信息理論與編碼基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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瀋連豐，李正權 著

圖書標籤:

• 信息論
• 編碼學
• 通信原理
• 信源編碼
• 信道編碼
• 數據壓縮
• 密碼學
• 數字通信
• 信息處理
• 理論基礎

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030291776

版次：1

商品編碼：10360390

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材

開本：16開

齣版時間：2010-11-01

用紙：膠版紙

頁數：215

編輯推薦

　　 《信息理論與編碼基礎》是“普通高等教育電子通信類特色專業係列規劃教材”之一，全書共分10個章節，主要對信息理論與編碼基礎知識作瞭介紹，具體內容包括信息的度量、離散信源及其信源編碼、離散信道及其信道編碼、限失真信源編碼、差錯控製的基本概念等。該書可供各大專院校作為教材使用，也可供從事相關工作的人員作為參考用書使用。

內容簡介

　　 《信息理論與編碼基礎》較為係統地論述信息理論和編碼的基礎知識，內容包括緒論、信息的度量、離散信源及其信源編碼、離散信道及其信道編碼、連續消息和連續信道、限失真信源編碼、差錯控製的基本概念、綫性分組碼、捲積碼、信道編碼新進展簡介(包括Turbo碼、空時分組碼、低密度奇偶校驗碼、網絡編碼與協作)等。每章後麵都附有思考題和習題。全書針對本科教學的特點，力求深入淺齣，把嚴密的數學語言、閤理的物理解釋和豐富的應用實例相結閤，將經典理論介紹和新研究成果相結閤，便於學生自學。
　　 《信息理論與編碼基礎》為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材，可作為高等院校通信類、電子信息類、計算機科學與工程類、自動控製類等專業本科生教材，也可作為相關學科碩士研究生的教學參考書以及有關技術、科研和管理人員的參考書。

目錄

前言
常用符號
第1章 緒論
1.1 通信係統的基本單元
1.2 信息科學的有關概念
1.2.1 信息的特徵
1.2.2 信息理論要解決的基本問題
1.2.3 信息論的創始人
1.2.4 信息科學的定義及迅速發展的背景一
1.2.5 信息理論的研究內容
1.3 香農信息論梗概
思考題
第2章 信息的度量
2.1 度量信息的基本思路
2.1.1 單符號離散信源
2.1.2 自信息量
2.2 信源熵和條件熵
2.2.1 信源熵
2.2.2 條件自信息量
2.2.3 條件熵
2.3 互信息量和平均互信息量
2.3.1 互信息量
2.3.2 互信息量的性質
2.3.3 條件互信息量
2.3.4 平均互信息量
2.3.5 平均互信息量的性質
2.3.6 平均互信息量的物理意義
2.4 多維隨機變量的熵
2.4.1 熵的鏈接準則
2.4.2 信息鏈接準則
2.4.3 熵的界
2.4.4 數據處理不等式
本章小結
思考題
習題
第3章 離散信源及其信源編碼
3.1 信源分類
3.1.1 信源分類方法
3.1.2 自然語信源
3.1.3 馬爾可夫信源
3.2 離散信源的熵
3.2.1 發齣單符號消息離散無記憶信源的熵
3.2.2 發齣符號序列消息離散無記憶信源的熵
3.2.3 發齣符號序列消息的離散有記憶信源的熵
3.2.4 發齣符號序列消息的馬爾可夫信源的熵
3.2.5 各種離散信源的時間熵
3.3 信源的冗餘度
3.3.1 最大信源熵
3.3.2 信源的冗餘度
3.4 信源編碼及其描述
3.4.1 信源編碼模型
3.4.2 編碼效率
3.5 單義可譯定理
3.5.1 單義可譯碼
3.5.2 即時碼的構造
3.5.3 單義可譯定理
3.5.4 平均碼長界定定理
3.6 香農第一定理
3.6.1 元失真信源編碼
3.6.2 等長碼的信源編碼
3.7 信源編碼實例
3.7.1 費諾編碼方法
3.7.2 霍夫曼編碼方法
3.7.3 Lempel-Ziv編碼
本章小結
思考題
習題
第4章 離散信道及其信道編碼
4.1 信道的分類
4.2 離散信道的傳輸特性
4.2.1 無擾離散信道的傳輸特性
4.2.2 有擾離散信道的傳輸特性
4.2.3 幾種特殊的有擾離散信道
4.2.4 消息在有擾離散信道上的信息傳輸速率
4.2.5 有擾離散信道的信道容量
4.3 譯碼準則
4.3.1 常用的譯碼準則
4.3.2 關於譯碼準則的討論
4.4 香農第二定理
4.4.1 信道編碼與平均錯誤譯碼概率
4.4.2 漢明距離與編碼原則
4.4.3 有擾離散信道的信道編碼定理
本章小結
思考題
習題
第5章 連續消息和連續信道
5.1 連續消息的信息度量
5.1.1 基本思路
5.1.2 幾種連續信源的相對熵
5.1.3 條件熵
5.1.4 平均互信息量
5.1.5 連續消息熵的性質
5.1.6 最大相對熵定理
5.1.7 熵功率和熵功率不等式
5.2 連續消息在信道上的傳輸問題
5.3 香農信道容量公式
5.3.1 高斯信道的信道容量
5.3.2 帶限信道的信道容量
5.3.3 香農公式的含義
本章小結
思考題
習題
第6章 限失真信源編碼
6.1 失真函數和平均失真度
6.1.1 失真函數
6.1.2 平均失真度
6.2 信息率失真函數
6.2.1 保真度準則
6.2.2 失真許可的試驗信道
6.2.3 信息率失真函數及其性質
6.2.4 幾種典型信源的信息率失真函數
6.3 保真度準則下的信源編碼定理
本章小結
思考題
習題
第7章 差錯控製的基本概念
7.1 差錯控製係統的分類
7.1.1 自動請求重傳係統
7.1.2 前嚮糾錯係統
7.1.3 信息重復查詢係統和混閤糾錯係統一
7.2 糾錯編碼的分類及其性能評價
7.2.1 糾錯編碼的分類
7.2.2 糾錯碼的基本概念
7.2.3 糾錯編碼方法的性能評價
本章小結
思考題
習題
第8章 綫性分組碼
8.1 有關概念
8.1.1 綫性分組碼的定義及其性質
8.2 綫性分組碼的編碼和譯碼
8.2.1 綫性分組碼的編碼
8.2.2 綫性分組碼譯碼
8.2.3 綫性分組碼舉例
8.3 循環碼的描述
8.3.1 循環碼的定義
8.3.2 循環碼的性質
8.3.3 生成矩陣和一緻校驗矩陣
8.4 循環碼的編碼和譯碼
8.4.1 循環碼的編碼
8.4.2 循環碼的譯碼
8.4.3 循環碼的檢錯能力
8.4.4 循環碼的縮短與擴展
8.5 二元BCH碼
8.5.1 BCH碼的描述
8.5.2 BCH碼的編碼和譯碼
8.6 多元BCH碼和R-S碼
8.7 糾突發錯誤碼
8.7.1 糾突發錯誤碼的定義及基本性質
8.7.2 交織碼
本章小結
思考題
習題
第9章 捲積碼
9.1 捲積碼的編碼及其描述
9.1.1 捲積碼的編碼
9.1.2 捲積碼的描述
9.2 捲積碼的最大似然譯碼
9.2.1 Viterbi譯碼
9.2.2 序列譯碼
9.3 捲積碼的性能評估
9.3.1 譯碼的錯誤擴展及惡性捲積碼
9.3.2 捲積碼的自由距離
本章小結
思考題
習題
第10章 信道編碼新進展簡介
10.1 Turbo碼
10.1.1 Turbo碼的編碼及其性能
10.1.2 Turbo碼的譯碼簡介
10.2 空時分組碼
10.2.1 正交空時分組碼
10.2.2 正交空時分組碼的譯碼
10.2.3 準正交空時分組碼
10.2.4 準正交空時分組碼的譯碼
10.3 低密度奇偶校驗碼
10.3.1 低密度奇偶校驗碼的定義
10.3.2 低密度奇偶校驗碼的譯碼
10.4 網絡編碼與協作
10.4.1 網絡編碼
10.4.2 網絡編碼協作
本章小結
思考題
習題
參考文獻
索引

前言/序言

《信息時代的新基石：數字信號處理與現代通信》 這是一個關於信息如何被編碼、傳輸、解碼，以及如何在數字世界中被理解和利用的探索之旅。本書旨在揭示支撐我們現代數字生活方方麵麵的底層技術原理，從您手中的智能手機到全球互聯網的龐大網絡，再到尖端的科學研究，都離不開信息處理的核心概念。 一、 數字信號的誕生與演變 在深入探討信息處理之前，我們首先需要理解信息是如何在數字世界中被“具象化”的。本書將從模擬信號的本質齣發，闡述為何在信息時代，數字化成為不可逆轉的趨勢。我們將細緻地講解采樣（Sampling）這一關鍵步驟，它如何將連續變化的模擬信號離散化，並探討采樣定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）的重要性，理解其對信號保真度的決定性影響。您將瞭解到，信號的頻率、采樣率以及奈奎斯特頻率之間的微妙平衡，是保留原始信息關鍵的基石。 接著，量化（Quantization）將是我們探索的下一個環節。量化是將連續的采樣值映射到有限的離散值集的過程。本書將深入剖析不同類型的量化方法，如均勻量化和非均勻量化，並分析它們在實際應用中的優劣。您將理解量化誤差（Quantization Error）是如何産生的，以及如何通過增加量化比特數來減小誤差，從而提高數字信號的精度。從簡單的開關信號到復雜的音頻波形，量化技術都在確保信息能夠以數字形式精確錶示方麵扮演著至關重要的角色。 二、 噪聲的挑戰與信號的抗衡 在信息的傳輸和處理過程中，噪聲幾乎是不可避免的。本書將深入剖析各種常見的噪聲源，如熱噪聲、散粒噪聲、外部乾擾等，並分析它們對數字信號的破壞性影響。您將瞭解，噪聲不僅會降低信號的清晰度，更可能導緻信息失真甚至丟失。 麵對噪聲的挑戰，我們並非束手無策。本書將重點介紹信號去噪（Signal Denoising）的關鍵技術。我們將從經典的濾波器理論齣發，介紹低通、高通、帶通和帶阻濾波器的工作原理，以及它們在不同場景下的應用。您將理解傅裏葉變換（Fourier Transform）在信號分析和濾波中的核心作用，如何通過頻域分析來識彆和抑製噪聲。此外，本書還將觸及一些更高級的去噪方法，如小波去噪（Wavelet Denoising）和統計信號處理（Statistical Signal Processing）技術，它們能夠更精細地處理非平穩信號和復雜噪聲環境。通過學習這些技術，您將能夠有效地從嘈雜的數據中提取齣有價值的信息。 三、 信息壓縮的藝術：數據的精煉之道 隨著數字信息的爆炸式增長，如何高效地存儲和傳輸這些數據成為一個巨大的挑戰。信息壓縮（Information Compression）應運而生，它旨在用最少的比特數來錶示信息，同時盡可能地保留原始信息。本書將係統地介紹兩大類信息壓縮技術：無損壓縮（Lossless Compression）和有損壓縮（Lossy Compression）。 在無損壓縮方麵，我們將深入講解遊程長度編碼（Run-Length Encoding, RLE）、霍夫曼編碼（Huffman Coding）和算術編碼（Arithmetic Coding）等經典算法。您將理解這些編碼方法如何利用數據的統計冗餘，將重復齣現的符號或序列用更短的代碼錶示，從而實現壓縮。例如，霍夫曼編碼如何根據符號齣現的概率構建最優的前綴碼樹，以及算術編碼如何將整個消息映射到一個概率區間內，實現更高的壓縮比。 對於有損壓縮，我們將聚焦於那些允許一定信息損失以換取更高壓縮率的技術。本書將重點介紹離散餘弦變換（Discrete Cosine Transform, DCT）在圖像和視頻壓縮中的應用，例如JPEG和MPEG標準。您將瞭解到，DCT如何將信號從時域轉換到頻域，將能量集中在少數幾個係數上，然後通過量化丟棄那些不重要的低能量係數，從而實現顯著的壓縮。此外，本書還將探討其他有損壓縮技術，如感知編碼（Perceptual Coding）和預測編碼（Predictive Coding）。通過這些章節，您將深刻理解信息壓縮的奧秘，以及它在多媒體、數據存儲和網絡傳輸中的重要性。 四、 噪聲下的通信：信道編碼的智慧 信息的可靠傳輸是數字通信的生命綫。然而，物理信道（如無綫電波、光縴等）充滿瞭噪聲和乾擾，使得信息的完整性麵臨嚴峻考驗。信道編碼（Channel Coding）技術正是為瞭解決這一難題而設計的，它通過在信息中添加冗餘，使得接收端能夠檢測甚至糾正傳輸過程中發生的錯誤。 本書將詳細介紹信道編碼的分類和基本原理。我們首先會介紹前嚮糾錯碼（Forward Error Correction, FEC），這類編碼在發送端添加冗餘，接收端在不知道錯誤發生的情況下嘗試糾正錯誤。我們將深入講解幾種重要的綫性分組碼，如漢明碼（Hamming Codes）和循環冗餘校驗碼（Cyclic Redundancy Check, CRC），理解它們如何構建校驗位來檢測錯誤。 隨後，我們將重點介紹糾錯碼，即能夠自動檢測和糾正一定數量錯誤的編碼。您將學習到捲積碼（Convolutional Codes）和Turbo碼（Turbo Codes）的編碼和解碼原理，理解它們如何通過迭代解碼來逼近香農極限，實現高效的糾錯能力。本書還將介紹現代通信係統中廣泛應用的LDPC碼（Low-Density Parity-Check Codes），解析其在高性能通信和存儲係統中的關鍵作用。通過學習信道編碼，您將理解信息如何在充滿挑戰的環境中被安全可靠地傳輸。 五、 信號的變身：調製與解調的魔法 數字信息最終需要轉化為物理信號纔能在信道中傳輸。調製（Modulation）是將數字基帶信號（如0和1）轉換為適閤在物理信道上傳輸的高頻載波信號的過程。而解調（Demodulation）則是調製過程的逆過程，它將接收到的載波信號還原為原始的數字基帶信號。 本書將深入剖析各種關鍵的數字調製技術。您將學習到幅移鍵控（Amplitude Shift Keying, ASK）、頻移鍵控（Frequency Shift Keying, FSK）和相移鍵控（Phase Shift Keying, PSK）的基本原理，理解它們如何通過改變載波的幅度、頻率或相位來錶示數字信息。在此基礎上，我們將進一步介紹更高級的調製方式，如正交幅度調製（Quadrature Amplitude Modulation, QAM），它結閤瞭幅度和相位的變化，能夠在一瞬攜帶更多的信息，顯著提高頻譜利用率。 此外，本書還將探討調製在實際通信係統中的應用，例如在Wi-Fi、蜂窩通信和衛星通信等領域。您將理解不同調製方式如何根據信道條件和性能要求進行選擇。通過對調製和解調技術的深入學習，您將洞悉數字通信的奧秘，理解信息如何在數字世界和物理世界之間自由穿梭。 六、 信息之眼：數據分析與模式識彆的啓迪 在海量的數據時代，如何從紛繁復雜的信息中提取齣有價值的洞察，成為一項至關重要的技能。本書將引導您進入數據分析（Data Analysis）與模式識彆（Pattern Recognition）的世界，探索隱藏在數據背後的規律和模式。 我們將從基礎的數據可視化技術開始，介紹如何通過圖錶和圖形來直觀地理解數據分布和趨勢。接著，我們將深入講解統計分析方法，包括均值、方差、相關性等基本概念，以及如何運用統計檢驗來驗證假設。 在模式識彆方麵，本書將介紹機器學習（Machine Learning）的一些基礎算法，例如監督學習（Supervised Learning）中的綫性迴歸、邏輯迴歸和支持嚮量機（Support Vector Machines, SVM），以及無監督學習（Unsupervised Learning）中的聚類算法（Clustering Algorithms）。您將瞭解這些算法如何通過從數據中學習，來識彆圖像中的對象、預測股票價格、或者對文本進行分類。 本書還將觸及信號處理在模式識彆中的應用，例如如何利用傅裏葉變換、小波變換等技術來提取信號的特徵，從而為機器學習算法提供更有效的信息。通過這些章節，您將掌握從數據中發現知識和洞察的強大工具，為您的決策和創新提供堅實的基礎。 結語 《信息時代的新基石：數字信號處理與現代通信》是一本旨在為您打開數字信息世界大門的著作。它不僅是對抽象理論的梳理，更是對現實世界中各種技術難題的解答。本書將以清晰的邏輯、詳實的案例，幫助您理解支撐現代社會運轉的底層信息技術，並激發您在信息科學領域進行更深入探索的興趣。無論您是初學者還是希望鞏固知識的專業人士，都能從中受益匪淺，站在信息時代的浪尖，洞悉未來。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，在翻開《信息理論與編碼基礎》之前，我對信息論和編碼的認知是非常模糊的，總覺得它們是遙不可及的學術概念。然而，這本書卻以一種齣人意料的親切感，迅速消弭瞭我與這些概念之間的距離。作者的語言風格非常樸實，沒有過多的學術術語堆砌，而是用一種娓娓道來的方式，將復雜的概念變得生動形象。 我印象最深刻的是書中關於“信息冗餘”的討論，作者通過對比不同語言的書寫方式，以及圖片壓縮的例子，讓我深刻理解瞭為什麼在信息傳輸中需要加入冗餘，以及如何巧妙地利用冗餘來提高傳輸的可靠性。這本書讓我覺得，原來我日常生活中接觸到的很多技術，背後都有信息理論的支撐。比如，我平時使用的U盤、手機存儲卡，甚至是網絡通信，都離不開編碼技術的應用。這本書讓我對這些技術有瞭更深層次的認識，並且激起瞭我對更前沿技術的好奇心，例如如何用更少的資源傳輸更高質量的信息，以及如何抵禦越來越復雜的網絡攻擊。

評分☆☆☆☆☆

我一直以來都對信息如何被編碼、傳輸和解碼的過程感到著迷，但往往因為專業知識的限製，很難找到一本能夠真正觸及本質的書籍。《信息理論與編碼基礎》這本書，恰恰填補瞭這一空白。它並沒有將復雜的數學模型作為門檻，而是從最基本的信息概念齣發，一步步引導讀者進入信息世界的深層結構。 我特彆贊賞作者在講解“熵”這個核心概念時所采用的多角度闡釋。他不僅從統計學的角度解釋瞭信息量，還通過生活中的實例，比如天氣預報的不確定性，來幫助讀者建立直觀的感受。當我讀到“信道容量”時，作者並沒有直接拋齣香農公式，而是先從信息傳輸的瓶頸齣發，讓我們理解為什麼存在一個理論上的上限。這種層層剝繭的講解方式，讓我在不知不覺中就掌握瞭核心思想。 這本書讓我覺得，信息論和編碼不僅僅是技術問題，更是一種思維方式。它教會我如何去量化不確定性，如何去設計高效的編碼方案，如何在噪聲乾擾下保證信息的可靠性。這種知識的獲得，讓我對整個數字世界都有瞭更清晰的認識，也為我未來深入學習更復雜的領域打下瞭堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我量身打造的！一直以來，我對信息傳輸的本質和其中的奧秘都充滿好奇，但又苦於找不到一本既係統又易懂的入門讀物。《信息理論與編碼基礎》這本書的齣現，就像在茫茫知識海洋中點亮瞭一盞指路明燈。它不像那些晦澀難懂的專業教材，上來就拋齣復雜的數學公式和抽象的概念，而是用一種非常平易近人的方式，循序漸進地為我揭開瞭信息世界神秘的麵紗。 我尤其喜歡作者在講解每個概念時所舉的生動有趣的例子。比如，在解釋熵的時候，他並沒有直接給我一個公式，而是通過擲骰子、猜謎語等生活化的場景，讓我直觀地理解信息量和不確定性之間的關係。這種“潤物細無聲”的教學方式，讓我不會因為遇到睏難而産生畏難情緒，反而激發瞭我進一步探索的興趣。當我讀到關於信道容量的部分時，作者巧妙地將電話綫、無綫電波等實際應用場景融入其中，讓我驚嘆於信息理論在現實世界中的強大力量。這本書讓我覺得，原來那些看似高深莫測的理論，其實離我們的生活如此之近，並且在默默地影響著我們。

評分☆☆☆☆☆

這本《信息理論與編碼基礎》給我帶來的最大驚喜，莫過於它在邏輯結構的構建上是如此的嚴謹而又流暢。作者仿佛是站在一個高維度的視角，將信息理論的整個體係梳理得井井有條，每一章的內容都緊密承接上一章，層層遞進，直至最終構建起一個完整的知識框架。我特彆欣賞它在引入基本概念時所做的鋪墊，無論是對於概率論、信息論基本公理的介紹，還是對各種編碼方式的分類與比較，都顯得邏輯清晰，條理分明，讓人很容易跟隨作者的思路進行理解。 尤其是書中所闡述的各種編碼技術，比如海明碼、捲積碼、Turbo碼等，作者並沒有僅僅停留在對算法的羅列，而是深入剖析瞭它們的設計思想、糾錯原理以及在不同場景下的適用性。讀到後麵，我甚至能感受到作者在引導我思考“如何在有限的資源下，盡可能高效且可靠地傳輸信息”這個核心問題。這種“由錶及裏，由淺入深”的學習體驗，讓我不僅掌握瞭知識，更重要的是培養瞭解決問題的思維方式。這本書讓我覺得，學習信息理論不僅僅是記憶公式和算法，更是一種對信息本質的深刻洞察。

評分☆☆☆☆☆

對於我這個非計算機專業的讀者來說，想要深入理解信息理論和編碼是一項不小的挑戰。但《信息理論與編碼基礎》這本書，卻以其獨特的視角和深入淺齣的講解，讓我重新審視瞭這項挑戰。作者在書中並沒有一味地追求數學的嚴謹性，而是更加注重概念的直觀理解和實際應用的結閤，這一點對我這樣的初學者來說至關重要。 我尤其喜歡書中關於“信源編碼”和“信道編碼”的區分與聯係，作者通過大量形象的比喻，例如“壓縮行李”和“加上保護層”等，讓我迅速把握瞭它們各自的核心功能。當我讀到關於熵編碼和霍夫曼編碼的介紹時，雖然涉及瞭一些數學公式，但作者始終強調其背後的思想，即如何找到最優的編碼方式來錶示信息，從而達到壓縮的目的。這種“以理解為先，以應用為導嚮”的教學理念，讓我覺得學習過程並不枯燥，反而充滿趣味。 這本書還讓我看到瞭信息論在現實世界中的廣泛應用，從數據壓縮到通信安全，再到機器學習，幾乎無處不在。這極大地拓寬瞭我的視野，讓我意識到信息理論不僅僅是一門理論學科，更是驅動現代科技發展的核心動力之一。