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1、信源编码及其发展动态班级:通信112班姓名：方河仅学号：1040423 摘要：在老式通信系统中,信源编码与传播中抵御信道损耗的保护技术（信道编码)是分别考虑的。但是,在实际中发现,用某种特定措施连接起来的最优信源编码器和信道编码器,并不一定可以成最佳通信系统。因此浮现了实现通信系统整体优化的信源信道联合编码理论。本文给出的信源信道编码理论及其发展动向。实验表白在高噪信道使用联合编码器进行图像传播,性能改善效果非常明显。核心词：信源编码 发展 数字 信源与信道编码 1引言 为了减少信源输出符号序列中的剩余度、提高符号的平均信息量,对信源输出的符号序列所施行的变换。具体说,就是针对信源输出符号序列
2、的记录特性来寻找某种措施,把信源输出符号序列变换为最短的码字序列,使后者的各码元所载荷的平均信息量最大,同步又能保证无失真地恢复本来的符号序列。2.信源编码信源编码的作用信源编码的作用之一是设法减少码元数目和减少码元速率，即一般所说的数据压缩;作用之二是将信源的模拟信号转化成数字信号,以实现模拟信号的数字化传播。 信源编码方式最原始的信源编码就是莫尔斯电码,此外尚有ASCI码和电报码都是信源编码。但现代通信应用中常用的信源编码方式有：uffmn编码、算术编码、L-Z编码，这三种都是无损编码，此外尚有某些有损的编码方式。信源编码的目的就是使信源减少冗余，更加有效、经济地传播,最常用的应用形式就是
3、压缩。此外,在数字电视领域,信源编码涉及 通用的MEG2编码和.6（MGPa10 C)编码等相应地，信道编码是为了对抗信道中的噪音和衰减,通过增长冗余,如校验码等，来提高抗干扰能力以及纠错能力。为了减少信源输出符号序列中的剩余度、提高符号的平均信息量,对所施行的变换。具体说,就是针对信源输出符号序列的记录特性来寻找某种措施,把信源输出符号序列变换为最短的码字序列，使后者的各码元所载荷的平均信息量最大,同步又能保证无失真地恢复本来的符号序列。一般来说，减少信源输出符号序列中的剩余度、提高符号平均信息量的基本途径有两个:使序列中的各个符号尽量地互相独立；使序列中各个符号的浮现概率尽量地相等。前者称
4、为解除有关性,后者称为概率均匀化。信源编码的一般问题可以表述如下:若某信源的输出为长度等于M的符号序列集合 式中符号A为信源符号表,它涉及着K个不同的符号,=|k1,这个信源至多可以输出KM个不同的符号序列。记U=KM。所谓对这个信源的输出进行编码,就是用一种新的符号表B的符号序列集合V来表达信源输出的符号序列集合。若V的各个序列的长度等于N，即 式中新的符号表共含个符号,=b|l1,L。它总共可以编出LN个不同的码字。类似地，记=N。为了使信源的每个输出符号序列都能分派到一种独特的码字与之相应,至少应满足关系 VN=KM或者/logK/logL假若编码符号表的符号数与信源符号表的符号数K相等
5、,则编码后的码字序列的长度必须不小于或等于信源输出符号序列的长度M;反之,若有N=M,则必须有L。只有满足这些条件,才干保证无差错地还原出本来的信源输出符号序列（称为码字的唯一可译性）。可是,在这些条件下，码字序列的每个码元所载荷的平均信息量不仅不能高于,反而会低于信源输出序列的每个符号所载荷的平均信息量。这与编码的基本目的是直接相矛盾的。下面的几种编码定理，提供理解决这个矛盾的措施。它们既能改善信息载荷效率,又能保证码字唯一可译。离散无记忆信源的定长编码定理对于任意给定的0，只要满足条件N/M(H(U)/g那么，当M足够大时,上述编码几乎没有失真;反之，若这个条件不满足，就不也许实现无失真的
6、编码。式中H(U)是信源输出序列的符号熵。一般,信源的符号熵H(U)lK,因此,上述条件还可以表达为 【（U)+】/ogLNMloglg特别,若有=L,那么，只要H()oK,就也许有N，从而提高信息载荷的效率。由上面这个条件可以看出,(）离g越远,通过编码所能获得的效率改善就越明显。实质上,定长编码措施提高信息载荷能力的核心是运用了渐近等分性,通过选择足够大的M,把本来各个符号概率不等因而H（）log的信源输出符号序列变换为概率均匀的典型序列，而码字的唯一可译性则由码字的定长性来解决。离散无记忆信源的变长编码定理变长编码是指V的各个码字的长度不相等。只要V中各个码字的长度Ni(i=1,，V）满
7、足克拉夫特不等式 这 V个码字就能唯一地对的划分和译码。离散无记忆信源的变长编码定理指出:若离散无记忆信源的输出符号序列为,式中=k|k=1,，K,符号熵为H（U),对U进行唯一可译的变长编码，编码字母表B的符号数为L,即=b|l1,L,那么必然存在一种编码措施,使编出的码字(vi，,Ni),（1,),具有平均长度嚻:M（U)l嚻H()/logL+1若,则当(U）logK=lL时,必有嚻M;（U）离ogK越远,则嚻越不不小于M。具体实现唯一可译变长编码的措施诸多，但比较典型的措施还是仙农编码法、费诺编码法和霍夫曼编码法。其她措施都是这些典型措施的变形和发展。所有这些典型编码措施,都是通过以短码
8、来表达常浮现的符号这个原则来实现概率的均匀化,从而得到高的信息载荷效率;同步,通过遵守克拉夫特不等式关系来实现码字的唯一可译。霍夫曼编码措施的具体过程是:一方面把信源的各个输出符号序列按概率递降的顺序排列起来,求其中概率最小的两个序列的概率之和，并把这个概率之和看作是一种符号序列的概率，再与其她序列依概率递降顺序排列(参与求概率之和的这两个序列不再出目前新的排列之中）,然后，对参与概率求和的两个符号序列分别赋予二进制数字和1。继续这样的操作，直到剩余一种以1为概率的符号序列。最后，按照与编码过程相反的顺序读出各个符号序列所相应的二进制数字组,就可分别得到各该符号序列的码字。例如,某个离散无记忆
9、信源的输出符号序列及其相应的概率分布为对这些输出符号序列进行霍夫曼编码的具体环节和成果如表。由表中可以看出,在码字序列中码元和1的概率分别为021和1/21，两者近乎相等，实现了概率的均匀化。同步,由于码字序列长度满足克拉夫特不等式22-2+2-3+22-41因而码字是唯一可译的,不会在长的码字序列中浮现划错码字的状况。以上几种编码定理,在有记忆信源或持续信源的情形也有相应的类似成果。在实际工程应用中,往往并不追求无差错的信源编码和译码，而是事先规定一种译码差错率的容许值,只要实际的译码差错率不超过这个容许值即觉得满意（见信息率-失真理论和多顾客信源编码）。数字电视的信源编码 一种完整的数字电
10、视系统涉及数字电视信号的产生、解决、传播、接受和重现等诸多环节。数字电视信号在进入传播通道前的解决过程一般如图1所示: 电视信号在获取后通过的第一种解决环节就是信源编码。信源编码是通过压缩编码来去掉信号源中的冗余成分,以达到压缩码率和带宽,实现信号有效传播的目的。信道编码是通过按一定规则重新排列信号码元或加入辅助码的措施来避免码元在传播过程中出错,并进行检错和纠错,以保证信号的可靠传播。信道编码后的基带信号通过调制,可送入各类通道中进行传播。目前数字电视也许的传播通道涉及卫星,地面无线传播和有线传播等。 信源编码的目的是通过在编码过程中对原始信号冗余度的清除来压缩码率,因此压缩编码的技术与原则
11、成为信源编码的核心。九十年代以来，多种压缩编码的国际原则相继推出，其中PE-2是专为数字电视涉及原则数字电视和数字高清晰度电视制定的压缩编码原则。PEG压缩编码输出的码流作为数字电视信源编码的原则输出码流已被广泛承认。目前数字电视系统中信源编码以外的其她部分,涉及信道编码,调制器,解调器等,大都以MPEG2码流作为与之适配的原则数字信号码流。信源编码的第一步一方面要对模拟电视信号进行取样和模数变换,相应的需要一种统一的原则。数字演播室原则IUR1正是为此制定的国际原则。 早在七十年代末,英国广播公司和索尼公司就分别展示了其各自开发的彩色数字录像机，成为最早的数字电视编录产品,由此促成了电视信号
12、模数转换规范的产生。98年，国际无线电征询委员会IR提出了电视信号模数转换原则的建议,即称为数字演播室原则的CI1。后来CCIR成为国际电信联盟的无线电委员会,称为IT,相应的CCI-601也改称ITU01,成为模拟电视向数字电视转变过程中的第一种原则规范，其分量编码原则如表1所示。 表 1 TUR601数字演播室分量编码原则4:2:参数 电视制式 A NTC每行取样数 亮度信号 每个色差信号 85 32 42取样构造 正交取样,色差信号与亮度信号的奇次样值同位取样频率亮度信号 每个色差信号 3兆赫 .7兆赫 编码方式 亮度和色差信号均采用线性CM,8比特量化 每数字有效行取样数亮度信号 每个
13、色差信号72 360量化级数 亮度信号每个色差信号22 参数阐明： 1.取样频率:根据奈奎斯特定理,取样频率应至少不低于信号最高频率的倍。另一方面，为便于进行信源编码,取样构造最佳为正交构造,即每个取样点应与其相邻行和相邻帧对齐。为此取样频率必须为行频的整数倍。要同步满足PL与NTS的正交取样，取样频率应为两者行频的公倍数。同步,取样频率的选用还必须兼顾码率和带宽。综合考虑上述因素，亮度信号的取样频率定为135兆赫。在:2：2格式中,每个色差信号取样数为亮度信号的一半,取样频率定为6.75兆赫; 2每行取样数:由取样频率除以行频得到每行取样数。为提高编码效率,去掉行场逆程的取样,得到减少了的每
14、数字有效行取样数； 3编码方式：采用简朴的线性PCM编码。量化比特数为8比特,这是一种由实验决定的成果。具体实验显示,比特量化产生的26级量化级,已完全能满足人眼对亮度与色度层次辨别的需要。 ITR601重要是一种取样原则。模拟电视信号据此取样后进行比特量化和线性PCM编码,即可得到符合数字演播室原则的基带数字信号。但是,由此得到的数字电视信号具有非常高的码率和带宽，难以进入实用。虽然TU-R60建议早在198年已经制定,但直到九十年代一系列有效的图像数码压缩技术及相应的国际原则浮现后来,数字电视才得到了迅速的发展。 图像数据的压缩重要基于对多种图像数据冗余度及视觉冗余度的压缩,涉及如下某些措
15、施: 1.记录冗余度的压缩：对于一串由许多数值构成的数据来说,如果其中某些值常常浮现，而此外某些值很少浮现,则这种由取值上的记录不均匀性就构成了记录冗余度,可以对之进行压缩。具体措施是对那些常常浮现的值用短的码组来表达,对不常常浮现的值用长的码组来表达,因而最后用于表达这一串数据的总的码位，相对于用定长码组来表达的码位而言得到了减少,这就是熵编码的思想。目前用于图像压缩的具体的熵编码措施重要是霍夫曼编码,即一种数值的编码长度与此数值浮现的概率尽量地成反比。 霍夫曼编码虽然压缩比不高，约为6:1,但好处是无损压缩，目前在图像压缩编码中被广泛采用。 视频图像在每一点的取值上具有任意性。对于运动图像而言,每一点在一段时间内能取也许的任意值,在取值上具有记录均匀性,难以直
