信源编码及信道编码
信源编码与信道编码
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。
005信源编码信道编码交织技术
信道编码和交织技术的使用
床前明月光 春眠不觉晓 白发三千丈 红豆生南国
编码
床床前前明明月月光光 春春眠眠不不觉觉晓晓 白白发发三三千千丈丈 红红豆豆生生南南国国
交织
床春白红床春白红 前眠发豆前眠发豆 明不三生明不三生 月觉千南月觉千南 光晓丈国光晓丈国
突发错误
解码
床？？前明明月月光光 春？？眠不不觉觉晓晓 白？？发三三千千丈丈 红？？豆生生南南国国
去交织
床春白红？？？？ ？？？？前眠发豆 明不三生明不三生 月觉千南月觉千南 光晓丈国光晓丈国
交织技术
交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。 作用：减小信道快衰落带来的影响。 优点
交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。 提高纠错编码的有效性。 缺点： 由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才
信道编码的原理
信道编码
信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得 纠错能力
目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3） 使用编码增加了无效负荷和传输时间 适合纠正非连续的少量错误
床前明月光 春眠不觉晓 白发三千丈 红豆生南国
床床前前明明月月光光 春春眠眠不不觉觉晓晓 白白发发三三千千丈丈 红红豆豆生生南南国国
脉冲编码——简单的信源编码
增量编码——脉冲编码的发展
上升台阶和下降台阶的二进制代码分别用“1”和“0”表示。这个过程 就是增量编码 采用增量调制编码编出的二进制代码为:01010111111100011
信源编码
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。
信源编码编译和信道编码编译的通信系统基本模型框架
信源编码编译和信道编码编译的通信系统基本模型框架
信源编码编译和信道编码编译是数字通信中常用的技术，其基本模型框架如下：
1. 信源编码编译模块：将源数据进行编码并进行编译，以减少数据的冗余度，提高传输效率。
2. 信道编码编译模块：根据通信信道的特性，采用适当的编码算法将经过信源编码编译的数据进行进一步编码，以提高数据传输的可靠性和抗干扰性。
3. 调制与解调模块：将编码后的数字信号转换为模拟信号进行传输，并在接收端将模拟信号转化为数字信号。
4. 信道模型：用来表示传输信号的传播路径和信道干扰的情况，以便进行传输性能的分析与评估。
5. 解码模块：在接收端对接收到的信号进行处理，进行解调、信道解码、信源解码等操作，以还原出原始的数据信息。
6. 应用模块：在解码模块得到原始数据后，进行下一步的应用处理，如声音恢复、图像显示等。
这是数字通信中常用的通信系统模型框架，其中信源编码编译和信道编码编译是提高通信系统效率和可靠性的核心技术，也是广泛应用于移动通信、卫星通信等各种数字通信系统中的重要技术手段。
信源编码与信道编码解析
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。
信源编码和信道编码的区别
信源编码和信道编码的区别信源编码和信道编码是数字通信领域中两个重要的概念。
尽管这两个概念有时会被混淆使用，但它们在通信系统中的作用和目标是不同的。
信源编码主要关注的是如何将源信息进行有效的压缩和表示，以减少传输所需的带宽和存储空间。
而信道编码则专注于在传输过程中，如何通过添加冗余信息来提高通信系统对噪声和干扰的容忍度。
下面将从定义、目标和应用等方面说明信源编码和信道编码的区别。
首先，信源编码是指对信号源进行编码，即将源数据转换为一系列编码符号的过程。
信源编码的目标是通过增加数据的冗余性，以便减少数据的存储和传输所需的比特数。
通过信源编码，我们可以压缩和表示原始数据，以便更有效地传输和存储。
常见的信源编码技术包括霍夫曼编码、算术编码、字典编码等。
例如，在图像和音频压缩中，我们通常使用信源编码来减少文件的大小，而不丢失太多信息。
相比之下，信道编码是指通过在信道上添加冗余信息，以提高通信系统对噪声、干扰和误码的容忍度。
信道编码的目标是在不增加传输时间的情况下，提高传输的可靠性和健壮性。
常见的信道编码技术包括海明码、卷积码、低密度奇偶校验码等。
通常，信道编码采用纠错码的方式来检测和纠正传输中的错误，从而可以提高数据的可靠性。
信道编码在很多通信系统中都得到了广泛应用，例如无线通信、卫星通信等。
信源编码和信道编码的主要区别在于它们的应用领域和目标。
信源编码主要关注如何有效地对源数据进行压缩和表示，以提高存储和传输的效率。
而信道编码主要关注如何在传输过程中提高数据的可靠性和健壮性，以应对信道噪声和干扰的影响。
信源编码和信道编码是数字通信中两个独立但密切相关的概念，它们通常结合使用，以提高通信系统的性能和效果。
此外，信源编码和信道编码还在某种程度上是相互依赖的。
良好的信源编码可以提供更好的信道编码性能。
因为信源编码可以减少数据的冗余性，减小信道编码的冗余部分，从而提高传输效率。
而信道编码可以弥补信源编码在传输过程中的失真或丢失，从而提高信号的质量和可靠性。
联合信源信道编码的原理及其在无线通信中的应用
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。
信源编码及信道编码
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3.6 信道的定义和分类
1. 信道的定义：
信道是指信息传输的通道，包括空间传输和时间传输。 空间传输：利用各种物理通道将信息从一端发到另一端 时间传输：是指将信息保存，在以后读取，如磁带、光
盘等在时间上将信息进行传输的信道。
关于信道的主要问题有：
➢ 信道的建模（信道的统计特性的描述） ➢ 信道容量的计算 ➢ 在有噪信道中能不能实现可靠传输？怎样实现可靠传输？
信源编码及信道编码
学习目标
学习完本节课程，您应该能够： 掌握信道的定义和分类 掌握信道的数学模型 掌握什么是信道容量 了解信道复用 掌握信道编码及信道差错控制方法
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课程内容
3.6 信道的定义和分类 3.7 信道的数学模型 3.8 信道容量及信道复用 3.9 信道编码基本概念 3.10 信道差错控制及编码方法
① 离散信道 ② 连续信道 ③ 半连续信道 ④ 时间离散的连续信道
按信道的记忆特性
① 无记忆信道 ② 有记忆信道
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3.6 信道的定义和分类(续)
2. 信道的分类(续)
按输入/输出信号之间的关系分为
① 噪声信道 ② 无噪声信道
根据信道输入和输出的个数可分为
① 两端信道（单用户信道）：只有一个输入端和一个输出端 的单向通信的信道。
➢ 例如短波电离层反射信道。
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3.6 信道的定义和分类(续)
3. 通信信道实例:
随参信道举例:短波电离层反射信道
① 短波是指波长为100m－10m(频率为3－30MHz)的无线电波。 可沿地表面传播(地波传播)，传播距离近；可由电离层反射 传播(天波传播)。传输几千千米，至上万千米。
② 传播路径:电离层离地面高60－600km的大气层。分为D、E、 F2 等层。
信源编码与信道编码课件
常见的熵编码算法包括哈夫曼编码和算术编码等。
算术编码原理
算术编码是一种基于概率的压缩方法，它将输入数据映射到一个实数范 围内，通过降低该实数范围来达到压缩数据的目的。
信道编码
广泛应用于通信和数据传输领域，如移动通信、卫星通信、光纤通信等。
性能指标的对比
信源编码
压缩比、解码时间、重建数据的失真程度等是其主要性能指标。
信道编码
误码率、抗干扰能力、频谱效率等是其主要性能指标。
06
信源与信道编码的未来发展
信编码的未来发展
视频编码
随着超高清视频和虚拟现实技术的普及，信源编码将更加注重视 频压缩效率，以适应更高的分辨率和帧率。
目的
提高信息传输效率和存储 空间利用率。
方法
通过去除冗余信息、减少 表示信息的比特数等方式 实现。
信源编码的分类
无损压缩
能够完全恢复原始数据的压缩方 法。
有损压缩
无法完全恢复原始数据的压缩方 法，一般用于图像、音频和视频 等多媒体数据的压缩。
信源编码的应用场景
文件压缩
用于减小文件大小，便 于存储和传输。
视频会议
对视频和音频信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
数字电视
对图像和声音信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
无线通信
对语音和数据信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
02
信源编码原理
熵编码原理
熵编码是一种无损数据压缩方法，它利用了数据中存在的冗余和概率分布特性，通 过编码技术去除冗余，达到压缩数据的目的。
第七课-理论-信源与信道编码解读
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36
实现交织和解交织一般使用卷积方式。 交织技术对已编码的信号按一定规则重新排列，解 交织后突发性错误在时间上被分散，使其类似于独立发
生的随机错误，从而前向纠错编码可以有效的进行纠错
，前向纠错码加交积的作用可以理解为扩展了前向纠错 的可抗长度字节。
纠错能力强的编码一般要求的交织深度相对较低。纠错
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0:晴,1:雨
若1→0,0→1。收端无法发现错误
00晴 00
01 10 11雨 11
能发现 一个错误 禁用码组
• 插入1位监督码后具有检出1位错码的能 力,但不能予以纠正。
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000晴
000 001 010 100 011 101 110
晴
雨
111雨
111
• 在只有1位错码的情况下,可以判决哪位是错 码并予以纠正。
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约束长度（constraint length）= 寄存器个数（N）+1; 编码速率是指在保证原有信息能够得到还原的码流速度。通常码流速率 越低，编码效率就越高。 典型的Turbo码编码器：由两个反馈的编码器（称为成员编码器）通过 一个交织器I并行连接而成。如果必要，由成员编码器输出的序列经过删余 阵，从而可以产生一系列不同码率的码。例如，对于生成矩阵为g=[g1,g2] 的(2，1，2)卷积码通过编码后，如果进行删余，则得到码率为1/2的编码输 出序列；如果不进行删余，得到的码率为1/3。
将信源的模拟信号转变为数字信号 降低数码率,压缩传输频带(数据压缩)
信道编码
提高数字通信可靠性
数字信号在信道的传输过程中,由于实际信 道的传输特性不理想以及存在加性噪声,在 接收端往往会产生误码。
信源编码与信道编码
信源编码与信道编码
1.信源编码的作⽤与内含：
信源编码是⼀种以提⾼通信有效性⽽对信源符号进⾏的变换，或者说为了减少或者消除信源剩余度⽽进⾏的信源符号变换。
具体⽽⾔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，使后者的各码元所荷载的平均信息量最⼤，同时⼜能保证⽆失真的恢复原来的符号序列。
2.信道编码的作⽤与内含：
信道编码：由于信道有噪声和⼲扰或信道有某种约束会使接受的消息发⽣差错，因此要通过信道编码来提⾼传输可靠性。
因为信道编码是通过冗余符号来实现的，所以会使传输有效性降低。
（ps:⾹农第⼆定理：只要信息传输速率不⼤于信道容量，就存在⾼可靠性传输。
）。
第三章-信源编码定理与信道编码定理
第三章信源编码定理与信道编码定理通信系统的两个基本问题问题一：数据压缩的理论极限是什么。
问题二：通信传输速率的理论极限是什么。
问题一（理论）：如何度量信源产生信息无失真信源编码定理离散无记忆信道离散无记忆信道容量计算时间离散的无记忆连续信道为什么要对信源进行编码?由于信源符号之间存在分布不均匀和相关性，使得信源存在冗余度。
信源编码的主要任务就是减少冗余，提高编码效率。
具体说，就是针对信源输出符号序列的统计特性，寻找一定的方法把信源输出符号序列变换为最短的码字序列。
为什么还要引入有失真编码呢？感觉无失真编码应该优于有失真编码编码器可以看作这样一个系统，它的输入端为原始信源U，其符号集为U:{u1,u2,…,u q}；而信道所能传输的码符号集为X:{x1,x2,…,x r}；编码器的功能是用符号集X中的元素，将原始信源的符号ui 变换为相应的码字符号Wi，(i=1,2,…,q)，所以编码器输出端的符号集为W:{W1,W2,…,W q}。
码的类型信源的类型离散无记忆信源的等长编码无失真等长编码中文电报的汉字编码就是一种等长编码。
这里N=4,D=10 ，即每个汉字用4位十进制数表示。
例如，“西安”编码后就成为4687 16180。
此外，0, 1, 2, ... , 9这10个数字采用如右边的编码方法。
右边的表格中的码字有什么特点？A频率在［0.19,0.21 ］的序列的概率和A频率在［0.19,0.21 ］序列的比例结论●某些特定的信源序列的出现概率可能高于某个特定“常见”序列的出现概率；●随着序列长度的增加，常见序列构成的集合的总体概率趋于1 。
（弱大数定律）想法－渐近无失真编码•如果这些“常见”序列的概率之和接近于1，并且它们的数目相对2L小得多，那么我们就可以只对这些“常见”序列进行编码。
其他序列不做考虑。
•随着L 的增加，其它序列几乎不发生。
这样，这种编码方法也就几乎没有失真了。
如何用数学工具来描述“常见”序列弱典型序列渐进等同分割性质定理：如果U 1,U 2，…是独立离散随机变量,分布服从p (u )，则等价表述：设离散无记忆稳恒信源输出的一个特定序列u 1u 2…u L 。
第5讲 信源编码：相关信源的编码,信道编码
此时的编码没有冗余 例如：假设要传送A、B两个消息 例如：假设要传送A 编码一： 编码一： 消息A----“0”；消息B----“1” 消息A----“0”；消息B----“1”
若产生错码（“0”错成“1”或“1”错成“0”）收端无法发现， 错成“ 错成“ 若产生错码（ 0”错成 1”或 1”错成 0”）收端无法发现， 该编码无检错纠错能力
其中α 其中αk被称为预测器的系数
k =1
若以最小均方误差为准则，预测误差的均方值： 若以最小均方误差为准则，预测误差的均方值：
ˆ el = xl − xl = xl −
k =− N
∑α
N
k l −k
x
2 N 2 E[el ] = E xl − ∑ α k xl − k k =− N
编码三： 编码三：
消息A----“000” 消息B----“111” 消息A----“000”；消息B----“111” 传输中产生一位或是两位错码，都将变成禁用码组，具有检出 传输中产生一位或是两位错码，都将变成禁用码组， 两位错码的能力 在产生一位错码情况下，收端可根据“大数”法则进行正确判 在产生一位错码情况下，收端可根据“大数” 能够纠正这一位错码， 决，能够纠正这一位错码，该编码具有纠正一位错码的能力 在产生两位错码情况下，只具有检错能力 在产生两位错码情况下， 这表明增加两位冗余码元后码具有检出两位错码及纠正一位错 码的能力
1. 检错重发（ARQ） 检错重发（ARQ）
发
能够发现错误的码 判决信号
收
接收端按一定规则对收到的码组进行有无错误的判别。 接收端按一定规则对收到的码组进行有无错误的判别。 若发现有错，则通知发送端重发， 若发现有错，则通知发送端重发，直到正确收到为止 具体实现时，通常有3种形式 具体实现时，通常有3
信源编码和信道编码
信源编码：主要是利用信源的统计特性，解决信源的相关性，去掉信源冗余信息，从而达到压缩信源输出的信息率，提高系统有效性的目的。
第三代移动通信中的信源编码包括语音压缩编码、各类图像压缩编码及多媒体数据压缩编码。
信道编码：为了保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰的。
它根据一定的（监督）规律在待发送的信息码元中（人为的）加入一些必要的（监督）码元，在接受端利用这些监督码元与信息码元之间的监督规律，发现和纠正差错，以提高信息码元传输的可靠性。
信道编码的目的是试图以最少的监督码元为代价，以换取最大程度的可靠性的提高。
信道编码从功能上可分为3类：仅具有发现差错功能的检错码，如循环冗余校验码、自动请求重传ARQ等具有自动纠正差错功能的纠错码，如循环码中的BCH码、RS码及卷积码、级联码、Turbo 码等既能检错又能纠错功能的信道编码，最典型的是混合ARQ信道编码从结构和规律上分两大类线性码：监督关系方程是线性方程的信道编码非线性码：监督关系方程是非线性的FEC是前向就错码，在不同系统中，不同信道采用的FEC都不一样，有卷积码，Turbo码等信源编码&信道编码区别（通院的必杀技）：官方课本如是介绍：信源编码：表示信源和降低信源的信息速率。
信道编码：消除或减轻信道错误的影响。
通过适当的调制方式来运载信息，以适应信道特征。
本人总结：一．信源编码信源编码的作用之一是设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩。
码元速率将直接影响传输所占的带宽，而传输带宽又直接反映了通信的有效性。
作用之二是，当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。
模拟信号数字化传输的两种方式：脉冲编码调制(PCM)和增量调制(ΔM)。
信源译码是信源编码的逆过程。
1.脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制:一种用一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。
由于这种通信方式抗干扰能力强，它在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中均获得了极为广泛的应用。
信源及信道编码课件
BCH码与RS码
总结词
BCH码（Bose-ChaudhuriHocquenghem码）和RS码（ReedSolomon码）是两种常用的纠错码。
VS
详细描述
BCH码是一类具有循环结构的纠错码，能 够纠正多个随机错误。RS码是一种非二 进制的、具有强纠错能力的纠错码，广泛 应用于光盘、硬盘等数据存储设备。
成压缩码字。
LZ78算法则是在LZ77的基础上 进行改进，它使用字典的方式 进行压缩，能够处理更广泛的 数据类型和格式。
LZ系列算法在实际应用中具有 较高的压缩比和较快的压缩速 度，因此在许多领域都有广泛 的应用。
04
常见信道编码技术
线性分组码
总结词
线性分组码是一种纠错码，它将信息 比特分成若干组，每组包含k个比特， 然后添加r个校验比特，形成一个长度 为n的码字。
卷积码是一种将输入信 息序列分成若干个段， 并利用有限状态自动机 进行编码的方法，它能 够在纠错能力和编码效 率之间进行折衷选择。
03
常见信源编码技术
霍夫曼编码
01
霍夫曼编码是一种无损数据压缩 算法，它利用了数据的概率分布 特性进行编码。
02
在霍夫曼编码中，频繁出现的字 符使用较短的编码，而较少出现
奇偶校验是一种简单的 错误检测方法，通过在 信息码元中添加一个校 验位，使得整个码字的 二进制数中“1”的个数 为偶数（偶校验）或奇 数（奇校验）。
循环冗余校验（CRC） 是一种利用模运算和多 项式除法进行错误检测 的方法，通过生成一个 包含冗余信息的校验码 ，使得在传输过程中出 现错误时能够被检测。
信源及信道编码课件
目录 CONTENT
• 信源编码概述 • 信道编码概述 • 常见信源编码技术 • 常见信道编码技术 • 信源与信道编码的应用场景 • 信源与信道编码的未来发展
信道编码
2. 前向纠错方式 前向纠错方式记作FEC(Forword ErrorCorrection)。发 端发送能够纠正错误的码，收端收到信码后自动地纠正传 输中的错误。其特点是单向传输，实时性好，但译码设备 较复杂。
3. 混合纠错方式 混合纠错方式记作HEC(Hybrid ErrorCorrection)是FEC 和ARQ方式的结合。发端发送具有自动纠错同时又具有检错 能力的码。收端收到码后，检查差错情况，如果错误在码的
现传输中的一位错误。如果是(3,1)重复码，两个许用码组是 000 与111, d0=3; 当收端出现两个或三个 1 时，判为 1，否则判 为 0。此时，可以纠正单个错误，或者该码可以检出两个错误。
码的最小距离d0 直接关系着码的检错和纠错能力；任 一(n,k)分组码，若要在码字内: (1) 检测e个随机错误，则要求码的最小距离d0≥e+1; (2) 纠正t个随机错误， 则要求码的最小距离d0≥2t+1; (3) 纠正t个同时检测e(≥t)个随机错误，则要求码的最小 距离d0≥t+e+1。
2.3.5 恒比码
码字中 1 的数目与 0 的数目保持恒定比例的码称为恒比码。
由于恒比码中，每个码组均含有相同数目的 1 和 0，因此恒比
码又称等重码，定 1 码。这种码在检测时，只要计算接收码元 中 1 的数目是否正确，就知道有无错误。
目前我国电传通信中普遍采用 3∶2 码，又称“5 中取 3”
S3指示23-1种不同的错误图样，校正子与错码位置的对应关 系如表2-5所示。
表2-5 校正子与错码位置的对应关系
S1 S2 S3 001 010 100 011
错码位置 a0 a1 a2 a3
S1 S2 S3 101 110 111 000
通信技术中的信源编码与信道编码方法对比
通信技术中的信源编码与信道编码方法对比在通信技术中，信源编码和信道编码是两种重要的技术手段，用于提高通信系统的可靠性和效率。
信源编码（Source Coding）和信道编码（Channel Coding）旨在减少通信中的数据传输量、提高数据传输速率、改善信号质量以及增强抗干扰能力。
尽管它们有不同的应用领域和目标，但它们在提高通信系统性能方面都发挥着重要的作用。
我们来了解一下信源编码。
信源编码是将信源数据进行编码压缩的过程，以减少传输的比特数并提高传输效率。
在信源编码中，常用的方法有霍夫曼编码、算术编码和字典编码等。
这些编码方法通过统计信源数据中出现的频率分布，将出现频率高的数据用较短的编码表示，而出现频率低的数据用较长的编码表示。
通过这种方式，信源编码可以有效地减少数据传输的比特数，提高信源数据的压缩效果。
与信源编码不同，信道编码是为了提高信道传输的可靠性和抗干扰能力。
信号在传输过程中容易受到各种干扰，如噪声、衰落和其他信号的干扰等。
信道编码通过在发送端对数据进行编码，然后在接收端进行解码恢复，从而实现对传输过程中出现的错误进行纠正或检测。
常用的信道编码方法有卷积码、纠错码和交织码等。
这些编码方法通过引入冗余信息，可以在一定程度上检测和纠正传输过程中出现的错误。
信道编码的一个重要指标是编码增益，即信道编码使得传输误码率下降的比例。
信源编码和信道编码在通信系统中起到了不同的作用。
信源编码主要应用于数据压缩领域，通过对信源数据的编码，可以减少传输的数据量，提高传输效率。
信道编码主要应用于数据传输领域，通过在发送端对数据进行编码，可以提高传输的可靠性和抗干扰能力。
信源编码和信道编码在通信系统中通常是配合使用的，通过信源编码将信源数据进行压缩，然后使用信道编码进行传输，从而达到更高的传输效率和可靠性。
虽然信源编码和信道编码有着不同的应用场景和目标，但它们在通信技术中都起到了极为重要的作用。
信源编码通过压缩信源数据减少传输比特数，提高传输效率；信道编码通过引入冗余信息提高传输可靠性和抗干扰能力。
信源编码和信道编码的例子
信源编码和信道编码的例子1.引言1.1 概述信源编码和信道编码是信息传输中两个重要的概念。
信源编码是将原始的信息进行压缩和编码的过程，目的是减小信息的传输时间和空间需求。
而信道编码则是在数据传输过程中引入冗余信息，以检测和纠正传输中可能出现的错误。
在本文中，我们将通过一些具体的例子来介绍信源编码和信道编码的应用。
在信源编码的部分，我们将讨论信息压缩的概念以及实际应用中常用的哈夫曼编码。
信息压缩是通过利用统计特性来减小数据的表示空间，从而达到减小数据传输时间和存储需求的目的。
而哈夫曼编码则是一种常用的无损压缩算法，通过根据字符出现的频率构建不同长度的编码来实现信息压缩。
在信道编码的部分，我们将介绍前向纠错编码和自动重传请求(ARQ)的概念。
前向纠错编码是一种通过在发送端引入冗余信息来检测和纠正传输中的错误的方法。
奇偶校验码和海明码是常见的前向纠错编码技术，它们可以通过添加冗余位来实现错误检测和纠正。
而ARQ协议则是一种基于反馈的传输协议，通过发送方和接收方之间的交互来实现可靠传输。
通过这些例子，我们可以更好地理解信源编码和信道编码的原理和应用。
同时，我们还将对信源编码和信道编码进行比较和应用分析，以帮助读者更好地理解和应用这些技术。
在接下来的部分，我们将详细介绍每个例子的原理和实际应用，并总结其优缺点和适用场景。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将分为三个主要部分，分别是引言、正文和结论。
每个部分都包含了若干小节，以便更好地组织和呈现相关内容。
引言部分将对信源编码和信道编码进行简要概述，介绍其基本概念和作用。
随后，会对整篇文章的结构进行说明，使读者对文章的框架和内容有一个清晰的了解。
最后，明确本文的目的，帮助读者更好地理解信源编码和信道编码的例子。
正文部分是本文的核心，将重点讨论信源编码和信道编码的例子。
首先，会介绍信源编码的例子，包括信息压缩和错误检测与纠正编码。
其中，信息压缩部分将涉及熵和信息量的概念，并详细介绍哈夫曼编码的原理和应用。
信源编码与信道编码原理
信源编码与信道编码原理哎呀，说起信源编码和信道编码，这俩玩意儿听起来是不是有点高大上，其实呢，它们就像是我们日常生活中的一些小把戏，挺有意思的。
就拿信源编码来说吧，这玩意儿就像是我们平时说话。
比如说，你跟你哥们儿约好去打球，你可能会说：“老地方，老时间，不见不散。
”这句话里，“老地方”和“老时间”就是信源编码，它们代替了具体的地点和时间，但是你和你哥们儿一听就懂，这就是信源编码的妙处，用最少的信息传达最多的内容。
再举个例子，你在网上看到一张搞笑图片，你可能会说：“哈哈，这图太逗了，笑得我肚子疼。
”这里，“笑得我肚子疼”就是信源编码，它传达了你对图片的感受，但并没有详细描述图片的内容，这就是用简洁的方式表达复杂的意思。
信道编码呢，这就像是你和你哥们儿之间的信号。
你们俩可能在不同的城市，你给他发个短信说：“今晚八点，老地方。
”但是呢，短信可能会因为信号不好，或者手机问题，传过去的时候变成了“今晚八点，老地方？”或者“今晚八点，老地方！”这就是信道编码的问题，信息在传输过程中可能会出错。
为了解决这个问题，你们可能会约定一些规则，比如如果短信后面有个问号，就再发一遍；如果后面有个感叹号，就表示确认。
这样，即使短信内容有点变化，你们也能通过这些规则理解对方的意思，这就是信道编码的作用，确保信息在传输过程中的准确性。
说到细节，我还记得有一次，我和几个朋友去海边玩，手机信号特别差。
我们约定了一个简单的信道编码规则：如果收到的信息后面有三个感叹号，就表示“收到，明白”。
那天，我发了一条信息给我朋友：“记得带防晒霜”结果他回复：“收到，明白”这事儿虽然小，但我觉得挺有趣的，它让我们的沟通更加顺畅，也让我们的海边之旅更加愉快。
所以你看，信源编码和信道编码其实就在我们身边，它们让我们的沟通更加高效，也更加可靠。
虽然听起来有点技术，但它们其实就是我们日常生活中的小智慧，让我们的生活更加便捷。
最后，回到我们的主题，信源编码和信道编码，它们就像是我们沟通的桥梁，虽然有时候可能会遇到风浪，但只要我们有合适的编码规则，就能确保信息的准确传递。
通信技术中的信源编码与信道编码技巧
通信技术中的信源编码与信道编码技巧随着通信技术的不断发展，信源编码与信道编码成为了实现高效传输和可靠通信的重要环节。
信源编码和信道编码技巧的使用可以提高数据传输的速率、错误检测与纠正的能力以及降低数据压缩的损失。
本文将对信源编码和信道编码技巧进行介绍和分析。
1. 信源编码技巧信源编码是指将源信号进行编码，以减少数据的冗余性和提高数据传输的效率。
常用的信源编码技巧有霍夫曼编码、算术编码和字典编码等。
霍夫曼编码是一种变长编码技术，通过构建哈夫曼树并根据字符的出现频率进行编码，使频率高的字符拥有较短的编码。
这种编码技巧可以极大地压缩数据量，并且解码也相对简单，因此广泛应用于图像、音频和视频等传输。
算术编码是一种连续编码技巧，通过将源信号的每个符号映射为一个区间，并根据概率确定区间的范围，实现数据的高效压缩。
算术编码可以达到较高的压缩比，但在解码过程中需要准确的概率信息。
字典编码是一种基于历史信息的编码技巧，通过建立一个字典表，将常见的数据序列映射为短的编码序列，从而减少冗余度。
字典编码常用于文本数据的压缩，如LZ77和LZW算法。
2. 信道编码技巧信道编码是在信道传输过程中对数据进行编码，以提高传输的可靠性和容错性。
常用的信道编码技巧有前向纠错编码、卷积码和布朗编码等。
前向纠错编码是一种可以在接收端进行错误检测和纠正的编码技巧。
通过在发送数据中添加冗余信息，接收端可以利用冗余信息进行错误检测和纠正。
常见的前向纠错编码算法包括海明码和RS码等。
卷积码是一种连续编码技巧，可以在传输过程中增加冗余信息以提高传输的可靠性。
卷积码通过在发送数据序列中添加卷积核函数中的权重系数来生成冗余信息。
接收端可以利用卷积码解码器进行译码和纠错。
布朗编码是一种多级调制编码技巧，通过将数字信号映射为模拟信号，使信号传输更加稳定可靠。
布朗编码常用于高容量传输和长距离通信，如光纤通信和无线电通信等。
综上所述，信源编码和信道编码技巧在通信技术中起着关键作用。
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s0 (t ) ft [si (t )] n(t )
3.7.1 调制信道数学模型(续)
我们把ft [Si(t)]写为k(t) Si(t) k(t) 依赖于网络特性,k(t) 乘Si(t)反映网络特性对 Si(t)的作用。
调制信道模型: S0(t)= k(t) Si(t)+n(t)
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3.6 信道的定义和分类(续)
2. 信道的分类(续)
按其输入/输出信号取值是离散或连续来划分
① 离散信道
② 连续信道
③ 半连续信道 ④ 时间离散的连续信道
按信道的记忆特性
① 无记忆信道 ② 有记忆信道
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3.6 信道的定义和分类(续)
2. 信道的分类(续)
按输入/输出信号之间的关系分为
信道容量的计算
在有噪信道中能不能实现可靠传输？怎样实现可靠传输？
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3.6 信道的定义和分类(续)
2. 信道的分类
狭义信道：信号的传输媒质
信道
广义信道：媒质及有关变换装置
狭义
编 码 器 输 出
调 制 器
发 转 换 器
媒质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器 输 入
调制信道
广义
编码信道
① 具有一对(或多对) ② ③ ④
根据上述性质，我们可以用一个两端(或多端)时变线性网络来
表示连续信道
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3.7.1 调制信道数学模型(续)
2. 调制信道模型 ft [Si(t)] Si(t)
时变线性 网络
∑
S0(t)
n(t)
Si(t)输入的已调信号; ft [Si(t)]表示已调信号通过网络所发生的 （时变）线性变化。 n(t):加性噪声（或称加性干扰） S0(t):信道总输出波形; 这里n(t) 独立于Si(t) 。 表示已调信号通过网 络所发生的（时变）线性变化。
由以上分析可见，信道对信号的影响可归结到两点： ① 一是乘性干扰k(t)
② 二是加性干扰 n(t)
加性干扰：连续信道的输出中叠加 在信号上的干扰。其产生源可分为 三大类：人为干扰、自然干扰和内 部干扰(常称作内部噪声)。
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3.7.2 编码信道模型
离散信号
两者的关系?
离散信号
编 码 器 输 出
① 噪声信道
② 无噪声信道
根据信道输入和输出的个数可分为
① 两端信道（单用户信道）：只有一个输入端和一个输出端 的单向通信的信道。 ② 多端信道（多用户信道）：双向通信或三个或更多个用户 之间相互通信的情况。
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3.6 信道的定义和分类(续)
2. 信道的分类(续)
根据信道的统计特性是否随时间变化分为：
调 制 器
发 转 换 器
媒质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器 输 入
调制信道 编码信道
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3.7.2 编码信道模型(续)
编码信道模型
编码信道的数学模型反映其输出离散信号与其输入离散信号之 间的关系，通常是一种概率关系，常用输入输出离散信号的转 移概率描述。 二进制离散信道模型(如下图)
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3.7 信道的数学模型
传输信道主要分为
调制信道 编码信道
噪声
信道输入
调 制 器
通信信道
调制信道
解 调 器
信道输出
编码信道
下面将分别叙述这两种信道的数学模型:
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3.7.1 调制信道数学模型
信道的数学模型反映信道的输出和输入之间的关系。
1. 调制信道
调制信道的范围是从调制器输出端到解调器输入端。 调制信道(连续信道)主要性质：
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3.6 信道的定义和分类
1. 信道的定义：
信道是指信息传输的通道，包括空间传输和时间传输。
空间传输：利用各种物理通道将信息从一端发，如磁带、光 盘等在时间上将信息进行传输的信道。 关于信道的主要问题有：
信道的建模（信道的统计特性的描述）
学习目标
学习完本节课程，您应该能够：
掌握信道的定义和分类 掌握信道的数学模型 掌握什么是信道容量 了解信道复用 掌握信道编码及信道差错控制方法
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课程内容
3.6 信道的定义和分类 3.7 信道的数学模型 3.8 信道容量及信道复用 3.9 信道编码基本概念 3.10 信道差错控制及编码方法
② 传播路径:电离层离地面高60－600km的大气层。分为D、E、 F2 等层。
③ 由于D层在夜晚几乎完全消失，常存在的是E层和F2层。
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3.6 信道的定义和分类(续)
④ F2层是反射层，D、E层是吸收层。 ⑤ 当电波在这样的媒质中传播时，因逐步折射使轨道发生弯 曲，在某一高度将产生全反射。 ⑥ F2层的高度为250－300km，一次反射的最大距离约为 4000km;两次反射通信距离可达8000km。
① 恒参信道(平稳信道)：信道的统计特性不随时间变化。
例：架空明线、电缆等可以近似为恒参信道。
② 随参信道(非平稳信道)：信道的统计特性随时间变化。
例如短波电离层反射信道。
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3.6 信道的定义和分类(续)
3. 通信信道实例:
随参信道举例:短波电离层反射信道
① 短波是指波长为100m－10m(频率为3－30MHz)的无线电波。 可沿地表面传播(地波传播)，传播距离近；可由电离层反射 传播(天波传播)。传输几千千米，至上万千米。
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3.6 信道的定义和分类(续)
3.通信信道实例(续):
恒参信道
① 有线信道:一般的有线信道均可看作是恒参信道。
明线、对称电缆、同轴电缆
② 光纤信道:以光导纤维为传输媒质、以光波为载波的信道， 具有极宽的通频带，能够提供极大的传输容量。
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课程内容
3.6 信道的定义和分类 3.7 信道的数学模型 3.8 信道容量及信道复用 3.9 信道编码基本概念 3.10 信道差错控制及编码方法
0
P(0/0)
0
P(0/0)-输入为0输出为0的概率 P(0/1)-输入为1输出为0的概率 P(1/0)-输入为0输出为1的概率
1
P(1/1)
1
P(1/1)-输入为1输出为1的概率
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3.7.2 编码信道模型(续)
二进制离散信道模型可用转移概率距阵表示
其中：
p00 , p01 T p10 , p11