信息论与编码实验指导书
信息理论与编码实验指导书
《信息理论与编码》实验指导书武汉理工大学教材中心2009年7月实验一绘制二进熵函数曲线一、实验目的1.熟悉Matlab 工作环境及工具箱；2.掌握Matlab 绘图函数；3.理解熵函数表达式及其性质。
二、实验内容实验内容与要求内容：用Matlab 软件绘制二进熵函数曲线。
要求：1. 提前预习实验，认真阅读教材及相应的参考书，熟悉实验原理；2. 遵守实验室规定，实验过程中服从实验室管理人员和实验指导老师的管理；3. 独立完成实验，认真做好实验记录；4. 实验结束后，认真填写实验报告。
知识要点1. 信源熵的概念及其性质。
参照教材及参考书。
2. 二进熵公式：注意：虽然理论上定义0 ·log0 = 0 ，但是，在实际运算时，对数函数logx 的变量x 不能取0 值，而应设置一个系统默认的最小值eps 。
三、实验总结1、绘制二进熵函数曲线，观察曲线形状。
2、结合熵函数的性质，分析二进熵函数曲线的特点。
四、思考与提高1、绘制三元熵函数曲线，观察曲线形状。
2、结合熵函数的性质，分析三元熵函数曲线的特点。
p=0.00001:0.00001:0.99999;h=-p.*log2(p)-(1-p).*log(1-p);plot(p,h);title('二进熵函数曲线');ylabel('H(p,1-p)');p=linspace(eps,1-eps,100);q=linspace(eps,1-eps,100);[P,Q]=meshgrid(p,q);P_Q=P+Q;for n=1:100for m=1:100if P_Q(n,m)>=1Q(n,m)=nan;endendendH=-P.*log2(P)-Q.*log2(Q)-(1-P-Q).*log2(1-P-Q);mesh(P,Q,H);title('三维熵函数图像');实验二一般信道容量迭代算法一、实验目的1、熟悉Matlab 工作环境及工具箱；2、掌握一般信道容量迭代算法的原理。
信息论与编码实验指导书
信息理论与编码实验教学指导书(试用教材)电子信息工程系2019年4月实验1.1 汉明码的编译码实验板实验一、实验目的1． 学习汉明码编译码的基本概念； 2． 掌握汉明码的编译码方法； 3． 验证汉明码的纠错能力。
二、实验仪器1． RZ9681实验平台 2． 实验模块： ● 主控模块● 信道编码与频带调制模块-A4 ● 频带解调与信道译码模块-A5 3． 100M 双通道示波器 4． 信号连接线 5． PC 机（二次开发）三、实验原理3.1汉明编译码介绍汉明码（Hamming Code ）是一个可以有多个校验位，具有检测并纠正一位错误代码的纠错码，所以它也仅用于信道特性比较好的环境中，如以太局域网中，因为如果信道特性不好的情况下，出现的错误通常不是一位。
汉明码的检错、纠错基本思想是将有效信息按某种规律分成若干组，每组安排一个校验位进行奇偶性测试，然后产生多位检测信息，并从中得出具体的出错位置，最后通过对错误位取反（也是原来是1就变成0，原来是0就变成1）来将其纠正。
3.2汉明编译码原理汉明码编码采用()4,7汉明码，信息位数4=k ，监督位数3=-=k n r ，可以纠一位错码，生成矩阵⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1101000101010001100101110001G ，编码情况见表 1。
表 1()4,7 Hamming 编码表汉明码译码计算校正子[]321,,S S S S =,其中24561a a a a S ⊕⊕⊕= 13562a a a a S ⊕⊕⊕= 03463a a a a S ⊕⊕⊕=校正子S 的值决定了接收码元中是否有错码，并且指出错码的位置，见表2。
表2 错码位置示意3.3 举例说明信息位10013456=a a a a ，根据表 1()4,7 Hamming 编码表，编码为1001100，如果在信道传输的过程中产生一位误码，编码接收时变为1101100，我们计算校正子：124561=⊕⊕⊕=a a a a S 113562=⊕⊕⊕=a a a a S 003463=⊕⊕⊕=a a a a S校正子110=S ，查找表2 错码位置示意，5a 产生误码，则译码输出信息位1001。
信息论与编码实验2-实验报告
信息论与编码实验2-实验报告信息论与编码实验 2 实验报告一、实验目的本次信息论与编码实验 2 的主要目的是深入理解和应用信息论与编码的相关知识，通过实际操作和数据分析，进一步掌握信源编码和信道编码的原理及方法，提高对信息传输效率和可靠性的认识。
二、实验原理（一）信源编码信源编码的目的是减少信源输出符号序列中的冗余度，提高符号的平均信息量。
常见的信源编码方法有香农编码、哈夫曼编码等。
香农编码的基本思想是根据符号出现的概率来分配码字长度，概率越大，码字越短。
哈夫曼编码则通过构建一棵最优二叉树，为出现概率较高的符号分配较短的编码，从而实现平均码长的最小化。
（二）信道编码信道编码用于增加信息传输的可靠性，通过在发送的信息中添加冗余信息，使得在接收端能够检测和纠正传输过程中产生的错误。
常见的信道编码有线性分组码，如汉明码等。
三、实验内容与步骤（一）信源编码实验1、选取一组具有不同概率分布的信源符号，例如：A（02）、B （03）、C（01）、D（04）。
2、分别使用香农编码和哈夫曼编码对信源符号进行编码。
3、计算两种编码方法的平均码长，并与信源熵进行比较。
（二）信道编码实验1、选择一种线性分组码，如（7,4）汉明码。
2、生成一组随机的信息位。
3、对信息位进行编码，得到编码后的码字。
4、在码字中引入随机错误。
5、进行错误检测和纠正，并计算错误纠正的成功率。
四、实验结果与分析（一）信源编码结果1、香农编码的码字为：A（010）、B（001）、C（100）、D （000）。
平均码长为 22 比特，信源熵约为 184 比特，平均码长略大于信源熵。
2、哈夫曼编码的码字为：A（10）、B（01）、C（111）、D （00）。
平均码长为 19 比特，更接近信源熵，编码效率更高。
（二）信道编码结果在引入一定数量的错误后，（7,4）汉明码能够成功检测并纠正大部分错误，错误纠正成功率较高，表明其在提高信息传输可靠性方面具有较好的性能。
信息论与编码实验指导书
《信息论与编码》实验指导书前言当前，信息论与编码已经成为电子信息类专业高年级学生必修的专业基础课。
尽管各个院校开设课程名称有所不同，但都是以香农信息论为核心内容的。
这是一门理论性和系统性很强的课程。
涉及多个学科，需要广泛数学知识。
为了能透彻掌握信息论基本概念和分析方法，做实验进行实践练习是不可缺少的环节。
通过综合性、验证性实验，可以加深对理论和概念的理解，增强分析和解决实际问题的能力。
为此，河北工业大学信息学院编写了《信息论与编码实验指导书》，由于可供参考的实验指导书有限，本书的不妥和错误之处，恳请读者予以批评指正。
马杰2008年2月目录实验一信息熵与图像熵计算--------------------------------------- 1实验二 Huffman 编码实验------------------------------------------ 6实验三算术编码实验------------------------------------------------ 11 实验四 CRC校验编码实验------------------------------------------17实验一信息熵与图像熵计算（2学时）一、实验目的1．复习MATLAB的基本命令，熟悉MATLAB下的基本函数。
2．复习信息熵基本定义, 能够自学图像熵定义和基本概念。
二、实验内容1．能够写出MATLAB源代码，求信源的信息熵。
2．根据图像熵基本知识，综合设计出MATLAB程序，求出给定图像的图像熵。
三、实验仪器、设备1．计算机－系统最低配置 256M内存、P4 CPU。
2．Matlab仿真软件－ 7.0 / 7.1 / 2006a 等版本Matlab软件。
四、实验原理1． MATLAB中数据类型、矩阵运算、图像文件输入与输出知识复习。
2．利用信息论中信息熵概念，求出任意一个离散信源的熵（平均自信息量）。
自信息是一个随机变量,它是指某一信源发出某一消息所含有的信息量。
息论与编码》上机实验指导书
北京信息科技大学《信息论与编码》实验指导书李红莲编光电信息与通信工程学院二〇一〇年八月目录实验一信息熵、信道容量的计算............................ . (3)一、实验目的 (3)二、实验内容 (3)三、实验原理............................................................. (3)四、实验方法与实验步骤 (3)五、思考题 (3)六、实验报告要求 (3)实验二霍夫曼编码、率失真函数的计算 (4)一、实验目的 (4)二、实验内容 (4)三、实验原理............................................................. (4)四、实验方法与实验步骤 (4)五、思考题 (4)六、实验报告要求 (4)实验一：信息熵、信道容量的计算实验项目：信息熵、信道容量的计算实验项目性质：验证性实验课程：《信息论与编码》计划学时：4学时一、实验目的掌握使用计算机计算信息熵、信道容量的方法。
二、实验内容利用matlab语言编程实现信息熵、信道容量的计算。
三、实验原理1．参照教材（焦瑞莉等编著《信息论基础教程》）第14页式（2-16）理解信息熵的定义2．参照教材（焦瑞莉等编著《信息论基础教程》）第68页式（3-15）理解信道容量的定义四、实验方法与实验步骤（一）参照教材第215页信源熵程序建立文件entropy.m（二）建立文件exercise2_3_1.m通过调用entropy.m计算教材第59页练习2.3（1）（参考答案：0.8113比特）（三）参照教材第215页离散无记忆信道容量的迭代计算程序建立文件channelcap.m（四）建立文件exercise3_2_b.m通过调用channelcap.m计算教材第92页练习3.2（b）（参考答案：0.0817比特）五、思考题使用计算机编程进行信道容量的迭代计算是否肯定收敛，即是否一定能得出近似正确结果？六、实验报告要求（1）简述实验目的、实验原理和实验任务；（2）列出源程序代码；（3）给出计算结果（4）收获与体会。
信息论与编码技术》实验教案
信息论与编码技术实验教案第一章：信息论基础1.1 实验目的1. 了解信息的基本概念及其度量方法；2. 掌握信息的熵、冗余度和信道容量等基本概念。
1.2 实验原理1. 信息的基本概念：信息、消息、信源等；2. 信息的度量：平均信息量、熵、冗余度等；3. 信道容量和编码定理。
1.3 实验设备与材料1. 计算机及投影仪；2. 相关实验软件。
1.4 实验步骤1. 讲解信息的基本概念及其度量方法；2. 分析实际例子，演示信息的熵、冗余度和信道容量的计算过程；3. 让学生通过实验软件进行相关计算和分析。
1.5 思考与讨论1. 信息量与消息长度的关系；2. 信道容量在实际通信系统中的应用。
第二章：数字基带编码2.1 实验目的1. 掌握数字基带编码的基本原理；2. 学会使用相关软件进行数字基带编码的仿真。
2.2 实验原理1. 数字基带编码的定义和分类；2. 常用数字基带编码方法：NRZ、RZ、曼彻斯特编码等；3. 数字基带编码的性能评估：误码率、带宽利用率等。
2.3 实验设备与材料1. 计算机及投影仪；2. 相关实验软件。
2.4 实验步骤1. 讲解数字基带编码的基本原理和方法；2. 演示常用数字基带编码的仿真效果；3. 让学生通过实验软件进行数字基带编码的仿真实验。
2.5 思考与讨论1. 数字基带编码的优缺点；2. 如何在实际通信系统中选择合适的基带编码方法。
第三章：信道编码与误码控制3.1 实验目的1. 了解信道编码的基本原理；2. 掌握常见的信道编码方法；3. 学会使用相关软件进行信道编码的仿真。
3.2 实验原理1. 信道编码的定义和作用；2. 常用信道编码方法：卷积编码、汉明编码、里德-所罗门编码等；3. 误码控制原理：检错、纠错等。
3.3 实验设备与材料1. 计算机及投影仪；2. 相关实验软件。
3.4 实验步骤1. 讲解信道编码的基本原理和方法；2. 演示常用信道编码的仿真效果；3. 让学生通过实验软件进行信道编码的仿真实验。
信息与编码理论实验指导书
实验一 信道容量的迭代算法一、 实验目的1、掌握信道容量的概念。
2、了解迭代法计算信道容量的流程。
3、熟悉Matlab 程序的设计和调试方法。
二、 实验要求1、学习Matlab 软件编程和调试方法；2、输入：任意一个信道转移概率矩阵。
包括信源符号个数、信宿符号个数、信道转移概率，在程序运行时从键盘输入；3、输出：输入的信道矩阵、信道容量C 。
三、 算法描述1. 初始化信源分布),,,,,(21)0(r i p p p p p ⋅⋅⋅⋅⋅⋅= （一般初始化为均匀分布），置迭代计数器0=k ,设信道容量相对误差门限为,0,>δδ可设-∞=)0(C ； 2. r i p pp p i k i ij k i ij k ji ,,2,1)()()(⋅⋅⋅==∑ϕ；s j ,,1⋅⋅⋅= 3. r i p p p i j k ji ij j k ji ij k i ,,1ln exp ln exp )()()1(⋅⋅⋅=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=∑∑∑+ϕϕ 4. ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡=∑∑+i j k ji ij k p C )()1(ln exp ln ϕ 5. 如果,)1()()1(δ≤-++k k k C C C 转向76. 置迭代序号k k →+1，转向27. 输出)1(+k i p 和)1(+k C 的结果8. 停止四、 实验报告内容1、画出信道容量迭代算法流程图；2、给出实验结果的截图（输入信道矩阵和信道容量计算结果）；3、对各种情况的实验结果进行分析和检验。
附：实验用Matlab 源程序。
（如果使用了非给定源程序）实验报告提交：电子文档（邮箱：yangxiaoping2004@ ）实验过程：结果出来时，请实验老师检查并做记录（1个结果即可）。
实验二 唯一可译码判决准则一、 实验目的1、了解唯一可译码的概念。
2、掌握唯一可译码判决准则。
3、掌握Matlab 程序调试方法。
信息论实验指导书
信息理论与编码实验指导书电子与电气工程学院罗晓琴编实验要求1、实验前认真阅读实验指导书的内容，并完成预习任务。
2、复习Matlab的相关知识，完成仿真。
3、要熟悉本次实验的任务。
4、实验过程中要认真记录实验结果，仿真结果需经指导教师审阅。
5、实验后每位同学要独立完成实验报告的内容。
目录实验一离散信源的自信息量和熵 (3)实验二最大离散熵定理 (6)实验三费诺编码 (9)实验四霍夫曼编码 (13)实验五香农编码 (16)实验一：计算离散信源的自信息量和熵一、实验目的1、熟悉离散信源的特点。
2、学习Matlab仿真离散信源的方法。
3、学习离散信源自信息量和信源熵的计算方法。
4、熟悉 Matlab 编程。
二、实验设备1、计算机2、软件：Matlab三、实验原理本实验主要完成信源概率分布的自信息量以及信源熵的计算。
计算公式如下：一个字符它所携带的信息量是和该字符出现的概率有关，概率可以表征自信息量的大小自信息的计算公式为：21()l o g aI a p 自信息量有两个含义：第一、当事件发生前，表示该事件发生的不确定性；第二、当事件发生后，标是该事件所提供的信息量．自信息量的单位取决于对数所取的底，若以2为底，单位为比特，以e 为底，单位为奈特，以10为底，单位为哈特。
在通信系统中，通常取比特为单位，底数2略去不写。
由于自信息I(a)是一个随机变量，不能用来表征整个信源的不确定度。
所以我们用平均自信息量来表征整个信源的不确定度。
平均自信息量就是信源输出所有消息的自信息的数学期望，又称为信息熵、信源熵，简称熵。
熵（平均自信息）的计算公式为：22111()log log qq i i i i i i H x p p p p ====-∑∑ 信息熵H （x ）是对信源的平均不确定性的描述。
它从平均意义上来表征信源的总体信息测度。
对于某特定的信源，其信息熵是一个确定的数值。
信息熵具有如下三种物理意义。
第一，信息熵H （x ）是表示信源输出后，每个消息或符号所提供的平均信息量。
信息论实验指导书
信息论与编码实验指导书任课教师：刘亚荣桂林理工大学电计系Matlab基础：1、变量不需指定类型，拿来就用；变量区分大小写2、向量定义： x=[1/2, 1/4, 1/4](行向量); y=(0:360)*pi/180; 向量的转置x’（列向量）3、 .* ./ .^运算，逐个元素进行运算。
例x1=[1/2, 1/4, 1/4], x2=[2, 4,4]，则x1*x2没定义；x1*x2’有定义（=3）；x1.*x2有定义（逐元素相乘=[1,1,1]）4、变量值显示：如果一行的后面没有分号，则显示出该行的变量结果。
如a=3 显示出a=3。
5、画图命令plot(x,y); x（向量）是一系列坐标， y（向量）是一系列值。
6、求和：sum(), 求积分：求微分：符号微分diff(f)——求f对自由变量的一阶微分diff(f,v)——求f对符号变量v的一阶微分diff(f,v,n)——求f对符号变量v求n阶微分符号积分int(f,v) ——求表达式f的对符号变量v的不定积分int(f,v,a,b) ——求表达式f的对符号变量v的在(a,b)范围内定积分7 M函数文件的基本结构函数文件由function语句引导，其基本结构为：function 输出形参表=函数名(输入形参表)注释说明部分函数体语句说明：(1)关于函数文件名: 函数文件名与函数名也可以不相同。
当两者不同时，MATLAB将忽略函数名而确认函数文件名，因此调用时使用函数文件名。
(2)关于注释说明部分。
注释说明包括三部分内容：①紧随函数文件引导行之后以%开头的第一注释行。
②第一注释行及之后连续的注释行。
③与在线帮助文本相隔一空行的注释行。
(3)关于return语句。
执行到该语句就结束函数的执行，程序流程转至调用该函数的位置。
通常，在函数文件中也可不使用return语句，这时在被调函数执行完成后自动返回。
8显示图形1、%plot函数绘制结果t= 0:pi/100:2*pi; %定义数据点y = sin(t);plot(t,y) %显示图形grid on %显示网格xlabel('t'); %显示x轴的变量ylabel('sin(t)'); %显示y轴的变量2、%plot 函数中x-y 副的使用t = 0:pi/100:2*pi;y = sin(t);plot(t,y)grid ony2 = sin(t-0.25);y3 = sin(t-0.5);plot(t,y,t,y2,t,y3)实验一：计算离散信源的熵一、实验设备:1、计算机2、软件：Matlab二、实验目的:1、熟悉离散信源的特点；2、学习仿真离散信源的方法3、学习离散信源平均信息量的计算方法4、熟悉 Matlab 编程；三、实验内容:1、写出计算自信息量的Matlab 程序2、写出计算离散信源平均信息量的Matlab 程序。
《信息理论与编码》课程设计指导书
《信息理论与编码》课程设计指导书指导教师：设计专业及班级：设计时间：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、设计任务及要求题目一：二进制哈夫曼编码的分析与MATLAB实现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．根据哈夫曼编码算法，考虑一个有多种可能符号（各种符号发生的概率不同）的信源，得到哈夫曼编码和码树；3．掌握哈夫曼编码的优缺点；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，要理解每个函数的具体意义和适用范围，对主要函数的功能和参数做详细说明，要求程序输出显示所有的码字，平均码长，编码效率。
题目二：线性分组码编码的分析与MATLAB实现1．理解信道编码的理论基础，掌握信道编码的基本方法；2．掌握生成矩阵和一致校验矩阵的作用和求解方法；3．针对线性分组码分析其纠错能力，并能够对线性分组码进行译码；4．能够使用MATLAB或其他语言进行编程，实现编码及纠错，编写的函数要有通用性。
题目三：费诺编码的分析与实现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．根据费诺编码算法，考虑一个有多种可能符号（各种符号发生的概率不同）的信源，得到费诺编码；3．掌握费诺编码的优缺点；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，要理解每个函数的具体意义和适用范围，对主要函数的功能和参数做详细说明。
信息论与编码实验指导书
《信息论与编码》实验指导书网络与通信工程学院2014年6月目录实验一绘制信源熵函数曲线 (3)实验二哈夫曼编解码 (6)实验三离散信道容量 (10)1实验一绘制信源熵函数曲线（2学时）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，练习应用matlab软件进行信源熵函数曲线的绘制。
3.理解信源熵的物理意义，并能从信源熵函数曲线图上进行解释其物理意义。
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。
假定X是一个离散随机变量，即它的取值范围R={x1，x2，x3，…}是有限或可数的。
设第i个变量x i发生的概率为p i=P{X=x i}。
则：定义一个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）= -log2p(x i)定义随机事件X的平均不确定度H（X）为离散随机变量x i出现概率的数学期望，即：∑∑-==i ii ii ixpxpxIxpXH)(log)()()()(2单位为比特/符号或比特/符号序列。
平均不确定度H（X）的定义公式与热力学中熵的表示形式相同，所以又把平均不确定度H（X）称为信源X的信源熵。
必须注意一下几点：a)某一信源，不管它是否输出符号，只有这些符号具有某些概率特性，必有信源的熵值；这熵值是在总体平均上才有意义，因而是个确定值，一般写成H（X），X是指随机变量的整体（包括概率分布）。
b)信息量则只有当信源输出符号而被接收者收到后，才有意义，这就是给与信息者的信息度量，这值本身也可以是随机量，也可以与接收者的情况有关。
c) 熵是在平均意义上来表征信源的总体特征的，信源熵是表征信源的平均不确定度，平均自信息量是消除信源不确定度时所需要的信息的量度，即收到一个信源符号，全部解除了这个符号的不确定度。
或者说获得这么大的信息量后，信源不确定度就被消除了。
信息论与编码实验指导书
没实验一 绘制二进熵函数曲线（2个学时）一、实验目的：1. 掌握Excel 的数据填充、公式运算和图表制作2. 掌握Matlab 绘图函数3. 掌握、理解熵函数表达式及其性质 二、实验要求：1. 提前预习实验，认真阅读实验原理以及相应的参考书。
2. 在实验报告中给出二进制熵函数曲线图 三、实验原理：1. Excel 的图表功能2. 信源熵的概念及性质()()[]()[]())(1)(1 .log )( .)( 1log 1log )(log )()(10 , 110)(21Q H P H Q P H b nX H a p H p p p p x p x p X H p p p x x X P X ii i λλλλ-+≥-+≤=--+-=-=≤≤⎩⎨⎧⎭⎬⎫-===⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑四、实验内容：用Excel 或Matlab 软件制作二进熵函数曲线。
具体步骤如下：1、启动Excel 应用程序。
2、准备一组数据p 。
在Excel 的一个工作表的A 列（或其它列）输入一组p ，取步长为0.01，从0至100产生101个p （利用Excel 填充功能）。
3、取定对数底c ，在B 列计算H(x) ,注意对p=0与p=1两处，在B 列对应位置直接输入0。
Excel 中提供了三种对数函数LN(x),LOG10(x)和LOG(x,c)，其中LN(x)是求自然对数，LOG10(x)是求以10为底的对数，LOG(x,c)表示求对数。
选用c=2,则应用函数LOG(x,2)。
在单元格B2中输入公式：=-A2*LOG(A2,2)-(1-A2)*LOG(1-A2,2) 双击B2的填充柄，即可完成H(p)的计算。
4、使用Excel 的图表向导，图表类型选“XY 散点图”，子图表类型选“无数据点平滑散点图”，数据区域用计算出的H(p)数据所在列范围，即$B$1:$B$101。
在“系列”中输入X值(即p值)范围，即$A$1:$A$101。
《信息论与编码技术》实验教案
《信息论与编码技术》实验教案一、实验目的1. 理解信息论基本概念，如信息量、信道容量等。
2. 掌握编码技术的基本原理，如Hamming 编码、卷积编码等。
3. 学会使用仿真工具进行信息论与编码技术的实验。
二、实验原理1. 信息论基本概念：信息量、信道容量、误码率等。
2. 编码技术原理：Hamming 编码、卷积编码、解码算法等。
3. 仿真工具的使用：调用相关函数，设置参数，观察实验结果。
三、实验内容1. 实验一：信息量计算与信道容量分析利用仿真工具随机比特序列，计算信息量。
改变信道参数，分析信道容量变化。
2. 实验二：Hamming 编码与解码编写Hamming 编码器和解码器，进行编码和解码操作。
分析误码率与编码位数的关系。
3. 实验三：卷积编码与解码编写卷积编码器和解码器，进行编码和解码操作。
分析误码率与卷积编码器参数的关系。
4. 实验四：不同编码方案性能比较分别使用Hamming 编码和卷积编码对相同长度比特序列进行编码。
比较两种编码方案的误码率和信息传输效率。
5. 实验五：信息论与编码技术在实际应用中的案例分析分析数字通信系统中信息论与编码技术的应用。
了解信息论与编码技术在无线通信、图像传输等领域的应用。
四、实验步骤1. 实验一：信息量计算与信道容量分析随机比特序列，计算信息量。
设置信道参数，观察信道容量变化。
2. 实验二：Hamming 编码与解码编写Hamming 编码器和解码器，进行编码和解码操作。
改变编码位数，分析误码率变化。
3. 实验三：卷积编码与解码编写卷积编码器和解码器，进行编码和解码操作。
改变卷积编码器参数，分析误码率变化。
4. 实验四：不同编码方案性能比较使用Hamming 编码和卷积编码对相同长度比特序列进行编码。
比较两种编码方案的误码率和信息传输效率。
5. 实验五：信息论与编码技术在实际应用中的案例分析分析数字通信系统中信息论与编码技术的应用案例。
了解信息论与编码技术在无线通信、图像传输等领域的应用。
信息论与编码实验指导书
《信息论与编码》实验指导书邹东尧等编计算机与通信工程学院信息与通信工程系2010年10月绪论随着信息产业的飞速发展，对从事信息、通信、电子工程类等专业的人员的要求也越来越高，而《信息论与编码》是这类专业的专业必修课，这门课主要介绍了有关信息论的基本原理以及信源编码、信道编码的内容。
通过理论与实践的结合，才能更好的领会知识的真谛。
《信息论与编码》结合实验的实践，让学生更能深刻的理解和掌握这门课的基本概念、基本理论，并培养学生的动手实践能力。
本实验指导书正是配合教学计划的实验教学而编写，主要是基于matlab 仿真软件对信源编解码和信道容量进行仿真。
本书共有三个实验：绘制信源熵函数曲线、哈夫曼编解码和离散信道容量，为实验大纲要求的必做实验。
本书主要由邹东尧编写，主要参考了李祖贺等编写的《信息论与编码》实验指导书，并得到了李祖贺等老师的大力支持，特此对他们表示衷心的感谢！由于时间仓促，错误难免，恳请读者谅解和指正！郑州轻工业学院计算机与通信工程学院信息与通信工程系2010年10月目录实验一绘制信源熵函数曲线 (5)实验二哈夫曼编解码 (9)实验三离散信道容量 (14)1实验一绘制信源熵函数曲线一、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，练习应用matlab软件进行信源熵函数曲线的绘制。
3.理解信源熵的物理意义，并能从信源熵函数曲线图上进行解释其物理意义。
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。
假定X是一个离散随机变量，即它的取值范围R={x1，x2，x3，…}是有限或可数的。
设第i个变量x i发生的概率为p i=P{X=x i}。
则：定义一个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）= -log2p(x i)定义随机事件X的平均不确定度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 xp X H )(log )()()()( 单位为 比特/符号 或 比特/符号序列。
信息论实验指导书
信息理论与编码实验指导书电子与电气工程学院罗晓琴编实验要求1、实验前认真阅读实验指导书的内容，并完成预习任务。
2、复习Matlab的相关知识，完成仿真。
3、要熟悉本次实验的任务。
4、实验过程中要认真记录实验结果，仿真结果需经指导教师审阅。
5、实验后每位同学要独立完成实验报告的内容。
目录实验一离散信源的自信息量和熵 (3)实验二最大离散熵定理 (6)实验三费诺编码 (9)实验四霍夫曼编码 (13)实验五香农编码 (16)实验一：计算离散信源的自信息量和熵一、实验目的1、熟悉离散信源的特点。
2、学习Matlab 仿真离散信源的方法。
3、学习离散信源自信息量和信源熵的计算方法。
4、熟悉 Matlab 编程。
二、实验设备 1、计算机2、软件：Matlab 三、实验原理本实验主要完成信源概率分布的自信息量以及信源熵的计算。
计算公式如下：一个字符它所携带的信息量是和该字符出现的概率有关，概率可以表征自信息量的大小自信息的计算公式为：21()log aI a p = 自信息量有两个含义：第一、当事件发生前，表示该事件发生的不确定性； 第二、当事件发生后，标是该事件所提供的信息量． 自信息量的单位取决于对数所取的底，若以2为底，单位为比特，以e 为底，单位为奈特，以10为底，单位为哈特。
在通信系统中，通常取比特为单位，底数2略去不写。
由于自信息I(a)是一个随机变量，不能用来表征整个信源的不确定度。
所以我们用平均自信息量来表征整个信源的不确定度。
平均自信息量就是信源输出所有消息的自信息的数学期望，又称为信息熵、信源熵，简称熵。
熵（平均自信息）的计算公式为：22111()log log qqi i i i i iH x p p p p ====-∑∑信息熵H （x ）是对信源的平均不确定性的描述。
它从平均意义上来表征信源的总体信息测度。
对于某特定的信源，其信息熵是一个确定的数值。
信息熵具有如下三种物理意义。
第一，信息熵H （x ）是表示信源输出后，每个消息或符号所提供的平均信息量。
《信息论与编码》课程实验指导书
成都理工大学课程实验指导书信息管理学院信息与计算科学系编目录1 课程实验目的 (1)2 课程实验要求 (1)2.1 课程实验准备要求 (1)2.2 课程实验过程要求 (1)2.3 课程实验报告要求 (1)2.4 课程实验考核要求 (2)3 课程实验内容 (3)项目一二维随机变量信息量的计算 (3)项目二简单信源编码方法实现 (3)项目三典型信道容量计算方法实现 (4)项目四静态图像压缩方法实现 (4)附录1 课程实验报告格式 (6)附录2 《信息论与编码》课程实验教学大纲 (9)1 课程实验目的本课程是一门实践性很强的专业基础和核心课程，根据课程理论教学的需要安排了8 学时的配套实验教学，主要内容涉及信息度量的计算方法、典型信源编码方法、典型信道容量计算方法和数据压缩方法四个实验，这四个实验的开设一方面有助于学生消化、巩固课程理论教学的知识，另一方面又可培养学生实践动手能力，同时为后续课程做好准备。
2 课程实验要求2.1 课程实验准备要求（1）课程实验主要为设计性实验，要求学生熟悉掌握在VC环境下编写和调试C++程序的方法。
（2）要求学生在实验前复习实验所用到的预备知识。
可以查阅教材或者相关的参考资料，这需要学生有自主的学习意识和整理知识的能力。
（3）根据实验项目，设计相关的数据结构和算法，再转换为对应的书面程序，并进行静态检查，尽量减少语法错误和逻辑错误。
上机前的充分准备能高效利用机时，在有限的时间内完成更多的实验内容。
2.2 课程实验过程要求（1）生成源代码。
将课前编写好的书面代码，利用VC自带的编辑器尽快输入为转换为源代码；（2）程序调试和软件测试。
要求学生熟练掌握调试工具，调试正确后，认真整理源程序和注释，给出带有完整注释且格式良好的源程序清单和结果。
（3）完成实验报告。
根据实验内容和完成情况，按照附件1给定的格式完成课程实验报告的编写。
2.3 课程实验报告要求在每次课程实验后要及时进行总结和整理，并编写课程实验报告。
《信息论与编码技术》实验教案
《信息论与编码技术》实验教案第一章：绪论1.1 课程背景介绍信息论与编码技术的起源、发展及应用领域，强调其在现代通信技术中的重要性。
1.2 实验目的使学生了解信息论与编码技术的基本概念，掌握信息论的基本计算方法，培养学生对信息编码的实际操作能力。
1.3 实验要求学生需预习相关理论课程，了解信息论的基本原理，掌握编码技术的基本概念。
第二章：信息论基本概念与计算2.1 信息量计算利用公式计算信息的熵、条件熵、联合熵等，通过实例使学生了解信息量的计算方法。
2.2 信道编码介绍常用的信道编码技术，如Hamming 码、奇偶校验码等，通过实际例子使学生了解编码的原理及应用。
2.3 误码率计算介绍误码率的定义及计算方法，使学生能够评估编码技术的性能。
第三章：数字基带传输3.1 数字基带信号介绍数字基带信号的分类、特点，使学生了解不同基带信号的传输特性。
3.2 基带传输系统分析基带传输系统的组成，了解系统中的主要噪声及影响因素。
3.3 基带传输仿真利用软件对数字基带传输系统进行仿真，使学生了解实际传输过程中的信号波形及误码情况。
第四章：信号检测与解码4.1 信号检测原理介绍信号检测的基本原理，如最大后验概率检测、最小距离检测等。
4.2 解码方法介绍解码的基本方法，如硬判决解码、软判决解码等，使学生了解不同解码方法的优缺点。
4.3 解码仿真利用软件对信号进行解码，分析不同解码方法对系统性能的影响。
第五章：实验总结与分析5.1 实验报告5.2 课程讨论组织学生进行课程讨论，分享实验心得，提高学生对信息论与编码技术的理解和应用能力。
5.3 课后作业布置课后作业，巩固实验内容，提高学生的实际操作能力。
第六章：实验一：信息熵的计算6.1 实验目的理解信息熵的概念，学习如何计算信息熵。
6.2 实验原理介绍信息熵的数学表达式和计算方法。
6.3 实验步骤1. 设置一组数据。
2. 计算信息熵。
3. 分析结果。
6.4 实验注意事项确保数据的准确性和计算的正确性。
信息论与编码技术实验指导书
2、写出程序代码， 3、写出在调试过程中出现的问题 ， 4、对实验的结果进行分析。
实验六 模p信道编码实验 一 实验目的:掌握通过计算机实现模p信道编码 二实验要求: 对于给定的消息序列,按照模p信道编码的方法进行 计算机实现. 三实验原理 在实际生活中，有时侯“1”和“I”很相似。 p=37(符号的个数） 数字“0”-“9”和字母“A”-“Z”和空格 共37种符号。 “0” 0 “1” 1 ¨ “A” 10 “B” 11 设有某消息的符号序列为X=X1X2X3X4, 用下表的方式来求它们的和及累加和，然后加上 适当的监督元，使累加和是模37的倍数。 消息符号
型如下图：
在给定信源概率分布条件下， 各种熵的求解方法如下： 1） 信源熵 2） 条件熵
3） 联合熵
4） 交互熵 5） 信道容量 ◼一般离散信道容量对计算步骤总结如下：
4、 实验设备：计算机 c++ 五、实验报告要求 1、 画出程序设计的流程图， 2、 写出程序代码， 3、 写出在调试过程中出现的问题 ， 4、 对实验的结果进行分析。
和 累加和 X1 X1 X1 X2 X1+X2 2*X1+X2 X3 X1+X2+X3 3*X1+2*X2+X3 X4 X1+X2+X3+X4 4*X1+3*X2+2*X3+X4
ψ X1+X2+X3+X4+ψ 5*X1+4*X2+3*X3+2*X4+ψ 四实验设备 计算机 c++ 五实验报告 1、画出程序设计的流程图， 2、写出程序代码， 3、写出在调试过程中出现的问题 ， 实验目的：通过该实验，掌握通过计算机实验信息量 和信道容量的计算方法 2、 实验要求：对一个离散的无记忆信源，给定信源的输 入概率分布，给定一个信道特性，计算各种信息量和 熵，并计算信道容量。 3、 实验原理：
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实验一 绘制二进熵函数曲线（2个学时）一、实验目的：1. 掌握Excel 的数据填充、公式运算和图表制作2. 掌握Matlab 绘图函数3. 掌握、理解熵函数表达式及其性质 二、实验要求：1. 提前预习实验，认真阅读实验原理以及相应的参考书。
2. 在实验报告中给出二进制熵函数曲线图 三、实验原理：1. Excel 的图表功能2. 信源熵的概念及性质()()[]()[]())(1)(1 .log )( .)( 1log 1log )(log )()(10 , 110)(21Q H P H Q P H b nX H a p H p p p p x p x p X H p p p x x X P X ii i λλλλ-+≥-+≤=--+-=-=≤≤⎩⎨⎧⎭⎬⎫-===⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑四、实验内容：用Excel 或Matlab 软件制作二进熵函数曲线。
具体步骤如下：1、启动Excel 应用程序。
2、准备一组数据p 。
在Excel 的一个工作表的A 列（或其它列）输入一组p ，取步长为0.01，从0至100产生101个p （利用Excel 填充功能）。
3、取定对数底c ，在B 列计算H(x) ,注意对p=0与p=1两处，在B 列对应位置直接输入0。
Excel 中提供了三种对数函数LN(x),LOG10(x)和LOG(x,c)，其中LN(x)是求自然对数，LOG10(x)是求以10为底的对数，LOG(x,c)表示求对数。
选用c=2,则应用函数LOG(x,2)。
在单元格B2中输入公式：=-A2*LOG(A2,2)-(1-A2)*LOG(1-A2,2) 双击B2的填充柄，即可完成H(p)的计算。
4、使用Excel 的图表向导，图表类型选“XY 散点图”，子图表类型选“无数据点平滑散点图”，数据区域用计算出的H(p)数据所在列范围，即$B$1:$B$101。
在“系列”中输入X值(即p值)范围，即$A$1:$A$101。
在X轴输入标题概率，在Y轴输入标题信源熵。
实验步骤：我是使用MATLAB来做的第一个实验，以下是我的代码1.我先编了一个函数，实现对信息熵的求导function h=Hp(p)%熵函数计算，输入是概率p（标量或一维矢量）%输出是h,与p同维度h=zeros(1,length(p));index=find(p>0&p<1);P=p(index);h(index) = -P.*log(P)-(1-P).*log(1-P);end2.然后在命令窗口输入>> p=0:0.00001:1;>> plot(p,Hp(p))3.绘制熵函数图像如下实验二：香农编码软件实现（2个学时）1、实验目的（1）了解香农编码的基本原理及其特点；（2）熟悉掌握香农编码的方法和步骤；（3）掌握C语言或者Matlab编写香农编码的程序。
2、实验报告要求（1）简要总结香农编码的基本原理与特点（2）写出香农编码的基本步骤，画出实现香农编码的程序流程图（3）实现香农编码的Matlab或者C源程序3、实验内容（1）根据香农编码的方法和步骤，用香农编码编写程序（2）用编写的源程序验证书中例题的正确性。
实验步骤：1.我先编了一个命令文件，实现累加概率，码长的求解，如下其中有一句H=xlsread('e:Book1.xlsx','A1:A7')，是老师要求的对一个excel 文件数据的读取，其中数据依次为0.1,0.2,0.1,0.1,0.1,0.3,0.1。
2.下面是一个函数文件，命令文件要对它调用，它的作用是实现编出各自概率的码字，如下：3.结果如下：下面是香农编码的流程图：实验三：Huffman编码软件实现（2个学时）1、实验目的（1）进一步熟悉Huffman编码过程；（2）掌握C语言递归程序的设计和调试技术（或者使用Matlab）。
2、实验要求（1）输入：信源符号个数r、信源的概率分布P；（2）输出：每个信源符号对应的Huffman编码的码字。
3、实验内容（1）算法1、从键盘输入组成信源C的字符个数N；2、从键盘输入信源C和组成信源的字符所对应的概率数组P；3、用Huffman函数来对信源进行二进制编码；先对P按从大到小进行排序，与此同时要把C中相应的字符的位置做相应的调换；用count数组来记录编码：在进行记录编码时是从数组count的最后一个开始存储的，而且，每进行一次编码所记录下来的两个编码'1','0'是按从数组的最后一个元素开始服从count[m-k-j]、count[m-k-j-1]，其中k表示编码所进行的次数，j表示每次编码都只有'1','0';最后用函数int()pr来输出编码。
（2）部分伪代码：（一）节点信息结构体struct HuffNode{int weight;//信源符号的概率int parent;int lchild;int rchild;};（二）算法void Huffman(int weight[], int n, HuffNode hn[], HuffCode hc[]){for(i = 0; i != 2*n - 1; ++i) //create Huffman Node,step 1{}for(i = 0; i != n-1; ++i) //create Huffman Node, step 2{for(j = 0; j != n+i; j++){ if(hn[j].weight < min1 && hn[j].parent == 0){}else if(hn[j].weight < min2 && hn[j].parent == 0){}else ;}}在此逆序存储Huffman编码int temp[maxlen];for(i = 0; i != n; ++i){int parent = hn[i].parent;while(hn[child].parent != 0){}4、实验报告（1）简要总结Huffman编码的原理与特点（2）写出Huffman编码的基本步骤，画出实现Huffman编码的程序流程图（3）给出Huffman编码的源程序，并给出实验过程中的测试结果（4）总结实验过程遇到的问题及解决方法实验步骤：1.哈夫曼编码是编码效率最高的编码方式,属于无损压缩编码。
2.下面是在matlab实现哈夫曼编码的代码：结果如下：3.过程中也发现了它的缺点: 哈夫曼码没有错误保护功能，在译码时，如果码串中没有错误，那么就能一个接一个地正确译出代码。
但如果码串中有错误，哪怕仅是 1 位出现错误，不但这个码本身译错，更糟糕的是后面的数据串也会接着被译错，全乱了套，这种现象称为错误传播(error propagation)。
计算机对这种错误也无能为力，说不出错在哪里，更谈不上去纠正。
4.下面是哈夫曼编码的流程图：实验四循环码的编码和译码程序设计一、实验目的：1．通过实验了解循环码的工作原理。
2．了解生成多项式g(x)与编码、译码的关系。
3．了解码距d与纠、检错能力之间的关系。
4．分析(7.3)循环码的纠错能力。
二、实验要求：1、编、译码用上述的计算法程序框图编写。
2、计算出所有的码字集合，可纠错误图样E（x）表和对应的错误伴随式表。
3、考查和分析该码检、纠一、二位错误的能力情况。
4、整理好所有的程序清单，变量名尽量用程序框图所给名称，并作注释。
5、出示软件报告.三、实验设计原理1、循环码编码原理设有一（ｎ，ｋ）循环码，码字Ｃ＝[Cn-1…CrCr-1…C0]，其中r=n-k。
码字多项式为：C(x)= Cn-1xn-1+Cn-2xn-2+…C1x+C0。
码字的生成多项式为：g（x）=gr-1xr-1gr-2xr-2+…+g1x+g0待编码的信息多项式为：m（x）=mK-1xK-1+…+m0xn-k.m（x）=Cn-1xn-1+…+Cn-Kxn-K 对于系统码有：Cn-1=mK-1，Cn-2=mK-2，…Cn-K=Cr=m0设监督多项式为：r（x）=Cr-1Xr-1+…+C1x+C0根据循环码的定义，则有：C（x）=xn-Km（x）+r（x）=q（x）.g(x)Xn-Km(x)=q(x).g(x)+r(x)r(x)=Rg(x)[xn-Km(x)]即监督多项式是将多项式xn-Km(x)除以g(x)所得的余式。
编码过程就是如何根据生成多项式完成除法运算求取监督多项式的过程。
设循环码(7.3)码的字多项式为:C(x)=C6x6+C5x5+C4x4+C3x3+C2x2C1x+C0(n=7)生成多项式为: g(x)=x4+x2+x+1信息多项式为: m(x)=m2x2+m1x+m0 (k=3), 设m(x)=x2+x监督多项式为: r(x)= Cr-1Xr-1+…+C1x+C0根据循环码的定义：生成多项式的倍式均是码字，编码实际上是做xn-•km(x)除以g(x)的运算求得r(x)。
编码程序框图见图4.1(a)左,二进制多项式除法示意图见图4.1(b)。
2、译码原理设R(x)为接收码字多项式，E(x)为错误图样多项式，S(x)为伴随式，则根据循环码的性质有：S(x)=Ｒg(x)[R(x)]=Ｒg(x)[E(x)]当R(x)=C(x)时，有E(x)=0，S(x)=0当R(x)不等于C(x)时，有E(x)为非0，S(x)为非0(a)编码计算程序框图(b)二进制多项式除法示意图图4.1编码计算程序框图及多项式除法示意图译码过程如下:计算每一种可能被纠的错误图样E(x)的伴随式，Si(x)=Ｒg(x)[E(x)]本地作数据表存储好。
根据已接收码字多项式R(x)，计算相应的伴随式：S(x)=Ｒg(x)[R(x)]将实际接收码字求出的S(x)与本地存储的各Si(x)相比较，查出两者相等的那个唯一匹配的Si(x)，找出并得到相应的错误图样E(x)。
(4) 纠错: C(x)=R(x)+E(x)否则由S(x)找不出唯一匹配的Si(x)，则报出错信息，表示出现不可纠错的错误图样，即码元出错的个数超出该循环码的纠错能力。
译码流程图4.2所示:图4.2 译码程序流程图六、完成实验报告（1）简要总结循环码编译码原理与特点（2）写出循环码的基本步骤，画出实现循环码的程序流程图（3）给出循环码的源程序，并给出实验过程中的测试结果（4）总结实验过程遇到的问题及解决方法实验步骤：1.循环码：无权码，每位代码无固定权值，任何相邻的两个码组中，仅有一位代码不同。
2下面是循环码的程序流程图：3.下面是用matlab实现循环码的编译码的程序代码：4.过程中主要是运用对二进除法的理解。