信源编码的研究背景及意义论文

中国信息技术发展的现状和创新 编者按在中国工程院第八次院士大会举行的学术报告会上，中国工程院院士和中国工程院外籍院士先后作了学术报告。围绕世界工程科技发展的前沿开展学术交流活动是中国工程院的一项重要工作。通过学术交流，可以促进我国广大科技人员迅速把握当前世界的工程科技现状及水平，推动我国工程科技的进步和发展。今天，我们选登中国工程院副院长邬贺铨的报告《中国信息技术发展的现状和创新》，同时，我们还摘登了三位新当选中国工程院外籍院士的报告：美国国家工程院院长威廉•沃尔夫的报告《21世纪国际工程面临的挑战》、英国皇家工程院院长亚历克•布鲁斯的报告《培养未来技术专家的大学课程》和日本北里大学教授大村智的报告《来自微观世界的神奇礼物———阿维菌素》。 进入新世纪，世界上创新型国家几乎都将发展信息技术作为国家战略重点。随着信息技术的迅速发展和应用的普及，信息产业已成为我国的支柱产业，其规模已居世界第二位，但产业大而不强，需尽快改变我国信息产业核心技术受控于人的局面。以建设创新型国家为目标，我国把掌握装备制造业和信息产业核心技术的自主知识产权作为提高国家竞争力的突破口。虽然我国信息技术的总体水平与国际先进水平仍有不少差距，但近年来我国在一些有较大影响的关键信息技术领域有了可喜的突破。本报告分别就先进集成电路芯片与光电子器件、高性能计算机与软件、下一代互联网与信息安全、第三代移动通信与无线通信、数字电视与音视频编码，信息技术在产业中应用等六方面介绍中国在这些领域取得的进展和创新。 在微电子技术方面，几十年来其发展一直遵循摩尔定律，即集成度平均每18个月翻一番，30年时间内尺寸减小1000倍，性能提高1万倍。由于CMOS（金属氧化物半导体）的技术极限被不断突破，在可预见的十多年内，摩尔定律仍将持续起作用。我国经济长时间高速发展，使中国成为全球第二大集成电路（IC）市场，但目前国内市场自给率不到25%%，尤其是在代表IC水平的计算机中央处理器（CPU）方面，国内的技术差距就更大。近年来我国微电子取得关键技术的突破，成功开发出863众志、龙芯等CPU。可喜的是以64位通用高性能CPU为代表，以龙芯（Goodson）为例，相同主频下Goodson-2的性能已经明显超过PII，Goodson-2E则相当于P4水平，但在自主产权的核心技术方面仍然落后国际先进水平几年。目前，微电子技术进入纳米尺寸和System-on-Chip时代，CPU时钟进入GHz。中国具有较强整机系统设计能力，SOC时代的到来是我国IC产业跨越发展的机遇。 我国在光电子技术方面也有所突破，在国际上独立提出并实现了优于现有其它结构性能的40Gb/sDFB+EA（带电吸收的分布反馈激光器）和SOA+EA（带电吸收的半导体光放大器）。研制出国际领先的可调谐长波长探测器，包括Si基和GaAs基垂直腔RCE（共振腔增强型）和WDM（波分复用）光纤通信系统用的OMITMiC（一镜斜置三镜腔）探测器。在全固态激光器技术方面，我国在国际上首次研制成功具有自主知识产权的深紫外六倍频全固态激光器和宽调谐全固态激光器。 计算机模型/仿真与理论研究和实验并列为分析复杂系统的三大支柱，高性能计算越来越受到重视。其技术发展呈现四大趋势，大量采用商业现货供应（COTS）技术同时发展定制技术，高性能计算机与网格计算共存，从“高性能”走向“高效能”，从高性能计算（HPC）走向高性能服务（HPS）。目前代表国际水平的是2005年IBM研制的367万亿次/秒大规模并行机“蓝色基因”。我国近年来在高端计算机的研制方面取得了较好的成绩，出现了神威、银河、曙光、深腾等知名产品。在全球超级计算机TOP500的排名中，2004年曙光4000A排名第10，中国成为继美国、日本之后第三个能制造和应用十万亿次级商用高性能计算机的国家。 随着计算机的发展，软件变得越来越复杂，如果说在1971年软件为10万行代码，2001年为700万行，软件的高可信已成为新环境下软件系统开发和运行的关键和着眼点。2002年全球软件产业为7000亿美元，中国仅占，在中国市场的系统软件中，国外品牌占。这一状况目前有所改变，中文处理软件保持国际领先，我们自行开发了服务器操作系统，实现了桌面Linux操作系统的基本功能，国产Office办公软件产品取得进步，但应用软件的开发和移植不足。今后电子政务的推开和开放源代码将为我国软件发展带来前所未有的机遇。 互联网从数据业务进入到承载如电话等实时业务，面对业务质量保证（QOS）和可扩展性、安全性等挑战，传统电信网也承受来自宽带业务的压力，网络技术处在换代的前夜。在最近几年，下一代互联网（NGI）和下一代网（NGN）成为网络发展的热点。中国也开展了NGI和NGN的研究和试验，其中最重要的是CNGI项目（中国下一代互联网示范工程），该项目已建成目前世界上最大规模的IPv6试验网。与国外进行的NGI试验不同，由于我国电信运营商的积极参与，CN鄄GI重视支持QOS的体系和技术的研究;在意对无线和移动业务的支持;以走向商业应用为目标关注网络和业务的可控可管。CNGI项目在国际上第一次提出鼓励开展旨在促进NGI与NGN在技术发展方向上协调的研究试验，开发支持NGI并有可能向NGN发展的网络软、硬件和应用，CNGI在探索NGI与NGN融合之路。 随着社会和经济发展及人们生活对网络的依赖越来越大，信息安全的重要性和紧迫性日益突出，密码理论、密码算法、安全协议、网络安全和信息隐藏等技术发展很快。我国专家在这些方面取得了一些创新成果。如被国际同行称之为“肖-Massey定理”的相关免疫布尔函数的频谱特征。又如环导出二元伪随机序列，揭示了密码设计一类新的非线性资源的密码学性质。我国学者提出了一种新的分析Hash函数的方法———比特跟踪方法，在国际上产生了重大影响。在国内电子政务市场，国产PKI系统已占主流。 中国有用户规模全球最大的移动通信网，目前普及率也仅是世界平均水平，还有很大的发展空间。但现有网上使用的移动通信设备和终端的关键技术基本依赖国外。第三代移动通信（3G）时代的到来给我们提供了难得的机会，由中国提议并得到国际电信联盟（ITU）和3G标准化组织3GPP通过的TD-SCDMA（时分—同步码分多址）成为国际3G三大主流标准之一，它采用时分双工（TDD）模式和有自主知识产权的智能天线技术，目前正在进行的规模应用技术试验已表明，其频谱效率优于采用频分双工（FDD）的另外两个3G标准（WCDMA和CD鄄MA2000）。 互联网和移动通信的普及应用推动了无线技术的发展，从无线局域网（WLAN）扩展到无线城域网（WMAN），而WLAN/WMAN应用的一个值得关注的问题是认证与安全。我国提出的WAPI（无线局域网鉴别和保密基础结构）标准较好地解决了这一问题，性能上优于国际标准。此外，我国提出的SCDMA技术以其优良的性能价格比领先于其他无线接入技术，成为我国农村“村通工程”的首选方式。 在新世纪，广播电视数字化兴起，有线电视、卫星电视和地面无线广播电视的数字化都发展很快，有线数字电视的另一个发展趋势是利用IP技术的IPTV，数字电视地面无线广播技术新的应用领域是手机电视。我国数字电视地面无线广播系统技术研究较早，提出了多种方案，其中采用伪随机序列（PN）的时域同步频域处理技术等构成了基础性发明专利，所实现的性能优于按照ITU已有的三项国际标准实现的系统。不仅在信道处理技术上而且在信源编码技术上我国也有可喜的创新，我国发布了AVS音视频编码标准，它的压缩效率与国际标准MPEG4/AVC相当，但复杂度低，AVS的部分技术已被吸纳进相应的国际标准。 在信息技术的应用方面，我国在CIMS（计算机集成制造系统）技术的推广获得了国际大学奖和企业奖，农业信息化示范系统及其应用获得了联合国的奖励。我国开发了“用于测量与控制系统的EPA系统结构和通信规范”，被列入国际标准，标志着我国在工业自动化的现场总线领域有了国际认可的核心技术。信息技术在产业的应用能够渗透到从设备控制、过程管理、生产制造到企业资源优化和决策支撑的各个环节，有很大的开发和应用空间，在这方面，鞍钢是一个应用信息技术改造老企业提高市场竞争力的很好的例子。 作为近代科技革命重要标志的信息技术发展方兴未艾，正在渗透到社会、经济和人们生活的方方面面，信息技术成为新一轮竞争的重要手段，信息化对我国来说也是难得的机遇，正视在信息科学和技术方面的差距，加大自主创新力度，大力发展信息产业并重视推动信息技术在产业的应用，进一步提高我国的国际竞争力。