实训二信源编码与信道编码
一．实验目的。
1.掌握A律13折线的编码方法。
2.理解信道编码的作用。
3.理解量化技术、量化方法与量化信噪比的关系。
4.理解非均匀量化的优点。
二．实验内容。
1.对抽样信号进行均匀量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真获得量化误差与量化信噪比。
2.对抽样信号进行A律压缩、均匀量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真获得量化误差与量化信噪比。
三．实验结果。
1.对抽样信号进行均匀量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真获得量化误差与量化信噪比。
（1）以1000kHz频率对x(t)=sin(2πt)采样并进行8级均匀量化。绘出原正弦信
（2）以32kHz的抽样频率对x(t)抽样并进行8级均匀量化。绘制出正弦波波形、
（4）在编码位数为8和12时采用均匀量化，在输入信号衰减为0～50dB时，以均匀间隔5dB仿真得到均匀量化的量化信噪比，绘出量化信噪比随信号衰减变化的
（1）绘出压缩前后的信号波形图、样值图、量化后的样值图（对应的m文件为ACompand.m）。
t(s)
2012210178 黄亮平
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91
t(s)
（2）在编码位数为8和12时均匀量化、编码位数为8时A律压扩量化，在输入信号衰减为0～50dB时，以均匀间隔5dB仿真得到量化信噪比，绘出量化信噪比随信号衰减变化的图形。另外绘出8和12位编码时采用均匀量化的理论量化信噪比曲线进行比较。注意，输入信号减小时，量化范围不变；抽样频率为2000Hz（对应的m文件为SNR_Triways.m）。
四．实验中遇到的问题
（1）编程比较均匀量化与A律压缩量化的误码率曲线时，思路不够清晰，没有很好将理论知识消化吸收。
（2）计算信噪比与编码位数关系或者信噪比与三种不同量化方式比较时，需要用到for语句与if语句的循环嵌套，但是仿真时不能将这两种语句融会贯通，所以编程过程中自己还是很纠结的。
（3）均匀量化时选择quantiz函数中的量化区间、离散区间中值时要根据量化级数、区间长度与量化间隔来确定，逻辑有点混乱。
青岛农业大学 本科生课程论文 论文题目联合信源信道编码的原理及其在通信中的应用学生专业班级信息与计算科学09级1班 学生姓名（学号）董晨晨（20093991） 指导教师吴慧 完成时间 2012年6月27日 2012 年 6 月 27 日
课程论文任务书 学生姓名董晨晨指导教师吴慧 论文题目联合信源信道编码的原理及其在通信中的应用 论文内容（需明确列出研究的问题）：由于通信的根本目的是将消息有效而可靠地从信源传到信宿，信源编码的目的在于提高系统的有效性，信道编码理论核心是提高系统的可靠性，因此在编码时应在一定的传信率条件下，通过有规律的增加冗余度保证信息以尽可能小的差错概率从信源传到信宿，并且充分利用系统资源。基于这种情况下，提出了信源信道联合编码，可以跟随信道的变化充分利用通信系统的资源，达到最好的端对端的通信效果。本文主要研究了以下几个方面的问题：（1）信源信道联合编码的原理；（2）信源信道联合编码的研究方向；（3）信源信道联合编码的关键技术；（4）联合编码在通信系统方面的应用。 资料、数据、技术水平等方面的要求：通过书籍报刊杂志、网络等各种渠道广泛搜集资料，充分利用现有文献，借鉴他人的学术成果，做到了资料翔实，数据准确，引用规范，论证充分。论文符合一般学术论文的写作规范，具备学术性、科学性和一定的创造性。文字流畅、语言准确、要点清楚，有独立的观点和见解。内容理论联系实际，计算数据准确，涉及到他人的观点、统计数据或计算公式标明出处，结论写的概括简短。 发出任务书日期2012.6.20完成论文日期2012.6.27 教研室意见（签字） 院长意见（签字）
课程论文成绩评定表
信源编码的基本原理及其应用 课程名称通信原理Ⅱ 专业通信工程 班级******* 学号****** 学生姓名***** 论文成绩 指导教师***** ******
信源编码的基本原理及其应用 信息论的理论定义是由当代伟大的数学家美国贝尔实验室杰出的科学家香农在他1948 年的著名论文《通信的数学理论》所定义的，它为信息论奠定了理论基础。后来其他科学家，如哈特莱、维纳、朗格等人又对信息理论作出了更加深入的探讨。使得信息论到现在形成了一套比较完整的理论体系。 信息通过信道传输到信宿的过程即为通信，通信中的基本问题是如何快速、准确地传送信息。要做到既不失真又快速地通信，需要解决两个问题：一是不失真或允许一定的失真条件下，如何提高信息传输速度（如何用尽可能少的符号来传送信源信息）；二是在信道受到干扰的情况下，如何增加信号的抗干扰能力，同时又使得信息传输率最大（如何尽可能地提高信息传输的可靠性）。这样就对信源的编码有了要求，如何通过对信源的编码来实现呢？ 通常对于一个数字通信系统而言，信源编码位于从信源到信宿的整个传输链路中的第一个环节，其基本目地就是压缩信源产生的冗余信息，降低传递这些不必要的信息的开销，从而提高整个传输链路的有效性。在这个过程中，对冗余信息的界定和处理是信源编码的核心问题，那么首先需要对这些冗余信息的来源进行分析，接下来才能够根据这些冗余信息的不同特点设计和采取相应的压缩处理技术进行高效的信源编码。简言之，信息的冗余来自两个主要的方面：首先是信源的相关性和记忆性。这类降低信源相关性和记忆性编码的典型例子有预测编码、变换编码等；其次是信宿对信源失真具有一定的容忍程度。这类编码的直接应用有很大一部分是在对模拟信源的量化上，或连续信源的限失真编码。可以把信源编码看成是在有效性和传递性的信息完整性（质量）之间的一种折中有段。 信源编码的基本原理： 信息论的创始人香农将信源输出的平均信息量定义为单消息（符号）离散信源的信息熵： 香农称信源输出的一个符号所含的平均信息量为 为信源的信息熵。 通信原理中对信源研究的内容包括3个方面： (1)信源的建模 信源输出信号的数学描述已有成熟的理论——随机过程，一般的随机过程理∑=-=L i i i x p x p x H 12) (log )()()(x H
数字通信中的信源编码和信道编码 摘要：如今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。本论文根据当今现代通信技术的发展，对信源编码和信道编码进行了概述性的介绍. 关键词：数字通信；通信系统；信源编码；信道编码 Abstract：Now it is an information society. In the all of information technologies, transmission and communication of information take an important effect. For the transmission of information, Digital communication has been an important means. In this thesis we will present an overview of source coding and channel coding depending on the development of today’s communica tion technologies. Key Words：digital communication; communication system; source coding; channel coding 1.前言 通常所谓的“编码”包括信源编码和信道编码。编码是数字通信的必要手段。使用数字信号进行传输有许多优点, 如不易受噪声干扰, 容易进行各种复杂处理, 便于存贮, 易集成化等。编码的目的就是为了优化通信系统。一般通信系统的性能指标主要是有效性和可靠性。所谓优化，就是使这些指标达到最佳。除了经济性外，这些指标正是信息论研究的对象。按照不同的编码目的，编码可主要分为信源编码和信道编码。在本文中对此做一个简单的介绍。 2.数字通信系统 通信的任务是由一整套技术设备和传输媒介所构成的总体——通信系统来完成的。电子通信根据信道上传输信号的种类可分为模拟通信和数字通信。最简单的数字通信系统模型由信源、信道和信宿三个基本部分组成。实际的数字通信系统模型要比简单的数字通信系统模型复杂得多。数字通信系统设备多种多样，综合各种数字通信系统，其构成如图2-l所示。 图2-1 数字通信系统模型 信源编码是以提高通信有效性为目的的编码。通常通过压缩信源的冗余度来实现。采用的一般方法是压缩每个信源符号的平均比特数或信源的码率。 信道，通俗地说是指以传输媒质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。 信道编码是以提高信息传输的可靠性为目的的编码。通常通过增加信源的冗余度来实现。采用的一般方法是增大码率或带宽。与信源编码正好相反。在计算机科学领域，信道编
Joint Source-Channel Decoding of Huffman Codes with LDPC Codes Zhonghui Mei and Lenan Wu Abstract In this paper, we present a joint source-channel decoding algorithm (JSCD) for LDPC codes by exploiting the redundancy of the Huffman coded sources.When the number of Huffman codes increases, just a moderate complexity is added for our algorithm by increasing the size of the lookup table, which is used to estimate the information bit probability based on the source redundancy. Key words － LDPC, Variable length codes (VLC), Huffman code, sum-product algorithm (SPA), joint source-channel decoding (JSCD) I. INTRODUCTION Recently in [1]-[4] several joint source-channel decoding algorithms for variable length codes (VLC) have been proposed. All of these algorithms consider the overall sequence of variable length codeword to exploit the source redundancy. The drawback is that the symbols have to be synchronized in order to limit error propagating. Furthermore, when the number of VLC increases, the decoding complexity of these algorithms explodes. In this paper we present a JSCD algorithm for LDPC codes in combination with Huffman coded sources. The error correcting property of our JSCD algorithm mainly depends on channel codes rather than source redundancy. In order to exploit the source redundancy, we estimate the information bit probability with just some corresponding bits before it, which simplifies the decoding algorithm significantly. The rest of the paper is organized as follows. Section II presents the Huffman coded source model. The JSCD algorithm for LDPC codes is described in section III. Section IV provides the simulation results. Section V concludes this paper. II. HUFFNAN CODED SOURCE MODEL Let denotes a sequence of information bits coded by VLC (e.g. a Huffman code). In [1], [3] and [4], they consider the overall sequence and express the source redundancy with . In order to compute , [3] and [4] design a trellis to illustrate statistics of the source sequence. When the number of the trellis states increases, the computational complexity of will rise explosively. ],......,,,[321n s s s s S =),......,,,()(21n s s s s p S p =)(S p )(S p In this paper, we make use of the source redundancy with , as is illustrated in Fig.1 and table 1. k is chose to be larger than the maximum length of Huffman codes. When the number of VLC increases, we only need to expand the lookup table. In addition, for we just estimate one bit probability with a small part bit of the information sequence every time, the error propagation phenomenon has been avoided successfully. ]),......,,[|(11?+??i k i k i i s s s s p
信源编码与信道编码解析 摘要：衡量一个通信系统性能优劣的基本因素是有效性和可靠性，有效性是指信道传输信息的速度快慢，可靠性是指信道传输信息的准确程度。在数字通信系统中，信源编码是为了提高有效性，信道编码是为了提高可靠性，而在一个通信系统中，有效性和可靠性是互相矛盾的，也是可以互换的。我们可以用降低有效性的办法提高可靠性，也可以用用降低可靠性的办法提高有效性。本文对信源编码和信道编码的概念，作用，编码方式和类型进行了解析,以便于更好的理解数字通信系统的各个环节。 关键字：信源编码信道编码 Abstract: the measure of a communication system the basic factor is quality performance efficiency and reliability, effectiveness refers to channel to transfer information machine speed, reliability is to point to the accuracy of the information transmission channel. In digital communication system, the source coding is in order to improve the effectiveness, channel coding is in order to improve the reliability, and in a communication system, effectiveness and reliability is contradictory, is also can be interchanged. We can use to reduce the availability of improving the reliability, also can use to improve the effectiveness of reduces reliability. In this paper, the source coding and channel coding concept, function, coding mode and the types of analysis, in order to better understand all aspects of digital communication systems. Key words: the source coding channel coding 中图分类号：TN911.21 文献标识码：A 文章编号： 1引言 数字通信系统： 信源是把消息转化成电信号的设备，例如话筒、键盘、磁带等。 信源编码的基本部分是压缩编码。它用于减小数字信号的冗余度，提高数字信号的有效性，如果是模拟信源，则它还包括数模转换功能，在某些系统中，信源编码还包括加密功能。
信息，例如霍夫曼编码。它相对简单，是 本章的重点。 信息有一定的差别，例如JPEG 、MPEG ■无失真信源编码：解码之后可以得到原始 jlll ■有失真信源编码：解码之后的信息与原始 jlll
■其中X 称为码符号集，X 中的元素“称为码元或者 码符 号。输岀符号叱?称为码字，植字的集合C 称 为代码组或者码。码字比?的长度厶称为码字长度, 简称码长。 ■要实现无失真编码，编码器的映射必须是一一对 应、可 逆的。 码的分类 5.1编码器 编码器 C=(W1,W2,…,W 几 ■信源编码器表示为: X=(QK2,…对 ■例如: S=(ACD) r A B C D C=(OOJOJl)r 00,01,10,11 r X=(o ，l) S=(A ，CQ) AB C D C=(0,001,lip * 0,01,001,111 X=(0J)
■根据码长 □固定长度码（定长码）：所有码字的长度相同。 □可变长度码（变长码）：码字长短不一。 ■码字是否相同 □非奇异码：所有码字都不相同。 □奇异码：存在相同的码字。
5.2分组码 ■象稱蛊轟凋11映射 ■通常在接收端收到的码字之间并没有明显的间隔, 表现为皿叫…巴的形式，把这种形式称为g阶扩展码。例如前面的两个例子，ACD编码成另 001011/0001111的形式，均为3阶扩展码。 ■码字之间缺少间隔，给译码造成了一定的困难□定长码：不存在困难，001011必定译码成为ACD □变长码：存在困难，0001111可以译码成为ACD(0 001 111),也可以译码成为AABD(0 0 01 lll)o
目录 1 课程设计目的 (1) 2 课程设计正文 (1) 2.1 调制原理 (1) 2.2 解调原理 (3) 2.3 程序分析 (3) 3 课程设计总结 (9) 4 参考文献 (9)
1 课程设计目的 通过我们对这次CDIO 二级项目的学习和理解，综合运用课本中所学到的理论知识完成一个以香农编码为信源编码、（7,4）循环码为信道编码的2FSK 信号调制解调的课程设计。以及锻炼我们查阅资料、方案比较、团结合作的能力。学会了运用MA TLAB 编程来实现2FSK 调制解调过程，并且输出其调制及解调过程中的波形，并且讨论了其调制和解调效果，增强了我们的动手能力，为以后学习和工作打下了基础。 2 课程设计正文 本次课程设计我们所做的课题是一个以香农编码为信源编码、（7,4）循环码为信道编码的2FSK 信号调制解调的CDIO 项目，这就要求我们需要完成信源编码、信道编码、信号的调制解调以及误码率分析等问题。 图1 数字通信系统模型 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。 2.1 调制原理 用基带信号)(t f 对高频载波的瞬时频率进行控制的调制方式叫做调频，在数字调制系统中则称为频移键控(FSK)。频移键控在数字通信中是使用较早的一种调制方式，这种方式实现起来比较容易，抗干扰和抗衰落的性能也较强。其缺点是占用频带较宽，频带利用串不够高，因此，额移键控主要应用于低、中速数据的传输，以及衰落信道与频带较宽
信源编码 Assignment of CH2 1、（a）画出一般通信系统结构的组成框图，并详细说明各部分的作用或功能； 信源信源编码信道编码调制 噪声信道传输 , 信宿信源解码信道解码解调 图1、一般数字通信系统框图 各部分功能： 1、信源和信宿：信源的作用是把消息转换成原始的电信号；信宿的作用是 把复原的电信号转换成相应的消息。 . 2、信源编码和信源解码：一是进行模/数转换，二是进行数据压缩，即设法降低信号的数码率；信源解码是信源编码的逆过程。 3、信道编码和信道解码：用于提高信道可靠性、减小噪声对信号传输的影响；信道解码是信道编码的反变换。 4、调制和解调：将信息调制为携带信息、适应在信道中传输的信号。数字 " 解调是数字调制的逆变换。 5、信道：通信的通道，是信号传输的媒介。 （b）画出一般接收机和发射机的组成框图，并分别说明信源编解码器和信道编 解码器的作用； … 高频振荡器高频放大调制高频功放天线
" 音频功放 信 号 图2、一般发射机框图（无线广播调幅发射机为例）
天线 信号放大器混频器解调器音频放大器 信 号 本地振荡器 图3、一般接收机框图（无线广播调幅发射机为例） 信源编解码器作用：它通过对信源的压缩、扰乱、加密等一系列处理，力求 用最少的数码最安全地传输最大的信息量。信源编解码主要解决传输的有效性问题。 信道编解码器作用：使数字信息在传输过程中不出错或少出错，而且做到自 动检错和尽量纠错。信道编解码主要解决传输的可靠性问题。 （c）信源编码器和解码器一般由几部分组成，画出其组成图并给以解释。 信源编码器 时频分析量化熵编码 信道传输 时频分析反量化熵解码 信源解码器 图 4、信源编解码器框图 时频分析部分：信源编码器对信源传送来的信号进行一定方法的时域频域分析，建立一个能够表达信号规律性的数学模型，从而得知信号中的相关性和多余度，分析出信号数据中可以剔除或减少的部分（比如人感知不到的高频率音频信号或者看不见的色彩信号等等），以决定对后续数据的比特分配、编码速率等处理问题。 量化部分：根据时频分析的结果，为了更加简洁地表达利用该模型的参数， 减少精度，采取相应量化方法对信号进行量化，减小信号的多余度和不相关性，
《信息论与信源编码》实验报告 1、实验目的 (1) 理解信源编码的基本原理； (2) 熟练掌握Huffman编码的方法； (3) 理解无失真信源编码和限失真编码方法在实际图像信源编码应用中的差异。 2、实验设备与软件 (1) PC计算机系统 (2) VC++6.0语言编程环境 (3) 基于VC++6.0的图像处理实验基本程序框架imageprocessing_S (4) 常用图像浏览编辑软件Acdsee和数据压缩软件winrar。 (5) 实验所需要的bmp格式图像（灰度图象若干幅） 3、实验内容与步骤 (1) 针对“图像1.bmp”、“图像2.bmp”和“图像3.bmp”进行灰度频率统计（即计算图像灰度直方图），在此基础上添加函数代码构造Huffman码表，针对图像数据进行Huffman编码，观察和分析不同图像信源的编码效率和压缩比。 (2) 利用图像处理软件Acdsee将“图像1.bmp”、“图像2.bmp”和“图像 3.bmp”转换为质量因子为10、50、90的JPG格式图像（共生成9幅JPG图像），比较图像格式转换前后数据量的差异，比较不同品质因素对图像质量的影响； (3) 数据压缩软件winrar将“图像1.bmp”、“图像2.bmp”和“图像3.bmp”分别生成压缩包文件，观察和分析压缩前后数据量的差异； (4) 针对任意一幅图像，比较原始BMP图像数据量、Huffman编码后的数据量（不含码表）、品质因素分别为10、50、90时的JPG文件数据量和rar压缩包的数据量，分析不同编码方案下图像数据量变化的原因。 4、实验结果及分析 (1)在VC环境下，添加代码构造Huffman编码表，对比试验结果如下： a.图像1.bmp：
信源编码和信源解码 字、符号、图形、图像、音频、视频、动画等各种数据本身的编码通常称为信源编码，信源编码标准是信息领域的基础性标准。无论是数字电视、激光视盘机，还是多媒体通信和各种视听消费电子产品，都需要音视频信源编码这个基础性标准。 大家用电脑打字一定很熟悉，当你用WORD编辑软件把文章（DOC文件）写完，存好盘后，再用PCTOOLS工具软件把你的DOC文件打开，你一定能看到你想象不到的东西，内容全是一些16进制的数字，这些数字叫代码，它与文章中的字符一一对应。现在我们换一种方法，用小画板软件来写同样内容的文章。你又会发现，用小画板软件写出来的BMP文件，占的内存（文件容量）是DOC文件的好几十倍，你知道这是为什么？原来WORD编辑软件使用的是字库和代码技术，而小画板软件使用的是点阵技术，即文字是由一些与坐标位置决定的点来组成，没有使用字库，因此，两者在工作效率上相差几十倍。[信源]->[信源编码]->[信道编码]->[信道传输+噪声]->[信道解码]->[信源解码]->[信宿] 目前模拟信号电视机图像信号处理技术就很类似小画板软件使用的点阵技术，而全数字电视机的图像信号处理技术就很类似WORD编辑软件使用的字库和代码技术。实际上这种代码传输技术在图文电视中很早就已用过，在图文电视机中一般都安装有一个带有图文字库的译码器，对方发送图文信号的时候只需发送图文代码信息，这样可以大大地提高数据传输效率。 对于电视机，显示内容是活动图像信息，它哪来的“字库”或“图库”呢？这个就是电视图像特有的“相关性”技术问题。原来在电视图像信号中，90%以上的图像信息是互相相关的，我们在模拟电视机中使用的Y/C（亮度信号/彩色信号）分离技术，就是利用两行图像信号的相关性，来进行Y/C分离。如果它们之间内容不相关，Y/C信号则无法进行分离。全数字信号电视也一样，如果图像内容不相关，则图像信号压缩也就要免谈。如果图像内容有相关性，那么上一幅图像的内容就相当于下一幅图像的“图形库”，或一幅图像中的某部分就是另一部分的“图形库”，因此，下一幅图像或图像中某一个与另一个相关的部分，在发送信号时，只需发送一个“代码”，而传送一个“代码”要比送一个“图形库”效率高很多，显示时也只需把内容从“图形库”中取出即可，这就是MPEG图像压缩的原理。 利用电视信号的相关性，可以进行图像信号压缩，这个原理大家已经明白，但要找出图像相关性的内容来，那就不是一件很容易的事情，这个技术真的是太复杂了。为了容易理解电视图像的相关性，我们不妨设想做一些试验，把图像平均分成几大块，然后每一块，每一块的进行比较，如果有相同的，我们就定义它们有相关性；如果没有相同的，我们继续细分下去，把每大块又分成几小块，一直比较下去，最后会发现，块分得越细，相同块的数目就越多，但分得太细需要的代码也增多，所以并不是分得越细越好。我们在看VCD的时候经常发现，如果VCD读光盘数据出错，就会在图像中看到“马赛克”，这些“马赛克”就是图像分区时的最小单位，或把数码相片进行放大，也可以看到类似“马赛克”的小区，这就是数码图像的最小“图形库”，每个小“图形库”都要对应一个“代码”。 在单幅图像中找出相关性的几率并不是很大的，所以对单幅图像的压缩率并不很大，这个通过观察数码相片的容量就很容易明白，如果把寻找相关性的范围扩大到两幅图像，你就会发现，具有相关性的内容太多了，这是因为运动物体对于人的眼睛感觉器官来说，是很慢
第10讲 信源编码的性能指标 1. 无失真信源编码的冗余度压缩原理 为了压缩冗余度，必须改造信源输出符号的统计特性。一方面要尽量提高任一时刻输出符号的概率分布的均匀性，另一方面要尽量消除前后输出符号的统计相关性。因此，无失真信源编码的实质是将信源尽可能地改造为均匀分布的无记忆信源。这种信源的通信效率是最大的。改造后的新信源是由原信源和编码器共同组成的，称为编码后的信源。设f 是信源S 的一个编码，X 是编码后的信源，则三者之间的关系表示如下 f S X ??→ 信源编码f 所用的码元可以与信源S 的符号不同，一般是某个信道的输入符号。 从数据处理这个角度来看，编码f 是一个数据处理器，输入信源S 的数据，输出信源X 的数据。从通信的角度看，编码f 是一个信道，输入信源S 的数据，输出信源X 的数据。 无失真信源编码的目的是无损压缩，即用尽可能少的数据表示数据中的所有信息，不能破坏数据原有信息。这相当于提高信息传输效率，使之接近于1。因此，度量无失真编码的压缩性能可以看编码后信息传输效率，称为编码效率。编码效率越接近于1，无损压缩性能越好。下面介绍信源编码的5个性能指标，包括平均码长、码率、编码效率、编码冗余度和压缩率。 2. 平均码长 平均码长是信源编码的一个关键的性能指标。在已知信源熵的前提下，根据平均码长，可以计算出无损压缩编码的码率和编码效率。 定义2.1 设f 是一个N-分组码，各码字的码长分别记为,1i l i q ≤≤，对应的N 长分组的概率为i p ，则f 的平均码长定义为 11(/ q i i i L p l N ==∑码元信源) 注：在有的教材中，当平均码长的单位转化为“比特/信源”时，称为编码速率。本课程用不到这个概念。 讨论：用平均码长估计编码后的数据长度 设S 是一个离散无记忆信源，:f S C →是信源S 的一个编码，其平均码长为L 。令12n s s s s =?是一个信源序列。假设用f 对该数据进行编码，试估计编码后码元序列的长度。 对于信源数据12n s s s s =?，我们令L i 表示信源符号s i 所对应的码字f (s i )的长度，则编码后的数据长度为12+++n L L L 。我们把L i 视为随机变量，则对于任何i ，我们有[]i E L L =。 因为S 是离散无记忆的，所以{L i }是独立同分布随机序列。根据辛钦大数定理，我们有
WCDMA技术的信源编码和信道编码 WCDMA网络是全球商用时间最长，技术成熟、可演进性最好的，全球第一个3G商用网络就是采用WCDMA制式。我国采用了全球广泛应用的WCDMA 3G技术，目前已全面支持HSDPA/HSUPA，网络下载理论最高速率达到14.4Mbps。2G无线宽带的最高下载速度约为150Kbps，我国的WCDMA网络速度几乎是2G网络速度的100倍。支持业务最广泛，基于WCDMA成熟的网络和业务支撑平台，其所能实现的3G业务非常丰富。无线上网卡、手机上网、手机音乐、手机电视、手机搜索、可视电话、即时通讯、手机邮箱、手机报等业务应用可为用户的工作、生活带来更多的便利和美妙享受。终端种类最多，截至2008年底，支持WCDMA商用终端的款式数量超过2000款，全球主要手机厂商都推出了为数众多的WCDMA手机。国内覆盖广泛，截至2009年9月28日，联通3G网络已成功在中国大陆285个地市完成覆盖并正式商用，新覆盖的城镇数量还在不断增长中，联通3G网络和业务已经覆盖了中国绝大部分的人口和地域。开通国家最广，可漫游的国家和地区最多，截至2008年底，全球已有115个国家开通了264个WCDMA网络，占全球3G商用网络的71.3%。截至2009年9月28日，中国联通已与全球215个国家的395个运营商开通了。 WCDMA的优势明显，技术成熟，在WCDMA物理层来看，信源编码和信道编码是WCDMA技术的基础，信源编码是采用语音编码技术，AMR语音编码技术是由基于变速率多模式语音编码技术发展而来，主要原理在于：语音编码器模型由一系列能提供多种编码输出速率与合成质量的声码器构成AMR支持八种速率。鉴于不同信源比特对合成语音质量的影响不同AMR 语音编码器输出的话音比特在传输之前需要按照它们的主观重要性来排序分类，分别采用不同保护程度的信道编码对其进行编码保护。 信源编码AMR模式自适应选择编码器模式以更加智能的方式解决信源和信道编码的速率匹配问题，使得无线资源的配置和利用更加灵活和高效。实际的语音编码速率取决于信道条件，它是信道质量的函数。而这部分工作是解码器根据信道质量的测量参数协助基站来完成，选择编码模式，决定编码速率。原则上在信道质量差时采用低速率编码器，就能分配给信道编码更多的比特冗余位来实现纠错，实现更可靠的差错控制。在信道质量好、误比特率较低时采用高速率编码器，能够提高语音质量。在自适应过程中，基站是主要部分，决定上下行链路采用的速率模式。 信源编码AMR编码器原理，WCDMA系统的AMR声码器共有八种编码模式，它们的输出比特速率不同。为了降低成本和复杂度，八种模式都采用代数码本激励线性预测技术，它们编码的语音特征参量和参量提取方法相同，不同的是参量的量化码本和量化比特数。AMR语音编码器根据实现功能大致可分为LPC分析、基音搜索、代数码本搜索三大部分。其中LPC分析完成的主要功能是获得10阶LPC滤波器的-.个系数，并将它们转化为线谱对参数，并对LSF进行量化；基音搜索包括了开环基音分析和闭环基音分析两部分，以获得基音延迟和基音增益这两个参数；代数码本搜索则是为了获得代数码本索引和代数码本增益，还包括了码本增益的量化。
5-1 有一信源，它有六种可能的输出，其概率分布如下表所示，表中给出了对应的六种编码12345C C C C C 、、、、和6C 。 （1） 求这些码中哪些是唯一可译码； （2） 求哪些是非延长码（即时码）； （3） 对所有唯一可译码求出其平均码长。 解：（1(2)1,3,6是即时码。 5-2证明若存在一个码长为12,,,q l l l ???的唯一可译码，则一定存在具有相同码长的即时码。 证明：由定理可知若存在一个码长为的唯一可译码，则必定满足kraft 不等式 1。由定理4可知若码长满足kraft 不等式，则一定存在这样码长的即时码。 所以若存在码长的唯一可译码，则一定存在具有相同码长P （y=0）的即时码。 5-3设信源1 2 61 26()s s s S p p p P s ??? ????=???? ??? ????，6 1 1i i p ==∑。将此信源编码成为r 元唯一可译变长码（即码符号集12{,,,}r X x x x =???），其对应的码长为（126,,,l l l ???）=（1，1，2，3，2，3），求r 值的最小下限。 解：要将此信源编码成为 r 元唯一可译变长码，其码字对应的码长 （l 1 ,l 2 ,l 3, l 4,l 5, l 6）=(1,1,2,3,2,3) 必须满足克拉夫特不等式，即 13232116 1 ≤+++++=------=-∑r r r r r r r i li Lq L L ,,2,1 ∑=-q i l i r 1 ≤4?Lq L L ,,2,1
所以要满足 12 223 2≤++r r r ，其中 r 是大于或等于1的正整数。 可见，当r=1时，不能满足Kraft 不等式。 当r=2, 18 2 4222>++，不能满足Kraft 。 当r=3, 127 26 2729232<=++，满足Kraft 。 所以，求得r 的最大值下限值等于3。 5-4设某城市有805门公务电话和60000门居民电话。作为系统工程师，你需要为这些用户分配电话号码。所有号码均是十进制数，且不考虑电话系统中0、1不可用在号码首位的限制。（提示：用异前缀码概念） （1）如果要求所有公务电话号码为3位长，所有居民电话号码等长，求居民号码长度1L 的最小值； （2）设城市分为A 、B 两个区，其中A 区有9000门电话，B 区有51000门电话。现进一步要求A 区的电话号码比B 区的短1位，试求A 区号码长度2L 的最小值。 解：(a) 805门电话要占用1000个3位数中的805个，即要占用首位为0～ 7的所有数字及以8为首的5个数字。因为要求居民电话号码等长， 以9为首的数字5位长可定义10 000个号码，6位长可定义100 000 个号码。所以min L 16=。 或由Craft 不等式，有 805106000010131?+?≤--L 解 得 L 1103 180******** 5488≥--?=-log .， 即 min L 16= (b) 在(a)的基础上，将80为首的数字用于最后5个公务电话，81～86 为首的6位数用于B 区51 000个号码，以9为首的5位数用于A 区9 000 个号码。所以，min L 25=。或由 Draft 不等式，有 80510 900010510001013 122?+?+?≤---+L L () 或 80510 900051000101013 12?++??≤---()L 解得L 210 3 18051090005100 4859≥--?+=-log . 即min L 25= 5-5求概率分布为)152,152,51,51,31(的信源的二元霍夫曼码。讨论此码对于概率分布为 )5 1 ,51,51,51,51(的信源也是最佳二元码。
第四章 1、详细解释下面概念：（a）绝对掩蔽门限；（b）临界频带；（c）听觉门限；（d）掩蔽效应。（a）绝对掩蔽门限:被掩蔽音单独存在时的听阈分贝值，或者说在安静环境中能被人耳听到的纯 音的最小值称为绝对掩蔽门限。 （b）临界频带:当噪声掩蔽纯音时，起作用的是以纯音频率为中心频率的一定频带宽度内的噪声 频率。如这频带内的噪声功率等于在噪声中刚能听到的该纯音的功率，则这频带就称为听觉临界 频带。 （c）听觉门限:刚刚能引起感觉的最小刺激量，称为感觉阈下限；能产生正常感觉的最大刺激量 ，称为感觉阈上限。刺激强度不允许超过上限，否则，不但无效而且还会引起相应听觉器官的损 伤。 （d）掩蔽效应:一个较弱的声音(被掩蔽音)的听觉感受被另一个较强的声音(掩蔽音)影响的现象 称为人耳的“掩蔽效应”。 2、详细说明：（a）什么是心理声学模型，它的输入和输出分别是什么？ 心理声学模型是对人听感的统计性质的数学表述模型，它解释人各种听感的生理原理。输入是声 音信号，输出是编码数据流。 （b）心理声学模型在音频编码中的作用？ 心理声学原理应用到音频压缩技术中，使获得低比特传输速率和透明音质成为可能。 3、（a）MPEG-1音频编码分几层，各层在编码效率、算法复杂度和算法延迟上有和区别？三层，MPEG-1 Layer1采用每声道192kbit/s，每帧384个样本，32个等宽子带，固定分割数据块。 MPEG-1 Layer2采用每声道128kbit/s，每帧1152个样本，32个子带，属不同分帧方式。MPEG-1 Layer3采用每声道64kbit/s，用混合滤波器组提高频率分辨率，按信号分辨率分成6X32或18X32个
第五章 1、（a）人类视觉特性中空间频率灵敏度、对比度灵敏度和色彩灵敏度分别表示什么意思？答：空间：从空间频率域来看，人眼是一个低通型线性系统，分辨景物的能力是有限的。由于瞳孔有一定的几何尺寸和一定的光学像差，视觉细胞有一定的大小，所以人眼的分辨率不可能是无穷的，HVS对太高的频率不敏感。对比度：它是相对于亮度变化的一种量度，一般来讲它与激励信号的相对亮度幅度成正比，它与激励的颜色、空间频率和时间频率有关。色彩：这是人类的一中明视觉，基本参数有色调。亮度和饱和度。 （b）JPEG编码算法是如何利用这些灵敏度特性的？ 答：JPEG压缩编码算法的主要计算步骤如下：用正向离散余弦变换（FDCT）把空间域图变成频率域图；用加权函数对DCT系数量化，以使人的视觉系统最佳，Z字形扫描（zigzag scan）；用差分脉冲编码调制（DPCM）对直流系数（DC）编码；用行程长度编码（RLE）对交流系数（AC）编码；熵编码：使用霍夫曼可变字长编码器进行编码；组成位数据流，以形成帧图像 2、（a）图像编码算法常用的知名算法有那些？ 答：行程编码压缩算法、哈夫曼编码压缩算法、LZW压缩算法及离散余弦变换 （b）图像编码算法的关键技术有那些？ 答： （c）为什么图像可以进行压缩？ 答：数字图像如果不进行压缩，数据量是比较大的，这无疑对图像的存储、处理、传送带来很大的困难。事实上，在图像像素之间，无论在行方向还是列方向，都存在一定的相关性。也就是说，在一般图像中都存在很大的相关性，即冗余度。静态图像数据的冗余包括：空间冗余、时间冗余、结构冗余、知识冗余和视觉冗余、图像区域的相同性冗余、纹理的统计冗余等。图像压缩编码技术就是利用图像数据固有的冗余性和相干性，将一个大的图像数据文件转换为较小的同性质的文件。根据压缩后文件能否准确恢复原文件，将图像压缩编码技术分为无失真编码技术和有失真编码技术。 （d）就现有图像压缩技术而言，压缩比多大时仍然可以保持良好的图像质量？ 答：5：1 3、（a）画出JPEG图像编解码算法的框图，并详细解释其算法； 答：图片共享到群里 详解：1）整个文件的大体结构JFIF格式的JPEG文件(*.jpg)的一般顺序为：SOI(0xFFD8) APP0(0xFFE0) [APPn(0xFFEn)]可选DQT(0xFFDB) SOF0(0xFFC0) DHT(0xFFC4) SOS(0xFFDA) 压缩数据EOI(0xFFD9) 2）字的高低位问题JPEG文件格式中，一个字（16位）的存储使用的是Motorola 格式, 而不是Intel 格式。也就是说, 一个字的高字节（高8位）在数据流的前面, 低字节（低8位）在数据流的后面，与平时习惯的Intel格式不一样。. 3）读出哈夫曼表数据a）理论说明在标记段DHT内，包含了一个或者多个的哈夫曼表。对于单一个哈夫曼表，应该包括了三部分：1哈夫曼表ID和表类型这个字节的值为一般只有四个0x00、0x01、0x10、0x11。0x00表示DC直流0号表；0x01表示DC直流1号表；0x10表示AC交流0号表；0x11表示AC交流1号表。2不同位数的码字数量，JPEG文件的哈夫曼编码只能是1~16位。这个字段的16个字节分别表示1~16位的编码码字在哈夫曼树中的个数。3编码内容这个字段记录了哈夫曼树中各个叶子结点
信源编码技术 为什么要进行信源编码 通信系统就是将产生的信息传输到目的地。信源有各种不同的形式，
如广播的信源是语音或音乐，电视的信源是活动图像，这些信源的输 出都是模拟信号，称为模拟信源。计算机和存储器件（磁盘或光盘） 输出的是离散信号，称为数字信源。在数字系统中传输的都是数字信 息，不论是模拟信源还是离散信源其输出都必须转化为可以传输的数 字信息，这种转化通常是由信源编码器来完成的。 信源编码在移动通信中也称语音编码。 ? 信源编码的作用是用信道能传输的符号来表示信源发出的信息，在不 失真或一定失真的条件下用尽可能少的符号传送信源消息，提高信息 传输率。信源编码（如语音）对数字传输非常重要，而且对无线通信
来说显得尤其重要。
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随着数字电话和数据通信容量日益增长的迫切要求，而又 不希望明显降低传送话音信号的质量，除了提高通信带宽之外， 对话音信号进行压缩是提高通信容量的重要措施。
?在移动通信中，稀少而又昂贵的无线信道更一定要和必 须要对传输的各种信号源进行压缩，以提高通信容量。
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模拟信源（语音）编码的种类
波形编码、参量编码、混合编码 一般来说，波形编码器的话音质量高，但数据率也很高；参量编码器的数据 率很低，产生的合成话音的音质有待提高；混合编码器同时使用参量编译码技 术和波形编译码技术，数据率和音质介于它们之间。 （1）波形编码 波形编码比较简单，编码前采样定理对模拟语音信号进行量化，然后进行 幅度量化，再进行二进制编码。解码器作数／模变换后再由低通滤波器恢复出现 原始的模拟语音波形，这就是最简单的脉冲编码调制（PCM），也称为线性 PCM。可以通过非线性量化，前后样值的差分、自适应预测等方法实现数据压 缩。波形编码的目标是让解码器恢复出的模拟信号在波形上尽量与编码前原始波 形相一致，也即失真要最小。波形编码的方法简单，数码率较高，在64kbit/s至 32kbit/s之间音质优良，当数码率低于32kbit/s的时候音质明显降低，16 kbit/s时 音质非常差。
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