CTO学院-信息论与编码视频课程 本文关键词:信息论,编码,课程,学院,视频
CTO学院-信息论与编码视频课程 本文简介:51CTO学院网址:edu.51CTO.com51cto学院-信息论与编码视频课程课程目标学习本课程可以达到以下目标:1.掌握信息的概念和信息量的计算方法;2.掌握万能通信系统模型;3.掌握信道容量的概念和信道容量的计算方法;4.掌握压缩编码的原理和常用压缩编码方法;5.掌握信道编码的原理和常用容错
CTO学院-信息论与编码视频课程 本文内容:
51CTO学院
网址:edu.51CTO.com
51cto学院-信息论与编码视频课程
课程目标
学习本课程可以达到以下目标:
1.
掌握信息的概念和信息量的计算方法;
2.
掌握万能通信系统模型;
3.
掌握信道容量的概念和信道容量的计算方法;
4.
掌握压缩编码的原理和常用压缩编码方法;
5.
掌握信道编码的原理和常用容错编码方法
适用人群
1.
将从事计算机底层信息处理(例如:图像算法、压缩算法,等)的软件工程师;
2.
将从事通信工程领域的通信工程师;
课程简介
课程地位:
信息论是信息科学中最成熟、最完整、最系统的一部分,以活跃、新颖的思路和高效解决问题的方法而显示出独特的魅力。它与其他学科的交叉和融合,促进了许多新学科的生长,展示出勃勃生机和巨大的发展前景。
信息论不仅在方法论的层面上解决通信的有效性和可靠性问题,而且在认识论的层面上帮助认识事物的本质。学完信息论之后,在重新审视一下周围的事物,会有许多新的看法和认识。用信息论可以宏观的认识某些政治问题,也可以定量的解决某些经济问题,还可以分析、解释外语学习中存在的问题……总之,信息论是高层次信息技术人才必不可少的基础知识。
课程内容:
本课程主要介绍香农狭义信息论,包括香农信息论三定理——信息的测度定理、信道容量定理、信息率失真函数定理,以及香农的三个基本编码定理——无失真信源编码定理、信道编码定理、限失真信源编码定理。以及信源和信道编码的基本方法。
课程目标:
学习本课程可以达到以下目标:
1.
掌握信息的概念和信息量的计算方法;
2.
掌握万能通信系统模型;
3.
掌握信道容量的概念和信道容量的计算方法;
4.
掌握压缩编码的原理和常用压缩编码方法;
5.
掌握信道编码的原理和常用容错编码方法;
适合对象:
1.
将从事计算机底层信息处理(例如:图像算法、压缩算法,等)的软件工程师;
2.
将从事通信工程领域的通信工程师;
学习条件:
1.
最好有大学的数学基础;
课程
1
第1课时:前言(课程交流群:301862163)
[免费观看]
1小时6分钟
『QQ教学群:301862163』
课程名称;
课程特点;
教学计划;
学习方法;
2
第2课时:绪论
[免费观看]
40分钟
什么是信息?
什么是信息论?
3
第3课时:信息论和自信息量(1)
[免费观看]
1小时24分钟
自信息量的定义;
单位及换算;
含义;
联合自信息量和条件自信息量;
自信息量的性质;
4
第4课时:自信息量(2)
[免费观看]
43分钟
自信息量的定义;
单位及换算;
含义;
联合自信息量和条件自信息量;
自信息量的性质;
5
第5课时:第5课时:互信息量和熵(1)
[免费观看]
1小时10分钟
互信息量和熵
6
第6课时:熵(2)
48分钟
关于熵的进一步学习
7
第7课时:熵和平均互信息量
1小时7分钟
熵和平均互信息量
8
第8课时:平均互信息量和相对熵(1)
1小时11分钟
平均互信息量和相对熵(1)
9
第9课时:平均互信息量和相对熵(2)
38分钟
平均互信息量和相对熵(2)
10
第10课时:离散信源(1)
1小时25分钟
信源的分类和数学模型
离散无记忆信源及其N次扩展信源
离散有记忆平稳信源
11
第11课时:离散信源(2)
34分钟
离散信源相关的例题讲解
12
第12课时:关于信源的几个结论和Markov信源
1小时12分钟
关于信源的几个结论和Markov信源
13
第13课时:Markov过程和m阶Markov信源熵
42分钟
Markov过程和m阶Markov信源熵
信源的相关性和剩余度
14
第14课时:特殊信道容量
1小时20分钟
信道的定义、分类和数学模型
单符号离散信道的容量
15
第15课时:几种特殊信道
1小时23分钟
几种特殊信道
16
第16课时:一般信道容量
46分钟
特殊信道求解的本质
信道容量求解的本质
计算一般信道的容量
17
第17课时:信道组合
1小时28分钟
多符号离散信道
独立并联信道
串联信道和数据处理定理
18
第18课时:证明定理
42分钟
证明几个定理
19
第19课时:信源编码
[免费观看]
1小时20分钟
什么是编码
编码的分类
编码器的数学模型
一些基本概念
20
第20课时:基本概念解读和定长码
42分钟
基本概念解读
定长码
21
第21课时:定长码(1)
1小时22分钟
APE和ε典型序列集
定长信源编码定理
22
第22课时:定长码(2)
41分钟
APE和ε典型序列集
定长信源编码定理
23
第23课时:变长码(1)
1小时25分钟
kraft不等式和McMillan不等式
唯一可编译码的判别准则
变长信源编码定理
24
第24课时:变长码(2)
37分钟
kraft不等式和McMillan不等式
唯一可编译码的判别准则
变长信源编码定理
25
第25课时:变长编码方法(1)
[免费观看]
1小时18分钟
Shannon码
Fano码
Huffman码
比较
26
第26课时:变长编码方法(2)
[免费观看]
35分钟
Shannon码
Fano码
Huffman码
比较
课程地址
:
http://edu.51cto.com/course/course_id-976.html
篇2:信息论与编码期末考试题(全套)
信息论与编码期末考试题(全套) 本文关键词:信息论,全套,试题,期末考,编码
信息论与编码期末考试题(全套) 本文简介:(一)一、判断题共10小题,满分20分.1.当随机变量和相互独立时,条件熵等于信源熵.()2.由于构成同一空间的基底不是唯一的,所以不同的基底或生成矩阵有可能生成同一码集.()3.一般情况下,用变长编码得到的平均码长比定长编码大得多.()4.只要信息传输率大于信道容量,总存在一种信道编译码,可以以所
信息论与编码期末考试题(全套) 本文内容:
(一)
一、判断题共
10
小题,满分
20
分.
1.
当随机变量和相互独立时,条件熵等于信源熵.
(
)
2.
由于构成同一空间的基底不是唯一的,所以不同的基底或生成矩阵有可能生成同一码集.
(
)
3.一般情况下,用变长编码得到的平均码长比定长编码大得多.
(
)
4.
只要信息传输率大于信道容量,总存在一种信道编译码,可以以所要求的任意小的误差概率实现可靠的通信.
(
)
5.
各码字的长度符合克拉夫特不等式,是唯一可译码存在的充分和必要条件.
(
)
6.
连续信源和离散信源的熵都具有非负性.
(
)
7.
信源的消息通过信道传输后的误差或失真越大,信宿收到消息后对信源存在的不确
定性就越小,获得的信息量就越小.
8.
汉明码是一种线性分组码.
(
)
9.
率失真函数的最小值是.
(
)
10.必然事件和不可能事件的自信息量都是.
(
)
二、填空题共
6
小题,满分
20
分.
1、码的检、纠错能力取决于
.
2、信源编码的目的是
;信道编码的目的是
.
3、把信息组原封不动地搬到码字前位的码就叫做
.
4、香农信息论中的三大极限定理是
、
、
.
5、设信道的输入与输出随机序列分别为和,则成立的
条件
6、对于香农-费诺编码、原始香农-费诺编码和哈夫曼编码,编码方法惟一的是
.
7、某二元信源,其失真矩阵,则该信源的=
.
三、本题共
4
小题,满分
50
分.
1、某信源发送端有2种符号,;接收端有3种符号,转移概率矩阵为.
(1)
计算接收端的平均不确定度;
(2)
计算由于噪声产生的不确定度;
(3)
计算信道容量以及最佳入口分布.
2、一阶马尔可夫信源的状态转移图如右图所示,
信源的符号集为.
(1)求信源平稳后的概率分布;
(2)求此信源的熵;
(3)近似地认为此信源为无记忆时,符号的概率分布为平
稳分布.求近似信源的熵并与进行比较.
4、设二元线性分组码的生成矩阵为.
(1)给出该码的一致校验矩阵,写出所有的陪集首和与之相对应的伴随式;
(2)若接收矢量,试计算出其对应的伴随式并按照最小距离译码准则
试着对其译码.
(二)
一、填空题(共15分,每空1分)
1、信源编码的主要目的是
,信道编码的主要目的是
。
2、信源的剩余度主要来自两个方面,一是
,二是
。
3、三进制信源的最小熵为
,最大熵为
。
4、无失真信源编码的平均码长最小理论极限制为
。
5、当
时,信源与信道达到匹配。
6、根据信道特性是否随时间变化,信道可以分为
和
。
7、根据是否允许失真,信源编码可分为
和
。
8、若连续信源输出信号的平均功率为,则输出信号幅度的概率密度是
时,信源具有最大熵,其值为值
。
9、在下面空格中选择填入数学符号“”或“”
(1)当X和Y相互独立时,H(XY)
H(X)+H(X/Y)
H(Y)+H(X)。
(2)
(3)假设信道输入用X表示,信道输出用Y表示。在无噪有损信道中,H(X/Y)
0,H(Y/X)
0,I(X;Y)
H(X)。
三、(16分)已知信源
(1)用霍夫曼编码法编成二进制变长码;(6分)
(2)计算平均码长;(4分)
(3)计算编码信息率;(2分)
(4)计算编码后信息传输率;(2分)
(5)计算编码效率。(2分)
四、(10分)某信源输出A、B、C、D、E五种符号,每一个符号独立出现,出现概率分别为1/8、1/8、1/8、1/2、1/8。如果符号的码元宽度为0.5。计算:
(1)信息传输速率。(5分)
五、(16分)一个一阶马尔可夫信源,转移概率为。
(1)
画出状态转移图。(4分)
(2)
计算稳态概率。(4分)
(3)
计算马尔可夫信源的极限熵。(4分)
(4)
计算稳态下,及其对应的剩余度。(4分)
六、设有扰信道的传输情况分别如图所示。试求这种信道的信道容量。
七、(16分)设X、Y是两个相互独立的二元随机变量,其取0或1的概率相等。定义另一个二元随机变量Z=XY(一般乘积)。试计算
(1)
(2)
(3)
(4)
;
八、(10分)设离散无记忆信源的概率空间为,通过干扰信道,信道输出端的接收符号集为,信道传输概率如下图所示。
(1)
计算信源中事件包含的自信息量;
(2)
计算信源的信息熵;
(3)
计算信道疑义度;
(4)
计算噪声熵;
(5)
计算收到消息后获得的平均互信息量。
《信息论基础》2参考答案
一、填空题(共15分,每空1分)
1、信源编码的主要目的是提高有效性,信道编码的主要目的是提高可靠性。
2、信源的剩余度主要来自两个方面,一是信源符号间的相关性,二是信源符号的统计不均匀性。
3、三进制信源的最小熵为0,最大熵为bit/符号。
4、无失真信源编码的平均码长最小理论极限制为信源熵(或H(S)/logr=
Hr(S))。
5、当R=C或(信道剩余度为0)时,信源与信道达到匹配。
6、根据信道特性是否随时间变化,信道可以分为恒参信道和随参信道。
7、根据是否允许失真,信源编码可分为无失真信源编码和限失真信源编码。
8、若连续信源输出信号的平均功率为,则输出信号幅度的概率密度是高斯分布或正态分布或时,信源具有最大熵,其值为值。
9、在下面空格中选择填入数学符号“”或“”
(1)当X和Y相互独立时,H(XY)=H(X)+H(X/Y)=H(Y)+H(X)。
(2)
(3)假设信道输入用X表示,信道输出用Y表示。在无噪有损信道中,H(X/Y)>
0,H(Y/X)=0,I(X;Y)0时率失真函数的和?
二、综合题(每题10分,共60分)
1.黑白气象传真图的消息只有黑色和白色两种,求:
1)
黑色出现的概率为0.3,白色出现的概率为0.7。给出这个只有两个符号的信源X的数学模型。假设图上黑白消息出现前后没有关联,求熵;
2)
假设黑白消息出现前后有关联,其依赖关系为:,,,,求其熵
;
2.二元对称信道如图。
;
1)若,,求和;
2)求该信道的信道容量和最佳输入分布。
3.信源空间为,试分别构造二元和三元霍夫曼码,计算其平均码长和编码效率。
5.已知一(8,5)线性分组码的生成矩阵为。
求:1)输入为全00011和10100时该码的码字;2)最小码距。
答案
一、
概念简答题(每题5分,共40分)
1.答:平均自信息为
表示信源的平均不确定度,也表示平均每个信源消息所提供的信息量。
平均互信息
表示从Y获得的关于每个X的平均信息量,也表示发X前后Y的平均不确定性减少的量,还表示通信前后整个系统不确定性减少的量。
2.答:最大离散熵定理为:离散无记忆信源,等概率分布时熵最大。
最大熵值为。
平均互信息是信源概率分布的∩型凸函数,是信道传递概率的U型凸函数。
5.答:香农公式为,它是高斯加性白噪声信道在单位时间内的信道容量,其值取决于信噪比和带宽。
由得,则
6.答:只要,当N足够长时,一定存在一种无失真编码。
7.答:当R<C时,只要码长足够长,一定能找到一种编码方法和译码规则,使译码错误概率无穷小。
8.答:1)保真度准则为:平均失真度不大于允许的失真度。
2)因为失真矩阵中每行都有一个0,所以有,而。
二、综合题(每题10分,共60分)
1.答:1)信源模型为
2)由得
则
2.答:1)
2),最佳输入概率分布为等概率分布。
3.答:1)二元码的码字依序为:10,11,010,011,1010,1011,1000,1001。
平均码长,编码效率
2)三元码的码字依序为:1,00,02,20,21,22,010,011。
平均码长,编码效率
篇3:信息论考试卷及答案
信息论考试卷及答案 本文关键词:信息论,考试卷,答案
信息论考试卷及答案 本文简介:考试科目名称:信息论一.单选(每空2分,共20分)1.信道编码的目的是(C),加密编码的目的是(D)。A.保证无失真传输B.压缩信源的冗余度,提高通信有效性C.提高信息传输的可靠性D.提高通信系统的安全性2.下列各量不一定为正值的是(D)A.信源熵B.自信息量C.信宿熵D.互信息量3.下列各图所示信
信息论考试卷及答案 本文内容:
考试科目名称:信息论
一.
单选(每空2分,共20分)
1.
信道编码的目的是(
C
),加密编码的目的是(
D
)。
A.保证无失真传输
B.压缩信源的冗余度,提高通信有效性
C.提高信息传输的可靠性
D.提高通信系统的安全性
2.
下列各量不一定为正值的是(
D
)
A.信源熵
B.自信息量
C.信宿熵
D.互信息量
3.
下列各图所示信道是有噪无损信道的是(
B
)
A.
B.
C.
D.
4.
下表中符合等长编码的是(
A
)
5.
联合熵H(XY)与熵H(X)及条件熵H(X/Y)之间存在关系正确的是(
A
)
A.H(XY)=H(X)+H(Y/X)
B.H(XY)=H(X)+H(X/Y)
C.H(XY)=H(Y)+H(X)
D.若X和Y相互独立,H(Y)=H(YX)
6.
一个n位的二进制数,该数的每一位可从等概率出现的二进制码元(0,1)中任取一个,这个n位的二进制数的自信息量为(
C
)
A.
B.1
bit
C.n
bit
D.
7.
已知发送26个英文字母和空格,其最大信源熵为H0
=
log27
=
4.76比特/符号;在字母发送概率不等时,其信源熵为H1
=
4.03比特/符号;考虑字母之间相关性时,其信源熵为H2
=
3.32比特/符号;以此类推,极限熵
H∞
=1.5比特/符号。问若用一般传送方式,冗余度为(
B
)
A.0.32
B.0.68
C.0.63
D.0.37
8.
某对称离散信道的信道矩阵为
,信道容量为(
B
)
A.
B.
C.
D.
9.
下面不属于最佳变长编码的是(
D
)
A.香农编码和哈夫曼编码
B.费诺编码和哈夫曼编码
C.费诺编码和香农编码
D.算术编码和游程编码
二.
综合(共80分)
1.
(10分)试写出信源编码的分类,并叙述各种分类编码的概念和特性。
{
非分组码
分组码
{
奇异码
非奇异码
{
非唯一可译码
唯一可译码
{
非即时码
即时码(非延长码)
码
(5分)
(1分)将信源消息分成若干组,即符号序列xi,
xi=(xi1xi2…xil…xiL),
xil?A={a1,a2,…,ai,…,an}
每个符号序列xi依照固定码表映射成一个码字yi,
yi=(yi1yi2…yil…yiL),
yil?B={b1,b2,…,bi,…,bm}
这样的码称为分组码,有时也叫块码。只有分组码才有对应的码表,而非分组码中则不存在码表。
(1分)奇异码和非奇异码
若信源符号和码字是一一对应的,则该码为非奇异码。反之为奇异码。
(1.5分)唯一可译码
任意有限长的码元序列,只能被唯一地分割成一个个的码字,便称为唯一可译码
(1.5分)即时码:只要收到符号就表示该码字已完整,可以立即译码。
即时码又称为非延长码,任意一个码字都不是其它码字的前缀部分,有时叫做异前缀码。
2.
(15分)有一个二元二阶马尔可夫信源,其信源符号集为{0,1},已知符号条件概率:
p(0|00)
=
1/2
p(1|00)=1/2
p(0|01)
=
1/3
p(1|01)=2/3
p(0|10)
=
1/4
p(1|10)=3/4
p(0|11)
=
1/5
p(1|11)=4/5
求:
(1).
信源全部状态及状态转移概率;
(2).
画出完整的二阶马尔可夫信源状态转移图;
(3).
求平稳分布概率。
解:
(1).
符号条件概率矩阵
状态转移概率矩阵
(5分)
(2).
(5分)
(3).
平稳分布概率
(5分)
3.
(20分)具有符号集的二元信源,信源发生概率为:。Z信道如图
所示,接收符号集,转移概率为:。发出符号与接收符号的失真:。
(1).
计算平均失真;
(2).
率失真函数R(D)的最大值是什么?当q为什么值时可达到该最大值?此时平均失真是多大?
(3).
率失真函数R(D)的最小值是什么?当q为什么值时可达到该最小值?此时平均失真是多大?
(4).
画出R(D)-D曲线。
解:
(1).
已知信源符号概率;
转移概率矩阵;
失真矩阵;
联合概率矩阵;
。(5分)
(2).
maxR(D)=R(Dmin)=H(X)=-plogp-(1-p)log(1-p);
当q=0时,Dmin=0,即得到maxR(D);
=0。(5分)
(3).
minR(D)=R(Dmax)=0;
当q=1时,转移概率矩阵,可使得到minR(D);
=1-p。(5分)
(4).
(5分)
4.
(15分)一个平均功率受限制的连续信道,其通频带为1MHz,信道上存在白色高斯噪声。
(1).
已知信道上的信号与噪声的平均功率比值为20,求该信道的信道容量;
(2).
信道上的信号与噪声的平均功率比值降至10,要达到相同的信道容量,信道通频带应为多大?
(3).
若信道的通频带增加至2MHz时,要保持相同的信道容量,信道通频带应为多大?
解:
(1).
已知SNR=20
(5分)
(2).
若SNR=10,C=4.392Mbit/s;
W=1.27MHz(5分)
(3).
若W=2MHz,C=4.392Mbit/s;
SNR=3.582(5分)
5.
(20分)信源符号X有6种字母,概率为0.32,0.22,0.18,0.16,0.08,0.04。
(1).
求符号熵H(X);
(2).
用费诺(Fano)编码法编成二进制变长码,求出平均码长和编码效率;
(3).
用香农(Shannon)编码法编成二进制变长码,求出平均码长和编码效率;
(4).
用哈夫曼(Huffma)编码法编成三进制变长码,求出平均码长和编码效率。
解:
(1).
(5分)
(2).
费诺编码法编成二进制变长码(5分)
信源符号
符号概率p(ai)
第1分组
第2分组
第3分组
第4分组
平均码长
码字
a1
0.32
0
0
2
00
a2
0.22
1
2
01
a3
0.18
1
0
2
10
a4
0.16
1
0
3
110
a5
0.08
1
0
4
1110
a6
0.04
1
4
1111
00,01,10,110,1110,1111
(3).
香农编码法编成二进制变长码(5分)
信源符号
符号概率p(ai)
累加概率Pi
平均码长
码字
a1
0.32
0
2
00
a2
0.22
0.32
3
010
a3
0.18
0.54
3
100
a4
0.16
0.72
3
101
a5
0.08
0.88
4
1110
a6
0.04
0.96
5
11110
00,010,100,101,1110,11110
(4).
哈夫曼编码法编成三进制变长码(5分)
信源符号
符号概率p(ai)
第1分组
0
1
2
第2分组
平均码长
码字
a1
0.32
0.32
0
1
2
0.22
0.56
1
1
a2
0.22
0.28
1
2
a3
0.18
0.18
0.16
0.12
0.22
2
00
a4
0
1
0.16
2
01
a5
0.08
3
020
a6
0.04
3
021
1,2,00,01,020,021
m=3,n=6,令k=2
m+k(m-1)=7,s=7-n=1
所以第一次取m-s=2个符号进行编码