演算法資訊理論前沿

1. 信息安全安全前沿技術有哪些

研究方向的特色

多媒體信息安全——數字水印技術。

我們對用於圖像認證的脆弱水印技術與版權保護的穩健水印技術進行了深入的研究。在脆弱水印技術方面，我們研究了基於領域象素模型的脆弱水印方法。首次探索了鄰域像素的線性加權和模型、灰色系統模型以及神經網路模型，根據所建的模型來嵌入和提取水印，並通過比較原始水印與提取的水印進行認證。由於像素之間的關系在高質量的圖像處理運算元作用下具有相對的穩定性，因而這些方法能夠接受這些運算元對圖像的影響；另一方面，由於模型捆綁了像素之間的關系，因而這些方法對內容篡改具有很強的敏感性。特別地，由於認證過程需要用到與圖像內容相關的模型參數而使得這些方法可以抵抗偽認證攻擊。在穩健水印技術方面，我們首次研究用多小波變換來設計穩健水印演算法。與傳統的單小波一樣，多小波分解給出了圖像的一種分層的多尺度表示，但不同是，在多小波分解的同一尺度且同一方向上存在四個子圖，而且多小波還同時具有正交、對稱和緊支撐等性質。根據多小波的這些特點，我們提出的水印方法優於傳統的單小波域水印方法。另外，我們還探索了基於多小波的自適應嵌入水印策略、基於混沌映射和遺傳演算法的適應嵌入水印策略和基於神經網路的自適應提取水印策略等。在這一領域，我們獲得了廣東省自然科學基金項目「數字水印及其在電子商務中的應用」的資助，在《計算機學報》等權威刊物上發表論文多篇。

電子商務安全——網路隱私保護技術。

網路隱私保護是集技術、法律、道德等多種因素為一體的綜合性、富有挑戰性的問題。目前，人們研發出了針對傳統網站的P3P隱私保護技術，而基於網格服務的隱私保護技術的研究幾乎是空白。我們提出解決這一問題的有效方法是極大化技術對隱私信息的控製作用，並為從法律上解決隱私爭議提供有力的技術證據。一個有效的隱私保護系統是：隱私信息的收集需要與本人協商、隱私信息的使用需要得到社會的監督、隱私信息的侵權需要得到法律的制裁。基於這些原則，考慮網格服務環境，我們主要研究了以下內容：（1）建立一個有效的基於網格服務的隱私保護模型，引入信譽概念，研究相應的隱私保護方法與技術。（2）引入協商機制，研究針對個性化網格服務的隱私保護方法與技術。（3）引入合同機制，研究針對臨時性網格服務的隱私保護方法與技術。（4）引入本體理論，研究基於語義網格服務的隱私保護與技術。在這一領域，我們獲得了廣東省教育廳自然科學基金項目「基於網格服務的隱私保護技術研究」的資助，已有論文被《計算機科學》、《計算機應用研究》等刊物錄用。

金融信息與網路安全。

在金融領域的計算機犯罪屢屢發生，保障金融信息安全至關重要。在這一方面，我們的主要研究成果有：中國人民銀行總行課題「網路會計信息系統安全研究」、廣東省課題「廣東網路銀行風險及其防範」等，「我國銀行計算機安全問題與對策研究」獲中國人民銀行武漢分行課題二等獎。在核心期刊上發表的代表性論文有：「銀行內聯網安全分析與風險防範對策」，「電子錢夾模型及應用系統研究」、「網路信息安全問題與防護策略研究」等。

2 學術地位

近5年來，我們在《計算機學報》、《計算機輔助設計與圖形學學報》、《Lecture Notes in Computer Science》等權威期刊和國際會議上發表論文60餘篇，有6篇論文被SCI、EI收錄，以及被《電子學報》、《軟體學報》的作者引用。我們已獲得省、教育廳等多項自然科學基金課題的支持，並建成了廣東省重點實驗室「電子商務應用技術實驗室」。另外，由於我們在學科專業上取得了一定成績，本專業已經被評為廣東省「名牌專業」。學術帶頭人張軍教授為廣東省「千百十」人才。

3 作用和意義
信息安全關乎國家的政治、經濟和文化等各個方面，與其他領域不同的是，信息安全必須依靠我國自己的力量來解決，引進國外產品或照搬國外先進技術來解決安全問題無異於引狼入室。為此，我們積極跟蹤相關領域發展動態，開展了深入細致的研究工作，所取得的研究成果將在保障國家政治、經濟、文化安全以及促進信息產業健康發展等方面有著重要的意義。

2. 中央民族大學信息與計算科學專業有哪些就業前景

信息與計算科學專業
培養目標
本專業學生主要學習信息與計算科學的理論和基本方法，接受計算機和數學軟體、數學建模、優化與統計分析等方面的基本訓練。畢業生應掌握數學分析、代數、幾何及其應用的基本理論、基本方法；了解信息與計算科學的理論前沿、應用前景和最新發展動態；熟練使用計算機（包括常用語言、工具及專用軟體），具有基本的演算法分析、演算法設計和較強的編程能力，能運用所學的理論、方法和技能解決應用領域中的實際問題；熟練掌握一門外語；掌握信息與計算科學資料的查詢、文獻檢索及運用現代信息技術來撰寫論文，參加學術交流。
培養特色
信息與計算科學專業本專業建有數學實驗室、信息安全實驗室、數學建模創新基地，擁有計算機等設備150台套，能充分滿足本科及研究生教學及科研需要。有兩個培養方向：信息科學方向，課程主要以信息技術為核心，包括資訊理論與編碼、信息安全、數字信號處理、模式識別等；計算科學方向，課程主要以計算技術為核心，包括計算方法、數值分析、數學模擬方法、最優化方法、並行計算、數學軟體等。在課程設置上，強調兩個基礎：一是以數學分析、高等代數和空間解析幾何為代表的數學主幹基礎課，增強學生的數學修養，為學生後續課程的學習打下堅實的數學基礎；二是計算機知識和技能、優化與數據分析等課程，包括數據結構、程序設計基礎、面向對象分析與設計、資料庫、操作系統、計算機網路、運籌學、數據分析、軟體工程等，培養學生的計算機基礎知識和實際應用技能。
就業及深造前景
本專業培養的畢業生具有良好的數學基礎和數學思維能力，掌握信息與計算科學的基本理論、方法和技能，接受過科學研究訓練和解決實際問題的實踐，能解決科研、工程建設部門、商業公司、金融證券、軟體行業、網路電信等諸多領域實際工作中遇到的科學計算和信息處理等問題。畢業生能在科技、教育、經濟與金融等部門從事研究、教學、應用開發和管理工作，成績優秀的學生可繼續攻讀碩士學位。本專業就業前景明朗，近幾年超過30%的學生考取了研究生繼續深造，其它學生多數留在北京等大城市就業和發展。
該專業為理科專業，學制4年，修滿學分後授予理學學士學位。該專業2018年計劃招收本科生2個普通班（約80人）、1個民族班（約18人），共計計劃招生人數約98人。

3. 時至今日，深度學習領域有哪些值得追蹤的前沿研究

列舉幾個廣泛應用深度學習的領域。也是目前最值得追蹤的前沿研究領域。

一、語音識別

深度學習的發展使語音識別有了很大幅度的效果提升，類似於在計算機視覺中處理圖像數據一樣，深度學習中將聲音轉化為特徵向量，然後對這些數字信息進行處理輸入到網路中進行訓練，得到一個可以進行語音識別的模型。

二、自然語言處理

深度學習由於其非線性的復雜結構，將低維稠密且連續的向量表示為不同粒度的語言單元，例如詞、短語、句子和文章，讓計算機可以理解通過網路模型參與編織的語言，進而使得人類和計算機進行溝通。此外深度學習領域中研究人員使用循環、卷積、遞歸等神經網路模型對不同的語言單元向量進行組合，獲得更大語言單元的表示。

三、文字識別

眾所周知，深度學習可以用來識別照片中的文字。一旦識別了，文字就會被轉成文本，並且被翻譯，然後圖片就會根據翻譯的文本重新創建。這就是我們通常所說的即時視覺翻譯。

四、自動機器翻譯

我們都知道，谷歌支持100種語言的即時翻譯，速度之快宛如魔法。谷歌翻譯的背後，就是機器學習。在過去的幾年時間里，谷歌已經完全將深度學習嵌入進了谷歌翻譯中。事實上，這些對語言翻譯知之甚少的深度學習研究人員正提出相對簡單的機器學習解決方案，來打敗世界上最好的專家語言翻譯系統。文本翻譯可以在沒有序列預處理的情況下進行，它允許演算法學習文字與指向語言之間的關系。

五、自動駕駛汽車

谷歌利用深度學習演算法使自動駕駛汽車領域達到了一個全新的水平。現在谷歌已經不再使用老的手動編碼演算法，而是編寫程序系統，使其可以通過不同感測器提供的數據來自行學習。對於大多數感知型任務和多數低端控制型任務，深度學習現在是最好的方法。

如果你對深度學習感興趣，想成為人工智慧領域的高級人才，可以了解一下優就業深度學習精品課程。課程由中公教育與中科院自動化研究所專家聯合推出，真實企業級項目實操，項目循序漸進，以實操貫穿理論，避免紙上談兵，涵蓋行業75%技術要點，落地領域廣泛。

4. 當前前沿科學或技術有哪些方面

當前前沿科學或技術有：反隱身技術、基因技術、腦科學、生命科學、谷歌支持的「延長人類壽命計劃」、空氣屏幕、直接投影到視網膜、透明手機、VR技術，納米材料等技術、

反隱身技術，是研究如何使隱身措施的效果降低甚至失效的技術。隱身技術實質上就是盡量降低飛機的雷達、紅外、激光、電視、目視及聲學特性，使敵方各種探測設備很難發現、探測和跟蹤，降低敵方的精確制導武器的作戰效果，從而提高飛機的生存能力。

雷達隱身是首先發展和使用的隱身技術，因此反雷達隱身也是當前重點發展的反隱身技術。現代戰場上的偵察探測系統主要是雷達、紅外、電子、可見光、聲波等探測系統，因此武器的隱身技術除了傳統的雷達隱身和紅外隱身外，還有光學隱身、等離子體隱身等。

前沿科技熱點：

1、量子信息處理

量子信息處理，其基本思想是以原子、電子、光子層次微觀世界的粒子的存在狀態及相互作用規律來編碼和處理信息，藉助量子疊加和量子糾纏等獨特物理現象，以經典理論無法實現的方式獲取、傳輸和處理信息。量子信息處理技術主要包括量子計算和量子通信。

量子計算包含處理器、編碼和軟體演算法等關鍵技術。近年來，這些技術發展較快，但仍面臨量子比特數量少、相干時間短、出錯率高等諸多挑戰，目前處於技術研究和原理樣機研製驗證的關鍵階段，超過經典計算的性能優勢尚未得到充分證明。

量子通信與現有通信技術不同，可以實現量子態信息的傳輸，主要分量子隱形傳態(Quantum Teleportation，QT)和量子密鑰分發(Quantum Key Distribution，QKD)兩類。

基於QT的量子通信和量子互聯網仍將是未來量子信息技術領域的前沿研究特點。QKD從理論協議到器件系統初步成熟，目前已進入產業化應用的初級階段。

2、第三代半導體

國際上一般將禁帶寬度(Eg)大於或等於2.3電子伏特(eV)的半導體材料稱為第三代半導體。常見的第三代半導體材料包括碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、金剛石、氧化鋅、氮化鋁等。

第三代半導體材料具有高禁帶寬度、高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等特點，其器件具有高頻、大功率、低損耗、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強等優勢。

關鍵技術點包括：大尺寸、低缺陷襯底、外延制備技術;硅基GaN外延技術;高質量SiC厚外延技術;高可靠封裝技術。

技術發展的競爭態勢表現為：產業鏈(襯底、外延片、器件、模組、下游應用等)各環節主要由美歐日主導;全球SiC市場由美國、歐洲、日本等壟斷;GaN市場由日本廠商主導，住友電工、三菱化學及住友化學3家企業占據超過85%的市場份額。

第三代半導體材料的應用前景十分廣闊，主要應用領域包括半導體照明、電力電子器件、激光器和探測器以及水制氫、生物感測器等。

3、增強分析

增強分析是將人工智慧技術賦能商業智能，具體而言，是將機器學習技術和自然語言處理技術應用在BI領域的數據與分析中。增強分析增強了人類智力和情境感知，改變了數據管理、分析和商業智能的方法，改變了數據科學的面貌和機器學習/人工智慧模型的開發利用。

與傳統的人工數據挖掘相比，增強分析採用一系列的演算法和集成學習技術，向用戶解釋可執行的結果，降低了丟失重要數據結論的風險。

高德納咨詢公司預測，未來2～5年，增強分析將成為BI市場的主導趨勢。採用了增強分析技術生成的機器學習模型正在被越來越多地植入企業的應用程序中，幫助人力資源、金融、銷售、市場、售後服務、采購和資產管理部門的員工進行商業決策與執行。

4、人工智慧晶元

人工智慧晶元通常是指針對人工智慧演算法做了特殊加速設計的晶元。人工智慧晶元按技術架構分為圖像處理單元(GPU)、半定製化的現場可編程邏輯門陣列(FPGA)、全定製化專用集成電路(ASIC)、神經擬態晶元;按功能分為訓練環節晶元、推斷環節晶元;按應用場景分為伺服器端(雲端)、移動端(終端)。

目前，GPU已經發展到較為成熟的階段。谷歌、臉書、微軟、推特和網路等公司都在使用GPU分析圖片、視頻和音頻文件，以改進搜索和圖像標簽等應用功能。很多汽車廠商也在使用GPU發展無人駕駛。

雖然人工智慧晶元技術發展較快，但是其在現階段還處於產業化早期。各企業之間的水平有差距，但基本還處於同一起跑線，只有那些技術有重大突破、能夠先一步產業化的企業才能引領行業的發展。

5. 計算機研究、開發、發展的方向和前沿

CPU（Computer Process Unit）方面的發展：談論計算機人們不能不提到CPU晶元，這是計算機的核心。晶元工藝發展很快，從線寬和集成度可見一斑，線寬從0.25μm、0.18μm、0.13μm到90nm，甚至25nm，晶元工藝已從微米級發展到納米級；從集成度看：IBM公司最近公布了Power5晶元，採用銅基，絕緣硅，集成微型晶體管達2.8 億個；Intel公司公布的Penttium4晶元集成微型晶體管達1.8億個，同時宣稱目前已研發了可集成10億個微型晶體管的晶元，並向集成15億個的目標前進。由於集成電路規模越來越大，復雜性越來越高，混合信號和射頻處理更加復雜，使得晶元設計更為復雜，對光刻、掩膜、封裝和測試都提出了更高的要求，對半導體材料要求更為苛刻。因此，CPU方面的發展可以說是龍爭虎鬥，不可衡量的方向，而且是高科技的集成應用，它引領著計算機硬體發展的前沿。

操作系統方面的方向：操作系統是計算機的大腦，操作系統涉及到計算機效能的發揮應用要求的實現和數據的安全和保護。目前的主流操作系統是Windows、UNIX、Linux三足鼎立，而且Windows在桌面系統上佔有絕對優勢，形成了壟斷地位；UNIX是經過長期使用在高性能計算，工作站CAD設計且安全性能好的操作系統；Linux是一種類UNIX的操作系統，它是自由軟體，可免費下載，今後加以開發、擴充性能可形成標准化的操作系統。現在是Windows、UNIX的市場份額越來越小，Linux的市場份額正在不斷增加，而且在工作站（設計）和高密度計算、集群等方面使用Linux佔有很大的比例，這是因為：Linux經過改進可支持16個CPU，各種計算均能解決（多於16個CPU的計算極少）；由於Linux是自由軟體，原代碼開放，免費下載，成本很低，大家都喜歡使用；因此，誰能夠否認操作系統不是一個光明的發展方向呢？

環保的方向：現在大家天天都要面對計算機，因此計算機的「環保」的問題引起了人們的注意。環保計算機主要採取如下措施，採用低輻射的顯示器，減少功耗（節電），降低噪音採用低噪音風機，其中最關鍵的是降低鉛的使用量，製造無鉛計算機。計算機用鉛的地方主要有：顯示器：1台顯示器差不多要用1kg的鉛，改為液晶顯示器，用鉛量可大大降低，幾乎為零；焊 接：電子器件的焊接所使用的焊條中含有鉛，應改用無鉛焊條。這項工藝正在試驗之中，無鉛焊條焊接溫度要提高，這就涉及主板上的電子器件的耐熱程度要提高，提高後對器件的壽命、性能可能帶來變化，因此要採取一定的預防措施；計算機連接電纜的塑料護套：塑料護套中含有鉛，無鉛使塑料容易老化，開裂和變脆，改用無鉛塑料護套，要採取措施來解決這些問題。如今人民的生活水平不斷提高，環保觀念逐步普遍，所以對那些低危害的電子產品特別的熱衷。因此，這個方向也是一個不錯的發展方向。

除此之外，我還在網上搜集了一些目前計算機的主要研究、開發、發展的方向與前沿。

1、computing theory:一般的研究計算性和計算復雜性，自動機理論，以及涉及各個子方向的抽象數學模型的研究。

2、AI：一個理論性很強需要很多數學的領域。

3、computer architecture:只要研究電腦的原理、構成、相關器件以及用這些器件搭建各種平台等。

4、system software:這是一個發展了很久的產業，也是大家比較不熟悉的行業。

5、Database:也就是資料庫，資料庫是數據管理的高級階段，它是由文件管理系統發展起來的，包括了函數等的研究。

6、networking;計算機網路，這是相當有開發前途的方向。

7、software engineering:軟體，是計算機的靈魂，所以，軟體工程對計算機來說，是很重要的。

8、security:網路安全技術及其協議。

9、conmputer graphics:計算機圖形。

當然，除此之外，還有很多很有前景的發展領域在等待著人們去研究和開發。隨著科學技術的發展，計算機會向著人性化、智能化的方向發展，而它的作用領域也將會越來越廣泛。不久的將來，它將會滲透到人類生活的各個方面。

6. 求 資訊理論與編碼 學習心得

學習資訊理論與編碼感想
多媒體信息是未來人類獲取信息最主要的載體，因此它已成為目前世界上技術開發和研究的熱點。視頻信息作為多媒體信息中最被關注、數據量最大的一員，現在也正面臨著一場其意義不亞於從模擬到數字的技術進步革新：從傳統的矩形DCT變換編碼到根據視頻內容、劃分對象、分別變換編碼的新的編碼方法。

一、傳統的編碼方式

傳統的視頻編碼是以視頻信號的數字量為編碼對象的，與視頻信息的內容無關，無論是M-JPEG、MPEG-1還是MPEG-2，都是以DCT矩形變換塊為變換編碼單元，對DCT塊內圖像的亮度和色度進行特徵取樣，提取像素；採用幀間編碼、運動估測技術，在參考幀幀內DCT編碼的基礎上，對DCT塊內圖像的像素特徵進行差值預測編碼。基於矩形DCT編碼的視頻編碼在設計思想上只考慮到對信號數據進行處理的需要（比如小的比特率以利於傳輸、高的比特率以保證質量），但未考慮視頻信息--圖像內容本身的含義和重要性，以及視頻信息應用者的主觀需求（比如部分內容的提取功能）。另外，這種基?quot;塊"的壓縮演算法在低碼率時容易產生"方塊效應"和"抽幀"，大大縮小了視頻信息的應用領域。

小波變換是一種新的變換編碼方法，它與DCT變換相比，考慮到了視頻信號對不同應用環境的自適應性（不同的清晰度與比特率），可以將基礎圖像層與增強圖像層分離編碼傳輸，用戶可根據實際情況選擇是否打開增強圖像層。但無論用戶選擇是或否，被傳送的視頻信息卻都是一樣的。

二、 基於內容對象的編碼

1、 VO與VOP概念的引入

傳統的視頻編碼方式是將整個視頻信號作為一個內容單體來處理，其本身不可再分割，而這與人類對視覺信息的判別法則，也就是大腦對視神經導入的視覺信號的處理方法是完全不同的。這就決定了我們不可能將一個視頻信息完整的從視頻信號中提取出來，比如：將加有台標和字幕的視頻恢復成無台標、字幕的視頻。解決問題的惟一途徑就是在編碼時就將不同的視頻信息載體--視頻對象VO（Video Objects）區分開，獨立編碼傳送，將圖像序列中的每一幀，看成是由不同的VO加上活動的背景所組成。VO可以是人或物，也可以是計算機生成的2D或3D圖形。VO具有音頻屬性，其屬性賦值可能?quot;有"或者是"無"。但音頻的具體內容數據是獨立於視頻編碼、傳輸的。VO概念的引入，更加符合人腦對視覺信息的處理方式，並使視頻信號的處理方式從數字化進展到智能化。提高了視頻信號的交互性和靈活性，使得更廣泛的視頻應用和更多的內容交互功能成為可能。

現代圖像編碼理論指出，人眼捕獲圖像信息的本質是"輪廓－紋理"，即人眼感興趣的是VO的一些表面特性，如形狀、運動、紋理等。VO的表面往往是不規則的、千變萬化的，但可將其視為一定視角下，n個形狀規則的、具有一定紋理的剖面的組合的連續運動，這些剖面的組合稱為視頻對象面VOP(Video Object Profile)。VOP描述了VO在一定視角條件下的表面特性。VOP的編碼主要由兩部分組成：一個是形狀編碼，另一個是紋理和運動信息編碼。VOP紋理編碼和運動的預測、補償在原理上同MPEG-2基本一致，而形狀編碼技術則是首次應用在圖像編碼領域。

2、新的編碼技術

合成VO的獨立編碼 在以前，2D或3D動畫被看作是視頻的一部分，並一概以視頻的方法來處理。實際上，根據合成VO的合成機理和特性，大部分合成VO都可以用通用的有關圖形文本的多種表達方式來描述。非復雜性合成VO將被視為一種獨立於視頻的數據類型來編碼，並定義了其描述框架、通用的數據流結構和靈活的介面。而復雜性合成VO和自然VO的編碼方法，將採用以下的編碼方法。

基於矩形窗口的VOP分割 考慮到與現有標準的兼容，目前已得到應用的VO編碼技術，比如MPEG4，仍採用了基於矩形窗口的內容分割法。編碼時，首先利用像素特徵統計，將每一個VOP都限定在一個矩形窗口內，稱之為VOP窗口(VOP Window),取窗的原則為：長、寬均為16像素的整數倍（便於對現有標準的兼容和將來的擴展），同時保證VOP窗口中非VOP的宏塊數目最少。目前標准中的視頻幀可認為是一個無VOP的特例，在編碼過程中將形狀編碼模塊屏蔽掉就可以了。在一個VOP窗口內，VOP剖面的形狀也是採用8×8像素的矩形形狀。針對不同的VOP，可以根據不同的應用場合和運動、變化的特點，採用固定的或可變的VOP幀頻（即VOP刷新頻率）。

矩形窗口分割法並不能體現VOP的具體形狀信息。為了確認採用矩形窗口分割法的VOP的形狀信息，就引入了形狀編碼技術。形狀編碼其實並不是什麼新技術，它在計算機圖形學、計算機視覺領域早有應用。而目前的視頻編碼標准中的點陣圖技術其實就是形狀編碼的簡單特例。點陣圖採用矩陣的形式來表示二值（0或1）的形狀信息，具有較高的編碼效率和較低的運算復雜度。VOP的形狀信息有兩類：邊緣信息和灰度信息。邊緣信息用0、1來表示VOP的形狀，0表示非VOP區域，1表示VOP區域。對於包含一定透明度的VOP區域，可以用灰度信息（取值0～255之間）來表示透明程度，其中0表示完全透明，255表示完全不透明。對於模糊邊緣部分，可將其視為灰度信息從周圍已知VOP區域的灰度值向0值的過渡區域，採用內插法確定其形狀信息。

基於小波變換的VOP分割 基於矩形窗口的VOP分割依舊存在"塊效應"問題，而基於小波變換的VOP分割則可以很好的解決這個問題，而且由於這種分割方法的本身就包含了VOP的形狀信息，所以無需另對形狀信息進行判別與編碼。基於小波變換的VOP分割方法是目前最為活躍的視頻編碼課題研究領域，各種演算法不斷的被發表，但基本上可以劃分為兩類方法：

1、利用圖像灰度特徵分割：不同的圖像具有不同的灰度分布，利用小波變換，將圖像變換到小波域，產生各層、各子帶圖像。小波變換後，大部分的能量是集中在低頻子帶圖像上，即大面積的平均灰度區域信息主要在低頻子帶圖像中體現。根據資訊理論的原理，確定多個灰度閾值，可以將具有不同灰度的VOP從低頻子帶圖像中分離。同時再利用高頻子帶圖像以及模糊數學模型，確定每一個VOP的邊緣信息。利用圖像灰度特徵分割的小波變換，是沿掃描方向的單方向變換。

2、利用圖像紋理特徵分割：紋理是一種局部特徵反復出現的結果，它體現了圖像的局部頻域信息。對於一幅數字圖像，進行多方向的小波變換是可行的，比如對一幀畫面進行垂直方向或對角線方向的小波變換。經過多種小波變換後可得到不同方向的各子帶圖像，它們各自蘊涵著不同紋理的局部頻譜信息和紋理走向等信息。對具有相同頻譜特徵的圖像局部進行聚類分析，並根據紋理頻譜和紋理走向確定該聚類的紋理邊緣。根據資訊理論原理和運動估測，將運動矢量具有相關性的聚類二次歸類於不同的對象（即VOP），並影射成不同灰度顯示。多級小波變換的結果最多可線性的影射成0～255灰度級顯示。進行小波變換的方向越多，各方向的夾角越小，圖像分割也就越准確，但計算量也隨之迅速膨脹。根據局域紋理中心頻率的變化自適應地選擇小波變換的級數（幾個方向的變換）和方向，有助於在圖像分割的准確性和計算量之間達到平衡。正如本文前面所述，人眼捕獲圖像信息的本質?quot;輪廓－紋理"，故基於多方向小波變換的提取圖像特徵、分割紋理圖像的方法符合人眼視覺生理的特點，是紋理圖像分析的重要發展方向。

無論是哪一種方法，當得到不同VOP的不同灰度表示之後，通過類似於鍵技術的多通道處理，即可得到多個原始的彩色VOP。目前實驗表明，基於小波變換的圖像分割在邊界上仍有些模糊，但總體效果還是相當滿意的，達到了分割紋理圖像的目的。

VOP運動信息編碼和運動補償 人眼在觀看圖像時，會自動跟蹤人所感興趣的VOP。即人看的不是時間軸上的信息，而是VOP的運動軌跡---光流軸上的信息。光流軸是VOP上的一點在活動圖像上的運動軌跡，它在不同的幀中位於不同的空間位置，其意義在於：VOP自身的各種變化都將映射於光流軸上的一點。光流軸信息的獨立編碼將帶來諸多好處：（1）在編碼時，對於剛性VOP，由於它在運動中不會發生形狀和紋理上的變化，故該VOP只需要完成一次采樣、編碼，而後就只需發出幾個運動矢量指明它的光流軸即可；對於非剛性VOP，只需在發生變化時才需要重新采樣、編碼，這就使得不同的VOP採用不同的VOP幀頻成為可能，將編碼的數據率最低限度的降低。（2）VOP在運動中的各種變化都將"留跡"於光流軸，當在進行運動補償時，比如不同制式之間的轉換或者慢動作的製作，就可以根據光流軸映射信息，採用內插法得出時間軸上某一確定點的VOP狀態，達到無損轉換的目的。（3）在時間軸上，簡單的將一個圖像序列的兩路信號疊加，隨即噪波和圖像的活動部分都得不到增強；若在光流軸上進行信號疊加，活動圖像的降噪問題就得到了簡單解決。

VOP的運動估測是指：分析兩個或更多幀上的VOP，確定光流軸，以判斷下一幀中VOP可能出現的位置。VOP的運動補償是指：根據VOP光流軸的取向和光流軸上VOP自身變化得映射信息，矯正VOP在時間軸上的運動矢量。運動預測和運動補償技術可以去除圖像信息中的時間冗餘成分，VOP的運動信息編碼可視為從像素向任意形狀的VOP的延伸。

紋理編碼 在已得到實際應用的MPEG-4中，VOP的紋理編碼基本上仍採用基於8×8像素塊的DCT方法，有3種模式：幀內編碼模式(I-VOP)、幀間預測編碼模式(P-VOP)和幀間雙向預測編碼模式(B-VOP)。編碼時，對於完全位於VOP內的像素塊，則採用經典的DCT方法；對於完全位於VOP之外的像素塊則不進行編碼；對於部分在VOP內，部分在VOP外的像素塊則首先採用圖像填充技術來獲取VOP之外的像素值，之後再進行DCT編碼。

依據視覺特性的紋理編碼目前仍處於理論研究階段，其目標是：建立常見紋理局部特徵符號集，定義描述紋理分布、走向的多媒體語言。以人臉為例：人臉定義參數（FDP）描述了特定人臉紋理形狀模型與通用人臉模型之間的差別，通過接收到的各種FDP，能把通用的人臉模型變換成由其形狀和紋理確定的特定人臉。人臉動畫參數（FAP）描述了特定的人臉表情與中性表情的變化關系，通過接收到的各種FAP能生成人臉的各種表情以及與聲音同步的嘴唇活動等。這樣的合成編碼不僅可極大地提高編碼效率（可獲得1kbps的超低碼率），而且為製作新的人臉等對象提供了方便。

分級編碼 多媒體的應用場合具有不同的信道帶寬、處理能力、顯示能力及用戶需求，要求在解碼端支持時域、空間及質量的上伸縮性，即分級編碼。分級編碼可以通過視頻對象層VOL(Video Object Layer)的數據結構來實現。每一種分級編碼都至少有2層VOL，低層稱為基本層，高層稱為增強層。空間伸縮性可通過增強層強化基本層的空間解析度來實現，因此在對增強層中的VOP進行解碼之前，必須先對基本層中相應的VOP進行解碼。同樣對於時域伸縮性，可通過增強層來增加視頻序列中某個VO(特別是運動的VO)的幀率，使其與其餘區域相比更為平滑。

三、 新的技術標准--MPEG 4

首次採用VO編碼技術的視頻編碼標準是由MPEG 4。MPEG 4於1999年年初正式成為國際標准(標准號為ISO/IEC 14496)，在1999年12月的後繼版本中增加了可變形、半透明視頻對象及其工具的先進功能，它進一步提高了編碼效率，並與第一版反向兼容。

1、MPEG 4標準的構成

1） DMIF（The Dellivery Multimedia Integration Framework）：多媒體傳送整體框架協議。MPEG-4標准將眾多的多媒體應用集成於一個完整的框架內，旨在為多媒體通信及應用環境提供靈活的演算法及工具，用於實現音視頻數據的有效編碼及更為靈活的存取。它解決了多領域中多媒體應用個性化交互操作的問題。

2） 解碼器：定義了MPEG-4系統特殊的解碼模式（SDM），要求特殊的緩沖區和實時模式。

3） 音頻編碼：支持自然聲音和合成聲音，支持音頻的對象特徵。

4） 視頻編碼：支持自然和合成的視覺對象，合成的視覺對象包括2D、3D動畫和人面部表情動畫等。

5） 場景描述BIFS（Binary Format for Scene description）：關於一組VO的時空結構關系的參數信息，主要描述了各VO在一具體背景下的相互關系與同步等問題，以及VO及其背景的知識產權保護等問題。BIFS與VO對象特徵信息的編碼、傳輸是相對獨立的。場景描述信息編碼及其的獨立傳輸是實現用戶端編輯操作的關鍵：在解碼之後和場景合成之前，用戶可以通過對BIFS參數的重新設置來對VO 進行多種編輯操作，如增減、縮放、平移，甚至一些特技效果。

下面的表格反映了MPEG體系的部分技術指標。MPEG-4是高比率有損壓縮（比如將一個9 GB的DVD視頻壓縮拷貝到只有700MB空間的CD-ROM上），其圖像質量始終無法與MPEG-2相比。當MPEG-4與MPEG-2的碼率輸出相同時，其質量仍稍遜於MPEG-2。同時，MPEG 4對硬體的要求也較高。事實上，我們注意到MPEG-4在保證令人滿意的圖像質量的情況下，更注重較低的數據率和靈活的交互功能。

2、MPEG 4編碼器

MPEG 4編碼簡化原理圖如圖一。

對於輸入視頻序列，通過分析確認n個視覺目的對象為編碼對象，將其認定為n個VO（n=1,2,3…），對每一個VO編碼後形成這個VO的VOP數據流。VOP的編碼包括對運動(採用運動預測方法)及形狀、紋理(採用變換編碼方法)的編碼。由於VOP具有任意形狀，因此要求編碼方案可以處理形狀(Shape)和透明(Transparency)信息，這就是與只能處理矩形幀序列的現有視頻編碼標準的根本區別。在MPEG-4中，矩形幀被認為是VOP的一個特例，這時編碼系統不用處理形狀信息，退化為類似於MPEG-1、MPEG-2的傳統編碼系統，同時也實現了與現有標準的兼容。除去VO的其餘圖像部分--背景，仍採用傳統的矩形DCT變換編碼；VO場景描述信息（VO自身信息，如VO對象的知識產權、和VO間的位置、邏輯關系等）也要進行編碼，最後和VOP流、背景一起送入MPEG 4幀復合器，生成MPEG 4流輸出。

需指出的是：在VO分割後，每一個VO都需要一個VOP編碼通道，在圖一中只畫出了一個。多個VOP幀發生器的輸出在MPEG 4幀復合器中可實現靈活地多路復用編碼或同步並行傳輸編碼，以適應各種傳輸環境和要求。MPEG 4解碼是以上編碼過程的逆過程。可以看出，獨立於背景的VO編碼可以實現接收端的用戶對VO對象進行選擇性地操作。

3、MPEG 4視頻編碼功能與特點

MPEG 4標準的制定有兩個目標：低比特率的多媒體通信和多工業的多媒體通信的綜合。即MPEG-4遵循靈活的編碼工具框架體系，設計了一個開放的編碼系統，對於不同的應用採用不同的編碼演算法，以達到低比特率通信的目標。MPEG-4解碼器是可編程的，相應的解碼信息可與內容本身一起傳輸下載。與現有的MPEG-1和MPEG-2視頻壓縮相比，MPEG-4視頻有一些重要的改進：

1）基於內容的交互功能: MPEG-4提供了全新的交互方式，根據製作者的具體自由度設計，在有限的時間內可實現對多媒體VO的時域隨機存取（從不同的源獲取內容或向不同的源發送內容）、快速搜索、改變場景的視角、改變場景中物體的位置、大小和形狀，或對該對象進行置換甚至清除。

2）支持自然及合成信息的混合編碼（NHC：Synthetic and Natural Hybrid Coding）：MPEG-4支持合成信息的編碼，可對合成的VO及其活動信息進行參數化描述。對於頻繁出現的視覺對象則分別定義了它們的紋理形狀和動畫參數。

3）高效編碼：包括視頻VO數據的高效編碼和多個並發數據的有效同步編碼。

4）基於內容的伸縮性：是指分級編碼後，紋理、圖像和視頻基於內容的伸縮性，視頻序列中時域、空間及質量的伸縮性，表現為時域實時或非實時、數據率大小及重建的圖像質量上。

5）可變的最終輸出：不同的碼率意味著支持不同的功能集。功能集的底層是VLBV核心(VLBV：Very Low Bit Rate Video)，它為最低達5-64kbits/s視頻操作與應用提供演算法與工具，支持較低的空間解析度(低於352×288像素)和較低的幀頻(低於15Hz)。VLBV核心功能包括：矩形圖像序列的有效編碼、多媒體資料庫的搜索和隨機存取。MPEG-4的HBV(HBV: High Bit Rate Video,范圍在64kbits/s-4Mbits/s之間)同樣支持上述功能，但它同時還支持較高的空間與時間解析度。其輸入可以是ITU-R 601的標准信號，因此其典型應用為數字電視廣播與互動式檢索。

與MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4的特點是其更適於互動式AV服務以及遠程監控。MPEG-4是第一個允許用戶端操作的的視頻編碼標准。MPEG 4的特點非常適合於互聯網上的互動式影視服務：可適應各種應用終端的物理網路環境，可實現對視音頻內容的交互操作，具有下載解碼能力（在一定的硬體基礎上，可下載解碼工具，對不同編碼方式的內容進行解碼處理）。MPEG-4的設計目標還有更廣的適應性和可擴展性：網際網路多媒體應用、互動式視頻游戲、實時可視通信、互動式存儲媒體應用、廣播電視、演播室技術及電視後期製作、多媒體內容存儲和檢索、採用面部動畫技術的虛擬會議、多媒體郵件、移動通信條件下的多媒體應用、可視化合作實驗室場景應用、遠程視頻監控、通過ATM網路等進行的遠程資料庫業務等等。

從矩形幀到VOP，MPEG-4順應了現代圖像壓縮編碼的發展潮流，即從基於DCT的傳統編碼向基於對象和內容的現代編碼的轉變。從這個意義上講，MPEG-4視頻編碼技術翻開了圖像編碼史上嶄新的一頁。

四、 MPEG 4視頻產品

在2001 NAB會展上，多家公司推出了他們的MPEG 4產品。Amnis公司推出了基於IP平台的MPEG4視頻流技術，展示了可以重放MPEG1, MPEG2和MPEG4的桌面軟體。Envivo 公司陳列了他們的應用於IP網路或MPEG2節目數據廣播的MPEG4端到端解決方案。該方案是純軟體的，支持視頻、音頻和合成的2D動畫的MPEG4方式編碼，以及對MPEG 4文件的版權保護。Optibase公司推出的MGW系列是一個插件式的多通道流伺服器系列，可插入不同的編碼模塊以適應不同的需求，其中MGW 4000是支持MPEG4（兼容MPEG1和MPEG2）的流伺服器。Optibase還推出了支持多媒體和交互MPEG4流的IP實時編碼、分配平台。最後，Optibase展示了從MPEG 1到MPEG 4的實時轉碼技術。Philips 提供了一個從製作到重放的、端到端的網上MPEG-4解決方案：包括互動內容編輯器（支持網上MPEG-4視頻流的搜索、剪輯和編輯）、實時軟體MPEG-4編碼器（甚至支持簡單視頻和AAC音頻的無線編碼）、通用多點分配IP平台和解碼軟體（WebCine' player支持Win95,Win2000和NT操作系統；WinCE用於手提電腦；Trimedia是一個網上廣播機頂盒）。SUN 公司也推出了他們的通用MPEG-4流伺服器。

微軟在它現在的WIN98和WIN2000操作系統中也已加入了一個MPEG-4的播放器，叫做Divx。它可以回放仍是以.AVI為後綴的MPEG 4文件。Divx可以附加到MPEG-4的數據流中，並可以進行設置以適應不同的使用要求。Divx視頻編碼技術是由 Microsoft MPEG4 V3 修改而來，使用MPEG 4壓縮演算法，打破了ASF的種種協定。但MPEG4畢竟是一種高比率有損壓縮，其圖象質量始終無法和 DVD 的 MPEG2 相比，即便是在MPEG4碼率和DVD碼率差不多時，總體效果還是有距離（在雜亂的細節上稍有模糊）。所以目前的MPEG4 只能面向於娛樂和欣賞方面的市場。
市場上的第一張DIVX-MPEG4格式的影碟《活火熔城》，長98分鍾，採用512×288 16:9格式，幀頻24幀/秒，64KB立體聲音頻。影片由720×480 16:9 30幀/秒的MPEG2制式轉刻，刻在單張CD碟片上。

六、結 尾

在最後結束本文的時候，作者還想說一些與本文有關的闡述文字。由於工程實現與商機、市場的原因，我們所獲得的工程技術成果經常是落後於科學家已經得心應手、並能信手拈來的實際的最前沿科技成果。MPEG-4標准即是多因素集合作用的結果，如果不考慮對已有產品的兼容，它還可以做得更好。

VOP編碼方式是視頻信號處理技術從數字化進入智能化得初探。另外，已VOP技術為依託，也使得模式識別技術從對符號的識別進入到對圖形識別的更新的領域。資料表明，此類研究已經更進一步的逼近人腦對視覺信息的處理方式。人類永遠不停的在揭示自然界無窮奧妙的同時，也更深入的探索人類自身。

7. 當前量子計算技術前沿是什麼水平

量子通信技術迅速成名 對相關產業鏈有何影響
一直以來，人們關於通信技術的了解知之甚少。一方面是由於知識的欠缺，另一方面是通信技術的發展似乎和我們的生活沒有直接的利益關系。據悉，日前歐洲物理學會新聞網站「物理世界」公布了2015年度國際物理學領域的十項重大突破，我國的「多自由度量子隱形傳態」列於榜首。那量子通信到底是什麼呢？

量子通信技術迅速成名 對相關產業鏈有何影響
12月11日，據新華網消息，歐洲物理學會新聞網站「物理世界」公布了2015年度國際物理學領域的十項重大突破，中國科學技術大學教授潘建偉、陸朝陽等完成的科研成果「多自由度量子隱形傳態」入選並名列榜首。量子通信產業鏈的相關個股在周五漲勢居前。
周末，機構也沒有閑著，不斷拋出研報，曾經提出TMT熱門概念VR的安信證券再次發文表示，「哪怕錯過VR，不要錯過量子通信。」
量子通信技術一夜成名
關於量子通信技術，《每日經濟新聞》記者隨手一翻，發現其來歷還真不小!
近日，谷歌和美國國家航空和宇航局宣布，通過測試，他們發現D-Wave量子計算機的運行速度已經達到普通計算機晶元裝置的1億倍。
在此概念的引領下，此次主推量子通信的又是安信證券!不得不說，上一個TMT熱門概念VR正是安信證券的「得意之作」，尤其是安信證券研究中心總經理趙曉光，可謂是「A股虛擬現實挖掘第一人」。
今年11月7日，在每日經濟新聞主辦的第四屆中國上市公司領袖峰會上，作為「行業成長論壇」演講嘉賓的趙曉光一語道破天機：智能手機的大浪潮已經結束，包括虛擬現實在內的三大行業成為其心中最好的投資方向。話音剛落，水晶光電從24.5元漲到35.27元;利達光電從26元漲到40.37元;福晶科技從17元漲到22.17元。
年末行情紛繁復雜，如市場之前猛炒的VR暫時熄火，量子通信會不會接棒值得關注。對於投資者而言，如果這時候有好「聲音」可以提供靠譜的前瞻觀點把握行情那是再好不過。公眾號「每經投資寶」的張道達投資手記正是如此。就在今年6月急跌前，張道達已持續一個月看空股市;11月27日早晨，張道達提示「警惕黑色星期五」，當日大盤大跌兩百點。現在，只要您關注微信公眾號「每經投資寶」，每晚9點可提前閱讀張道達先生的最新觀點。
量子通信到底是什麼
據了解，量子信息是量子物理與信息技術相結合發展起來的新學科，主要包括量子通信和量子計算2個領域。量子通信主要研究量子密碼、量子隱形傳態、遠距離量子通信的技術等等;量子計算主要研究量子計算機和適合於量子計算機的量子演算法。谷歌對外的宣布與量子計算有關，而「物理世界」涉及的科研成果則與量子通信有關。量子計算，就是一種依照量子力學理論進行的新型計算，量子計算的基礎和原理以及重要量子演算法，為在計算速度上超越圖靈機模型提供了可能。
關於量子通信，這是國家信息安全的「終極武器」，該技術作為一種絕對安全的通信方式，可以從根本上解決國防、金融、政務、商業等領域的信息安全問題。
安信證券表示，量子通信產業化應用在即，目前確切來說是量子保密通信方案+應用已經具備產業化條件。
由於量子通信具有超高安全、超大容量、超遠距離保密通信、傳輸系統幾乎無法破譯等特點，世界各國都對此充滿期待。而中國科學技術大學的研究成果，則讓我國走在了該項技術的前沿。
潘建偉在報告中提到，目前在中科院的支持下，執行一個量子科學衛星的先導專項。現在正在進行研製，這顆衛星將於2016年上半年發射，在國際上率先實現高速的星地量子通信。這樣的話，用光纖來做城域網，用衛星來做廣域網，就可以構建天地一體化的廣域量子通信網路。
潘建偉表示，「在信息科學方面，有信息安全的瓶頸。比如說晶元可以有後門，在光纖當中也可以對光路進行無感竊聽，對伺服器也可以進行竊聽。世界上存在著各種各樣的竊聽和黑客攻擊模式，人們一直在尋求一種在原理上可以無條件安全的通信模式。網路犯罪每年給全球帶來數千億美元的經濟損失，這是美國戰略和國際問題研究中心的評估，更不用講在國防安全和其他方面的重要性了。」
券商趕工急推量子通信
值得一提的是，在突發消息面前，券商首先亢奮，周末也不休息了，加班搞研究。
據《每日經濟新聞》記者了解，前述安信證券就是亢奮的券商之一，在周五率先搞出一份研報《量子通信：國家信息安全的「終極武器」》，之後又有《哪怕錯過了VR不要錯過量子通信》，熱情可見一斑。
國泰君安通信宋嘉吉團隊也沒閑著，《「掀起你的蓋頭來」——揭秘量子通信》的電話會議也在周日晚間開啟，特邀嘉賓為上海交通大學信息技術研究院教授石劍虹博士。
國金策略李立峰也發文表示，「量子通信」成為周末市場討論最多的主題。

8. 資訊理論的創始人是誰

香農

香農被稱為是「資訊理論之父」。人們通常將香農於1948年10月發表於《貝爾系統技術學報》上的論文《通信的數學理論》作為現代資訊理論研究的開端。這一文章部分基於哈里·奈奎斯特和拉爾夫·哈特利先前的成果。在該文中，香農給出了信息熵（以下簡稱為「熵」）的定義：

(8)演算法資訊理論前沿擴展閱讀：

資訊理論將信息的傳遞作為一種統計現象來考慮，給出了估算通信信道容量的方法。信息傳輸和信息壓縮是資訊理論研究中的兩大領域。這兩個方面又由信道編碼定理、信源－信道隔離定理相互聯系。

資訊理論的基本內容的應用包括無損數據壓縮（如ZIP文件）、有損數據壓縮（如MP3和JPEG）、信道編碼（如數字用戶線路（DSL））。這個領域處在數學、統計學、計算機科學、物理學、神經科學和電機工程學的交叉點上。

資訊理論對航海家深空探測任務的成敗、光碟的發明、手機的可行性、互聯網的發展、語言學和人類感知的研究、對黑洞的了解，以及許多其他領域都影響深遠。資訊理論的重要子領域有信源編碼、信道編碼、演算法復雜性理論、演算法資訊理論、資訊理論安全性和信息度量等。