第4章 信源编码原理1

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。

信源编码的原理
信源编码是数字通信中的一种技术，用于将信源的离散信号转化为连续信号以便传输。

信源编码的主要原理是通过对信源进行编码来提高信息传输的效率，并减少传输所需的带宽。

下面就信源编码的原理进行具体描述：
信源编码的原理主要包括两个方面：信息熵和编码。

信息熵是指信源输出符号的平均信息量。

在信息论中，熵可以描述一个随机信源的不
确定性。

一个信源可以通过信息熵的度量来评估其具有的信息量。

信息熵的计算公式为：
H = -Σpilog2pi
其中，pi是信源输出符号的概率。

H表示信息熵，它的单位是比特。

常见的信源编码有霍夫曼编码、香农-费诺编码、赫夫曼分段编码、格雷码等。

其中，霍夫曼编码是在所有编码中使用最广泛的编码算法，它的基本思想是，将出现概率高的符
号用较短的码表示，出现概率低的符号用较长的码表示，这样可以使总的编码长度最短。

以二进制为例，设共有n种离散信源输出符号，则该n个符号的离散概率为pi，要对这n个符号进行编码，使得所有符号的码值长度和为L，则平均码长为：
通过对概率进行排序，对每个符号进行编码，可以构造一个符号-码字对的码表。

对
于给定的输入符号序列，可以通过码表中的对应关系将其转化为对应的码字序列。

发送方
发送的码字序列就成为了连续信号，接收方将其还原为离散符号序列进行解码即可。

总的来说，信源编码通过压缩信息内容，减少传输所需的带宽，提高了数据传输的效率，具有重要的意义和应用。

第四章信源编码一、信源编码的作用(1)把信源发出的模拟信号转换成以二进制为代表的数字式信息序列，完成模拟信号数字化。

(2)为了使传输更有效，把与传输内容无关的冗余信息去掉，完成信源的数据压缩。

二、模拟信号数字化法方法1．模拟调制正弦波调制，调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)，采用的载波是正弦波，已调信号在时间上是连续的，它们均属于模拟调制。

脉冲调制，如脉冲幅度调制(PAM)、脉冲相位调制(PPM)和脉冲宽度调制(PWM)等，虽然已调波在时间上被取样离散化了，但各自的调制参数是按照信源的规律连续地变化，所以仍然属于模拟调制的范畴。

2．模拟信号数字化法方法模拟信号数字化的方法有很多种：脉冲编码调制（Pulse Code Modulation ，缩写为PCM）、增量调制（Delta Modulation，缩写为DM或ΔM）、差分脉冲编码调制（缩写为DPCM）等。

脉冲编码调制(PCM)。

其过程为抽样、量化、编码等，使已调波不但在时间上是离散的，且在幅度变化上用数字来体现，这便是模拟信号数字化。

4.1 抽样定理一、抽样的概念1．抽样的概念：抽样又可称为取样或者采样。

抽样定理是任何模拟信号数字化的理论基础。

实质上，抽样定理讨论的是一个时间连续的模拟信号经过抽样变成离散序列之后，如何用这些离散序列样值不失真地恢复原来的模拟信号这样一个问题。

2．抽样的任务：是对模拟信号进行时间上的离散化处理，即每隔一段时间对模拟信号抽取一个样值。

抽样是模拟信号数字化的第一步。

相应的在接收端要从离散的样值脉冲不失真地恢复出原模拟信号，实现重建任务。

那么，抽样脉冲的重复频率f s 必须满足什么条件才能保证收信端正确地加以重建。

这就是下面要介绍的抽样定理。

二、抽样定理 1．样值信号频谱抽样定理模型可用一个乘法器表示，如图所示。

即 m s （t ）=m （t ）〃s （t ）式中s （t ）是重复周期为T s 、脉冲幅度为1、脉冲宽度为τ的周期性脉冲序列，即抽样脉冲。

联合信源信道编码的原理及其在无线通信中的应用文章标题：深度解析联合信源信道编码的原理及其在无线通信中的应用在无线通信中，联合信源信道编码是一个重要的概念，它涉及到信源编码和信道编码的结合，能够有效提高通信系统的可靠性和效率。

本文将从信源编码和信道编码的原理入手，深入探讨联合信源信道编码在无线通信中的应用，并对其进行全面评估和分析。

一、信源编码的原理及应用1. 信源编码简介信源编码是将来自信源的信息进行编码压缩，以便在传输过程中占用更少的带宽或传输资源。

常见的信源编码算法包括霍夫曼编码、算术编码等。

2. 信源编码在无线通信中的应用信源编码可以大大减少数据传输的冗余度，提高数据传输的效率，尤其在无线通信中，由于带宽和传输资源的有限性，信源编码显得尤为重要。

二、信道编码的原理及应用1. 信道编码简介信道编码是为了提高数据传输的可靠性，通过在数据中添加冗余信息，增加数据的容错性。

常见的信道编码技术包括海明码、卷积码等。

2. 信道编码在无线通信中的应用在无线通信中，信道往往会受到多径衰落、多径干扰等影响，信道编码可以减小误码率，提高通信的可靠性。

三、联合信源信道编码的原理及应用1. 联合信源信道编码的概念联合信源信道编码是信源编码和信道编码的结合，通过联合设计信源和信道编码方案，提高信号的压缩率和传输可靠性。

其核心是在保证压缩率的增强信道编码的纠错能力。

2. 联合信源信道编码在无线通信中的应用在无线通信中，联合信源信道编码可以有效降低误码率，提高信号的传输质量，尤其在高速移动通信或弱信号覆盖的情况下具有明显的优势。

四、个人观点和结论根据对联合信源信道编码原理及应用的深入研究和分析，我认为在无线通信中采用联合信源信道编码能够有效提高通信系统的可靠性和效率，特别是在面对复杂的通信环境时能够更好地应对各种干扰和噪音。

但同时也需要考虑编解码复杂度和性能损耗，需要根据具体的通信场景进行灵活选择。

通过本文的全面介绍和分析，相信读者对联合信源信道编码的原理和应用有了更深入的了解，能够在实际的无线通信系统设计和优化中发挥重要作用。

第4章抗干扰二元编码原理与方法信源编码目的：压缩冗余，提高有效性。

信道编码目的：提高传输可靠性，通过增加冗余来实现，方法是纠错编码。

信道编码●在理论上，Shannon第二编码定理已指出，只要当实际传信率R<C（信道容量）几乎无差错的信道编、译码是存在的。

●理论上的存在性并不等于实际上的可构造性，本章就是研究如何构造如何实现信道编码的理论与方法。

●从原理上看，构造信道码的基本思路是根据一定的规律在待发送的信息码元中人为的加入一定的多余码元，以保证在传输中发送码元的可靠性。

按照差错类型大致可分为三类：●独立差错信道：噪声独立随机的影响每个码元，白噪声信道属于这类信道。

差错独立随机出现；●突发差错信道：差错是成片，成串出现的，衰落信道、码间干扰、脉冲干扰信道属于这类；●混合差错信道：差错既有随机独立的，也有成片，成串出现的，实际的移动信道属于此类；采用冗余校验的基本思想：即在基本的有效数据外，再扩充部分位，增加部分（冗余部分）被称为校验位。

将校验位与数据位一起按某种规则编码，写入存储器或向外发送。

当从存储器读出或接收到外部传入的代码时，再按相应的规则进行判读。

若约定的规则被破坏，则表示出现错误。

根据错误的特征进行修正恢复。

几个名词概念：码字：由若干代码组成的一个字。

如8421码中6（0110），7（0111）码距：一种码制中任意两个码字间的最小距离。

距离：两个码字之间不同的代码个数。

8421码中，最小的码距为1，如0000和0001、0010和0011等；最大码距为4，如0111和1000。

8421码的码距为1。

码距为1，即不能查错也不能纠错。

码距越大，查错、纠错能力越强。

4.1 抗干扰编码4.1.1 编码与纠错信宿收到禁用码字时，才能断定出错。

例4.1.1最小码距与检纠错能力：码距：两个码字之间相异码元的数目。

码重：码组中非零码元的个数。

如001，码重为1；011，码重为2。

对于如图所示的3位二进制码，如果8个码组可用，（000，001，010，011，100，101，110，111），各点之间最小相差1个边长，最小码距为1。