数字电视原理第5章信源编码标准
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信源编码与信道编码⼀.信源编码和信道编码的发展历程信源编码:最原始的信院编码就是莫尔斯电码,另外还有ASCII码和电报码都是信源编码。
但现代通信应⽤中常见的信源编码⽅式有:Huffman编码、算术编码、L-Z编码,这三种都是⽆损编码,另外还有⼀些有损的编码⽅式。
信源编码的⽬标就是使信源减少冗余,更加有效、经济地传输,最常见的应⽤形式就是压缩。
相对地,信道编码是为了对抗信道中的噪⾳和衰减,通过增加冗余,如校验码等,来提⾼抗⼲扰能⼒以及纠错能⼒。
信道编码:1948年Shannon极限理论→1950年Hamming码→1955年Elias卷积码→1960年 BCH码、RS码、PGZ译码算法→1962年Gallager LDPC(Low Density Parity Check,低密度奇偶校验)码→1965年B-M译码算法→1967年RRNS码、Viterbi算法→1972年Chase⽒译码算法→1974年Bahl MAP算法→1977年IMaiBCM分组编码调制→1978年Wolf 格状分组码→1986年Padovani恒包络相位/频率编码调制→1987年Ungerboeck TCM格状编码调制、SiMonMTCM多重格状编码调制、WeiL.F.多维星座TCM→1989年Hagenauer SOVA算法→1990年Koch Max-Lg-MAP算法→1993年Berrou Turbo码→1994年Pyndiah 乘积码准最佳译码→1995年 Robertson Log-MAP算法→1996年 Hagenauer TurboBCH码→1996MACKay-Neal重新发掘出LDPC码→1997年 Nick Turbo Hamming码→1998年Tarokh 空-时卷格状码、AlaMouti空-时分组码→1999年删除型Turbo码虽然经过这些创新努⼒,已很接近Shannon极限,例如1997年Nickle的TurboHamming码对⾼斯信道传输时已与Shannon极限仅有0.27dB相差,但⼈们依然不会满意,因为时延、装备复杂性与可⾏性都是实际应⽤的严峻要求,⽽如果不考虑时延因素及复杂性本来就没有意义,因为50多年前的Shannon理论本⾝就已预⽰以接近⽆限的时延总容易找到⼀些⽅法逼近Shannon 极限。
第五章信源编码信息论基础第五章信源编码 本章主要讨论的问题:5.1 离散信源编码5.1.1 编码器5.1.2分组码5.1.3定长码5.1.4 变长码5.2 连续信源编码5.3 相关信源编码简介信源编码: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。
采用的方法是压缩每个信源符号的平均比特数或信源的码率。
即同样多的信息用较少的码率传送,使单位时间内传送的平均信息量增加,从而提高通信的有效性。
信源编码理论是信息论的一个重要分支,其理论基础是信源编码的两个定理。
–无失真信源编码定理:是离散信源/数字信号编码的基础;–限失真信源编码定理:是连续信源/模拟信号编码的基础,如语音、图像等信号。
信源编码的分类:离散信源编码、连续信源编码和相关信源编码三类。
–离散信源编码:独立信源编码,可做到无失真编码;–连续信源编码:独立信源编码,只能做到限失真信源编码;–相关信源编码:非独立信源编码。
编码器编码器可以看作这样一个系统,它的输入端为原始信源S ,其符号集为;而信道所能传输的符号集为。
编码器的功能是用符号集X 中的元素,将原始信源的符号变换为相应的码字符号,所以编码器输出端的符号集为称为码字,为码字的码元个数,称为码字的码字长度,简称码长。
码字的集合C 称为码书。
称为码元。
12{,,...,}q S S S S =12{,,...,}r X x x x =12{,,...,}q S s s s =12{,,...,}r X x x x =编码器12:{,,...,}q C W W W 12:{,,...,}q C w w w i S i w i w i L i w i w i x例:二元信道的信源编码器:码符号集X={0,1},如果要将信源通过二元信道传输,必须将信源编成二元码,这也是最常用的一种码。
等长码非等长码非奇异码非奇异码 等长码与变长码码中各个码字都是由同样多个码元构成的,称为等长码,反之,称为变长码。
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。