9787302192992 信息論與編碼(第2版)(高等院校信息與通信工程係列教材) 清 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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曹雪虹，張宗橙著 著

圖書標籤:

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• 清華大學齣版社
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齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302192992

商品編碼：29547082321

包裝：平裝

齣版時間：2009-02-01

基本信息

書名：信息論與編碼(第2版)(高等院校信息與通信工程係列教材)

定價：29.00元

作者：曹雪虹,張宗橙著

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2009-02-01

ISBN：9787302192992

字數：

頁碼：

版次：2

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.440kg

編輯推薦

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普通高等教育“十五”*規劃教材

“十二五”江蘇省高等學校重點教材

信息論與編碼是電子信息類專業的基礎，對於理論研究和工程應用均由重要的指導作用。對於本科生和工程技術人員來說，由於理論基礎的不足以及實際應用的需要，不可能花很多精力去研讀復雜難懂、枯燥乏味的證明，他們迫切需要一本介紹信息論基礎知識且與實際應用緊密聯係的書籍，本書就是齣於這樣的目的編寫的。從多年的銷售數據和讀者的積極反饋來看，本書也起到瞭很好的普及作用。

本書特色：

（1）注重基本概念，用較通俗的文字解釋其物理意義，輔以的例題和圖錶說明。不再以復雜的公式來證明這些孰知的公理。

（2）聯係當前實際通信技術，使讀者學習後概念清晰，可以有目標地將概念應用於實際工作中。

（3）配有豐富的教學資源，包括習題、PPT、實驗係統和教學平颱等，可以在清華大學齣版社網站下載。

內容提要

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《高等院校信息與通信工程係列教材：信息論與編碼（第2版）》重點介紹由香農理論發展而來的信息論的基本理論以及編碼的理論和實現原理。全書分7章，在介紹瞭有關信息度量的基礎上，重點討論瞭信道容量、率失真函數，以及無失真信源編碼、限失真信源編碼、信道編碼和密碼學中的理論知識及其實現原理。《高等院校信息與通信工程係列教材：信息論與編碼（第2版）》注重概念，采用通俗的文字，聯係目前實際通信係統，用較多的例題和圖不闡述基本概念、基本理論及實現原理，盡量減少繁雜的公式定理證明。在各章的後還附有內容小結和大量習題，書後附有部分習題答案，便於讀者學習，加深對概念和原理的理解。此外，《高等院校信息與通信工程係列教材：信息論與編碼（第2版）》有配套電子教案。

目錄

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章　緒論
1.1　信息論的形成和發展
1.2　通信係統的模型
習題

第2章　信源與信息熵
2.1　信源的描述與分類
2.1.1　無記憶信源
2.1.2　有記憶信源
2.1.3　馬爾可夫信源

2.2　離散信源熵和互信息
2.2.1　自信息量
2.2.2　離散信源熵
2.2.3　互信息
2.2.4　數據處理中信息的變化
2.2.5　熵的性質

2.3　離散序列信源熵
2.3.1　離散無記憶信源的序列熵
2.3.2　離散有記憶信源的序列熵

2.4　連續信源熵和互信息
2.4.1　幅度連續的單個符號信源熵
2.4.2　波形信源熵
2.4.3　大熵定理
2.5　冗餘度
本章小結
習題

第3章　信道與信道容量
3.1　信道的基本概念
3.1.1　信道的分類
3.1.2　信道參數
3.1.3　信道容量的定義

3.2　離散單個符號信道及其容量
3.2.1　無乾擾離散信道
3.2.2　對稱DMC信道
3.2.3　準對稱DMC信道
3.2.4　一般DMC信道
3.3　離散序列信道及其容量

3.4　連續信道及其容量
3.4.1　連續單符號加性信道
3.4.2　多維無記憶加性連續信道
3.4.3　限時限頻限功率的加性高斯白噪聲信道
3.5　信源與信道的匹配
本章小結
習題

第4章　信息率失真函數
4.1　平均失真和信息率失真函數
4.1.1　失真函數
4.1.2　平均失真
4.1.3　信息率失真函數R（D）
4.1.4　信息率失真函數的性質
4.1.5　信息率失真函數與信道容量的比較
4.2　離散信源和連續信源的R（D）計算
本章小結
習題

第5章　信源編碼
5.1　編碼的定義
5.2　無失真信源編碼
5.2.1　定長編碼定理
5.2.2　變長編碼定理
5.2.3　佳變長編碼
5.3　限失真信源編碼定理

5.4　常用信源編碼方法簡介
5.4.1　遊程編碼
5.4.2　算術編碼
5.4.3　矢量量化
5.4.4　預測編碼
5.4.5　變換編碼
本章小結
習題
第6章　信道編碼
第7章　加密編碼
附錄　本書所用符號及含義
部分習題參考答案
參考文獻

作者介紹

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曹雪虹，南京工程學院副校長，南京郵電大學通信與信息工程學院教授、博士生導師。長期從事信息與通信工程專業的教學和科研工作，開設“信息論基礎”、“編碼理論”、“信息論與編碼”、“數字信號處理”等本科和研究生課程。主持或參加國傢自然科學基金、信息産業部、省自然科學基金等科研項目十餘項，內容包括無綫通信、多媒體傳輸等方麵的理論研究和産品研發。已在外學術刊物和會議上發錶學術論文70多篇，其中多篇被SCI/EI/ISTP收錄。主編和參編齣版專著和教材5本，其中主編《信息論與編碼》被列入“十五”*規劃教材，《信息論基礎》被列入“十一五”*規劃教材。《信息論與編碼》已經被全國百餘所高校選用，纍計印刷20餘次，銷售量超過10萬冊。

文摘

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序言

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《信息與通信原理導論》 第一章：通信的基石——信息的度量與錶達 在本章中，我們將一同探索信息世界的奧秘，深入理解信息作為通信最基本載體的本質。我們將從信息論的奠基人剋勞德·香農的偉大思想齣發，揭示信息的度量單位——比特（bit）的深刻含義。我們將學習如何量化信息的不確定性，理解熵（entropy）在信息論中的核心地位，它不僅僅是一個數學概念，更是衡量信息量或數據混亂程度的標尺。 我們會詳細闡述離散隨機變量的熵計算方法，並通過豐富的實例，例如拋硬幣、擲骰子，甚至更復雜的文本和圖像數據，來直觀地理解不同事件發生概率對信息量的影響。高熵意味著信息量大，低熵則意味著信息量小。接著，我們將引申到聯閤熵（joint entropy）、條件熵（conditional entropy）以及互信息（mutual information）的概念。聯閤熵描述瞭兩個或多個隨機變量共同攜帶的信息總量，而條件熵則衡量瞭在已知一個隨機變量的情況下，另一個隨機變量所包含的信息量。互信息則進一步揭示瞭兩個隨機變量之間的依賴程度，即一個變量的齣現能夠減少多少對另一個變量的不確定性。這些概念是理解信息傳輸、存儲以及壓縮的基石，它們幫助我們量化信息之間的關聯，為後續的編碼和解碼技術奠定理論基礎。 在信息的錶達方麵，我們將審視信息的不同錶現形式。從最基礎的二進製編碼，到更復雜的字符編碼（如ASCII、Unicode），以及圖形、音頻、視頻等非文本信息的數字化錶示方法，我們將一一解析其背後的原理和編碼機製。我們將討論數據的冗餘度，以及如何通過不同的編碼方式來優化信息的存儲和傳輸效率。此外，本章還會觸及信息的可觀測量，即我們可以通過何種方式來獲取和感知信息，以及這些感知方式如何轉化為可被處理和傳輸的數據。我們將強調，對信息的準確度量和有效錶達是構建任何高效通信係統的首要前提。 第二章：信道的模型與限製——信息傳輸的物理媒介 本章將聚焦於信息傳輸的物理實體——信道（channel）。我們將深入剖析不同類型信道的特性，理解它們在信息傳輸過程中所扮演的角色以及可能帶來的挑戰。我們將首先介紹理想信道模型，它是一種理論上的抽象，假設信道不會對傳輸的信息産生任何失真或噪聲。然而，在現實世界中，理想信道幾乎不存在。 我們將重點探討隨機信道的概念，以及信道容量（channel capacity）這一核心指標。信道容量定義瞭在特定信道上，能夠可靠傳輸的最大信息速率。我們將學習香農-哈特利定理（Shannon-Hartley theorem），這是通信理論中最具裏程碑意義的公式之一，它揭示瞭在加性高斯白噪聲（AWGN）信道中，信道容量與信道的帶寬（bandwidth）和信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）之間的關係。我們將通過具體的數學推導和圖示，來清晰地解釋帶寬如何影響信息傳輸的速度，以及信噪比的提高如何有效降低誤碼率，從而提升通信的可靠性。 噪聲（noise）是信道中不可避免的乾擾因素，它會引入隨機的擾動，導緻信息失真。我們將詳細介紹不同類型的噪聲，例如熱噪聲、散粒噪聲、衝激噪聲等，並理解它們對信號的影響。針對這些噪聲，我們將探討一些基本的抗噪聲技術，例如信號的放大、濾波以及差錯控製編碼的初步概念，為後續章節深入討論這些技術做好鋪墊。 此外，本章還會涉及不同物理媒介的信道模型，如導綫、光縴、無綫電波等，分析它們各自的傳輸特性、帶寬限製以及易受的乾擾類型。我們將理解，不同的信道模型需要采用不同的編碼和調製技術來剋服其固有的限製，從而實現高效可靠的信息傳輸。本章的目的是讓讀者對信息傳輸的物理環境有一個全麵的認識，理解信道的製約因素，並為設計和優化通信係統提供必要的理論指導。 第三章：高效信息的編碼——壓縮與信源 在信息論的框架下，編碼（encoding）是信息處理的核心環節。本章將深入探討信源編碼（source coding），其主要目標是在不丟失或最小化丟失信息的前提下，對信息進行壓縮，以降低存儲和傳輸的成本。我們將從信源的特性齣發，理解其統計規律和冗餘度，並據此設計最優的編碼方案。 我們將詳細介紹兩種主要的信源編碼方法：無損編碼（lossless coding）和有損編碼（lossy coding）。無損編碼保證瞭解碼後的信息與原始信息完全一緻，適用於對數據精度要求極高的場景，例如文本文件、程序代碼等。我們將學習變長編碼（variable-length coding）的原理，其中，齣現頻率較高的信息用較短的碼字錶示，而齣現頻率較低的信息用較長的碼字錶示。例如，霍夫曼編碼（Huffman coding）就是一種經典的無損變長編碼算法，我們將詳細介紹其構建過程和最優性證明。另外，我們將介紹算術編碼（arithmetic coding），它能夠更有效地利用信源的概率分布，實現比霍夫曼編碼更高的壓縮率。 對於有損編碼，我們將探討其在圖像、音頻、視頻等多媒體信息處理中的重要性。有損編碼允許在一定程度上丟失信息，以換取更高的壓縮效率。我們將討論人類感知係統的特點，利用人眼和人耳對某些信息的敏感度較低的特性，去除那些不易被察覺的冗餘信息。本章將介紹一些有損編碼的基本思想，例如量化（quantization）和變換編碼（transform coding）的初步概念，為後續更深入的多媒體編碼技術打下基礎。 此外，本章還會討論不同信源的特性，例如馬爾可夫信源（Markov sources）的建模，以及如何利用信源的統計特性來設計更有效的編碼器。我們將強調，信源編碼的最終目標是逼近信源的熵，實現理論上的極限壓縮。通過本章的學習，讀者將能夠理解信息壓縮的原理，掌握各種信源編碼算法，並瞭解其在實際應用中的重要意義。 第四章：可靠信息的傳遞——信道編碼與糾錯 在信息傳輸過程中，信道的不確定性和噪聲的存在會導緻信息的錯誤。本章將聚焦於信道編碼（channel coding），它是一項至關重要的技術，旨在通過在原始信息中添加冗餘信息，來提高信息傳輸的可靠性，抵抗信道噪聲的影響，並實現錯誤的檢測和糾正。 我們將首先介紹信道編碼的基本原理：如何通過添加冗餘比特來構建糾錯碼。我們將區分錯誤檢測碼（error detection codes）和錯誤糾正碼（error correction codes）。錯誤檢測碼隻能判斷信息是否齣錯，例如奇偶校驗碼（parity check code）。而錯誤糾正碼則能夠在檢測齣錯誤的同時，定位並糾正錯誤，例如漢明碼（Hamming code）和捲積碼（convolutional code）。 我們將詳細介紹幾種經典的綫性分組碼（linear block codes），例如漢明碼，分析其碼字結構、生成矩陣、校驗矩陣以及譯碼方法。我們將通過具體的例子，演示漢明碼如何能夠檢測多位錯誤並糾正一位錯誤。接著，我們將引申到更復雜的糾錯碼，例如循環碼（cyclic codes）和BCH碼（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem codes），這些碼具有更強的糾錯能力，能夠糾正多位錯誤，並且在實際通信係統中得到瞭廣泛應用。 本章還將深入探討捲積碼（convolutional codes）。與分組碼將信息劃分成固定長度的塊進行編碼不同，捲積碼對輸入信息流進行連續編碼，其編碼過程可以用狀態圖或編碼樹來描述。我們將介紹捲積碼的生成多項式、譯碼算法（如維特比算法 Viterbi algorithm），並理解它在移動通信、衛星通信等領域的重要作用。 最後，本章還將討論糾錯碼的性能評估指標，例如碼率（code rate）、糾錯能力以及譯碼復雜度。我們將強調，信道編碼的設計需要在提高可靠性和增加開銷之間取得平衡。通過本章的學習，讀者將對如何構建可靠的通信係統有深刻的認識，掌握各種信道編碼技術，並理解它們在現代通信中的核心地位。 第五章：信息傳輸的流程與係統——從源到目的地 在本章中，我們將把前幾章所學的理論知識整閤起來，構建一個完整的信息傳輸係統模型。我們將從信息的源頭齣發，詳細分析信息在傳輸過程中經曆的各個環節，以及每個環節所扮演的角色和所麵臨的挑戰。 我們將從信息源（source）開始，討論信息源的建模和特性分析。接著，我們將進入信源編碼（source coding）階段，利用信源的統計特性，對信息進行壓縮，以減少傳輸所需的比特數。然後，我們提及數據在存儲或傳輸前可能需要進行的一些預處理，例如數據格式的轉換。 緊隨其後的是調製（modulation）過程。調製是將數字信息轉換成適閤在物理信道上傳輸的模擬信號的關鍵步驟。我們將介紹幾種基本的數字調製技術，例如幅度鍵控（ASK）、頻率鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK），並解釋它們的工作原理和各自的優缺點。我們將理解，調製的目標是將數字信息“映射”到模擬信號的某些屬性上，以便在信道中有效傳輸。 信息信號被調製後，將通過物理信道（channel）進行傳輸。我們將在本章中重溫信道的特性，包括帶寬限製、噪聲和失真。我們將再次強調，信道對信息傳輸的可靠性和速率具有決定性的影響。 在接收端，首先進行的是解調（demodulation）過程，它與調製過程相反，將接收到的模擬信號恢復成數字信號。緊接著是信道譯碼（channel decoding），利用信道編碼時添加的冗餘信息，檢測並糾正傳輸過程中可能産生的錯誤。我們將在本章中迴顧前麵章節介紹的各種譯碼算法。 最後，經過信道譯碼後的信息將進入信源譯碼（source decoding）階段，進行信息的還原或重構。如果使用的是有損信源編碼，那麼在這個階段，信息可能會被近似還原。最終，信息將到達信息的目的地（destination），供用戶或其他係統使用。 本章還將討論信息傳輸係統的整體性能評估指標，例如誤碼率（BER）、信噪比（SNR）、信道利用率以及係統的整體吞吐量。我們將強調，一個優化的信息傳輸係統需要在各個環節之間進行精心的設計和權衡，以達到最佳的性能錶現。通過對整個信息傳輸流程的梳理，讀者將能夠形成一個全麵的、係統性的認知，理解信息論和編碼技術如何在實際通信係統中協同工作，實現信息的可靠、高效傳遞。

評分☆☆☆☆☆

這本《信息論與編碼》的第三版簡直是理論與實踐完美結閤的典範。我記得第一次翻開它的時候，就被作者深入淺齣的講解方式深深吸引瞭。對於那些初次接觸信息論的讀者來說，那些抽象的公式和概念往往像一座座大山，讓人望而生畏。然而，這本書巧妙地用生活中的例子來闡釋熵、互信息這些核心概念，使得原本晦澀的理論變得生動起來。特彆是關於信源編碼和信道編碼的部分，講解得極其細緻到位，不僅停留在數學推導層麵，更重要的是，它清晰地展示瞭如何將這些理論應用於實際的通信係統中，比如如何通過霍夫曼編碼來最大化數據壓縮效率，或者在存在噪聲的信道中，如何利用信道編碼來保證信息傳輸的可靠性。這本書的排版和插圖也值得稱贊，清晰的圖錶幫助我構建瞭更直觀的知識結構，每一次閱讀都像是一次全新的探索，受益匪淺，絕對是通信工程領域必備的案頭工具書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構設計非常精妙，它仿佛為你構建瞭一個完美的知識地圖。我注意到作者在每一章的末尾都會設置一個“本章小結”和一些富有挑戰性的“思考題”。這些思考題的質量非常高，它們往往不是簡單的公式套用，而是要求讀者將不同章節的知識點融會貫通進行分析。例如，有些題目會讓你比較不同信道模型下的容量限製，這迫使你跳齣單一章節的限製，從整體信息論框架下審視問題。這種引導式的學習方法，極大地培養瞭讀者的批判性思維和解決復雜工程問題的能力。這種深度和廣度兼備的教材，實屬難得。它不像某些流行讀物那樣追求快速成型，而是緻力於打磨你的內功，讓你對信息傳輸的本質有更深刻的洞察。

評分☆☆☆☆☆

說實話，剛拿到這本教材時，我有點擔心它會過於學術化，畢竟是麵嚮“高等院校信息與通信工程係列教材”的。但實際閱讀體驗齣乎我的意料。作者在保證理論深度的同時，非常注重知識的連貫性和層次感。比如，在講解綫性分組碼時，它非常清晰地引入瞭代數基礎，然後自然地過渡到漢明碼、循環碼等具體實例，讀者可以清晰地看到從一般性理論到特殊實現的完整路徑。更令我欣賞的是，這本書不僅僅是一本“教你如何算”的工具書，它更像是在引導你思考“為什麼這樣做”。它探討瞭信息論在現代通信係統設計中的哲學意義——如何在不確定的世界中，以最經濟的方式可靠地傳遞信息。對於準備考研或者希望打下堅實基礎的同學來說，這本書提供瞭絕佳的階梯，讓你能穩步攀登信息科學的高峰。

評分☆☆☆☆☆

我最近在整理自己大學時期的教材，發現這本《信息論與編碼》的第二版雖然有些年頭瞭，但其內容之紮實，至今仍然讓人嘆服。它最大的特點在於其嚴謹的數學基礎和清晰的邏輯脈絡。不同於一些隻注重應用而忽略原理的書籍，它花瞭相當大的篇幅來構建信息論的數學框架，從概率論的基礎開始，逐步推導齣香農的幾大核心定理。對於希望深入理解信息論底層邏輯的讀者來說，這本書提供的數學推導過程是無與倫比的。我特彆喜歡它對“容量”概念的闡述，作者沒有簡單地拋齣公式，而是通過一係列思想實驗和證明，讓你真正理解為什麼存在一個信息傳輸的極限。盡管是第二版，書中的許多核心思想，比如對信道建模的思路，至今仍是業界的主流視角，這足以證明原作者深厚的學術功底和前瞻性的眼光。

評分☆☆☆☆☆

對於需要快速掌握信息論核心技能的工程師來說，這本書的實用性體現在其對具體編碼方案的詳盡介紹上。我尤其欣賞它在介紹捲積碼和Viterbi譯碼算法時的處理方式。很多教材隻是給齣瞭狀態圖和轉移矩陣，但讀者往往看不齣這些圖錶和實際數據流處理之間的聯係。而這本書則通過一個詳細的、步進式的例子，將編碼、調製、噪聲、解碼的整個流程串聯起來，讓你能親手“走”一遍，理解為什麼Viterbi算法能夠以最大似然準則進行譯碼。這種“手把手”的教學方式，極大地降低瞭復雜算法的學習門檻。讀完相關章節，我感覺自己不僅理解瞭算法的原理，更掌握瞭在實際工程中對這些算法進行優化和選擇的關鍵思路。它不是高高在上的理論，而是可以立即應用到實踐中的寶貴知識。