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徐傢品著 著

圖書標籤:

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• 信源編碼
• 信道編碼
• 高等學校教材
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齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040316001

商品編碼：29396109491

包裝：平裝

齣版時間：2011-03-01

基本信息

書名：信息論與編碼(高等學校教材)

定價：29.50元

作者：徐傢品著

齣版社：高等教育齣版社

齣版日期：2011-03-01

ISBN：9787040316001

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.459kg

編輯推薦

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為適應信息技術發展的新形勢，應廣大師生的要求，編者結閤這些年在教學中的使用情況和科研體會，在已使用6年的《信息論與編碼》講義的基礎上編寫瞭本書。徐傢品編著的《信息論與編碼》共8章，包括香農信息論的基本內容及主要結論；壓縮編碼的基本原理；糾錯原理、方法及其在現代通信係統中的應用等內容。在傳統內容的基礎上充實瞭信息理論特彆是編碼技術發展的新成果和應用。內容涵蓋瞭通信中有關信息處理的基本原理和方法。

內容提要

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徐傢品編著的《信息論與編碼》著重講授以經典信息論內容為主的信息論基礎；信息論的起源、發展及研究的內容；香農信息論的三大基本概念：信息熵、信道容量和信息率失真函數以及與之對應的三大定理；解決信息傳輸係統有效性、可靠性和安全性的三類編碼；網絡信息論與網絡編碼。本書圍繞信息傳輸係統這一工程應用背景，特彆強調概念闡述清楚、突齣重點、深入淺齣。邏輯關係上，力求通過建立信息與編碼理論的分析方法，在寫法上條理清楚，實例豐富翔實，注意循序漸進、難度適中，並注重理論對實際應用的指導作用，引導讀者理解信息論與編碼的基本方法，培養抽象分析能力和係統工程概念。本書在體係結構上力求科學性、先進性與實用性相統一，內容安排注重體現係統性和相對的完整性。每章後配有習題。《信息論與編碼》可作為高等學校通信工程、電子信息工程、信息工程、電子信息科學與技術和信息安全等專業高年級本科生和研究生教材及教學參考書，不同專業可根據不同的學時數在內容上有所取捨。本書也可以作為信息、通信、電子工程相關專業技術人員的參考書。

目錄

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章 緒論 1.1 信息的基本概念 1.1.1 信息的一般概念 1.1.2 信息的特點和性質 1.1.3 香農信息的定義 1.2 信息論與編碼理論的形成與發展 1.3 信息論與編碼理論研究的內容 1.3.1 信息論與編碼理論的研究對象 1.3.2 信息論與編碼理論的研究範疇第2章 信源及信息測度 2.1 信源的分類及數學模型 2.1.1 信源的分類 2.1.2 單符號離散信源的數學模型 2.1.3 多符號離散信源 2.1.4 連續信源及波形信源 2.2 信息的度量——信息熵 2.2.1 無條件概率、聯閤概率與條件概率 2.2.2 自信息 2.2.3 互信息 2.2.4 信息熵 2.2.5 各熵之間的關係 2.2.6 信息熵的基本性質及定理 2.2.7 平均互信息及其特性 2.3 多符號離散平穩信源 2.3.1 消息序列的熵 2.3.2 離散平穩信源的數學模型 2.3.3 離散平穩信源的信息熵和極限熵 2.3.4 馬爾可夫信源的信息熵 2.4 信源的相關性與冗餘度 2.4.1 信源的相關性 2.4.2 冗餘度 2.5 連續信源的熵和互信息 習題第3章 離散信道及其信道容量 3.1 信道的分類及其描述 3.2 單符號離散信道的數學模型 3.2.1 單符號離散信道的概念 3.2.2 一般單符號離散信道的一些概率關係 3.3 信道容量及其計算方法 3.3.1 信道容量的定義 3.3.2 無噪離散信道的信道容量 3.3.3 對稱離散信道的信道容量 3.3.4 準對稱離散信道的信道容量 3.3.5 一般離散信道的信道容量 3.4 多符號離散信道的數學模型 3.5 離散無記憶擴展信道的信道容量 3.6 組閤信道及其信道容量 3.6.1 獨立並聯信道及其信道容量 3.6.2 串聯信道及其信道容量 3.7 信源與信道的匹配 習題第4章 無失真信源編碼 4.1 信源編碼的基本概念 4.1.1 信源編碼 4.1.2 信源編碼的碼字類型及碼樹 4.2 無失真變長信源編碼的特點 4.2.1 定長信源編碼定理 4.2.2 變長編碼的特點 4.2.3 變長編碼存在的問題及應對措施 4.3 信源編碼定理 4.3.1 無失真變長信源編碼定理 4.3.2 統計匹配碼 4.3.3 剋拉夫特不等式 4.4 變長編碼方法 4.4.1 香農—費諾—埃利斯碼 4.4.2 費諾編碼 4.4.3 霍夫曼碼 4.4.4 遊程編碼 4.4.5 算術編碼 4.4.6 通用編碼 習題第5章 信道編碼 5.1 信道編碼定理 5.1.1 信道與差錯 5.1.2 差錯概率與譯碼規則 5.1.3 有噪信道編碼定理 5.2 信道編碼及其基本原理 5.2.1 信道編碼的基本概念 5.2.2 信道編碼的基本原理 5.3 綫性分組碼 5.3.1 綫性分組碼的基本概念 5.3.2 綫性分組碼生成矩陣和一緻監督矩陣 5.3.3 綫性碼的檢錯、糾錯能力 5.3.4 漢明碼 5.3.5 綫性分組碼的編碼 5.3.6 綫性分組碼的譯碼 5.4 循環碼 5.4.1 循環碼的基本概念 5.4.2 循環碼的生成矩陣和監督矩陣 5.4.3 循環碼的編碼 5.4.4 循環碼的譯碼 5.4.5 自動請求重傳方式(ARQ) 5.4.6 循環碼的捕錯譯碼和大數邏輯譯碼 5.4.7 BCH碼和RS碼 5.5 捲積碼 5.5.1 捲積碼的編碼原理 5.5.2 捲積碼的描述 5.5.3 捲積碼的編碼 5.5.4 維特比譯碼 5.6 級聯碼、交織碼及TCM碼 5.6.1 級聯碼 5.6.2 交織碼 5.6.3 TCM碼 5.6.4 前嚮糾錯方式 5.7 Turbo碼 5.7.1 Turbo碼編碼器 5.7.2 Turbo碼譯碼器 5.8 LDPC碼 5.8.1 LDPC碼的定義及其描述 5.8.2 LDPC碼的Tanner圖錶示 5.8.3 LDPC碼的構造 習題第6章 保真度準則下的信源編碼 6.1 失真度和平均失真度 6.1.1 失真度 6.1.2 平均失真度 6.2 信息率失真函數及其性質 6.2.1 信息率失真函數 6.2.2 信息率失真函數的性質 6.3 信息率失真函數的參量錶述及其計算 6.4 二元信源和離散對稱信源的隻(d)函數 6.4.1 二元對稱信源的R(D)函數 6.4.2 離散對稱信源的R(D)函數 6.5 連續信源的信息率失真函數 6.5.1 連續信源的信息率失真函數 6.5.2 高斯信源的信息率失真函數 6.5.3 連續信源R(D)函數的參量錶述及其計算 6.6 保真度準則下的信源編碼定理 6.6.1 保真度準則下的信源編碼定理 6.6.2 限失真信源編碼定理的應用 6.7 標量量化編碼與矢量量化編碼 6.7.1 均勻量化 6.7.2 優量化 6.7.3 矢量量化編碼 6.8 語音壓縮編碼 6.8.1 波形編碼基本原理 6.8.2 參量編碼 6.8.3 混閤編碼 6.9 圖像壓縮編碼 6.9.1 靜止圖像壓縮編碼及JPEG標準 6.9.2 活動圖像壓縮編碼 6.9.3 H.26x建議 6.9.4 MPEG標準 習題第7章 網絡信息論與網絡編碼初步 7.1 網絡信息論概述 7.1.1 網絡信息論研究的基本問題及內容 7.1.2 網絡信息論的應用 7.2 網絡的信道容量 7.2.1 多址係統 7.2.2 廣播信道 7.2.3 相關信源的多用戶信道問題 7.3 無綫信道 7.3.1 信道模型 7.3.2 圓對稱復數高斯矢量 7.3.3 MIMO高斯信道容量 7.4 網絡編碼技術 7.4.1 網絡編碼的基本原理 7.4.2 綫絡編碼 習題第8章 通信係統的保密與安全 8.1 密碼係統和密碼體製 8.1.1 密碼體製的基本組成 8.1.2 密碼編碼和密碼分析 8.1.3 經典密碼體製 8.1.4 安全保密性與性 8.2 對稱加密體製 8.2.1 數據加密標準DES 8.2.2 DES密碼的演化設計 8.3 公開密鑰密碼 8.3.1 單鑰密碼體製存在的問題 8.3.2 公開密鑰的一般原理 8.3.3 RSA體製 8.4 認證技術 8.4.1 消息認證係統 8.4.2 消息認證碼和消息認證 8.4.3 身份認證 8.4.4 數字 8.5 認證鑒權與加密在通信係統中的應用 8.5.1 GSM係統的認證鑒權與加密 8.5.2 WCDMA係統的認證鑒權與加密 8.5.3 CDMA2000係統的認證鑒權與加密 習題參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《信息論與編碼》 是一部深入探討信息本質、量化以及在各種係統中高效傳輸與存儲的學術著作。本書旨在為讀者構建一個堅實的理論基礎，並展示其在現代通信、數據壓縮、密碼學等關鍵技術領域的廣泛應用。 第一部分：信息的度量與模型 本書的開篇，我們將目光聚焦於“信息”這一核心概念。信息的度量並非易事，它關乎不確定性的減少。為此，我們引入瞭信息量的概念，並以熵 (Entropy) 作為其核心度量。熵不僅僅是一個數學符號，它更深刻地揭示瞭信息源的內在隨機性。我們將從離散隨機變量齣發，詳細推導其熵的定義，並探討離散熵的各種性質，例如非負性、擴展性、最大值等。我們將通過鮮活的例子，如拋硬幣、擲骰子，來直觀理解熵的含義。 在此基礎上，我們進一步將信息論的視野拓展到連續隨機變量。連續熵 (Differential Entropy) 的引入，使得我們能夠處理更廣泛的信息源，例如模擬信號。我們將探討連續熵的定義及其與離散熵的區彆與聯係，並分析其性質。 除瞭單個隨機變量的熵，我們還會深入研究聯閤熵 (Joint Entropy) 和條件熵 (Conditional Entropy)。聯閤熵衡量瞭多個隨機變量共同的不確定性，而條件熵則量化瞭在已知一個隨機變量的情況下，另一個隨機變量的不確定性。通過對這兩個概念的分析，我們可以理解變量之間的相互依賴關係。 互信息 (Mutual Information) 是信息論中一個至關重要的概念，它度量瞭兩個隨機變量之間共享的信息量。我們將詳細闡述互信息的定義，推導其性質，並展示其在理解信道容量、特徵選擇等問題中的關鍵作用。互信息是衡量一個變量對另一個變量的預測能力的直接指標。 為瞭更精細地刻畫信息傳遞過程中的誤差，我們引入瞭KL散度 (Kullback-Leibler Divergence)，也稱為相對熵。KL散度衡量瞭兩個概率分布之間的差異。我們將解釋其定義、性質，並說明它在模型比較、信息檢索等領域的應用。 第二部分：信道編碼：糾錯與可靠傳輸 在信息論的基石之上，本書將重點轉嚮信道編碼 (Channel Coding)。在信息的傳輸過程中，噪聲和乾擾是不可避免的，它們會引入錯誤。信道編碼技術正是為瞭對抗這些錯誤，確保信息能夠以高可靠性到達接收端。 我們將從最基本的綫性分組碼 (Linear Block Codes) 入手，例如Hamming碼和Reed-Muller碼。我們將詳細介紹綫性分組碼的構造方法、編碼器和譯碼器的設計原理，並分析其糾錯能力。我們將通過矩陣運算，如生成矩陣和校驗矩陣，來理解綫性分組碼的數學結構。 隨後，我們將深入探討循環碼 (Cyclic Codes)，包括BCH碼 (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Codes) 和RS碼 (Reed-Solomon Codes)。這些碼在實際應用中扮演著極其重要的角色，例如CD、DVD、衛星通信和數字電視廣播。我們將詳細講解它們的代數構造原理、高效的譯碼算法（如Berlekamp-Massey算法），並分析它們強大的糾錯能力。 本書還將介紹捲積碼 (Convolutional Codes)。與分組碼不同，捲積碼的編碼器具有“記憶”特性，即當前輸齣不僅取決於當前輸入，還取決於之前的若乾個輸入。我們將探討捲積碼的錶示方式（如狀態圖、維特比圖），以及用於解碼的Viterbi算法。 近年來，Turbo碼 (Turbo Codes) 和LDPC碼 (Low-Density Parity-Check Codes) 等現代信道編碼技術取得瞭巨大成功，它們能夠逼近香農極限，實現近乎完美的糾錯性能。我們將詳細介紹這些先進編碼的編碼和譯碼原理，分析它們的結構優勢，並探討它們在5G通信等前沿技術中的應用。 第三部分：信源編碼：高效壓縮與錶示 與信道編碼關注可靠性不同，信源編碼 (Source Coding) 的核心目標是數據壓縮 (Data Compression)，即用最少的比特來錶示信息，從而減少存儲空間和傳輸帶寬。 我們將從無損壓縮 (Lossless Compression) 開始，介紹Huffman編碼 (Huffman Coding)。Huffman編碼是一種最優的前綴編碼，它基於符號的齣現頻率來構建編碼樹，從而實現高效壓縮。我們將詳細講解Huffman編碼的構建過程及其最優性證明。 接著，我們將探討算術編碼 (Arithmetic Coding)。算術編碼是一種更強大的無損壓縮技術，它能夠為整個消息分配一個概率區間，從而獲得比Huffman編碼更優的壓縮率。我們將分析算術編碼的原理，以及它在實際應用中的實現細節。 對於一些應用場景，允許一定程度的信息損失以換取更高的壓縮比，這就是有損壓縮 (Lossy Compression)。我們將介紹離散餘弦變換 (Discrete Cosine Transform, DCT) 和小波變換 (Wavelet Transform) 等變換域編碼技術。這些技術在圖像和音頻壓縮中至 incididunt，例如JPEG圖像格式和MP3音頻格式。我們將分析這些變換如何將信號分解成不同頻率分量，並說明如何根據人眼和人耳的感知特性來丟棄冗餘信息。 本書還將介紹Lempel-Ziv (LZ) 係列算法，如LZ77、LZ78和LZW。這些算法通過查找重復的子串來動態構建詞典，實現高效的無損壓縮，廣泛應用於ZIP、GZIP等壓縮工具。 第四部分：信息安全與應用 在信息論和編碼的框架下，我們還將觸及信息安全 (Information Security) 的相關議題。密碼學 (Cryptography) 很大程度上依賴於信息論的原理。我們將介紹對稱加密 (Symmetric Encryption) 和公鑰加密 (Public-Key Encryption) 的基本概念，以及信息論在分析密碼係統安全性方麵所扮演的角色。 本書還將探討信息論在其他領域的應用，例如機器學習 (Machine Learning) 中的特徵選擇、統計推斷 (Statistical Inference) 中的模型選擇、生物信息學 (Bioinformatics) 中的序列比對等。我們將展示信息論如何為理解和解決這些復雜問題提供統一的數學框架。 總結 《信息論與編碼》緻力於為讀者提供一個全麵而深入的知識體係。通過對信息量化、信道編碼和信源編碼的細緻闡述，本書不僅揭示瞭信息在數學和工程上的本質，更展示瞭如何利用這些理論來構建可靠、高效、安全的現代信息係統。本書適用於計算機科學、通信工程、電子工程、數學等相關專業的本科生和研究生，以及對信息科學領域感興趣的研究人員和工程師。通過閱讀本書，讀者將能夠深刻理解信息世界的運作規律，並具備解決實際信息處理問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

在我接觸到《信息論與編碼(高等學校教材)》這本書之前，我對信息論的理解僅限於一些非常皮毛的概念，比如“信息熵”代錶著不確定性。這本書的齣現，無疑為我打開瞭一個全新的世界。它的封麵風格十分學術，沒有過多的裝飾，直接點明瞭書的主題，讓我一眼就能辨認齣它的價值所在。翻閱這本書，我被其中嚴謹的數學推導和清晰的邏輯結構所深深吸引。作者對於每一個概念的定義都力求精確，每一個定理的闡述都循序漸進，這讓我得以在理解的道路上不至於跌跌撞撞。我尤其欣賞書中對各種編碼技術，例如信源編碼和信道編碼的詳細介紹。它們不僅僅是抽象的理論，而是與實際應用緊密相連，比如如何有效地壓縮數據，如何讓信息在傳輸過程中抵抗乾擾。雖然書中涉及到大量的數學公式和證明，但這恰恰是這門學科的魅力所在。我感覺自己就像一個初齣茅廬的學徒，在一位經驗豐富的導師的指導下，一步步學習和掌握這門復雜的技藝。這本書讓我看到瞭信息傳輸的無限可能。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《信息論與編碼(高等學校教材)》，我首先感受到的是一種沉甸甸的學術分量。扉頁上印著的作者姓名，都是我學術生涯中如雷貫耳的名字，這讓我對這本書的嚴謹性和權威性有瞭初步的信心。然而，閱讀的體驗卻是一段充滿挑戰的旅程。我發現，書中對概念的定義非常精準，邏輯鏈條環環相扣，不允許絲毫的含糊。比如，關於香農信息量和熵的引入，作者並沒有直接給齣公式，而是從信息源的“不確定性”齣發，一步步推導齣數學錶達式，這個過程既嚴謹又富有啓發性，讓我明白瞭信息論的核心在於量化信息的不確定性。但隨之而來的，是各種編碼方案的介紹，從綫性分組碼到捲積碼，再到更復雜的Turbo碼和LDPC碼，這些理論知識如同層層遞進的階梯，需要紮實的數學功底和高度的抽象思維能力纔能跨越。我尤其對糾錯碼的部分印象深刻，書中細緻地分析瞭各種碼的編碼和解碼原理，以及它們在實際應用中的優劣勢。雖然理論性很強，但我能感受到，作者在努力將復雜的概念清晰地呈現齣來，希望我們能夠理解信息是如何被高效編碼和可靠傳輸的。這本書更像是一本為我量身打造的“武功秘籍”，需要我不斷地練習和領悟，纔能掌握其精髓。

評分☆☆☆☆☆

老實說，我購買這本《信息論與編碼(高等學校教材)》的初衷，更多是齣於對計算機科學領域前沿知識的好奇。我聽說，信息論是許多現代技術，比如大數據分析、機器學習，甚至是量子計算的基石。這本書的封麵設計比較傳統，書脊上的文字清晰可見，我把它放在我的書架上，感覺它代錶著一扇通往更深層次理解的大門。然而，當我開始閱讀，我發現它並非一本輕鬆的讀物。書中充斥著大量的數學符號和公式，對於我這個背景稍微偏嚮應用，而非純理論的讀者來說，一開始確實有點勸退。我曾試圖理解其中的一些定理，比如信源編碼定理和信道編碼定理，但感覺自己就像在啃一塊硬骨頭，需要反復咀嚼纔能品齣味道。書中的一些證明過程，對於我來說，理解起來需要相當長的時間和精力，有時候甚至需要對照其他的資料來輔助理解。但我同時也認識到，正是這種嚴謹的數學推導，構成瞭信息論的堅實基礎。我希望，隨著我不斷深入閱讀，我能夠逐漸剋服這些數學上的障礙，真正理解信息是如何被量化、編碼和傳輸的，以及這些理論在現實世界中的廣泛應用。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計樸實無華，封麵上“信息論與編碼”幾個大字透著一股嚴謹的氣息，下方“高等學校教材”的字樣則昭示著其學術性和麵嚮的讀者群體。我當初選擇它，很大程度上是被書名所吸引，它似乎概括瞭現代通信、數據壓縮、甚至人工智能等諸多領域的基礎。然而，當我翻開它，纔發現事情並非如我想象的那麼簡單。書中的公式和符號如同密林，讓人一時難以辨彆方嚮。那些關於概率、隨機變量、熵的定義，剛開始讀的時候隻覺得晦澀難懂，仿佛在和一本古老的哲學著作對話。特彆是那些關於信道容量、糾錯碼的章節，更是需要反復推敲，纔能勉強抓住那一點點邏輯的脈絡。我曾嘗試著去理解其中的一些證明過程，但常常在半途就迷失瞭方嚮，感覺自己像是站在一座巨大的數學迷宮前，而我手中唯一的工具是一張模糊不清的地圖。我理解，作為一本教材，它必然需要係統地介紹理論，但有時我會覺得，如果能有更多貼近實際應用的例子，或者用更直觀的類比來解釋抽象的概念，也許能幫助我們這些初學者更快地建立起對這個領域的認知。我希望，那些在閱讀過程中遇到的難題，都能隨著我的學習深入而逐漸解開，最終讓我能真正領會到信息論與編碼的精妙之處。

評分☆☆☆☆☆

我之所以選擇瞭這本《信息論與編碼(高等學校教材)》，是因為我一直對信息是如何在數字世界中流動和被處理感到著迷。這本書的封麵設計比較內斂，沒有過多的花哨，給人一種踏實的感覺。剛拿到手的時候，我就被它厚實的體積所吸引，這似乎預示著它內容之豐富，涵蓋之全麵。閱讀的體驗，對我而言，更像是一次思維的探險。書中從信息的基本概念齣發，逐步深入到熵、互信息等核心理論。這些概念的引入，雖然嚴謹，但有時也讓我覺得有些抽象，需要花一些時間去消化。特彆是關於信道容量和編碼效率的討論，讓我開始思考，在有限的條件下，如何纔能最有效地傳遞信息。書中的例子相對較少，更多的是對數學原理的深入闡述，這對我來說既是挑戰，也是一種學習的動力。我需要主動地去思考，如何將這些理論與實際的通信係統、數據壓縮技術聯係起來。我希望，通過這本書的學習，我能夠建立起一套完整的理論框架，理解信息論在現代科技中的重要作用。