《信息论与编码基础》课程标准.docx
《《信息论与编码基础》课程标准.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《信息论与编码基础》课程标准.docx(21页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
《信息论与编码基础》课程标准
《信息论与编码基础》课程标准
(执笔人:
雷菁审阅学院:
电子科学与工程学院)
课程编号:
0810313
英文名称:
IntroductiontoInformationTheoryandCoding
预修课程:
概率论与数理统计、通信原理、信号处理与系统,随机信号分析与处理
学时安排:
50学时,其中讲授44学时,实践4学时,考核2学时。
学分:
2.5
一、课程概述
(一)课程性质地位
本课程是通信、电子、信息专业的专业基础课程。
它集中了数字通信的基本理论:
信息论基础、信源压缩编码理论与信道编码理论。
其理论对信息传输及处理系统具有重要的指导意义。
通过对本课程的学习,学员应能对信息的概念、信息传输的本质、获得通信有效性与可靠性的原理与方法有一个初步的认识,并基本掌握信息的测度,信道容量的计算、信源编码原理和常用方法、纠错编码原理与基本方法,为今后的工程应用奠定初步的理论基础。
(二)课程基本理念
本课程为通信与信息专业学生开设,主要研究信息高速可靠传输的可实现性。
课程教学应贯彻“立足工程应用,强调理论对实际的指导意义”的原则,既考虑基本原理和概念的理解,更重视信息理论对工程应用的指导。
以近代Shannon信息论为出发点,将通信与信息工程的主要专业基础课与相关专业课作理论上的概括,以信息与通信系统的优化为主线,以数学推导为工具,从数学模型出发分析工程实践,强调对通信一般规律的描述,突出信息论的应用指导。
(三)课程设计思路
本课程由三部分构成,信息论基础、信源压缩编码理论与信道编码理论。
整个课程以Shannon信息理论为指导,讲述为提高通信有效性和可靠性,如何利用编码的方法实现系统的最优化。
因此信息理论的概念与原理是贯穿本课程的主线,以此向信源编码和信道编码两个分支辐射。
同时考虑到信源编码与信道编码是实际系统中广泛应用的技术,因此课程第一部分以概念性介绍为主,突出理论对实际的启迪性指导;后两部分以介绍实际中常用的编码技术为主,突出实用性,注意启发学生的设计思维。
同时结合实验作业加强学生对知识的理解及提高实际编程能力。
二、课程目标
(一)知识与技能
使学生掌握Shannon信息论的基本概念和原理,掌握数据压缩编码和纠错编码的基本原理及典型方法,并使学生能对信息的概念、信息传输的本质以及通信的有效性与可靠性有一个初步的认识。
进而能运用信息理论解释通信工程的规律,掌握基本的编码技术及性能分析方法。
同时结合实验作业加强学生对知识的理解,并提高实际设计与编程能力。
(二)过程与方法
1、以课堂讲授为主,并结合实验及课外作业,使学生在对信息论的初步认识基础上,熟练掌握基本的压缩编码与纠错编码方法。
2、课堂讲授时,简化数学推导,引入信息理论实用历程和通信系统中相应编码实例,强调基本概念在工程上的理解,注意用信息论的观点统一通信过程的内容,解释通信实践中的技术问题和现象。
3、结合实践软、硬件平台,增强学生对编码模型及电路的直观认识,可进一步提高学生兴趣,使教学更加生动。
(三)情感态度与价值观
信息论相当于通信工程专业领域的哲学,学好该课程将能够较好地从认识层次指导通信实践。
通过课程学习,使学生认识到,对科学的探索是无止尽的。
而社会的需求则是推进科技发展的原动力。
鼓励学生在学习和今后的工作实践中,善于发现问题和解决问题,能够积极主动地为改进军队的技术现状出点子、想办法。
三、内容标准
第一章绪论
第一节信息的定义
主要内容:
1.信息的概念及其内涵
2.香农信息定义
教学重难点:
信息概念和定义的理解
教学要求:
掌握信息概念和香农的信息定义
第二节信息测度的基本概念
主要内容:
1.自信息
2.联合自信息和条件自信息
教学重难点:
自信息定义及其物理意义
教学要求:
掌握自信息、联合自信息、条件自信息的基本概念及其物理意义
第三节信息论发展概况
主要内容:
1.信息论的发展
2.信息论的研究内容
3.信息论的应用
教学重难点:
信息论的研究内容及其发展应用
教学要求:
熟悉信息论的研究内容,了解信息论的发展及应用,
作为知识拓展,适当介绍信息理论发展的新动态和新思想,如物理层安全、协同通信以及量子通信等相关概念及思想
第二章离散信源
第一节离散信源的信息熵
主要内容:
1.信源的数学模型及分类
2.信息熵
3.信源的信息熵(基本熵、联合熵、条件熵)
教学重难点:
1.信息熵概念及其物理意义的理解
2.联合熵、条件熵概念及其物理意义的理解
教学要求:
掌握熵基本概念,理解其物理意义
第二节熵的基本性质
主要内容:
1.熵的非负性、确定性、对称性、可加性和极值等特性
2.熵的链式法则
教学重难点:
1.熵的极值性及其应用价值
2.熵的链式法则及其物理意义
教学要求:
掌握熵的性质的内涵,并熟练应用
第三节信源的相关性与剩余度
主要内容:
信源的相关性和剩余度
教学重点难点:
信源剩余度的基本概念
教学要求:
掌握剩余度的基本概念,熟悉信源压缩的基本途径
第三章离散信道
第一节信道模型
主要内容:
1.信道模型三要素
2.信道模型表述方式
教学重难点:
信道模型的三个要素,信道模型的表述
教学要求:
掌握信道模型的表述方式
第二节平均互信息
主要内容:
1.信道疑义度
2.平均互信息
3.平均互信息性质
教学重难点:
平均互信息的概念、物理意义及其性质
教学要求:
掌握信道疑义度、平均互信息的基本概念,理解其物理意义,熟悉平均互信息的性质
第二节信道容量
主要内容:
1.信道容量的定义
2.对称离散信道的信道容量
3.信道容量的一般计算方法
教学重难点:
信道容量定义、信道容量的一般计算方法
教学要求:
掌握信道容量的基本定义及物理意义,熟悉信道容量的一般计算方法
以专题讲座、技术研讨或报告等形式,开展关于新型通信系统下信道及容量研究与分析,加深概念的理解及原理的应用
第四章波形信源与波形信道
第一节连续性信源的熵
主要内容:
1.连续信源的熵
2.波形信源的熵
3.连续信源熵的性质
教学重难点:
连续信源的熵及其性质
教学要求:
掌握连续信源熵的基本概念,熟悉连续信源熵的基本性质
第二节Shannon公式
主要内容:
1.波形信道中的平均互信息
2.波形信道中的信道容量
3.Shannon公式及其意义
教学重难点:
Shannon公式及其指导意义
教学要求:
掌握Shannon公式的推导过程,熟悉Shannon公式对通信工程领域的指导意义
第五章信源压缩编码基本理论
第一节信源编码的基本概念
主要内容:
1.信源编码的定义
2.信源编码器分类
教学重难点:
信源编码的定义
教学要求:
掌握信源编码的定义,了解信源编码器的分类
第二节无失真可变长信源编码
主要内容:
1.Shannon信息论对压缩编码的指导意义
2.Shannon第一定理
教学重难点:
Shannon第一定理
教学要求:
掌握Shannon第一定理基本描述及其指导意义
第六章压缩编码方法
第一节单符号变长编码
主要内容:
1.Morse码
2.Shannon码
3.Fano码
4.Huffman码
5.简要讨论
6.规范码
教学重难点:
单符号变长编码的一般特点,Huffman编码
教学要求:
掌握Huffman编码的基本方法,熟悉单符号变长编码的一般特点
第二节算术编码
主要内容:
1.编码
2.解码
3.讨论
教学重难点:
算术编码的编码、解码过程
教学要求:
掌握算术编码的编解码规则
第三节PPM编码
主要内容:
1.原理
2.讨论
教学重难点:
PPM编码基本原理
教学要求:
掌握PPM编码的基本原理
第四节BWT编码
主要内容:
1.编码和解码
2.讨论
教学重难点:
BWT编码的编、解码
教学要求:
掌握BWT编码的编、解码过程
第五节LZ编码
主要内容:
1.引入
2.编解码
教学重难点:
LZ编码的编、解码
教学要求:
掌握LZ编码的编、解码过程
第六节预测与变换
主要内容:
1.预测
2.变换
教学重难点:
预测与变换的基本原理
教学要求:
掌握预测与变换的基本原理
第七节小结
主要内容:
1.从信息论角度看压缩编码
2.无损压缩编码方法的实际性能比对
3.有损压缩编码方法的实际性能比对
教学重难点:
从信息论角度分析压缩编码
教学要求:
掌握如何从信息论角度分析压缩编码
第七章有噪信道编码定理
第一节噪声信道中的编码
主要内容:
1.信道编码的任务
2.信道编码概念
教学重难点:
信道编码概念
教学要求:
掌握信道编码基本概念
第二节信道编码分类
主要内容:
检错码、纠错码、纠删码,分组码与卷积码
教学重难点:
分组码与卷积码的各自特点
教学要求:
掌握信道编码的分类方法
第三节信道译码及译码规则
主要内容:
1.信道传输模式
2.译码规则
教学重难点:
信道编码的译码规则
教学要求:
掌握信道编码的译码规则
第四节有噪信道编码定理
主要内容:
香农第二定理
教学重难点:
香农第二定理的理解
教学要求:
掌握香农第二定理的基本描述及其指导意义
第八章线性分组码的基本原理
第一节线性分组码基本概念
主要内容
1.线性分组码定义
2.生成矩阵
3.一致校验矩阵
教学重难点:
线性分组码定义、生成矩阵及一致校验矩阵
教学要求:
掌握线性分组码的基本定义,生成矩阵、一致校验矩阵的构建方法
第二节线性分组码的编译码方法
主要内容:
1.线性分组码的编码
2.标准阵列译码
3.伴随式译码
教学重难点:
线性分组码的编译码方法
教学要求:
掌握线性分组码标准阵列译码的基本思想,伴随式译码的基本步骤
第三节线性分组码的纠错性能
主要内容:
1.码的纠检错能力与最小距离
2.一致检验矩阵与伴随式
3.线性分组码的纠错性能
4.基本码限
教学重难点:
线性分组码的纠错性能
教学要求:
掌握线性分组码的纠错性能分析方法
第四节Hamming码
主要内容:
1.Hamming码定义
2.Hamming码编码
3.Hamming码译码
4.扩展Hamming码
教学重难点:
Hamming码定义,编译码方法
教学要求:
掌握Hamming码及其扩展码的基本定义
第九章循环码基本原理
第一节循环码的基本概念
主要内容
1.循环码的定义
2.循环码的多项式描述
3.生成多项式
教学重难点:
循环码的定义,生成多项式
教学要求:
掌握循环码的定义及其多项式描述方法
第二节循环码的编码
主要内容
1.多项式除法运算电路
2.循环码编码器
教学重难点:
循环码编码器
教学要求:
掌握循环码编码器的构建方法
第三节循环码的一般译码方法
主要内容
1.伴随式计算及错误检测
2.伴随式计算电路性质及一般译码器
教学重难点:
伴随式计算电路性质及一般译码器
教学要求:
掌握循环码译码器的构建方法
第十章卷积码基础
第一节卷积码的定义及其应用
主要内容
1.卷积码的基本概念
2.卷积码的描述
3.卷积码的应用
教学重难点:
卷积码的基本概念及其描述
教学要求:
掌握卷积码的基本概念及其描述方法
第二节卷积码的译码
主要内容
1.概述
2.卷积码最大似然译码的一般原理
3.Viterbi译码算法
教学重难点:
卷积码的Viterbi译码算法
教学要求:
掌握卷积码的Viterbi译码算法
实验教学部分
教学目的:
1.巩固压缩编码、纠错编码基本方法的原理
2.提高学员编码实现及问题分析能力
教学内容:
1.DCT变换
2.Huffman编译码
3.汉明码编译码
教学要求:
1.采用c或matlab,以及EDA硬件工具实现
2.对实验进行过程中问题进行分析
四、实施建议
(一)教学实施
1.课程学时分配表
教学内容
学时安排
讲授学时
实践学时
考核学时
小计
讲解
研讨
讲座
其他
实验
上机
室外
野外
其他
第一章
2
1
第二章
4
2
第三章
5
3
第四章
2
第五章
1
第六章
8
1
2
第七章
2
第八章
4
2
第九章
3
第十章
2
4
小计
3
4
4
4
2
50
2.教学方法和手段
多媒体教学:
以多媒体教学为主、板书为辅,多媒体教学学时约占课程学时的90%。
研讨式教学:
以学生为主体,开展研讨,分析讨论相关问题
专题讲座:
基于教师学术研究,扩展学生知识面
案例教学:
在部分重要概念中引入案例,加强学生理解
网络教学:
学校网上教学平台->电子科学与工程学院->本科课程->信息论与纠错编码
(二)考核评价
考核方式:
考试
组织方式:
笔试,闭卷
成绩评定:
百分制
记分标准:
课程考试占70%,实验占20%,平时表现占10%。
(三)教材选用
1.教材
《信息论与编码基础》,唐朝京、雷菁编著,电子工业出版社,2010.01
《THETHEORYOFINFORMATIONANDCODING》SecondEdition,RobertJ.McEliece,电子工业出版社,2006年8月第3次印刷
2.参考书
(1)《信息论与编码理论》,王育民,李晖梁传甲编著,高等教育出版社,2005.12
(2)《信息论—基础理论与应用》,傅祖芸,电子工业出版社,2011.11
(3)《信息论与编码》,姜丹,中国科学技术大学出版社,2011.01
(4)《信息论与编码》,沈连丰叶芝慧编著,杨千里主审,科学出版社,2004.09
(5)《信息论与编码》,仇佩亮,高等教育出版社
(6)《信息论基础》,王海燕,东南大学出版社,2003年12月
(7)《信息论基础及应用》,曲炜、朱诗兵编著,清华大学出版社,2005.01
(8)《工程信息论》,田宝玉编著,北京邮电大学出版社,2004.08
(9)《信息论——基础与应用》,沈世镒、吴忠华编著,高等教育出版社,2004.07
(10)《信息论、推理与学习算法》,[英]DAVIDJ.C.MACKAY著,肖明波席斌许芳王建新译,高等教育出版社,2006.07
(11)《信息论基础》,[美]ThomasM.Cover.JoyA.Thomas著,阮吉寿张华译,沈世镒审校,机械工业出版社,2005.05
《信息论与编码基础》实验教学大纲
(执笔人:
雷菁审阅学院:
电子科学与工程学院)
课程编号:
0810313
课程名称:
信息论与编码基础
总学时:
50学时
实验学时:
4学时
实验地点:
通信工程实验室
一、目的与任务
本课程实验主要针对信源、信道两大编码技术中的具体方法进行设计实现。
通过实验,可巩固基础理论知识,增强设计实现能力,促进软硬件的灵活应用。
同时,实验也提升了学生参与课堂的积极性,充分发挥其主观能动性。
二、主要内容与基本要求
(一)DCT变换
1.实验目的与任务
通过本次实验的练习,使学员进一步巩固了变换编码的基本原理,掌握了DCT变换的要点,培养了学员理论结合实践的能力。
2.实验原理
1)DCT变换
2)DCT反变换
3.实验内容及要求
针对给定的静止图像进行DCT变换;采用阈值法、区域法选留系数:
随后进行DCT反变换;分析比较图像质量与保留系数的关系。
4.实验结果及要求
给出不同选留系数方法下,通过DCT变换、反变换之后的图像,比较分析图像恢复质量。
(二)Huffman编译码
1.实验目的与任务
通过本次实验的练习,使学员进一步巩固了统计编码的基本原理,掌握了Huffman编码规则,培养了学员理论结合实践的能力。
2.实验原理
1)Huffman编码过程
2)Huffman译码原理
3.实验内容及要求
对给定的信源进行概率统计,再进行Huffman编码,给出码字,分析编码性能。
将编码序列送入BSC(p)信道传输;将接收端的序列进行解码,分析其误码扩散特性。
4.实验结果及要求
Huffman编码性能分析比较;在BSC(p)下,分析误码扩散特性。
(三)汉明码编译码
1.实验目的与任务
通过本次实验的练习,使学员进一步巩固了信道编码的基本原理,掌握了Hamming码编译码方法,提高了软硬件操作能力,培养了学员理论结合实践的能力。
2.实验原理
1)汉明码编码过程
2)汉明码译码原理
3.实验内容及要求
对给定的信息序列进行Hamming编码,给出码字;采用不同的BSC信道进行传输,改变错误转移概率p;在接收端进行译码,分析其误码性能。
4.实验结果及要求
根据不同的转移概率p,绘出误码性能图。
三、实施建议
(一)实施安排
序号
实验项目名称
学时
分组情况
实验性质
实验要求
备注
1
DCT变换
2
1人1组
设计性
必做
1,2项目
二选一
2
Huffman编译码
2
1人1组
设计性
3
汉明码编译码
2
1人1组
设计性
必做
(二)考核与评价
考核方式:
考查
组织方式:
现场测试
成绩评定:
百分制/五级制(优秀、良好、中等、及格、不及格)/两级制(合格、不合格)
记分标准:
实验共占20%
(三)实验教材或指导书
《通信系统课程设计及实验教程》,雷菁、黄英、李保国等编著,科学出版社,2012。
(四)其他有关说明