网络技术导论之信息源与通信终端

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,网络技术导论信息源和通信终端,计算机学院,2011,年春季学期,魏更宇,目,录,录,一、信,息,息源,二、信,息,息论的,信,信息和,熵,熵,三、信,源,源信号,分,分析,四、信,源,源编码,五、终,端,端功能,六、终,端,端系统,结,结构,七、终,端,端应用,和,和设计,一、信,息,息源（,信,信源）,“输入信,息,息/消息，,输,输出原,始,始信号,”,”,信源的,基,基本特,征,征,模拟信,息,息,频率：,通,通常指,代,代表频,率,率；,带宽：,最,最高频,率,率间最,低,低频率,之,之差，,单,单位赫,兹,兹,数据信,息,息,速率：,每,每秒比,特,特或波,特,特（每,秒,秒变化,的,的次数,）,）；,带宽：,通,通常指,每,每秒比,特,特，与,速,速率意,思,思相同,。,。,数据量,：,：字节,。,。Byte,Kbytes,Mbytes,Gbytes,Tbytes,信源的,特,特征（,）,1、话音音频信,号,号,频率，20Hz5000Hz,通信中,的,的音频,：,：300Hz3400Hz,频带：,从,从最低,频,频率到,最,最高频,率,率之间,带宽：,最,最高频,率,率与最,低,低频率,之,之差,通信中,的,的话音,频,频带3100Hz,一般讲4KHz,信源的,特,特征（,）,2、影像视频信,号,号,静止的,影,影像,形状,颜色（,三,三基色,的,的关系,）,）,活动的,影,影像,连续的,静,静止影,像,像；,24张/秒的静,止,止影像,，,，可以,产,产生连,续,续动作,的,的效果,；,；（人,眼,眼的滞,留,留效应,）,）,模拟的,视,视频信,号,号6MHz,信源的,特,特征（,）,3、数据,信息源,的,的一定,量,量的数,据,据，若,要,要求在,规,规定的,时,时间内,传,传送出,去,去，则,以,以数据,量,量除以,时,时间，,就,就是传,送,送信息,需,需要的,速,速率。,一般的,数,数据传,送,送没有,明,明确的,通,通信速,率,率要求,；,；,话音或,影,影像信,息,息数字,化,化之后,的,的数据,传,传输时,，,，有非,常,常清楚,和,和严格,的,的速率,、,、实验,要,要求。,话音数,字,字化、,影,影像数,字,字化，,以,以及音,频,频视频,编,编码技,术,术是电,话,话交换,、,、多媒,体,体通信,中,中的重,要,要技术,。,。,二、信,息,息论的,信,信息和,熵,熵,1、信息,和,和熵,仙农发,展,展的信,息,息论提,供,供了对,数,数据通,信,信信道,容,容量的,严,严格度,量,量方法,。,。,信息论,中,中有两,个,个概念,：,：信息,和,和熵；,在,在信息,论,论领域,中,中，信,息,息研究,的,的是如,何,何减少,一,一事件,的,的不确,定,定性，,而,而熵表,示,示平均,信,信息量,。,。,信息量,定义：若一,个,个消息,出,出现的,概,概率为P，则这,一,一消息,所,所含信,息,息量I为：,当，a=2，信息,量,量单位,为,为比特,（,（bit）；a=e，信息,量,量单位,为,为奈特,（,（nit）；a=10，信息,量,量单位,为,为哈莱,特,特；,事件出,现,现的不,确,确定性,，,，可以,用,用其出,现,现的概,率,率来描,述,述。信,息,息量I的大小,与,与消息,出,出现的,概,概率P密切相,关,关；,如果一,个,个消息,所,所表示,的,的事件,是,是必然,事,事件，,即,即该事,件,件出现,的,的概率,为,为100，则,该,该消息,所,所包含,的,的信息,量,量为0；,如果一,个,个消息,表,表示的,是,是不可,能,能事件,，,，即该,事,事件的,出,出现的,概,概率为0，则这,一,一消息,的,的信息,量,量为无,穷,穷大。,对信息,进,进行度,量,量，科,学,学家哈,莱,莱特提,出,出采用,消,消息出,现,现概率,倒,倒数的,对,对数作,为,为信息,量,量的度,量,量单位,。,。,熵,熵的定,义,义：从,一,一个随,即,即变量,值,值中得,到,到的平,均,均信息,量,量。,熵的一,个,个应用,，,，就是,深,深刻揭,示,示用于,数,数据压,缩,缩算法,的,的设计,中,中。随,即,即变量,或,或消息,源,源的熵,，,，决定,了,了在无,损,损地表,示,示随机,变,变量或,不,不同消,息,息是所,需,需位数,的,的界限,。,。熵就,成,成为设,计,计研所,算,算法是,最,最好的,衡,衡量标,准,准。,在信息,编,编码时,，,，不使,用,用定长,编,编码，,而,而使用,变,变长编,码,码；用,较,较短的,码,码子与,较,较大概,率,率的值,相,相对应,，,，用较,长,长的码,子,子于较,小,小概率,的,的值相,对,对应，,莫尔斯,码,码（电,报,报码）,、,、霍夫,曼,曼编码,（,（Huffman）,=,三、信,源,源信号,分,分析,信源信,号,号的表,示,示方式,1、模拟,信,信号,连续时,间,间变化,的,的函数,正弦信,号,号,2、数字,信,信号,离散的,序,序列,编码，,例,例如：,二,二进制,编,编码,信号的,时,时域分,析,析,时域：,信,信号的,表,表示形,式,式是时,间,间的函,数,数。,其中，,三,三个重,要,要参数,是,是：幅,度,度（振,幅,幅）、,频,频率和,相,相位。,正弦波,的,的幅度,，,，表示,正,正弦波,的,的最大,值,值；,正弦波,的,的角频,率,率，；,正弦波,的,的频率,，,，表示,正,正弦在,单,单位时,间,间内重,复,复变化,的,的次数,，,，单位,：,：Hz；,正弦波,的,的初相,位,位，时,，,，即值,决,决定的,大,大小。,时域信,号,号的波,形,形,Time,Amplitude,2,信号的,频,频域分,析,析,在通信,领,领域中,，,，信号,的,的频域,观,观点比,时,时域观,点,点更为,重,重要。,如,如果不,考,考虑相,位,位，正,弦,弦波的,时,时域表,达,达式为,：,：,根据傅,立,立叶变,换,换，其,频,频域表,达,达式为,：,：,频域信,号,号波形,时域分,析,析和频,域,域分析,关,关系,一个时,域,域信号,由,由两个,正,正弦波,信,信号叠,加,加构成,，,，,其一：,幅,幅度为3V，频率,为,为1hz；,其二：,幅,幅度为1V，频率,为,为3hz。,两条谱,线,线的长,度,度分别,代,代表两,个,个正弦,波,波的幅,度,度，,谱线在,频,频率轴,的,的位置,分,分别代,表,表两个,正,正弦波,的,的频率,。,。,信号分,析,析简要,结,结论,利用傅,里,里叶变,换,换，任,何,何信号,都,都可以,表,表示为,多,多个频,率,率（直,至,至无穷,多,多个）,正,正弦波,的,的组合,。,。,信号在,时,时域缩,减,减，在,频,频域展,宽,宽；,信号在,时,时域展,宽,宽，在,频,频域缩,减,减。,信号的,时,时间周,期,期越长,，,，则频,率,率越低,；,；反之,，,，信号,的,的时间,周,周期越,短,短，则,频,频率越,高,高。,四、信,源,源编码,、话,音,音编码,PCM（脉码,调,调制）,采样、,量,量化、,编,编码,采样定,律,律：采,样,样频率,是,是信号,最,最高频,率,率的两,倍,倍，就,可,可以保,证,证得到,离,离散信,号,号不丢,失,失原信,号,号的信,息,息；,每秒8000次采样,量化：,将,将离散,的,的信号,近,近似等,于,于其最,接,接近的,标,标准的,电,电压（,电,电平）,幅,幅度值,；,；,均匀量,化,化,非均匀,量,量化，,提,提高小,信,信号的,信,信噪比,。,。,编码：,用,用个,二,二进制,位,位表示,每,每一个,量,量化后,的,的值。,8000 x8,=,=64000bit/s,四、信,源,源编码,（,（2）,、影,像,像编码,活动影,像,像可以,看,看作一,个,个接一,个,个的静,态,态图像,，,，对相,邻,邻静态,图,图像间,的,的差别,进,进行编,码,码是一,个,个有效,的,的压缩,方,方法。,运动补,偿,偿，在,一,一帧图,像,像中的,一,一个部,分,分将与,相,相邻帧,相,相同尺,寸,寸的部,分,分完全,一,一样或,非,非常相,似,似。,MPEG2三种类,型,型的帧,，,，I、P、B；,I内帧，,静,静止图,像,像；,P预测帧,，,，参考,前,前面定,位,位帧进,行,行编码,；,；,B双向插,入,入帧，,参,参考找,在,在前面,和,和在后,面,面的定,为,为帧进,行,行编码,；,；,传输带,宽,宽在6M左右；,运,运动内,容,容编码,传,传输数,量,量多。,视频编,码,码中国,标,标准AVS,四、信,源,源编码,（,（3）,一般文,本,本编码,英文编,码,码：,在计算,机,机内部,以,以及通,信,信过程,中,中通常,使,使用的,文,文本编,码,码是美,国,国标准,信,信息交,换,换编码,（,（ASCII，AmericanStandardCode forInformationInterchange)；,一个字,符,符7个比特,；,；,中文编,码,码：,国标码GB码；,16个比特,表,表示一,个,个中文,字,字；,五、终,端,端功能,终端系,统,统一般,功,功能,1、信息,输,输入,2、信息,处,处理或,变,变换,3、原始,信,信号输,出,出,五、终,端,端功能,电话终,端,端,送话器,（,（话筒,）,）,将人的,声,声音转,换,换为电,信,信号；,话机,发话时,，,，将电,信,信号放,大,大，然,后,后向用,户,户线上,传,传输；,受话时,，,，从用,户,户线接,受,受信号,，,，放大,后,后向受,话,话器传,送,送。,受话器,（,（听筒,）,）,将电信,号,号转换,为,为人可,以,以听到,的,的声音,。,。,五、终,端,端功能,视频终,端,端,输入设,备,备,摄像机,，,，扫描,输,输入；,信,信息编,码,码；,存储设,备,备,内存、,外,外存；,内容处,理,理,编辑、,剪,剪辑处,理,理；,通信设,备,备,专用的,通,通信处,理,理集成,电,电路；,输出设,备,备,显示器,；,；解码,处,处理；,五、终,端,端功能,数据终,端,端,输入装,置,置,键盘、,鼠,鼠标等,存储装,置,置,内存、,外,外存,通信处,理,理,专用的,通,通信处,理,理器件,、,、集成,电,电路；,输出装,置,置,显示器,、,、喇叭,等,等,六、终,端,端系统,结,结构,局域网/USB,通信处,理,理,中央处,理,理机,CPU,输入设,备,备,输出设,备,备,专用集,成,成电路,存储器,RAM,/,/ROM,提示/告警,输出,串行通,信,信处理,编码解,码,码设备,键盘,身份识别,用户切换,键盘消息,鼠标控制,通信协议处理,通信消息处理,通信接口处理,七、终,端,端应用,和,和设计,终端类,型,型示意,电话、3类传真,机,机,电话网,终,终端,移动电,话,话,移动电,话,话网终,端,端,GSMTD-SCDMAWCDMA,CDMA2000CDMA2000/evdo,PHS,计算机,数据通,信,信网终,端,端,计,计算机,网,网络,有线LAN（ethernet）终端,，,，无线,局,局域网WiFi终端,电视机,有线电,视,视终端,无线电,视,视终端,小结,1、信源,消,消息/信号的,特,特征,2、信息,和,和熵的,概,概念,3、信息/信号的,频,频率、,频,频带,4、终端,的,的基本,组,组成,5、现有,典,典型的,通,通信终,端,端,要学习,使,使用电,信,信终端