现代通信技术作业

信源编码的原理、方法、优缺点以及应用1.信源编码的原理

信源编码是一种以提高通信有效性为目的而对信源符号进行的变换，为了减少或消除信源剩余度、提高符号的平均信息量而进行的信源输出符号的变换。具体说，就是针对信源输出符号序列的统计特性来寻找某种方法，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，同时又能保证无失真地恢复原来的符号序列。

信源编码是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，也有部分熵压缩编码。冗余度压缩编码是一种可逆压缩，经过编译以后可以无失真的恢复，熵压缩编码是不可逆编码。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，这两个定理分别是无失真信源编码定理和限失真信源编码定理。无失真信源编码定理是数字信号编码的基础，即离散信源编码的基础；限失真信源编码定理是模拟信号编码的基础，即连续信源编码的基础。

信源编码是信息本身的编码，信道编码是为了适应信道的特征的编码。编码的目的是为了优化通信系统，使通信系统的各项性能指标达到最佳，通信系统的性能指标主要有有效性、可靠性、安全性、经济性。

2.信源编码的方法

信源编码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。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。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：①使序列中的各个符号尽可能地互相独立；②使序列中各个符号的出现概率尽可能地相等。前者称为解除相关性，后者称为概率均匀化。比较经典的信源编码主要有香农编码、费诺编码、哈夫曼编码，这些都是

可实现唯一可译变长编码的方法。其他方法都是这些经典方法的变形和发展。所有这些经典编码方法都是通过以短码来表示常出现的符号这个原则来实现概率的均匀化，从而提高信息载荷效率。游程编码也是一种信源编码，香农编码、费诺编码、哈夫曼编码主要针对的是无记忆的信源编码，当心源有记忆时上述编码效率不高，这时游程编码会更有效，游程编码属于限失真编码，理论上，游程编码可以从1到无穷，但要建立游程长度和码字之间的一一对应的码表表关系是困难的。一般情况下，游程越长，出现的概率越小；当游程长度趋于无穷时，出现的概率也趋于0，小概率的码字队平均码长影响较小，所以实际应用中，常对长码采用截断处理的方法。除了这些编码还有算术编码，它是非分组码，它从全序列出发，考虑符号之间的关系来进行编码。算数编码的主要编码方法是计算输入信源符号序列所对应的区间。还有LZ码，它的编码原理是将长度不同的符号串编成一个个新的短语，形成短语字典的索引表，短语字典由前面已见到的文本来定义，是一个潜在的无限列表。LZW算法是对LZ算法的一种修正，它保留了LZ 算法原有的自适应性，不需要保存字典。

3.信源编码的优缺点

信源编码的优点是提高编码效率。缺点是需要大量的缓冲设备来存储这些边长码，然后再以恒定的码率进行传送；在传输的过程中如果出现了误码，容易引起错误扩散，所以要求有优质的信道。信源编码提高了有效性，降低了可靠性。

4.信源编码的应用

信源编码的应用有很多，信源编码是对输入信息进行编码，优化信息和压缩信息并且打成符合标准的数据包。香农编码有系统的、唯一的编码方法，但在大多数情况下编码效率不是很高，哈夫曼编码对信源的统计特性没有特殊要求，编码效率比较高，对编码设备的要求也比较简单。因此综合性能优于香农编码和费诺编码。二元序列的算术编码可以用于黑白图像的编码，例如传真。LZW码是一种通用编码方法，不依赖于信源概率分布，编码方法简单，编码速度快，具有自适应性，目前市场上常用的Winzip,ARJ,ARC等著名压缩软件都是LZW码的改进

和应用。总之，信源编码的应用很广，是我们通信系统中是不可或缺的一个环节。