Tài liệu Lý thuyết thông tin

  • Số trang: 230 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 508 |
  • Lượt tải: 2
tranvantruong

Đã đăng 3224 tài liệu

Mô tả:

lý thuyết thông tin
Trƣờng Đại Học Công Nghệ Thông Tin KHOA MẠNG & TRUYỀN THÔNG LÝ THUYẾT THÔNG TIN Bùi Văn Thành thanhbv@uit.edu.vn 1 Tháng 7 năm 2013 THÔNG TIN CHUNG VỀ MÔN HỌC Tên môn học: LÝ THUYẾT THÔNG TIN (Fundamental of information theory)  Số đvht: 4 đvht  Loại môn học: bắt buộc  Các môn học tiên quyết: Lý thuyết xác suất, Kỹ thuật số, Kỹ thuật truyền số liệu, Hệ điều hành, Mạng máy tính.  bổ giờ: Lý thuyết + bài tập :  45 tiết (Hệ Chính quy)  24 tiết (Hệ TXQM)  Phân 2 MỤC TIÊU CỦA MÔN HỌC  Hiểu các khái niệm về về thông tin, Entropy, Entropy có điều kiện, Độ đo lƣợng tin. Vận dụng giải quyết các bài toán về xác định lƣợng tin.  Biết khái niệm về mã tách được, mã không tách được, mã hóa tối ưu Huffman. Hiểu định lý mã hóa Shannon (1948). Vận dụng lý thuyết mã hóa để hiểu thiết bị mã hóa và giải mã.  Từ đây, các sinh viên có thể tự nghiên cứu các mã khác để vận dụng cho việc mã hóa và bảo mật thông tin một cách hiệu quả.  Lý thuyết thông tin cũng là một trong các môn học khó vì nó đòi hỏi người học phải có kiến thức cơ bản về toán và xác suất thống kê. Do đó, đòi hỏi người học phải tham gia lớp học đầy đủ và3 làm các bài tập theo yêu cầu của môn học thì mới tiếp thu kiến thức môn học một cách hiệu quả. NỘI DUNG MÔN HỌC Chƣơng 1: Những khái niệm cơ bản Chƣơng 2: Tín hiệu Chƣơng 3: Lƣợng tin, Entropi nguồn rời rạc Chƣơng 4: Lý thuyết mã – Mã hóa nguồn Chƣơng 5: Mã hóa kênh truyền Chƣơng 6: Mã vòng 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO  [1] Adamek, J.Foundations of Coding: Theory and Application of Error–Correcting Codes with an Introduction to Cryptography and Information Theory, John Wiley and Sons, New York 1991.  [2] Nguyễn Bình, Lý thuyết thông tin, NXB Bƣu điện , năm 2007.  [3] Nguyễn Thúy Vân, Lý thuyết mã, NXB KHKT, năm 2006. 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO  [4] Vũ Ngọc Phàn, Lý thuyết thông tin và mã hóa, NXB Bƣu điện, năm 2006.  [5] Đặng Văn Chuyết, Cơ sở lý thuyết tryền tin, NXB Giáo dục, năm 2001.  [6] Trần Trung Dũng, Lý thyết truyền tin, NXB KH & KT, năm 2007. 6 CHƢƠNG 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN  1.1 Giới thiệu về Lý thuyết thông tin (Information theory)  Thông tin? ◦ Hai ngƣời nói chuyện với nhau. Cái mà trao đổi giữa họ gọi là thông tin. ◦ Một ngƣời đang xem tivi/nghe đài/đọc báo, ngƣời đó đang nhận thông tin từ đài phát/báo. ◦ Các máy tính nối mạng và trao đổi dữ liệu với nhau. ◦ Máy tính nạp chƣơng trình, dữ liệu từ đĩa cứng vào 7 RAM để thực thi. THÔNG TIN  Nhận xét ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Thông tin là cái đƣợc truyền từ đối tƣợng này đến đối tƣợng khác để báo một “điều” gì đó. Thông tin chỉ có ý nghĩa khi “điều” đó bên nhận chƣa biết. Thông tin xuất hiện dƣới nhiều dạng âm thanh, hình ảnh, … Ngữ nghĩa của thông tin chỉ có thể hiểu đƣợc khi bên nhận hiểu đƣợc cách biểu diễn ngữ nghĩa của bên phát. Có hai trạng thái của thông tin: truyền và lưu trữ. Môi trƣờng truyền/lƣu trữ đƣợc gọi chung là môi trường chứa tin hay kênh tin. 8 CÁC LOẠI THÔNG TIN  Thông tin có thể thuộc nhiều loại nhƣ: 1. 2. 3. 4. Một dãy kí tự nhƣ trong điện tín (telegraph) của các hệ thống gởi điện tín (teletype system); Một hàm theo chỉ một biến thời gian f(t) nhƣ trong radio và điện thoại; Một hàm của thời gian và các biến khác nhƣ trong tivi trắng đen – ở đây thông tin có thể đƣợc nghĩ nhƣ là một hàm f(x, y, t) của toạ độ hai chiều và thời gian biểu diễn cƣờng độ ánh sáng tại điểm (x, y) trên màn hình và thời gian t; Một vài hàm của một vài biến nhƣ trong trƣờng hợp tivi màu – ở đây thông tin bao gồm ba hàm f(x, y, t), g(x, y, t), h(x, y, t) biểu diễn cƣờng độ ánh sáng của các ba thành phần màu cơ bản (xanh lá cây, đỏ, xanh dƣơng). 9 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH  Cuộc cách mạng lớn nhất về cách nhìn thế giới khoa học là chuyển hƣớng từ thuyết quyết định Laplacian đến bức tranh xác suất của tự nhiên.  Thế giới chúng ta đang sống trong đó chủ yếu là xác suất. Kiến thức của chúng ta cũng là một dạng xác suất.  LTTT nổi lên sau khi cơ học thống kê và lƣợng tử đã phát triển, và nó chia xẻ với vật lý thống kê các khái niệm cơ bản về entropy.  Theo lịch sử, các khái niệm cơ bản của LTTT nhƣ entropy, thông tin tƣơng hỗ đƣợc hình thành từ việc nghiên cứu các hệ thống mật mã hơn là từ việc nghiên cứu các kênh truyền thông.  Về mặt toán học, LTTT là một nhánh của lý thuyết xác suất và các quá trình ngẫu nhiên (stochastical process). LỊCH SỬ HÌNH THÀNH (TT) Quan trọng và có ý nghĩa nhất là quan hệ liên kết giữa LTTT và vật lý thống kê.  Trong một thời gian dài trƣớc khi LTTT đƣợc hình thành, L. Boltzman và sau đó là L.Szilard đã đánh đồng ý nghĩa của thông tin với khái niệm nhiệt động học của entropy. Một mặt khác, D. Gabor chỉ ra rằng “lý thuyết truyền thông phải được xem như một nhánh của vật lý”.  C. E. Shannon là cha đẻ của LTTT.  VAI TRÒ CỦA LÝ THUYẾT THÔNG TIN  Thông tin là một nhu cầu cơ bản, một điều kiện cần cho sự tồn tại và phát triển.  Trong khoa học kỹ thuật, LTTT nghiên cứu nhằm tạo ra một “cơ sở hạ tầng” tốt cho việc truyền thông tin chính xác, nhanh chóng và an toàn; lƣu trữ thông tin một cách hiệu quả.  Ở các góc độ nghiên cứu khác, LTTT nghiên cứu các vấn đề về cách tổ chức, biểu diễn, truyền đạt thông tin, và tổng quát là các vấn đề về xử lý thông tin. 12 ỨNG DỤNG CỦA LÝ THUYẾT THÔNG TIN  LTTT ứng dụng trong truyền thông và xử lý thông tin:     truyền thông, nén, bảo mật, lưu trữ, ... LTTT đã đƣợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác: vật lý, ngôn ngữ học, Kinh tế, khoa học máy tính, tâm lý học, hóa học,… Mối quan hệ giữa LTTT và thống kê đã đƣợc tìm thấy, các phƣơng pháp mới về phân tích thống kê dựa trên LTTT đã đƣợc đề nghị. Ứng dụng vào quản lý kinh tế. Ví dụ, lý thuyết đầu tƣ tối ƣu xuất hiện đồng thời với lý thuyết mã hóa nguồn tối ƣu. 13 Ứng dụng vào ngôn ngữ học. CÁC LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CƠ BẢN  Ba lĩnh vực nghiên cứu cơ bản của môn học:  Mã hoá chống nhiễu.  Mã hoá tối ƣu (hay nén dữ liệu).  Mật mã hoá. 14 CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LTTT 1. 2. 3. 4. 5. Bản chất thông tin. Bản chất của quá trình truyền tin theo quan điểm toán học. Cấu trúc vật lý của môi trường truyền tin. Các vấn đề liên quan đến tính chất bảo mật, tối ưu hóa quá trình. Các vấn đề đó thường được gọi là các lý thuyết thông tin, lý thuyết năng lượng. 15 CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LTTT  Lý thuyết về năng lượng: Giải quyết vấn đề xây dựng mạch, tín hiệu.  Tuy nhiên chƣa giải quyết đƣợc vấn đề: tốc độ, hiện tƣợng nhiễu, mối liên hệ giữa các dạng năng lƣợng khác nhau của thông tin… .  => Lý thuyết thông tin nhằm giải quyết vấn đề:  Rời rạc hóa nguồn, mô hình phân phối xác suất của nguồn và đích, các vấn đề về mã hóa và giải mã, khả năng chống nhiễu của hệ thống... 16 CÁC ĐỊNH NGHĨA là tập hợp các tri thức mà con ngƣời thu đƣợc qua các con đƣờng tiếp nhận khác nhau.  Thông tin đƣợc mang dƣới dạng năng lƣợng khác nhau gọi là vật mang: điện, điện từ, sóng âm, sóng ánh sáng….  Vật mang có chứa thông tin gọi là tín hiệu.  Tin là dạng vật chất cụ thể biểu diễn hoặc thể hiện thông tin: bản nhạc, bảng số liệu, bài nói…  Thông tin: 17 1.2 HỆ THỐNG TRUYỀN TIN  1.2.1 Phân loại hệ thống truyền tin  Theo quan điểm năng lượng :  Năng lƣợng một chiều (điện tín)  Vô tuyến điện (sóng điện từ)  Quang năng (cáp quang)  Sóng siêu âm (la-de) 18 1.2.1 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN TIN  Theo biểu hiện bên ngoài:  Hệ thống truyền số liệu  Hệ thống truyền hình phát thanh  Hệ thống thông tin thoại  Theo dạng tín hiệu:  Hệ thống truyền tin rời rạc  Hệ thống truyền tin liên tục 19 TRUYỀN TIN (TRANSMISSION)  Định nghĩa: Là quá trình dịch chuyển thông tin từ điểm này sang điểm khác trong một môi trƣờng xác định.  Hai điểm này sẽ đƣợc gọi là điểm nguồn tin (information source) và điểm nhận tin (information destination).  Môi trƣờng truyền tin còn đƣợc gọi là kênh tin (chanel). 20
- Xem thêm -