第1章_信息科學(xué)及其發(fā)展

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1、第一章　信息科學(xué)及其發(fā)展1本章內(nèi)容提要通信系統(tǒng)的基本概念信息科學(xué)的有關(guān)概念信息理論的研究?jī)?nèi)容Shannon信息論梗概21.1通信系統(tǒng)的基本概念通信的目的是傳輸信息，即傳遞消息。近代的通信特指“電通信”。通信系統(tǒng)的主要任務(wù)是借助電信號(hào)這種載體來傳輸消息。信息（Information）、消息（Message）、信號(hào)（Signal）就成為人們最常使用的3個(gè)基本術(shù)語1.1.1從通信談起它們的確切定義及基本含義是什么？3圖1.1最簡(jiǎn)單的通信系統(tǒng)模型三個(gè)基本單元：信源（Source）信道（Channel）信宿（Destinatio

2、n）1.1.1從通信談起信源信道信宿1.1通信系統(tǒng)的基本概念4信源是提供消息的人、設(shè)備或事物。打電話時(shí)人發(fā)出的聲音因特網(wǎng)上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中制作好的可供瀏覽的網(wǎng)頁廣播、電視發(fā)送的節(jié)目信號(hào)天體天電信號(hào)人們最感興趣的是信源給出的消息。消息是由符號(hào)、文字、數(shù)字、語聲、圖像等組成的序列。1.1.1從通信談起1.1通信系統(tǒng)的基本概念5消息通常具有如下特征：（1）消息可以產(chǎn)生、傳遞和獲取消息是客觀的、可感知的，但它看不見、摸不著傳遞要借助于載體（或媒質(zhì)），用載體傳送，從載體中取出載體是消息的物理體現(xiàn)，如：在紙上寫字，用磁帶、光碟、存儲(chǔ)器

3、等記錄語音、圖像、數(shù)據(jù)最值得研究的載體是電的、磁的、光的載體，這就是各類信號(hào)信號(hào)是一種載體，是消息的物理體現(xiàn)，它使消息能夠看得見，變得具體化人們通過時(shí)域、頻域及各種變換域來研究信號(hào)的波形、頻譜等結(jié)構(gòu)，構(gòu)成比較完善的信號(hào)理論1.1.1從通信談起1.1通信系統(tǒng)的基本概念6（2）消息是有內(nèi)容的消息的內(nèi)容是客觀存在的對(duì)消息的接受者來說，消息有新、舊或已知、未知之分，有用、無用及有大用、小用之別客觀存在的消息，對(duì)不同的接收者來說，其性質(zhì)、作用不同促使人們?nèi)パ芯肯⒌膬?nèi)涵以及人的主觀判斷等主觀因素，從而產(chǎn)生了信息理論及其各種分支。

4、1.1通信系統(tǒng)的基本概念1.1.1從通信談起7消息從信源通過信道到信宿，如何有效、可靠地傳輸，是通信系統(tǒng)要解決的根本問題。先說有效性（Validity）消息若在信源中先去粗取精，則必能提高通信的有效性對(duì)數(shù)字通信來說，即信源編碼（SourceCoding）要解決的主要問題再說可靠性（Reliability）信宿對(duì)接收到的“消息”若能夠進(jìn)行判斷、評(píng)估，去偽存真的處理，則必能提高通信的可靠性對(duì)數(shù)字通信來說，信道編碼（ChannelCoding）的主要任務(wù)就是解決這個(gè)問題1.1.1從通信談起1.1通信系統(tǒng)的基本概念8信息理論最

5、初就是從解決通信系統(tǒng)的有效性和可靠性而發(fā)展起來的，從信源、信道、信宿的特性入手，逐步發(fā)展成應(yīng)用極為廣泛的新興學(xué)科——信息科學(xué)為此，本章首先給出信源、信道、信宿的比較確切的定義，然后再討論信息的涵義1.1通信系統(tǒng)的基本概念1.1.1從通信談起9信源：消息的源，通常指向通信系統(tǒng)提供消息的人、設(shè)備或事物。信源輸出的是以符號(hào)形式出現(xiàn)的具體消息，它載荷信息。信源輸出的消息有多種形式：例如，從消息在時(shí)間上和幅度上的分布情況這一角度，可分為離散信源（DiscreteSource）和連續(xù)信源（ContinuousSource）。前者指

6、信源發(fā)出的消息在時(shí)間和幅度上都是離散分布的，如字母、文字、數(shù)字等符號(hào)組成的符號(hào)序列或單個(gè)符號(hào)后者指在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)分布的，如話音、圖像等。1.1通信系統(tǒng)的基本概念1.1.1從通信談起10信道：傳遞消息的通道，廣義上是指從信源到信宿間傳遞物理信號(hào)的媒質(zhì)和設(shè)施。信道的種類很多，如電信中常用的架空明線、同軸電纜、波導(dǎo)、光纖、傳輸電磁波的空間等都是信道。也可以從信道的性質(zhì)或其傳送的信號(hào)情況來分類，例如：無干擾信道和有干擾信道、恒參信道和變參信道、離散信道（DiscreteChannel）和連續(xù)信道（ContinuousC

7、hannel）、單用戶信道和多用戶信道等。1.1通信系統(tǒng)的基本概念1.1.1從通信談起11信宿：消息傳遞的對(duì)象，即接收消息的人、設(shè)備或事物。根據(jù)實(shí)際需要，信宿接收的消息，其形式可以與信源發(fā)出相同，也可以不同。當(dāng)兩者形式不同時(shí)，存在一個(gè)映射關(guān)系。1.1通信系統(tǒng)的基本概念1.1.1從通信談起12從通信的實(shí)質(zhì)意義來講，如果信宿收到的消息是已知的，則等于沒有收到任何消息。因此，人們更感興趣的是消息中所包含的未知的成分，用概率論的術(shù)語來說，就是具有不確定性的成分。消息中這種未知的或不確定的成分，通常被稱為消息中所包含的信息。由此

8、看來，通信中的信息、消息和信號(hào)是緊密相聯(lián)的：通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖切盘?hào)，信號(hào)是消息的載體，消息中的未知成分是信息。1.1通信系統(tǒng)的基本概念1.1.2信息的一般含義及定義13教科書對(duì)消息和信號(hào)有明確的定義但如何給信息下定義始終是個(gè)困擾大家的問題。我國(guó)的《辭?！穼?duì)信息作了如下解釋：信息：通信系統(tǒng)傳輸和處理的對(duì)象，泛指消息和信號(hào)的具體內(nèi)容和意