武汉大学电子信息学院 东南大学移动通信国家重点实验室
“信息论与编码”课件
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 控制单元(MCU)及相应的软件部分组成。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 地点同时进行通信部分；软件包括协议、会议服务、 音频与视频信号处理等；通信链路有多种选择，包括 公 共 电 话 交 换 网 (PSTN) 、 局 域 网 (LAN) 、 广 域 网 (WAN)、ISDN、异步传输模式(ATM)等。
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N
“信息论与编码”课件
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绝对码率来定义： 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 ： 1
“信息论与编码”课件
信息论的广泛应用
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“信息论与编码”课件
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
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“信息论与编码”课件
系 统 控制和用 户接口
视频输入 / 输出 设备
音频输入 / 输出 设备 音频编解码器 G.711, G.722 G.723, G.723.1 G.728, G729 接收路径延迟
用户数据应用 T.120
H.245 控制 控制 H.225.0 RAS 控制 H.225.0
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“信息论与编码”课件
多媒体通信中的编译码技术
多媒体通信简介
数据压缩是多媒体发展的关键技术。 多媒体数据压缩技术的分类有多种方法，其中按照信号质 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 的基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，解码后的数据必须与原来的一样。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，即产生一定的失真， 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。 武汉大学电子信息学院 东南大学移动通信国家重点实验室
图15.7 OSI参考模型中的体系结构
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“信息论与编码”课件
主机 A 应用层 字节流 传输层 IP 层 网络接口层 帧1 网络 1 路由器 帧2 网络 2 数据报 传输协议分组 数据报 传输层 IP 层 网络接口层 报文 主机 B 应用层
IP 层
图15.8 TCP/IP模型原理
“信息论与编码”课件
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， 高效安全地接受计算机世界的信息，这些信息 通过计算机生成的媒体来展现。
视频编 解码器 H.261, H263
H.225.0 层 局域网栈
图15.11 H.323 语音编码和视频编码标准体系
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“信息论与编码”课件
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
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采用。 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，因此在网络电话中采 用资源预留协议（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。 在全双工电话通信过程中，仅有40%左右的信号是有效的， 因此，在网络电话通信系统中采用静音抑制技术，以减少 占用的网络带宽。
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“信息论与编码”课件
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）差错控制。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）数据和控制信息的识别。用于区分同一帧中的数据 信息和控制信息。 （6）透明传输。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）链路管理。即数据链路的建立、维持和释放过程。
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 H (X) (14.4) r
其中H(X)是消息熵，即最佳编码消息的比特数。当N很大 时，据估计，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。 绝对码率或语言的最大熵定义为假设所有可能字符序列 等概情况下，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。中文的绝对码率或最大熵约 为13.9比特/汉字，对英文字母，r’ = lb 26 = 4.7比特/字符 。
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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
数据链路层中的差错控制用于提高数据传输的可靠性及 传输效率，主要的方式有以下3种： （1）自动请求重发； （2）前向纠错； （3）混合纠错。 在计算机通信中，差错控制的基本任务是在确定的信道 条件下，采取简单高效的方式保证系统的可靠性。 采用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 路控制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。
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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
网络电话也称 IP电话，是以因特网为传输媒介的电话系统。 具有占用频带小、成本低的特点，并且可以与图像、视频等 结合起来，进行传真、广播、电视等通信。 网络电话系统由网关、网闸和多点接入控制单元组成。网关 是IP网和PSTN之间的接入设备，其接入服务模块提供IP网接 口的 PSTN接口。在 PSTN一侧，输入端对用户语音进行编码 和压缩，在通话过程中，接入服务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，接入服务模块将 IP数据报进行解包，还原 为语音流格式，然后进行解压缩和语音还原，进入PSTN一侧 的通过输出端。网闸是服务控制模块，用于用户的注册和管 理。多点接入控制则用于支持 IP网上的多点通信，可实现网 络电话会议、可视电话等多媒体功能。
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“信息论与编码”课件
ITU建议 G.711 G.721 G.722 G.723 G.723.1 G.726 G.727 1990 1990 制定时间 1972 1984/1986 1986 1986 码率(kb/s) 64(56) 32 64/56/48 40/32/24 6.3/5.27 16 32/24/16 编码算法 PCM(/A) ADPCM SBC-ADPCM ADPCM MP-MLQ/ACELP ADPCM ADPCM 说明 3kHz语音带宽，8kHz采样 3kHz语音带宽，8kHz采样 7kHz语音带宽，16kHz采样
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信息论在保密通信中的应用
密码破译 截取 发端 明文 M 加密算法 EK K 密文 C 公共信道 安全信道 收端 解密算法 DK K 明文 M=DK=EK–1 (C)
ˆ M
密钥
图14.1 加密信道模型
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“信息论与编码”课件
信息保密技术的基础知识
基本度量
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“信息论与编码”课件
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
数据链路通过数据链路控制规程，在不太可靠且有外来干 扰的物理链路上实现可靠的、基本无差错的数据传输 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判断出一 帧的开始和结束。 （2）寻址。在多点链接情况下，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）流量控制。为了保证发方的发送数据速率不超过收方 及时接收和处理的能力，当接收方来不及接收时，就必须 采取措施来控制发方发送数据的速率。
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“信息论与编码”课件
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
图像数据流
BCH 编码
复 合 经纠 错后图 像 送入多路复用
延时
图15.6 多媒体会议系统中的图像纠错编码