波拉特就曾发表 “信息经济”一文，用信息论的概念研
《辞海》对信息的解释中也明确提出： 信息、物质和能量被称为系统的三大要 素。
2020/8/1
电子科技大学
以信息为研究对象的信息科学的出现和 发展，使原来以物质、能量两者为中心 的技术科学体系转变为以物质、能量和 信息三者为中心的技术科学体系。 因此，与物质和能量的度量一样，信息 的度量也成为现代技术科学体系的基础。
电子科技大学
1、信息科学的概念
一般认为，信息科学是研究信息的度量、 获取、传递、存储、处理和施用的技术
科学。
进一步，可以从信息科学的研究对象和 研究内容两个方面来理解信息科学的概
念。
2020/8/1
①信息科学以信息为研究对象
电子科技大学
维纳曾指出：信息既不是物质，也不是 能量，信息就是信息。
维纳揭示了信息具有与物质、能量不同 的属性。
究经济现象和社会现象。
2020/8/1
电子科技大学
何为广义信息论，至今并无定论。 目前比较公认的说法为，广义信息论是 从客观和主观两个方面全面研究信息的 度量、获取、传递、存储、处理和施用 的技术科学。 在这个意义上，人们更愿意将广义信息 论称为信息科学。
2020/8/1
三、信息科学及其研究内容
Discrete Source at the Fidelity Criterion) 中，
3、广义信息论
电子科技大学
无论是香农信息论还是一般信息论，都
未讨论涉及认识主体主观因素的语义信
息和语用信息，要研究信息的内在含义
和效用价值，就必然会渗透到如心理学、
生物学、神经生理学、语言学、经济学、
社会学等有关领域。
1977年，美国经济学家波拉特就曾发表 “信息经济”一文，用信息论的概念研
《辞海》对信息的解释中也明确提出： 信息、物质和能量被称为系统的三大要 素。
2020/8/1
电子科技大学
以信息为研究对象的信息科学的出现和 发展，使原来以物质、能量两者为中心 的技术科学体系转变为以物质、能量和 信息三者为中心的技术科学体系。 因此，与物质和能量的度量一样，信息 的度量也成为现代技术科学体系的基础。
电子科技大学
1、信息科学的概念
一般认为，信息科学是研究信息的度量、 获取、传递、存储、处理和施用的技术
科学。
进一步，可以从信息科学的研究对象和 研究内容两个方面来理解信息科学的概
念。
2020/8/1
①信息科学以信息为研究对象
电子科技大学
维纳曾指出：信息既不是物质，也不是 能量，信息就是信息。
维纳揭示了信息具有与物质、能量不同 的属性。
究经济现象和社会现象。
2020/8/1
电子科技大学
何为广义信息论，至今并无定论。 目前比较公认的说法为，广义信息论是 从客观和主观两个方面全面研究信息的 度量、获取、传递、存储、处理和施用 的技术科学。 在这个意义上，人们更愿意将广义信息 论称为信息科学。
2020/8/1
三、信息科学及其研究内容
Discrete Source at the Fidelity Criterion) 中，
信息论与编码PPT教学课件
4. 干扰源 • 是整个通信系统中各个干扰的集中反映，用以 表示消息在信道中传输时遭受干扰的情况。 • 对于任何通信系统而言，干扰的性质、大小是 影响系统性能的重要因素。
第二节 通信系统的模型
5. 密钥源 • 是产生密钥k的源 • 信源编码器输出信号x经过k的加密运算后，就 把明文x变换为密文y
三、通信系统的性能指标及相应的编码问题
第二节 通信系统的模型
问题：能否将三种码（信源编码、信道编码和密码） 合成一种码进行编译？
• 提高有效性必须去掉信源符号中的冗余部分， 此时信道误码会使接收端不能恢复原来的信息 ，也就是必须相应提高传送的可靠性，不然会 使通信质量下降；
• 反之，为了可靠而采用信道编码，往往需扩大 码率，也就降低了有效性。安全性也有类似情 况
▪ 到70年代，有关信息论的研究，从点与点间的单用 户通信推广到多用户系统的研究。1972年盖弗（Caer ）发表了有关广播信道的研究，以后陆续有关于多接 入信道和广播信道模型的研究，但由于这些问题比较 难，到目前为止，多用户信息论研究得不多，还有许 多尚待解决的课题。
第一节 信息论的形成和发展
➢ 几个概念
3．三处最有可能发展成为城 市的是哪一处？为什么？除此 而外，你知道哪些地方还分布 有较大的城市？ 4. 综上所述，影响聚落形成 和发展的因素有哪些？
• 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。
• 根据信息论的各种编码定理和上述通信系统的指标 ，编码问题可分解为三类：信源编码、信道编码和 密码。
第二节 通信系统的模型
1. 信源编译码器 信源编码器的作用 • 是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（即 多余度），以提高通信系统传输消息的效率。
第二节 通信系统的模型
5. 密钥源 • 是产生密钥k的源 • 信源编码器输出信号x经过k的加密运算后，就 把明文x变换为密文y
三、通信系统的性能指标及相应的编码问题
第二节 通信系统的模型
问题：能否将三种码（信源编码、信道编码和密码） 合成一种码进行编译？
• 提高有效性必须去掉信源符号中的冗余部分， 此时信道误码会使接收端不能恢复原来的信息 ，也就是必须相应提高传送的可靠性，不然会 使通信质量下降；
• 反之，为了可靠而采用信道编码，往往需扩大 码率，也就降低了有效性。安全性也有类似情 况
▪ 到70年代，有关信息论的研究，从点与点间的单用 户通信推广到多用户系统的研究。1972年盖弗（Caer ）发表了有关广播信道的研究，以后陆续有关于多接 入信道和广播信道模型的研究，但由于这些问题比较 难，到目前为止，多用户信息论研究得不多，还有许 多尚待解决的课题。
第一节 信息论的形成和发展
➢ 几个概念
3．三处最有可能发展成为城 市的是哪一处？为什么？除此 而外，你知道哪些地方还分布 有较大的城市？ 4. 综上所述，影响聚落形成 和发展的因素有哪些？
• 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。
• 根据信息论的各种编码定理和上述通信系统的指标 ，编码问题可分解为三类：信源编码、信道编码和 密码。
第二节 通信系统的模型
1. 信源编译码器 信源编码器的作用 • 是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（即 多余度），以提高通信系统传输消息的效率。
信息论与编码1绪论课件
McMillan 1953
变长编码 定理
Shannon 1948
McMillan 1956
率失真理论 Shannon Gallager Berger
纠错码 编码调制理论
Huffman码(1952)、Fano码 算术码(1976,1982) LZ码(1977,1978)
压缩编码 JPEG MPEG
信息论与编码1绪论课件
信息论与编码1绪论课件
11
信息论基础的重要性
❖ 信息论是信息科学和技术的基本理论,信息科学 大厦的地基;
❖ 没有信息论的基础，从事通信与信息领域的研 究和创新是不可能的事情;
❖ 总之,信息论是高层次信息技术人才必不可少的 基础知识。
信息论与编码1绪论课件
12
2信息论研究对象、目的和内容
信源
编码器
信息论作为一门严密的科学分支，主要归功于贝 尔实验室的香农。他在1948年发表的论文《通信的 数学理论》奠定了信息论的基础。控制论的创始人 维纳也对信息论有不可忽视的贡献。香农和维纳的 基本思想都是把通信作为统计过程来处理。他们采 用的术语、方法也主要依靠统计理论。
信息论与编码1绪论课件
20
研究通信系统的目的就是要找到信息传输过 程的共同规律，以提高信息传输的可靠性、 有效性、保密性和认证性，以达到信息传输 系统最优化。所谓可靠性高，就是要使信源 发出的消息经过信道传输以后，尽可能准确 地、不失真地再现在接收端。而所谓有效性 高，就是经济效果好，即用尽可能短的时间 和尽可能少的设备来传送一定数量的信息。
信息论与编码1绪论课件
16
例如，当法拉第(M．Faraday)于1820年--1830年 期间发现电磁感应的基本规律后，不久莫尔斯 (F．B．Morse)就建立起电报系统(1832—1835)。 1876年，贝尔(A．G．BELL)又发明了电话系统。 1864年麦克斯韦(Maxell)预言了电磁波的存在， 1888年赫兹(H．Hertz)用实验证明了这一预言。 接着1895年英国的马可尼(G. Marconi)和俄国的波 波夫(A．C．ΠoΠoB)就发明了无线电通信。
变长编码 定理
Shannon 1948
McMillan 1956
率失真理论 Shannon Gallager Berger
纠错码 编码调制理论
Huffman码(1952)、Fano码 算术码(1976,1982) LZ码(1977,1978)
压缩编码 JPEG MPEG
信息论与编码1绪论课件
信息论与编码1绪论课件
11
信息论基础的重要性
❖ 信息论是信息科学和技术的基本理论,信息科学 大厦的地基;
❖ 没有信息论的基础，从事通信与信息领域的研 究和创新是不可能的事情;
❖ 总之,信息论是高层次信息技术人才必不可少的 基础知识。
信息论与编码1绪论课件
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2信息论研究对象、目的和内容
信源
编码器
信息论作为一门严密的科学分支，主要归功于贝 尔实验室的香农。他在1948年发表的论文《通信的 数学理论》奠定了信息论的基础。控制论的创始人 维纳也对信息论有不可忽视的贡献。香农和维纳的 基本思想都是把通信作为统计过程来处理。他们采 用的术语、方法也主要依靠统计理论。
信息论与编码1绪论课件
20
研究通信系统的目的就是要找到信息传输过 程的共同规律，以提高信息传输的可靠性、 有效性、保密性和认证性，以达到信息传输 系统最优化。所谓可靠性高，就是要使信源 发出的消息经过信道传输以后，尽可能准确 地、不失真地再现在接收端。而所谓有效性 高，就是经济效果好，即用尽可能短的时间 和尽可能少的设备来传送一定数量的信息。
信息论与编码1绪论课件
16
例如，当法拉第(M．Faraday)于1820年--1830年 期间发现电磁感应的基本规律后，不久莫尔斯 (F．B．Morse)就建立起电报系统(1832—1835)。 1876年，贝尔(A．G．BELL)又发明了电话系统。 1864年麦克斯韦(Maxell)预言了电磁波的存在， 1888年赫兹(H．Hertz)用实验证明了这一预言。 接着1895年英国的马可尼(G. Marconi)和俄国的波 波夫(A．C．ΠoΠoB)就发明了无线电通信。
信息论与编码课件第一章优秀课件
历史回顾: 信息传输方式的变迁
在人类的历史长河中，信息传输和传播手段经 历了五次变革：
第一次变革：语言的产生 第二次变革：文字的产生 第三次变革：印刷术的发明 第四次变革：电报、电话的发明 第五次变革：计算机技术与通信技术相结合，促进
了网络的发展。
历史回顾: 信息传输方式的变迁
我国上古时期的“结 绳记事”法，史书上 有很多记载。 汉朝郑玄的《周易注》 中记载：“古者无文 字，结绳为约，事大， 大结其绳，事小，小 结其绳。”
①包含许多原来不知道的新内容信息量大 ②包含许多原来已知道的旧内容信息量小
广义的信息概念
物质、能量和信息是构成客观世界三大要素，信息 是物质和能量在空间和时间中分布的不均匀程度。 信息不是物质，信息是事物的表征，是对物质存在 状态和运动形式的一般描述。 信息存在于任何事物之中，有物质的地方就有信息， 信息充满物质世界。 信息本身看不见、摸不着，它必须依附于一定的物 质形式（如文字、声波、电磁波等）。这种运载信 息的物质称为信息的载体，一切物质都有可能成为 信息的载体。
学时数: 讲课 32学时 实验 8学时（10，14周周五9-12节?，计算中心）
上课时间和地点: 第1-4,6-16周一3、4节，1-四阶 第8周二1、2节，3-五阶
考试时间： 第17周左右
考试成绩计算： 作业+实验 ：30% ； 期末考试：开卷 70% ；
答疑时间： 每周三第5、6节课（13:30-15:30）
对学习者的要求
三个重要环节
课前预习 课上认真听讲 课后认真复习消化、做作业
经常进行阶段复习
掌握知识的窍诀：反复思维实践
其他约定
不得迟到、早退、缺课，有事请假 上课时请关闭手机（或调至振动） 作业不得用纸片信纸之类，必须使用作业本 迟交的作业及纸片做的作业恕不修改，只作记
信息论与编码第二版第1章ppt
人类发展与信息传播
人类发展的历史是沿着信息不断膨胀的方向前进的：
在信息量小、传播效率低的社会，发展速度缓慢； 在信息量大、传播效率高的社会，发展速度就快。
信息技术高速发展使得人类获得信息的深度、广度 已今非昔比。如互联网：
无线广播问世38年后，拥有5000万听众； 电视诞生13年后，拥有同样数量的观众； 而互联网从1993年对公众开放，4年。 微电子技术---信息技术的‘细胞’ 通信技术---信息技术的‘神经’ 计算机技术---信息技术的‘大脑’
教学重点：
信息度量、无失真信源编码、限失真信源编 码、信道编码的基本理论及实现原理。
第一章 绪论
1.1 信息论的形成和发展
1.2 通信系统的基本模型
学习要求： 1、了解这门课要讲什么； 2、区分信息、消息、信号这三个名词； 3、对于一个通信系统，有哪些性能指标需要我 们优化，如何优化 ； 4、理解通信系统模型。
狭义信息论：在信息可以度量的基础上，对如
何有效、可靠地传递信息进行研究。涉及信息度 量、信息特性、信息传输速率、信道容量、干扰 对信息传输的影响等方面的知识。又称为香农信 息论。
广义信息论：包含通信的全部统计特性问题的
研究，除了香农信息论之外，还包括信号设计、 噪声理论、信号的检测与估值等。 本书讲述的信息理论的内容为狭义信息论
所谓“疑问”、“不知道”，就是一种知识 上的“不确定性”，即对某个事情的若干种可 能结果，或对某个问题的若干可能答案，不能 做出明确的判断。 所以，我们可以把作为“通信的消息”来理 解的“狭义信息”，看作是一种用来消除通信 对方知识上的“不确定性”的东西。 接收者收到某一消息后所获得的信息，可以用接 收者在通信前后“不确定性”的消除量来度量。 简而言之，接收者所得到的信息量，在数量上等 于通信前后“不确定性”的消除量(或减少量)。
最新信息论与编码理论基础(第一章)课件教学讲义ppt
消息
是信息的载体，相对具体的概念，如语言，文字，数 字，图像
信号
表示消息的物理量，电信号的幅度，频率，相位等等
2021/5/21
21
音信消息
南唐 李中《暮春怀故人》诗： “梦断美人沉信息，目穿长路倚楼台。”
பைடு நூலகம்
宋 陈亮《梅花》诗： “欲传春信息，不怕雪埋藏。”
《水浒传》第四四回： 宋江大喜，说道：“只有贤弟去得快，旬日便知信息。”
香浓(Shannon)信息论： 1948年发表《通信的 数学理论》，创建了信息论，建立了通信系统 的模型，用概率和统计观点描述信息，包括信 源、信道、干扰等，给出了不确定的信息量度， 指出了客观有效、可靠的信息通信之路，宣告 了一门学科信息论的诞生，成为通信领域技术 革命的思想或者理论基础。
2021/5/21
信息论与编码理论基础(第 一章)课件
教材
王育民、李晖， 信息论与编码理论 （第2版）， 高等教育出版社， 2013.
2021/5/21
2
参考书
Thomas M. Cover, Joy A. Thomas, Elements of Information Theory，2nd ed, WILEY Press, 2006. 阮吉寿 张华 译 信息论基础，机械工业出版社，2007.
2021/5/21
29
类比
对于Shannon信息论，可将通信问题与普通的 运输问题做类比。
前者是传送信息，后者是传送货物。 传送货物有货源和运输通道，而货源和运输通
道又有货源的体积（或吨位）和运输通道的容 量。当运输通道的容量大于货源的体积（吨位） 时，就能实现货物的正常运输。 信源和信道编码理论则是解决信息的传输问题。 可以通过信息的度量来确定信息量（可形象地 称为信号体积）和信道容量。当信道容量大于 信息体积时，就能实现信息的正确传输。
是信息的载体，相对具体的概念，如语言，文字，数 字，图像
信号
表示消息的物理量，电信号的幅度，频率，相位等等
2021/5/21
21
音信消息
南唐 李中《暮春怀故人》诗： “梦断美人沉信息，目穿长路倚楼台。”
பைடு நூலகம்
宋 陈亮《梅花》诗： “欲传春信息，不怕雪埋藏。”
《水浒传》第四四回： 宋江大喜，说道：“只有贤弟去得快，旬日便知信息。”
香浓(Shannon)信息论： 1948年发表《通信的 数学理论》，创建了信息论，建立了通信系统 的模型，用概率和统计观点描述信息，包括信 源、信道、干扰等，给出了不确定的信息量度， 指出了客观有效、可靠的信息通信之路，宣告 了一门学科信息论的诞生，成为通信领域技术 革命的思想或者理论基础。
2021/5/21
信息论与编码理论基础(第 一章)课件
教材
王育民、李晖， 信息论与编码理论 （第2版）， 高等教育出版社， 2013.
2021/5/21
2
参考书
Thomas M. Cover, Joy A. Thomas, Elements of Information Theory，2nd ed, WILEY Press, 2006. 阮吉寿 张华 译 信息论基础，机械工业出版社，2007.
2021/5/21
29
类比
对于Shannon信息论，可将通信问题与普通的 运输问题做类比。
前者是传送信息，后者是传送货物。 传送货物有货源和运输通道，而货源和运输通
道又有货源的体积（或吨位）和运输通道的容 量。当运输通道的容量大于货源的体积（吨位） 时，就能实现货物的正常运输。 信源和信道编码理论则是解决信息的传输问题。 可以通过信息的度量来确定信息量（可形象地 称为信号体积）和信道容量。当信道容量大于 信息体积时，就能实现信息的正确传输。
信息论与编码第1章
第一章绪论（第一讲）（2课时）主要内容：（1）教学目标（2）教学计划（3）参考书（4）考试问题（5）信息论的基本概念（6）信息论发展简史和现状（7）通信系统的基本模型重点：通信系统的基本模型难点：通信系统的基本模型特别提示：运用说明：本堂课作为整本书的开篇，要交待清楚课程开设的目的，研究的内容，对学习的要求；在讲解过程中要注意结合一些具体的应用实例，避免空洞地叙述，以此激发同学的学习兴趣，适当地加入课堂提问，加强同学的学习主动性。
信息论与编码(Informatic s & Coding)开场白教学目标：本课程主要讲解香农信息论的基本理论、基本概念和基本方法，以及编码的理论和实现原理。
介绍信息的统计度量，离散信源，离散信道和信道容量；然后介绍无失真信源编码、有噪信道编码，以及限失真信源编码等，然后介绍信道编码理论，最后也简单介绍了密码学的一些知识。
教学重点：信息度量、无失真信源编码、限失真信源编码、信道编码的基本理论及实现原理。
教学计划：信息论：约20学时信道编码：约19学时*密码学：约8学时参考书：1．信息论与编码，曹雪虹张宗橙编，北京邮电大学出版社，20012．信息论—基础理论与应用，傅祖芸编著，电子工业出版社，20013．信息理论与编码，姜丹钱玉美编著4．信息论与编码，吴伯修归绍升祝宗泰俞槐铨编著，1987考试问题：第一章绪论信息论的基本概念信息论发展简史和现状通信系统的基本模型§1.1 信息论的基本概念信息论是一门应用近代数理统计方法来研究信息的传输和处理的科学。
在涉及这门课程的具体内容之前，很有必要在引言中，首先放宽视野，从一般意义上描述、阐明信息的基本含意。
然后，再把眼光收缩到信息论的特定的研究范围中，指明信息论的假设前提，和解决问题的基本思路。
这样，就有可能帮助读者，在学习、研究这门课程之前，建立起一个正确的思维方式，有一个正确的思路，以便深刻理解、准确把握以下各章节的具体内容。
信息论与编码A第1章绪论.
2
主要内容
第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章 第 8章 第 9章 绪论 信息的度量 信道及其容量 无失真信源编码 率失真理论与有失真信源编码 信道编码概述 线性分组码 循环码 卷积码
3
第1章
1.1 1.2 1.3 1.4
绪
论
通信系统模型 信息论与编码理论的主要内容 信息论与编码理论的形成与发展 信息论与编码理论的应用
13
C. E. Shannon（香农: 1916-2001）
Education: BS, Mathematics and electrical engineering , University of Michigan, 1936. MS, Electrical engineering, MIT, 1938 Ph.D, Mathematics, MIT, 1940. Working Experience 1940-1941, Princeton University 1941-1972, Bell Lab. 1956-1980, MIT, Professor
11
1.3 信息论与编码理论的形成与发展
1904: Fleming发明二极管 1906: DeForest发明三极管 1907: 弗雷斯特(L.Forest)发明电子管(电磁波放大) 1917: (G.A.Campbell)发明滤波器 1922: 卡逊(J.R.Carson)研究调幅信号的频谱结构,开始 明确上下边带的概念 1924: 奈奎斯特(H.Nyquist)与曲夫缪勒独立指出: 信号 传输速率与信道带宽成正比 1925-1927: 建立电视系统 1928: 奈奎斯特(H.Nyquist)建立了限带信号的采样定理
信息论与编码第一章绪论
研究信息传输和处理问题，除经典信息论外 还包括噪声理论，信号滤波和预测，统计检 测和估值理论，调制理论，信息处理理论和 保密理论
➢ 广义信息论
除上述内容外，还包括自然和社会领域有关 信息的内容，如模式识别，计算机翻译，心 理学，遗传学，神经生理学
信息论发展简史
➢ 电磁理论和电子学理论对通信理论技术 发展起重要的促进作用
➢ 研究目的：提高信息系统的可靠性、有效性和安全性以
便达到系统最优化。
1.1 信息的概念
信息是信息论中最基本、最重要的概念，既抽象又 复杂
信息在日常生活中被认为是“消息”、“知识”、“情报” 等➢“信息”不同于消息（在现代信息论形成之前，信息一直
被看作是通信中消息的同义词，没有严格的数学含义）， 消息是表现形式，信息是实质；
比
➢ 1928年Hartley提出信息量定义为可能消息量的 对数
➢ 1939年Dudley发明声码器 ➢ 1940维纳将随机过程和数理统计引入通信与控制
系统
信息论发展简史
1948年shannon信息论奠基
1952年Fano证明了Fano不等式，给出了 shannon信道编码逆定理的证明
1957，Wolfowitz，1961 Fano， 1968Gallager给出信道编码定理的简介证 明并描述了码率，码长和错误概率的关系， 1974年Bahl发明了分组码的迭代算法（ BCRJ）
➢ 重点讲授信息的概念，信息的度量和计算等 一些基本问题。还学习几种常用的信源编码方 法和纠错编码方法。
课程位置
基础课程
概率论 数理统计
后续课程：
通信原理 数字通信 数字图像处理
课程目标
➢ 掌握基本的信息论概念，而且要求能够和日常 生活和学习结合起来，做到活学活用。
➢ 广义信息论
除上述内容外，还包括自然和社会领域有关 信息的内容，如模式识别，计算机翻译，心 理学，遗传学，神经生理学
信息论发展简史
➢ 电磁理论和电子学理论对通信理论技术 发展起重要的促进作用
➢ 研究目的：提高信息系统的可靠性、有效性和安全性以
便达到系统最优化。
1.1 信息的概念
信息是信息论中最基本、最重要的概念，既抽象又 复杂
信息在日常生活中被认为是“消息”、“知识”、“情报” 等➢“信息”不同于消息（在现代信息论形成之前，信息一直
被看作是通信中消息的同义词，没有严格的数学含义）， 消息是表现形式，信息是实质；
比
➢ 1928年Hartley提出信息量定义为可能消息量的 对数
➢ 1939年Dudley发明声码器 ➢ 1940维纳将随机过程和数理统计引入通信与控制
系统
信息论发展简史
1948年shannon信息论奠基
1952年Fano证明了Fano不等式，给出了 shannon信道编码逆定理的证明
1957，Wolfowitz，1961 Fano， 1968Gallager给出信道编码定理的简介证 明并描述了码率，码长和错误概率的关系， 1974年Bahl发明了分组码的迭代算法（ BCRJ）
➢ 重点讲授信息的概念，信息的度量和计算等 一些基本问题。还学习几种常用的信源编码方 法和纠错编码方法。
课程位置
基础课程
概率论 数理统计
后续课程：
通信原理 数字通信 数字图像处理
课程目标
➢ 掌握基本的信息论概念，而且要求能够和日常 生活和学习结合起来，做到活学活用。
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2013-10-17 14
信息的特征
信息论导引. 李立萍等编著，电子科技大学出版社，2008.
1. 信息的客观性 2. 信息与载体的不可分割性
3. 信息的价值性
4. 信息的时效性 5. 信息的可分享性 6. 信息的可传递性 7. 信息的可扩散性
2013-10-17 15
信息的特征
8. 信息的可加工性
有失真信源数据压缩编码的应用
调制解调码问题
汉字信息编码
图形码与存储介质码
2013-10-17 5
1.2 信息论的研究内容
√ 狭义信息论（经典信息论）
主要研究信息的测度、信道容量及信源和信道编码理论等问 题，又称香农基本理论
一般信息论（工程信息论）
主要研究信息传输和处理问题。除香农理论以外，还包括编 码理论、噪声理论、信号滤波和预测、统计检测和估计、调 制理论、信息处理理论以及保密理论等
信号（Signal）：
替代消息并适合于在信道中传输的是连续或脉冲的 电压、电流、电磁波及光波。
2013-10-17 10
消息、信号和信息
信息（Information）：
信息是消息的内涵，是信号的价值，信息 是能使信宿得以获知解惑的东西。 它应当是从千千万万不同形式不同内容的 消息中抽象出来的、具有共性的、可定量 测度的一个量，应该有它的单位和数学表 达。
2013-10-17 8
信息的定义
从日常生活知识来理解
英国牛津字典：信息是谈论的事情、新闻和知识 韦氏字典：信息是在观察研究过程中获得的数据情 报、新闻和知识 日本广辞苑：信息是所观察事物的知识
有关科学家的论述
香农：信息是事物运动状态或存在方式的不确定性 的描述 艾什比：把信息定义为“差异度” 维纳：把信息定义为一种“组织性”的度量
对香农信息理论进行严格的数学描述与论 证（1948～1960S） 香农信息论的发展（1970S～1980S）
率失真理论的发展 多用户信息论（网络信息论）的发展 代数编码理论的发展
2013-10-17 4
1.1 信息论的形成和发展
3. 信息论近期发展（20世纪90年代后）
无失真编码的应用
有关哲学家的论述
信息是一切物质的属性 信息就是信息，不是物质也不是能量
2013-10-17 9
消息、信号和信息
信源
(发送者) 干扰或噪声 消息
信道
信宿
(收信者)
消息（Message）：
信源发出的语言、文字、公式、数据、声音、图像 等等。每个消息都是具体的，其内容千千万万，形式多种 多样。
具有检错或纠错的功能，它能将落在其检错或纠错 范围内的错传码元检出或纠正，以提高传输消息的 可靠性。
信道编码的主要作用是提高信息传送的可靠性
2013-10-17 22
三码合一
密码学研究的内容
如何隐蔽消息中的信息内容，使它在传输过 程中不被窃听，提高通信系统的安全性。 从理论方面来说，若能把三种码合并成一种码 来编译，即同时考虑有效、可靠和安全，可使 编译码器更理想化，在经济上可能也更优越。 这种三码合一的设想是当前众所关心的课题， 但因理论上和技术上的复杂性，要取得有用的 结果，还是相当困难。
2013-10-17 23
小结
信息论的形成和发展
信息论的研究内容
信息的基本概念 通信系统模型简介
2013-10-17
24
2013-10-17
18
数字通信系统模型
信 源 信 宿
信源编码 加密 信道编码 加密 密钥 信 道 解密 密钥
信源解码 解密 信道解码
干 扰 源
2013-10-17 19
信源、信宿和信道
信源：发送消息的源
离散信源和连续信源 信源是信息论的主要研究对象之一，但在信息 论中并不探讨信源的内结构和物理机理，而把 注意力放在信源的输出上，重点讨论信源输出 的描述方法及性质。
信宿：信息归宿之意，亦即收信者或用户，是信
息传送的终点或目的地。
信道：传输信息的物理媒介
2013-10-17 20
信源编码器与译码器
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。
9. 信息的可再现性
10. 信息的可存储性 11. 信息的积累性 12. 信息的延续性和继承性 13. 信息的可开发性 14. 信息的可再生性和可增值性
2013-10-17 16
信息的性质
性质一：普遍性
信息是普遍存在的。
性质二：无限性
在整个宇宙时空中，信息是无限的。
性质三：相对性
第1章 绪 论
1.1 1.2 信息论的形成和发展 信息论的研究内容
1.3
1.4
信息的基本概念
通信系统模型简介
1.1 信息论的形成和发展
1. 信息论的早期酝酿（19世纪到20世纪40年代） 编码技术产生：莫尔斯码、波多码 早期通信中发现的问题
信号的频带宽度和信噪比影响信道的通信容量。 通信的数量与质量相互制约：有效性和可靠性 抗干扰码的出现。
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。
母病愈，勿念
2013-10-17 21
信道编码器与译码器
信道编码器的作用 母病▓ ，勿念
在信源编码器输出的代码组上有目的地增加一些监 督码元，使之具有检错或纠错的能力。
信道译码器的作用
信息是抽象的、非物理的 哲学层表达
2013-10-17 13
信息的特征
信息的基本概念在于它的不确定性，任何已 确定的事物都不含信息。
接收者在收到信息之前，对它的内容是不知道 的，所以信息是新知识、新内容 信息是能使认识主体对某一事物的未知性或不 确定性减少的有用知识 信息可以产生，也可以消失，同时信息可以被 携带、贮存及处理 信息是可以量度的，信息量有多少的差别
网络信息理论
网络最佳码 保密码
压缩编码
纠错码
2013-10-17
代数编码
卷积码
7
1.3 信息的基本概念 物质世界的三大支柱：物质、能量和信息
Without materials, there is nothing. 没有物质的世界是虚无的世界 Without energy, nothing happens. 没有能源的世界是死寂的世界 Without information, nothing makes sense. 没有信息的世界是混乱的世界
广义信息论
不仅包括上述两方面内容，而且包括所有与信息有关的自然 和社会领域，如模式识别、计算机翻译、心理学、遗传学、 神经生理学、语言学、语义学甚至包括社会学中有关信息的 问题
2013-10-17 6
香农信息论的科学体系
香农信息论 压缩理论 传输理论 保密理论
有噪声 限失真信源编码 无失真信源编码 信道编码理论 率失真理论 定长编码 变长编码 定理 定理 最优码构成 Huffman码 Fano码 码构成 网络信道 保密系统的 信息理论
香农熵的产生
维纳、费希尔、香农几乎同时提出信息的度量形式
1948年，香农发表论文《通信的数学理论》，奠 定了现代信息论的基础
2013-10-17 2
1.1 信息论的形成和发展
Claude Shannon (1916-2001)
2013-10-17 3
1.1 信息论的形成和发展
2. 信息论的建立与发展（1948～1980S）
2013-10-17 11
消息、信号和信息
例一：扔硬币
正反面不确定
例二：天气预报
晴、多云、雨、雪、风：不确定
例三：足球比赛
胜负关系不确定
2013-10-17
12
消息、信号和信息
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 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，同时它是 信息的载荷体，是信息论中主要描述形式 信息的数学层表达
对于同一事物，不同观察者所获得的信息量可能不同。
性质四：转移性
信息可以在时间上或空间中从一点转移到另一点。
性质五：变换性
信息是可变换的，可由不同的载体和不同的方法来载荷。
2013-10-17 17
1.4 通信系统模型简介
信源
消息
编码器
信号
信号+干扰
信道
译码器消息Fra bibliotek信宿干扰 噪声源
信息的特征
信息论导引. 李立萍等编著，电子科技大学出版社，2008.
1. 信息的客观性 2. 信息与载体的不可分割性
3. 信息的价值性
4. 信息的时效性 5. 信息的可分享性 6. 信息的可传递性 7. 信息的可扩散性
2013-10-17 15
信息的特征
8. 信息的可加工性
有失真信源数据压缩编码的应用
调制解调码问题
汉字信息编码
图形码与存储介质码
2013-10-17 5
1.2 信息论的研究内容
√ 狭义信息论（经典信息论）
主要研究信息的测度、信道容量及信源和信道编码理论等问 题，又称香农基本理论
一般信息论（工程信息论）
主要研究信息传输和处理问题。除香农理论以外，还包括编 码理论、噪声理论、信号滤波和预测、统计检测和估计、调 制理论、信息处理理论以及保密理论等
信号（Signal）：
替代消息并适合于在信道中传输的是连续或脉冲的 电压、电流、电磁波及光波。
2013-10-17 10
消息、信号和信息
信息（Information）：
信息是消息的内涵，是信号的价值，信息 是能使信宿得以获知解惑的东西。 它应当是从千千万万不同形式不同内容的 消息中抽象出来的、具有共性的、可定量 测度的一个量，应该有它的单位和数学表 达。
2013-10-17 8
信息的定义
从日常生活知识来理解
英国牛津字典：信息是谈论的事情、新闻和知识 韦氏字典：信息是在观察研究过程中获得的数据情 报、新闻和知识 日本广辞苑：信息是所观察事物的知识
有关科学家的论述
香农：信息是事物运动状态或存在方式的不确定性 的描述 艾什比：把信息定义为“差异度” 维纳：把信息定义为一种“组织性”的度量
对香农信息理论进行严格的数学描述与论 证（1948～1960S） 香农信息论的发展（1970S～1980S）
率失真理论的发展 多用户信息论（网络信息论）的发展 代数编码理论的发展
2013-10-17 4
1.1 信息论的形成和发展
3. 信息论近期发展（20世纪90年代后）
无失真编码的应用
有关哲学家的论述
信息是一切物质的属性 信息就是信息，不是物质也不是能量
2013-10-17 9
消息、信号和信息
信源
(发送者) 干扰或噪声 消息
信道
信宿
(收信者)
消息（Message）：
信源发出的语言、文字、公式、数据、声音、图像 等等。每个消息都是具体的，其内容千千万万，形式多种 多样。
具有检错或纠错的功能，它能将落在其检错或纠错 范围内的错传码元检出或纠正，以提高传输消息的 可靠性。
信道编码的主要作用是提高信息传送的可靠性
2013-10-17 22
三码合一
密码学研究的内容
如何隐蔽消息中的信息内容，使它在传输过 程中不被窃听，提高通信系统的安全性。 从理论方面来说，若能把三种码合并成一种码 来编译，即同时考虑有效、可靠和安全，可使 编译码器更理想化，在经济上可能也更优越。 这种三码合一的设想是当前众所关心的课题， 但因理论上和技术上的复杂性，要取得有用的 结果，还是相当困难。
2013-10-17 23
小结
信息论的形成和发展
信息论的研究内容
信息的基本概念 通信系统模型简介
2013-10-17
24
2013-10-17
18
数字通信系统模型
信 源 信 宿
信源编码 加密 信道编码 加密 密钥 信 道 解密 密钥
信源解码 解密 信道解码
干 扰 源
2013-10-17 19
信源、信宿和信道
信源：发送消息的源
离散信源和连续信源 信源是信息论的主要研究对象之一，但在信息 论中并不探讨信源的内结构和物理机理，而把 注意力放在信源的输出上，重点讨论信源输出 的描述方法及性质。
信宿：信息归宿之意，亦即收信者或用户，是信
息传送的终点或目的地。
信道：传输信息的物理媒介
2013-10-17 20
信源编码器与译码器
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。
9. 信息的可再现性
10. 信息的可存储性 11. 信息的积累性 12. 信息的延续性和继承性 13. 信息的可开发性 14. 信息的可再生性和可增值性
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信息的性质
性质一：普遍性
信息是普遍存在的。
性质二：无限性
在整个宇宙时空中，信息是无限的。
性质三：相对性
第1章 绪 论
1.1 1.2 信息论的形成和发展 信息论的研究内容
1.3
1.4
信息的基本概念
通信系统模型简介
1.1 信息论的形成和发展
1. 信息论的早期酝酿（19世纪到20世纪40年代） 编码技术产生：莫尔斯码、波多码 早期通信中发现的问题
信号的频带宽度和信噪比影响信道的通信容量。 通信的数量与质量相互制约：有效性和可靠性 抗干扰码的出现。
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。
母病愈，勿念
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信道编码器与译码器
信道编码器的作用 母病▓ ，勿念
在信源编码器输出的代码组上有目的地增加一些监 督码元，使之具有检错或纠错的能力。
信道译码器的作用
信息是抽象的、非物理的 哲学层表达
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信息的特征
信息的基本概念在于它的不确定性，任何已 确定的事物都不含信息。
接收者在收到信息之前，对它的内容是不知道 的，所以信息是新知识、新内容 信息是能使认识主体对某一事物的未知性或不 确定性减少的有用知识 信息可以产生，也可以消失，同时信息可以被 携带、贮存及处理 信息是可以量度的，信息量有多少的差别
网络信息理论
网络最佳码 保密码
压缩编码
纠错码
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代数编码
卷积码
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1.3 信息的基本概念 物质世界的三大支柱：物质、能量和信息
Without materials, there is nothing. 没有物质的世界是虚无的世界 Without energy, nothing happens. 没有能源的世界是死寂的世界 Without information, nothing makes sense. 没有信息的世界是混乱的世界
广义信息论
不仅包括上述两方面内容，而且包括所有与信息有关的自然 和社会领域，如模式识别、计算机翻译、心理学、遗传学、 神经生理学、语言学、语义学甚至包括社会学中有关信息的 问题
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香农信息论的科学体系
香农信息论 压缩理论 传输理论 保密理论
有噪声 限失真信源编码 无失真信源编码 信道编码理论 率失真理论 定长编码 变长编码 定理 定理 最优码构成 Huffman码 Fano码 码构成 网络信道 保密系统的 信息理论
香农熵的产生
维纳、费希尔、香农几乎同时提出信息的度量形式
1948年，香农发表论文《通信的数学理论》，奠 定了现代信息论的基础
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1.1 信息论的形成和发展
Claude Shannon (1916-2001)
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1.1 信息论的形成和发展
2. 信息论的建立与发展（1948～1980S）
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消息、信号和信息
例一：扔硬币
正反面不确定
例二：天气预报
晴、多云、雨、雪、风：不确定
例三：足球比赛
胜负关系不确定
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消息、信号和信息
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 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，同时它是 信息的载荷体，是信息论中主要描述形式 信息的数学层表达
对于同一事物，不同观察者所获得的信息量可能不同。
性质四：转移性
信息可以在时间上或空间中从一点转移到另一点。
性质五：变换性
信息是可变换的，可由不同的载体和不同的方法来载荷。
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1.4 通信系统模型简介
信源
消息
编码器
信号
信号+干扰
信道
译码器消息Fra bibliotek信宿干扰 噪声源