信息论与编码教案-王启军.doc

安徽大学本科教学课程教案课程代码：ZJ36049 课程名称：信息论与编码授课专业：信息安全 授课教师：王啟军职称/学位：高级工程师/博士 开课时间：二一六至二一七学年第2学期第1次课程教学方案周次1课时数2教学章节第一章概述目标要求要求学生明确本课程的学习目的及要求，初步了解本课程的特点及学习方法，掌握信息的基本概念和特点，了解信息论研究的对象、目的和内容，了解信息论的形成和发展趋势，以及目前信息论与编码的主要研究成果，激发学习信息论与编码的兴趣与热情重点难点重点：本课程的特点及学习方法、信息的基本概念与特点，信息论的主要研究对象、目的和内容难点：如何理解信息的概念、信息论及编码技术教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业1、信息、信号、消息的定义是什么？三者的关系如何？板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第一章绪论1.1信息论的形成和发展1948年以“通信的数学理论”（A mathematical theory of communication）为题公开发表，标志着信息论的正式诞生。1.2通信系统的模型第1次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课本课程的学习目的、课程特点、教学要求及学习方法介绍讲授内容信息论与编码课程内容： 消息是指担负着传送信息任务的单个符号或符号序列。包括文本、数据、语言、图形和图像等。是具体的。 信号是消息的物理体现，为了在信道上传输消息，就必须把消息加载到具有某种物理特征的信号上去。是物理的。 信息是消息中的未知成分（不确定性），或者说是消息中的有用成分。是抽象的。通信系统传输的是信号，信号是消息的载体，消息中的未知成分是信息。广义的通信系统模型归纳总结归纳总结信息的基本概念和特点、信息论研究的对象及目的和内容，以及信息论的形成和发展趋势第2次课程教学方案周次2课时数2教学章节信源与信息熵2.1基本概念：信源的描述与分类目标要求要求学生掌握信源的基本概念和特点及信源的描述，掌握离散无记忆信源、离散有记忆信源与马尔可夫信源的特点与描述方法。重点难点重点：信源的分类，离散信源与连续信源，无记忆信源与有记忆信源，马尔可夫信源难点：有记忆信源，马尔可夫信源教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业1、简述有记忆信源和无记忆信源的区别？板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第二章信源与信息熵2.1信源的描述与分类根据符号数量、取值范围对信源进行分类；对信源采用概率进行描述2.2.1无记忆信源符号之间没有关联。2.2.2有记忆信源2.2.3马尔可夫信源使用条件概率描述。第2次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课复习上节课的通信系统基本物理模型进行复习，对信源作简单介绍，并提出问题：什么是信源？信源可以用数学模型来描述吗？信源可以进行几种分类？讲授内容信源的类型：信源的定义： 满足 归纳总结本次课主要对无记忆信源、有记忆信源、马尔可夫信源进行详细讲解，并对其中重难点进行总结概括第3次课程教学方案周次3课时数2教学章节信源与信息熵2.2离散信源熵的基本概念和性质目标要求要求学生掌握自信息量、离散信源熵概念及其求解方法，熟悉并掌握熵的一些基本性质。重点难点重点：自信息量、离散信源熵的概念及其求解方法、熵的性质。难点：离散信源熵概念及其求解方法、熵的性质。教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业1、习题2.1、2.2、 2.3板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第二章信源与信息熵2.2离散信源熵的基本概念和性质2.2.1自信息量采用概率的负对数来度量2.2.2离散信源熵自信息量的平均值2.2.3熵的性质最大熵、非负性等第3次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课对上次课的重点进行复习，简单介绍本次课的主要内容，并提出问题：信息可否度量？信息量如何来量测？讲授内容自信息量： 条件自信息量和联合自信息量： 信息熵： 信息熵与自信息量的区别与联系归纳总结本次课主要对自信息量、离散信源熵等概念进行强调，最好对其中涉及到的重难点进行总结概括。第4次课程教学方案周次4课时数2教学章节第二章信源与信息熵2.3多符号离散平稳信源熵（序列熵）目标要求要求学生掌握离散序列信源熵的概念与求解方法，掌握离散无记忆信源的序列熵与离散有记忆信源的序列熵的概念、特点与求解方法。重点难点重点：离散序列信源熵的概念与求解方法、离散无记忆信源的序列熵与离散有记忆信源的序列熵的概念、特点与求解方法难点：离散有记忆信源的序列熵的概念、特点与求解方法教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业习题2.4、2.5、2.6板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第二章信源与信息熵2.3多符号离散平稳信源熵2.3.1多符号离散平稳信源的数学模型2.3.2离散平稳无记忆信源熵2.3.3 离散平稳有记忆信源2.3.4 马尔可夫信源的极限熵第4次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课对上次课的重点进行复习，简单介绍本次课的基本内容，问题的提出：a如何描述离散无记忆序列信源的序列熵？b.如何描述离散有记忆序列信源（平稳序列和齐次遍历马氏信源）的序列熵？讲授内容无记忆多符号信源熵：二维信源的信源熵：平均符号熵和极限熵：归纳总结本次课主要对离散无记忆信源的序列熵、离散有记忆信源的序列熵进行详细讲解，并对其中涉及到的重难点进行总结概括。第5次课程教学方案周次5课时数2教学章节第三章无失真离散信源编码3.13.2小节目标要求要求学生了解信源编码的内容，掌握信源编码的定义，掌握无失真信源编码的内容：定长编码原理、变长编码原理重点难点重点：信源编码的定义、无失真信源编码的内容：定长编码原理、变长编码原理。难点：无失真信源编码的内容：定长编码原理、变长编码原理。教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业无板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第三章 无失真离散信源编码3.1基本概念编码实质上是对信源的原始符号按一定的数学规则进行的一种变换。3.2无失真离散信源编码3.2.1定长编码原理3.2.2变长编码原理第5次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课怎样才能做到尽可能不失真而又快速的传递信息呢？首先需要解决一个问题：在不失真或允许一定失真的条件下，如何用尽可能少的符号来传送信源信息，这就要引入信源编码。讲授内容定长编码定理：变长编码定理：归纳总结本次课主要对信源编码的定义，无失真信源编码的内容进行详细介绍，总结其中的重点与难点。第6次课程教学方案周次6课时数2教学章节第三章无失真离散信源编码3.33.5小节目标要求要求学生了解信源编码的内容，掌握信源编码的定义，最佳变长编码以及最佳变长编码的三种编码方法：香农（Shannon）编码；费诺（Fano）编码；哈夫曼（Huffman）编码重点难点重点：最佳变长编码以及最佳变长编码的三种编码方法：香农（Shannon）编码；费诺（Fano）编码；哈夫曼（Huffman）编码。难点：哈夫曼（Huffman）编码，及其对相同概率的处理。教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业习题3.1、 3.2、 3.3、 3.4板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第三章无失真离散信源编码3.3shannon编码3.4 fano编码3.5 huffman编码能获得最佳码的编码方法：香农（Shannon）编码；费诺（Fano）编码；哈夫曼（Huffman）编码平均码长和编码效率的计算；第6次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课大家经常使用的winzip压缩软件的工作原理，不同频率的字符其码字长度不相同。讲授内容Shannon编码：Fano编码：Huffman编码：归纳总结本次课主要对最佳变长编码及实现最佳变长编码的三种方法进行详细介绍，总结其中的重点与难点。第7次课程教学方案周次7课时数2教学章节第8章限失真信源编码目标要求要求学生掌握限失真编码定理的内容，掌握常用信源编码的几种方法：游程编码、算术编码、矢量量化、预测编码、变换编码重点难点重点：限失真编码定理，常用信源编码的几种方法：游程编码、算术编码、矢量量化、预测编码、变换编码难点：常用信源编码的几种方法：游程编码、算术编码、矢量量化、预测编码、变换编码教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业无板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第八章限失真信源编码5.3限失真信源编码定理5.4常用信源编码方法简介5.4.1游程编码5.4.2算术编码5.4.3矢量量化5.4.4预测编码5.4.5变换编码第7次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课对上次课的主要知识点进行复习，对本次课的主要内容进行简单介绍。讲授内容游程编码：差值编码：DPCM编码：归纳总结本次课主要对限失真编码定理，常用信源编码的几种方法：游程编码、算术编码、矢量量化、预测编码、变换编码内容进行详细介绍，总结其中的重点与难点。第8次课程教学方案周次8课时数2教学章节第四章离散信道容量目标要求要求学生掌握信道的基本概念，了解信道的分类，掌握信道参数与信道容量的定义及其求解方法重点难点重点：信道的基本概念、信道的分类、信道参数与信道容量的定义及其求解方法难点：信道参数与信道容量的定义及其求解方法教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业习题4.5板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第四章离散信道容量4.1互信息量及平均互信息量4.1.1 互信息量的定义及性质4.1.2 各种熵之间的关系4.2 单符号离散信道的信道容量4.2.1 单符号离散信道容量的定义4.2.2 几种特殊离散信道的信道容量第8次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课本章主要讨论在什么条件下，通过信道的信息量最大，即所谓的信道容量问题。本章概念和定理也较多，较为抽象，课堂教学时考虑多讲述一些例题，着重阐明定理和公式的物理意义，对较为繁琐的推倒过程做了部分省略讲授内容信道容量：信道的主要任务:以信号的形式传输和存储信息.在什么条件下,通过信道的信息量最大,即信道容量问题.归纳总结总结互信息量的定义和性质、信道的基本概念及分类和信道参数与信道容量的定义及其求解方法。第9次课程教学方案周次9课时数2教学章节第四章离散信道容量多符号离散信道的信道容量目标要求要求学生掌握离散序列信道及其容量的基本概念，了解离散无记忆扩展信道和独立并联信道的信道容量计算方法。重点难点重点：离散序列信道及其容量的基本概念，离散无记忆扩展信道和独立并联信道的信道容量计算方法难点：多符号离散信道容量的定义教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业习题4.11板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第四章离散信道容量4.3多符号离散信道的信道容量4.3.1 多符号离散信道的数学模型4.3.2多符号离散信道容量的定义4.3.3 离散无记忆扩展信道的信道容量4.3.4 独立并联信道的信道容量第9次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课对上次课主要知识点进行复习，对本次课的主要内容进行简单介绍。讲授内容多符号离散信道的数学模型:信道转移矩阵:离散无记忆扩展信道的信道容量：归纳总结本次课主要对离散序列信道及其容量进行了详细讲解，总结其中的重难点。第10次课程教学方案周次2课时数2教学章节第五章纠错编码目标要求要求学生掌握差错和差错控制系统分类、纠错编码分类、信道编码定理重点难点重点：有扰离散信道的编码定理、差错和差错控制系统分类、信道编码定理难点：差错和差错控制系统分类、信道编码定理教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业无板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第五章纠错编码5.1纠错编码的基本概念5.1.1差错和差错控制系统分类5.1.2纠错编码分类5.1.3译码准则5.1.4信道编码定理第10次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课信道编码的目的是为了改善通信系统的传输质量，对不同类型的信道，要对症下药，设计不同类型的信道编码，才能收到良好效果。讲授内容信道编码：信道编码流程:信道编码定理：信道编码定理是设计信道编码的理论依据。若有一离散无记忆平稳信道，其容量为C，输入序列长度为L，只要待传送的信息率R C，总可以找到一种编码，当L足够长是，译码差错概率小于，其中为任意大于0的正数。归纳总结本次课主要对有扰离散信道的编码定理、差错和差错控制系统分类、信道编码定理内容进行详细介绍，总结其中的重点与难点第11次课程教学方案周次2课时数2教学章节第五章纠错编码纠错编译码的基本原理与分析方法（补充）目标要求要求学生掌握纠错编码码的基本原理与分析方法（纠错编码的基本思路）、纠错译码的基本原理与分析方法，译码方法最优译码与最大似然译码重点难点重点：纠错编码码的基本原理与分析方法、纠错译码的基本原理与分析方法，译码方法最优译码与最大似然译码难点：纠错译码的基本原理与分析方法，译码方法最优译码与最大似然译码教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业无板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第五章纠错编码1、纠错编码的基本原理与分析方法2、纠错编码的基本思路3、译码方法最优译码与最大似然译码第11次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课检错与纠错原理：一旦10，01，接收端无法发现错误，插入1位监督码后具有检出1位错码的能力，但不能予以纠正。在只有1位错码的情况下，可以判决哪位是错码并予以纠正，可以检出2位或2位以下的错码。讲授内容检错和纠错目的性质：检错和纠错方式:检错和纠错能力：归纳总结本次课对纠错编码码的基本原理与分析方法、纠错译码的基本原理与分析方法，译码方法最优译码与最大似然译码内容进行详细介绍，总结其中的重点与难点第12次课程教学方案周次12课时数2教学章节第五章纠错编码第5.2节线性分组码目标要求要求学生掌握线性分组码的编码原理，以及线性分组码的生成矩阵与校验矩阵、伴随式与标准阵列译码、码距、纠错能力、了解分组码的扩展、缩短与循环冗余校验重点难点重点：线性分组码的生成矩阵与校验矩阵、伴随式与标准阵列译码、码距、纠错能力、分组码的扩展、缩短与循环冗余校验难点：码距、纠错能力、分组码的扩展、缩短与循环冗余校验教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业习题5.9板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第五章 纠错编码 5.2线性分组码5.2.1线性分组码的基本概念 5.2.2线性分组码的编码 5.2.3线性分组码的解码5.2.4典型码例 第12次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课对上次课主要知识点进行复习，并对本次课的主要内容进行简单介绍。讲授内容线性分组码的生成矩阵：监督矩阵:（5 ，3）线性分组码例子：归纳总结本次课主要对线性分组码的生成矩阵与校验矩阵、伴随式与标准阵列译码、码距、纠错能力，分组码的扩展、缩短与循环冗余校验进行详细介绍，总结其中的重点与难点第13次课程教学方案周次13课时数2教学章节第五章纠错编码第5.4小节卷积码目标要求要求学生掌握卷积码的基本概念和描述方法，掌握卷积码的最大似然译码维比特算法，了解卷积码的性能与距离特点重点难点重点：卷积码的基本概念和描述方法、卷积码的最大似然译码维比特算法、卷积码的性能与距离特点难点：卷积码的最大似然译码维比特算法、卷积码的性能与距离特点教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业习题5.16板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第五章纠错编码5.4卷积码6.4.1卷积码的基本概念和描述方法6.4.2卷积码的最大似然译码维比特算法6.4.3卷积码的性能与距离特点第13次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课对上次课主要知识点进行复习，并对本次课的主要内容进行简单介绍。讲授内容卷积码定义：卷积码的多项式描述:Vitebi译码流程：归纳总结本次课主要对卷积码的基本概念和描述方法、卷积码的最大似然译码维比特算法、卷积码的性能与距离特点进行详细介绍，总结其中的重点与难点第14次课程教学方案周次14课时数2教学章节第五章纠错编码第5.3小节循环码目标要求要求学生掌握循环码的基本概念和描述方法，掌握卷循环码的生成矩阵以及系统循环码重点难点重点：循环码的基本概念和描述方法、循环码的生成矩阵难点：循环码的生成矩阵和系统循环码教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业习题5.12板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第五章纠错编码5.3 循环码6.3.1 循环码的多项式描述 6.3.2循环码的生成矩阵6.3.3系统循环码第14次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课对上次课主要知识点进行复习，并对本次课的主要内容进行简单介绍。讲授内容循环码的多项式描述：循环码的生成多项式:循环码的生成矩阵和校验矩阵：归纳总结本次课主要对循环码的基本概念和描述方法，重点介绍了循环码的生成多项式、生成矩阵以及校验矩阵，总结其中的重点与难点第15次课程教学方案周次15课时数2教学章节第九章密码安全性的信息论测度方法目标要求要求学生了解加密编码的基础知识、数据加密标准（DES）重点难点重点：加密编码的基础知识、数据加密标准（DES）难点：数据加密标准（DES）教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业无板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第九章密码安全性的信息论测度方法9.1加密编码的基础知识9.1.1数据加密标准（DES）第15次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课安全性是另外一个衡量通信系统质量的重要指标，安全性主要通过加密来实现；发生泄密的危害.讲授内容保密性与真实性：DES编码流程:归纳总结总结介绍加密编码的基础知识、数据加密标准（DES），强调其中的重点与难点第16次课程教学方案周次16课时数2教学章节第九章密码安全性的信息论测度方法IDEA、PKC等加密编码方法（补充）目标要求要求学生了解国际数据加密算法、公开密钥加密法、模拟信号加密、通信网络中的加密、信息安全和确认技术重点难点重点：国际数据加密算法、公开密钥加密法、模拟信号加密、通信网络中的加密、信息安全和确认技术难点：国际数据加密算法、公开密钥加密法、模拟信号加密、通信网络中的加密、信息安全和确认技术教学方式 课堂讲授 小组活动 实验演示 难点答疑 提问 作业讲评 实践教学 考试测验 其他活动媒体资源 文字教材 电子教案 录像材料 录音材料 直播课堂 CAI课件 IP课件 其他资源：课后作业无板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第九章密码安全性的信息论测度方法1、国际数据加密算法2、公开密钥加密法3、模拟信号加密4、通信网络中的加密5、信息安全和确认技术第1