网络技术导论之信息源与通信终端课件

网络技术导论

信息源和通信终端计算机学院2011年春季学期魏更宇网络技术导论

信息源和通信终端计算机学院1目录一、信息源二、信息论的信息和熵三、信源信号分析四、信源编码五、终端功能六、终端系统结构七、终端应用和设计目录一、信息源2一、信息源（信源）“输入信息/消息，输出原始信号”信源的基本特征模拟信息频率：通常指代表频率；带宽：最高频率间最低频率之差，单位赫兹数据信息速率：每秒比特或波特（每秒变化的次数）；带宽：通常指每秒比特，与速率意思相同。数据量：字节。Byte,Kbytes,Mbytes,Gbytes,Tbytes一、信息源（信源）“输入信息/消息，输出原始信号”3信源的特征（１）1、话音——音频信号频率，20Hz—5000Hz通信中的音频：300Hz—3400Hz频带：从最低频率到最高频率之间带宽：最高频率与最低频率之差通信中的话音频带3100Hz一般讲4KHz信源的特征（１）1、话音——音频信号4信源的特征（２）2、影像——视频信号静止的影像形状颜色（三基色的关系）活动的影像连续的静止影像；24张/秒的静止影像，可以产生连续动作的效果；（人眼的滞留效应）模拟的视频信号6MHz信源的特征（２）2、影像——视频信号5信源的特征（３）3、数据信息源的一定量的数据，若要求在规定的时间内传送出去，则以数据量除以时间，就是传送信息需要的速率。一般的数据传送没有明确的通信速率要求；话音或影像信息数字化之后的数据传输时，有非常清楚和严格的速率、实验要求。话音数字化、影像数字化，以及音频视频编码技术是电话交换、多媒体通信中的重要技术。信源的特征（３）3、数据6二、信息论的信息和熵1、信息和熵仙农发展的信息论提供了对数据通信信道容量的严格度量方法。信息论中有两个概念：信息和熵；在信息论领域中，信息研究的是如何减少一事件的不确定性，而熵表示平均信息量。二、信息论的信息和熵1、信息和熵7信息量定义：若一个消息出现的概率为P，则这一消息所含信息量I为：当，a=2，信息量单位为比特（bit）；a=e，信息量单位为奈特（nit）；a=10，信息量单位为哈莱特；事件出现的不确定性，可以用其出现的概率来描述。信息量I的大小与消息出现的概率P密切相关；如果一个消息所表示的事件是必然事件，即该事件出现的概率为100％，则该消息所包含的信息量为0；如果一个消息表示的是不可能事件，即该事件的出现的概率为0，则这一消息的信息量为无穷大。对信息进行度量，科学家哈莱特提出采用消息出现概率倒数的对数作为信息量的度量单位。信息量定义：若一个消息出现的概率为P，则这一消息所含信息量I8熵熵的定义：从一个随即变量值中得到的平均信息量。熵的一个应用，就是深刻揭示用于数据压缩算法的设计中。随即变量或消息源的熵，决定了在无损地表示随机变量或不同消息是所需位数的界限。熵就成为设计研所算法是最好的衡量标准。在信息编码时，不使用定长编码，而使用变长编码；用较短的码子与较大概率的值相对应，用较长的码子于较小概率的值相对应，莫尔斯码（电报码）、霍夫曼编码（Huffman）=熵熵的定义：从一个随即变量值中得到的平均信息量。=9三、信源信号分析信源信号的表示方式1、模拟信号连续时间变化的函数正弦信号2、数字信号离散的序列编码，例如：二进制编码三、信源信号分析信源信号的表示方式10信号的时域分析时域：信号的表示形式是时间的函数。其中，三个重要参数是：幅度（振幅）、频率和相位。

——正弦波的幅度，表示正弦波的最大值；

——正弦波的角频率，；

——正弦波的频率，表示正弦在单位时间内重复变化的次数，单位：Hz；

——正弦波的初相位，时，即值决定的大小。信号的时域分析时域：信号的表示形式是时间的函数。11时域信号的波形TimeAmplitude2π时域信号的波形TimeAmplitude2π12信号的频域分析在通信领域中，信号的频域观点比时域观点更为重要。如果不考虑相位，正弦波的时域表达式为：根据傅立叶变换，其频域表达式为：信号的频域分析在通信领域中，信号的频域观点比时域观点更为重要13频域信号波形频域信号波形14时域分析和频域分析关系一个时域信号由两个正弦波信号叠加构成，其一：幅度为3V，频率为1hz；其二：幅度为1V，频率为3hz。两条谱线的长度分别代表两个正弦波的幅度，谱线在频率轴的位置分别代表两个正弦波的频率。时域分析和频域分析关系一个时域信号由两个正弦波信号叠加构成，15信号分析简要结论利用傅里叶变换，任何信号都可以表示为多个频率（直至无穷多个）正弦波的组合。信号在时域缩减，在频域展宽；信号在时域展宽，在频域缩减。信号的时间周期越长，则频率越低；反之，信号的时间周期越短，则频率越高。信号分析简要结论利用傅里叶变换，任何信号都可以表示为多个频率16四、信源编码１、话音编码PCM（脉码调制）采样、量化、编码采样定律：采样频率是信号最高频率的两倍，就可以保证得到离散信号不丢失原信号的信息；每秒8000次采样量化：将离散的信号近似等于其最接近的标准的电压（电平）幅度值；均匀量化非均匀量化，提高小信号的信噪比。编码：用８个二进制位表示每一个量化后的值。8000x8=64000bit/s四、信源编码１、话音编码17四、信源编码（2）２、影像编码活动影像可以看作一个接一个的静态图像，对相邻静态图像间的差别进行编码是一个有效的压缩方法。运动补偿，在一帧图像中的一个部分将与相邻帧相同尺寸的部分完全一样或非常相似。MPEG2三种类型的帧，I、P、B；I——内帧，静止图像；P——预测帧，参考前面定位帧进行编码；B——双向插入帧，参考找在前面和在后面的定为帧进行编码；传输带宽在6M左右；运动内容编码传输数量多。四、信源编码（2）２、影像编码18视频编码中国标准AVS视频编码中国标准AVS19四、信源编码（3）一般文本编码英文编码：在计算机内部以及通信过程中通常使用的文本编码是美国标准信息交换编码（ASCII，AmericanStandardCodeforInformationInterchange)；一个字符7个比特；中文编码：国标码GB码；16个比特表示一个中文字；四、信源编码（3）一般文本编码20五、终端功能终端系统一般功能1、信息输入2、信息处理或变换3、原始信号输出五、终端功能终端系统一般功能21五、终端功能电话终端送话器（话筒）将人的声音转换为电信号；话机发话时，将电信号放大，然后向用户线上传输；受话时，从用户线接受信号，放大后向受话器传送。受话器（听筒）将电信号转换为人可以听到的声音。五、终端功能电话终端22五、终端功能视频终端输入设备摄像机，扫描输入；信息编码；存储设备内存、外存；内容处理编辑、剪辑处理；通信设备专用的通信处理集成电路；输出设备显示器；解码处理；五、终端功能视频终端23五、终端功能数据终端输入装置键盘、鼠标等存储装置内存、外存通信处理专用的通信处理器件、集成电路；输出装置显示器、喇叭等五、终端功能数据终端24六、终端系统结构局域网/USB通信处理中央处理机CPU输入设备输出设备专用集成电路存储器RAM/ROM提示/告警输出串行通信处理编码解码设备键盘六、终端系统结构局域网/USB输入设备专用集成电路存储器提示25

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26七、终端应用和设计七、终端应用和设计27终端类型示意电话、3类传真机电话网终端移动电话移动电话网终端GSM

TD-SCDMA

WCDMACDMA2000

CDMA2000/evdoPHS计算机数据通信网终端计算机网络有线LAN（ethernet）终端，无线局域网WiFi终端电视机有线电视终端无线电视终端终端类型示意电话、3类传真机28小结1、信源消息/信号的特征2、信息和熵的概念3、信息/信号的频率、频带4、终端的基本组成5、现有典型的通信终端要学习使用电信终端、数据终端了解终端的基本功能和基本原理小结1、信源消息/信号的特征29网络技术导论之信息源与通信终端30网络技术导论

信息源和通信终端计算机学院2011年春季学期魏更宇网络技术导论

信息源和通信终端计算机学院31目录一、信息源二、信息论的信息和熵三、信源信号分析四、信源编码五、终端功能六、终端系统结构七、终端应用和设计目录一、信息源32一、信息源（信源）“输入信息/消息，输出原始信号”信源的基本特征模拟信息频率：通常指代表频率；带宽：最高频率间最低频率之差，单位赫兹数据信息速率：每秒比特或波特（每秒变化的次数）；带宽：通常指每秒比特，与速率意思相同。数据量：字节。Byte,Kbytes,Mbytes,Gbytes,Tbytes一、信息源（信源）“输入信息/消息，输出原始信号”33信源的特征（１）1、话音——音频信号频率，20Hz—5000Hz通信中的音频：300Hz—3400Hz频带：从最低频率到最高频率之间带宽：最高频率与最低频率之差通信中的话音频带3100Hz一般讲4KHz信源的特征（１）1、话音——音频信号34信源的特征（２）2、影像——视频信号静止的影像形状颜色（三基色的关系）活动的影像连续的静止影像；24张/秒的静止影像，可以产生连续动作的效果；（人眼的滞留效应）模拟的视频信号6MHz信源的特征（２）2、影像——视频信号35信源的特征（３）3、数据信息源的一定量的数据，若要求在规定的时间内传送出去，则以数据量除以时间，就是传送信息需要的速率。一般的数据传送没有明确的通信速率要求；话音或影像信息数字化之后的数据传输时，有非常清楚和严格的速率、实验要求。话音数字化、影像数字化，以及音频视频编码技术是电话交换、多媒体通信中的重要技术。信源的特征（３）3、数据36二、信息论的信息和熵1、信息和熵仙农发展的信息论提供了对数据通信信道容量的严格度量方法。信息论中有两个概念：信息和熵；在信息论领域中，信息研究的是如何减少一事件的不确定性，而熵表示平均信息量。二、信息论的信息和熵1、信息和熵37信息量定义：若一个消息出现的概率为P，则这一消息所含信息量I为：当，a=2，信息量单位为比特（bit）；a=e，信息量单位为奈特（nit）；a=10，信息量单位为哈莱特；事件出现的不确定性，可以用其出现的概率来描述。信息量I的大小与消息出现的概率P密切相关；如果一个消息所表示的事件是必然事件，即该事件出现的概率为100％，则该消息所包含的信息量为0；如果一个消息表示的是不可能事件，即该事件的出现的概率为0，则这一消息的信息量为无穷大。对信息进行度量，科学家哈莱特提出采用消息出现概率倒数的对数作为信息量的度量单位。信息量定义：若一个消息出现的概率为P，则这一消息所含信息量I38熵熵的定义：从一个随即变量值中得到的平均信息量。熵的一个应用，就是深刻揭示用于数据压缩算法的设计中。随即变量或消息源的熵，决定了在无损地表示随机变量或不同消息是所需位数的界限。熵就成为设计研所算法是最好的衡量标准。在信息编码时，不使用定长编码，而使用变长编码；用较短的码子与较大概率的值相对应，用较长的码子于较小概率的值相对应，莫尔斯码（电报码）、霍夫曼编码（Huffman）=熵熵的定义：从一个随即变量值中得到的平均信息量。=39三、信源信号分析信源信号的表示方式1、模拟信号连续时间变化的函数正弦信号2、数字信号离散的序列编码，例如：二进制编码三、信源信号分析信源信号的表示方式40信号的时域分析时域：信号的表示形式是时间的函数。其中，三个重要参数是：幅度（振幅）、频率和相位。

——正弦波的幅度，表示正弦波的最大值；

——正弦波的角频率，；

——正弦波的频率，表示正弦在单位时间内重复变化的次数，单位：Hz；

——正弦波的初相位，时，即值决定的大小。信号的时域分析时域：信号的表示形式是时间的函数。41时域信号的波形TimeAmplitude2π时域信号的波形TimeAmplitude2π42信号的频域分析在通信领域中，信号的频域观点比时域观点更为重要。如果不考虑相位，正弦波的时域表达式为：根据傅立叶变换，其频域表达式为：信号的频域分析在通信领域中，信号的频域观点比时域观点更为重要43频域信号波形频域信号波形44时域分析和频域分析关系一个时域信号由两个正弦波信号叠加构成，其一：幅度为3V，频率为1hz；其二：幅度为1V，频率为3hz。两条谱线的长度分别代表两个正弦波的幅度，谱线在频率轴的位置分别代表两个正弦波的频率。时域分析和频域分析关系一个时域信号由两个正弦波信号叠加构成，45信号分析简要结论利用傅里叶变换，任何信号都可以表示为多个频率（直至无穷多个）正弦波的组合。信号在时域缩减，在频域展宽；信号在时域展宽，在频域缩减。信号的时间周期越长，则频率越低；反之，信号的时间周期越短，则频率越高。信号分析简要结论利用傅里叶变换，任何信号都可以表示为多个频率46四、信源编码１、话音编码PCM（脉码调制）采样、量化、编码采样定律：采样频率是信号最高频率的两倍，就可以保证得到离散信号不丢失原信号的信息；每秒8000次采样量化：将离散的信号近似等于其最接近的标准的电压（电平）幅度值；均匀量化非均匀量化，提高小信号的信噪比。编码：用８个二进制位表示每一个量化后的值。8000x8=64000bit/s四、信源编码１、话音编码47四、信源编码（2）２、影像编码活动影像可以看作一个接一个的静态图像，对相邻静态图像间的差别进行编码是一个有效的压缩方法。运动补偿，在一帧图像中的一个部分将与相邻帧相同尺寸的部分完全一样或非常相似。MPEG2三种类型的帧，I、P、B；I——内帧，静止图像；P——预测帧，参考前面定位帧进行编码；B——双向插入帧，参考找在前面和在后面的定为帧进行编码；传输带宽在6M左右；运动内容编码传输数量多。四、信源编码（2）２、影像编码48视频编码中国标准AVS视频编码中国标准AVS49四、信源编码（3）一般文本编码英文编码：在计算机内部以及通信过程中通常使用的文本编码是美国标准信息交换编码（ASCII，AmericanStandardCodeforInformationInterchange)；一个字符7个比特；中文编码：国标码GB码；16个比特表示一个中文字；四、信源编码（3）一般文本编码50五、终端功能终端系统一般功能1、信息输入2、信息处理或变换3、原始信号输出五、终端功能终端系统一般功能51五、终端功能电话终端送话器（话筒）将人的声音转换为电信号；话机发话时，将电信号放大，然后向用户线上传输；受话时，从用户线接受信号，放大后向受话器传送。受话器（听筒）将电信号转换为人可以听到的声音。五