,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,*,东南大学移动通信国家重点实验室,“,信息论与编码”课件,东南大学移动通信国家重点实验室,“,信息论与编码”课件,武汉大学电子信息学院,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,*,东南大学移动通信国家重点实验室,“,信息论与编码”课件,武汉大学电子信息学院,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,*,东南大学移动通信国家重点实验室,“,信息论与编码”课件,武汉大学电子信息学院,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,*,东南大学移动通信国家重点实验室,“,信息论与编码”课件,武汉大学电子信息学院,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,*,东南大学移动通信国家重点实验室,“,信息论与编码”课件,武汉大学电子信息学院,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,*,东南大学移动通信国家重点实验室,“,信息论与编码”课件,武汉大学电子信息学院,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,*,信息论的广泛应用,信息论在,保密通信,中的应用,多媒体通信中的,编译码,技术,计算机网络通信中的,编译码,技术,信息论在,数字移动通信,系统中的应用,信息论在,宽带无线接入,系统中的应用,信息论在,其他领域,的应用,图,14.1,加密信道模型,信息论在保密通信中的应用,代码的实际码率或语言的实际熵定义为长度为N的消息中每字符包含的平均信息比特数，表示为,(14.4),其中H(X)是消息熵，即最正确编码消息的比特数。当N很大时，据估量，中文的r值不大于5比特/汉字，英文的r值约在1.0到1.5比特/字符之间。,确定码率或语言的最大熵定义为假设全部可能字符序列等概状况下，每字符包含的最大信息比特数，用r表示：,r=lbL (14.5),其中L是语言包含的字符数。中文确实定码率或最大熵约为13.9比特/汉字，对英文字母，r=lb 26=4.7比特/字符。,信息保密技术的基础知识,基本度量,代码的冗余度用实际码率和确定码率来定义：,D=r r (14.6),英语的r=4.7比特/字符，r=1.5比特/字符，D=3.2，比率D/r=68%就是英语冗余度的度量。中文的冗余度的度量约为80%。,疑义度定义为在给定Y条件下X的条件熵。条件熵定义为：,(14.7),疑义度可以认为是在收到Y后消息X的不确定度。密码破译者希望随着截获密文Y的增加，H(X|Y)接近于零。,信息,保密技术的基础知识,基本度量,多媒体通信中的编译码技术,从应用的角度来看，多媒体就是文本、音频、视频、图形、图像、动画等多种不同形式的信息表达方式的有机综合。,随着应用的增长，术语“多媒体”的内涵也不断扩大，它不仅指信息本身，更主要的是指处理和应用它的一系列技术，包括与多媒体计算机、通信和应用相关的技术。,多媒体应用的根本目的是以自然习惯的方式，高效安全地承受计算机世界的信息，这些信息通过计算机生成的媒体来呈现。,多媒体通信中的编译码技术,多媒体通信简介,数据压缩是多媒体进展的关键技术。,多媒体数据压缩技术的分类有多种方法，其中依据信号质量有无损失可分为有损编码和无损编码。,无损编码又称为冗余压缩，主要用于文本数据压缩。算法的根本原理是去除或减小数据中的冗余，压缩过程中不能破坏数据中包括的信息，解码后的数据必需与原来的一样。典型的无损压缩算法有Huffman编码、费诺-香农编码、算术编码、流程编码、Lempel-Zev编码等。,有损压缩又称为熵压缩，适用于图像和声音的压缩。在压缩过程中减小了数据中包含的数据量，即产生肯定的失真，由此获得较高的压缩比。典型的有损编码算法包括模型编码、矢量量化、子带编码、变换编码、小波编码等。,图,15.1,多媒体数据压缩技术分类,多媒体通信中的编译码技术,多媒体通信简介,与多媒体通信有关的压缩编码的国际标准主要有音频编码标准G系列、静态图像压缩编码国际标准JPEG、视频图像压缩编码的国际标准H.261和H.263、运动图像压缩编码的国际标准MPEG系列。,当前多媒体编码技术进展的一个重要方向就是综合现有的编码技术，制定全球统一标准，使信息治理系统具有互操作性并确保将来的兼容性。,多媒体会议系统是一种将声音、图像、文本等多种信息从一处传送到另一个处的通信系统，关键技术包括：多媒体数据处理技术；网络技术；分布处理技术；以及支持更多媒体处理的终端技术。,典型的多媒体会议系统由终端设备、通信链路、多点掌握单元(MCU)及相应的软件局部组成。终端设备完成数据处理、多媒体通信协议处理、音视频信号的接收、存储与播放，并记录和检索大量与会议相关的数据与文件；MCU通常设在网络节点处，用于处理多个地点同时进展通信局部；软件包括协议、会议效劳、音频与视频信号处理等；通信链路有多种选择，包括公共 交换网(PSTN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)、ISDN、异步传输模式(ATM)等。,多媒体通信中的编译码技术,多媒体会议系统中的信道编码技术,媒体通信技术是多媒体会议系统的关键技术之一。图像信息经压缩后，信息的相关度大大降低，因此误码对图像质量的影响不行无视。在视频会议系统中承受BCH511,493纠错编码，以保证图像信息的牢靠传输。,多媒体会议系统的图像纠错编码原理如图15.6所示。当进展纠错编码时，图像数据被划分为493比特的数据分组，然后送入BCH纠错编码单元，依据BCH511,493算法算出18比特的校验位。延时单元的作用是补偿BCH编码所用的时间，使经编码输出的校验比特和相应的数据分组刚好对齐，然后两者复合起来送入多路利用单元。,在接收端，解码器对图像进展BCH译码，假设消失随机误码，利用此纠错系统的比特校验位就可以将其订正。,多媒体通信中的编译码技术,多媒体会议系统中的信道编码技术,多媒体通信中的编译码技术,多媒体会议系统中的信道编码技术,图,15.6,多媒体会议系统中的图像纠错编码,计算机网络通信中的编译码技术,计算机通信及其网络体系结构概述,ISO 7498标准定义了网络体系构造的对象的类型、关系和约束，及7层开放系统互连参考模型，如图15.7所示。,图15.7 OSI参考模型中的体系构造,图,15.8 TCP/IP,模型原理,数据链路通过数据链路掌握规程，在不太牢靠且有外来干扰的物理链路上实现牢靠的、根本无过失的数据传输,数据链路层的主要功能：,1帧同步。指收方能从收到的比特流中准确地推断出一帧的开头和完毕。,2寻址。在多点链接状况下，用于保证每一帧都能送到正确的地址，收方也应当知道数据是从哪一个节点发出的。,3流量掌握。为了保证发方的发送数据速率不超过收方准时接收和处理的力量，当接收方来不及接收时，就必需实行措施来掌握发方发送数据的速率。,计算机网络通信中的编译码技术,数据链路控制规程中的差错控制技术,4过失掌握。主要有纠错编码和检错编码两种。纠错编码即前向纠错，由于开销较大，适用于卫星中继的计算机通信。检错编码即检错重发，这种方法在计算机通信中最为常用。,5数据和掌握信息的识别。用于区分同一帧中的数据信息和掌握信息。,6透亮传输。即保证数据传输的各种比特组合都能够在物理链路上传送。,7链路治理。即数据链路的建立、维持和释放过程。,计算机网络通信中的编译码技术,数据链路控制规程中的差错控制技术,数据链路层中的过失掌握用于提高数据传输的牢靠性及传输效率，主要的方式有以下3种：,1自动恳求重发；,2前向纠错；,3混合纠错。,在计算机通信中，过失掌握的根本任务是在确定的信道条件下，实行简洁高效的方式保证系统的牢靠性。,承受的编码方法可分为分组码和卷积码。,常用的分组码包括循环冗余校验码CRC、恒比码、垂直水平奇偶校验码等。其中循环冗余校验码在数据链路掌握规程中应用最为普遍。,卷积码则在前向纠错系统中应用较多。,计算机网络通信中的编译码技术,数据链路控制规程中的差错控制技术,网络 也称IP ，是以因特网为传输媒介的 系统。具有占用频带小、本钱低的特点，并且可以与图像、视频等结合起来，进展 、播送、电视等通信。,网络 系统由网关、网闸和多点接入掌握单元组成。网关是IP网和PSTN之间的接入设备，其接入效劳模块供给IP网接口的PSTN接口。在PSTN一侧，输入端对用户语音进展编码和压缩，在通话过程中，接入效劳模块将语音流转换为IP数据报的格式，即打包，然后通过因特网接口送入因特网。同样，在IP网一侧，接入效劳模块将IP数据报进展解包，复原为语音流格式，然后进展解压缩和语音复原，进入PSTN一侧的通过输出端。网闸是效劳掌握模块，用于用户的注册和治理。多点接入掌握则用于支持IP网上的多点通信，可实现网络 会议、可视 等多媒体功能。,计算机网络通信中的编译码技术,网络电话系统中的关键技术,图,15.11 H.323,语音编码和视频编码标准体系,混合编码算法兼有波形编码的高质量和参数编码的低速率的优点，因此在音频编解码算法的国际标准中广泛承受。,语音信号压缩编码的标准建议为G.7XX系列，见表15.2。,由于语音通信对实时性的要求较高，因此在网络 中承受资源预留协议RSVP对语音优先处理。在WAN中传输速率小于512 kb/s时，IP网的路由器应设定语音包的优先级为最高。,在全双工 通信过程中，仅有40%左右的信号是有效的，因此，在网络 通信系统中承受静音抑制技术，以削减占用的网络带宽。,计算机网络通信中的编译码技术,网络电话系统中的关键技术,ITU,建议,制定时间,码率,(kb/s),编码算法,说明,G.711,1972,64(56),PCM(,/A),3kHz,语音带宽，,8kHz,采样,G.721,1984/1986,32,ADPCM,3kHz,语音带宽，,8kHz,采样,G.722,1986,64/56/48,SBC-ADPCM,7kHz,语音带宽，,16kHz,采样,G.723,1986,40/32/24,ADPCM,G.723.1,6.3/5.27,MP-MLQ/ACELP,G.726,1990,16,ADPCM,G.727,1990,32/24/16,ADPCM,G.728,1992,16,LD-CELP,低时延,CELP,G.729,1996,8,CS-ACELP,G.729A,1996,8,可用于,DSVD,G.729B,1996,用于,V.70,终端，语音激活,表,15.2,语音编码的主要国际标准,计算机网络通信中的编译码技术,网络电话系统中的关键技术,IP网中迟到或持续出错的语音包将被丢弃处理，造成语音失真，因此在IP 中需承受语音抖动处理技术，以抑制IP数据报传输时间不同造成的抖动。方法是在收端设置缓冲区暂存语音包，用稳定平滑的速率从缓冲区中取出语音包，经解压缩和复原语音后传送给用户。,前向纠错编码也是网络 中与语音处理相关的一项技术。网关承受两级前向纠错，Intra-Packet在同一数据报内参加冗余数据，使收端能纠错并复原语音数据；Extra-Packet在每个语音数据报中包含后续包的冗余数据，确保收端能检测出过失或丧失的数据报并恢复。实行FEC技术可以弥补10%20%的数据报丧失率，其代价是需要占用肯定的网络带宽。,计算机网络通信中的编译码技术,网络电话系统中的关键技术,网络 以分组的形式在因特网中传输，要求网关在语音终端和因特网之间将连续的语音信号划分成确定长度的多个语音分组，然后将压缩编码后的数据封装到IP数据报中，以实现在IP交换网中的传输。,封装方法为在语音数据报前面加上总长度为40字节的报头。因此在IP网络中实际传送的码流并非编码后的净码流，即语音包，而是经封装后的码流。封装的效率取决于一个RTP报中所加封的语音数据报的数量。,明显加封的语音报越多，封装效率越高，但是全网传输延迟也就增大