《信息論與編碼錦囊》課件

《信息論與編碼錦囊》ppt課件信息論基礎(chǔ)信源編碼信道編碼加密與解密信息論應(yīng)用目錄CONTENTS01信息論基礎(chǔ)信息定義信息是消除不確定性的東西。在信息論中，信息被定義為用來(lái)消除隨機(jī)不確定性的數(shù)據(jù)。信息性質(zhì)信息具有無(wú)損耗性、可傳遞性、可共享性等性質(zhì)。無(wú)損耗性意味著信息在使用過(guò)程中不會(huì)損失，可傳遞性表示信息可以從一個(gè)系統(tǒng)傳遞到另一個(gè)系統(tǒng)，可共享性則說(shuō)明信息可以在多個(gè)用戶之間共享。信息定義與性質(zhì)熵定義熵是衡量隨機(jī)變量不確定性的度量，也可以理解為系統(tǒng)內(nèi)部混亂程度或隨機(jī)變量的平均信息量。熵計(jì)算熵的計(jì)算公式是H(X)=?∑p(x)log?2p(x)H(X)=-sump(x)log_2p(x)H(X)=?∑p(x)log2?p(x)，其中p(x)p(x)p(x)是隨機(jī)變量取某個(gè)值的概率。熵的概念與計(jì)算互信息是兩個(gè)隨機(jī)變量之間的相關(guān)性度量，表示一個(gè)隨機(jī)變量的信息關(guān)于另一個(gè)隨機(jī)變量的信息量。條件互信息是在某個(gè)條件下的兩個(gè)隨機(jī)變量之間的相關(guān)性度量，表示在給定某個(gè)條件后，一個(gè)隨機(jī)變量的信息關(guān)于另一個(gè)隨機(jī)變量的信息量。互信息與條件互信息條件互信息定義互信息定義02信源編碼無(wú)損壓縮編碼是一種完全保留原始數(shù)據(jù)，沒(méi)有任何信息損失的編碼方式。無(wú)損壓縮編碼通過(guò)消除數(shù)據(jù)中的冗余信息，如重復(fù)的模式或未使用的位，來(lái)減少存儲(chǔ)空間或傳輸時(shí)間。常見(jiàn)的無(wú)損壓縮算法包括哈夫曼編碼、游程編碼和算術(shù)編碼等。無(wú)損壓縮編碼有損壓縮編碼是一種允許數(shù)據(jù)有一定損失的編碼方式，以換取更高的壓縮比。有損壓縮編碼在壓縮過(guò)程中會(huì)去除一些人眼或耳朵難以察覺(jué)的信息，如圖像或音頻中的高頻噪聲或細(xì)節(jié)。常見(jiàn)的有損壓縮算法包括JPEG和MPEG等。有損壓縮編碼預(yù)測(cè)編碼和變換編碼都是利用數(shù)據(jù)的空間或時(shí)間相關(guān)性來(lái)去除冗余信息，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。預(yù)測(cè)編碼通過(guò)預(yù)測(cè)下一個(gè)數(shù)據(jù)值來(lái)消除冗余，而變換編碼則將數(shù)據(jù)從時(shí)域或空域轉(zhuǎn)換到頻域，然后去除冗余。常見(jiàn)的預(yù)測(cè)編碼和變換編碼包括DPCM、JPEG和JPEG2000等。預(yù)測(cè)編碼與變換編碼03信道編碼線性分組碼是一種將信息碼元分成若干組，然后對(duì)每組進(jìn)行線性編碼的方法?？偨Y(jié)詞線性分組碼通過(guò)將信息碼元分成若干組，然后對(duì)每組進(jìn)行線性編碼，以增加信息的抗干擾能力。在接收端，通過(guò)相應(yīng)的解碼方法，可以恢復(fù)出原始信息碼元。線性分組碼具有簡(jiǎn)單、可靠和高效的特點(diǎn)，因此在通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。詳細(xì)描述線性分組碼總結(jié)詞循環(huán)碼是一種糾錯(cuò)碼，其特點(diǎn)是編碼后的校驗(yàn)碼具有循環(huán)移位的性質(zhì)。詳細(xì)描述循環(huán)碼是一類糾錯(cuò)碼，其校驗(yàn)碼具有循環(huán)移位的性質(zhì)。循環(huán)碼的編碼過(guò)程是將信息碼元進(jìn)行模2運(yùn)算，得到校驗(yàn)碼。在接收端，通過(guò)檢測(cè)接收到的碼元序列中是否存在循環(huán)移位錯(cuò)誤，可以發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤。循環(huán)碼具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、檢錯(cuò)能力強(qiáng)和抗干擾能力好的優(yōu)點(diǎn)，因此在數(shù)字通信中得到了廣泛應(yīng)用。循環(huán)碼總結(jié)詞卷積碼是一種將信息序列映射為一系列連續(xù)的符號(hào)序列的編碼方法。要點(diǎn)一要點(diǎn)二詳細(xì)描述卷積碼是一種將信息序列映射為一系列連續(xù)的符號(hào)序列的編碼方法。在卷積碼中，編碼器將輸入的信息序列轉(zhuǎn)化為一系列連續(xù)的符號(hào)序列，這些符號(hào)序列之間存在一定的約束關(guān)系。在接收端，通過(guò)解碼器對(duì)接收到的符號(hào)序列進(jìn)行解碼，可以恢復(fù)出原始的信息序列。卷積碼具有較好的糾錯(cuò)能力和抗干擾能力，因此在通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。卷積碼04加密與解密對(duì)稱加密算法是指加密和解密使用相同密鑰的加密算法。定義加密速度快，安全性較高。優(yōu)點(diǎn)密鑰管理困難，如果密鑰丟失或被竊取，加密的信息將可能被破解。缺點(diǎn)AES（高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)）、DES（數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)）。常見(jiàn)算法對(duì)稱加密算法定義非對(duì)稱加密算法是指加密和解密使用不同密鑰的加密算法。優(yōu)點(diǎn)解決了對(duì)稱加密算法中密鑰管理的問(wèn)題，提高了安全性。缺點(diǎn)加密速度較慢，計(jì)算復(fù)雜度較高。常見(jiàn)算法RSA（Rivest-Shamir-Adleman）、ECC（橢圓曲線密碼）。非對(duì)稱加密算法組成證書(shū)頒發(fā)機(jī)構(gòu)（CA）、注冊(cè)機(jī)構(gòu)（RA）、證書(shū)管理中心（KMC）。功能證書(shū)管理、密鑰管理、安全認(rèn)證等。定義公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）是一種遵循標(biāo)準(zhǔn)的、利用公鑰加密技術(shù)為電子文檔提供加密和數(shù)字簽名的體系。公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）05信息論應(yīng)用03分布式存儲(chǔ)將數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性和可擴(kuò)展性。01數(shù)據(jù)壓縮通過(guò)去除冗余信息，減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。02索引技術(shù)建立數(shù)據(jù)索引，快速定位和檢索所需數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)檢索速度。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與檢索信道容量研究信道傳輸信息的最大速率，優(yōu)化信道利用效率。信號(hào)編碼采用高效的信號(hào)編碼方式，降低誤碼率，提高通信質(zhì)量。多址接入研究多用戶同時(shí)接入信道的方法，實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)通信。無(wú)線通信系統(tǒng)圖像增強(qiáng)改善圖像質(zhì)量，提