【正文】 ****************** 實(shí)踐教學(xué) ******************* 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院 通信系統(tǒng)仿真訓(xùn)練 題 目： 基于算術(shù)編碼的信源編碼 /解碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 1 摘 要 隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，數(shù)字化已經(jīng)成了現(xiàn)今通信技術(shù)的主流發(fā)展方向，而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的重要步驟就是對(duì)信源 進(jìn)行編碼。信源編碼理論是信息論的一個(gè)重要分支，其理論基礎(chǔ)是信源編碼的兩個(gè)定理：無(wú)失真信源編碼定理和限失真信源編碼定理。信源編碼是以提高通信有效性為目的的編碼。通常通過(guò)壓縮信 源的冗余度來(lái)實(shí)現(xiàn)。人們經(jīng)過(guò)不斷地探索，創(chuàng)造了許多種有效的信源編碼的方法，比如說(shuō)哈弗曼編碼、算術(shù)編碼、游程編碼等，通過(guò)這些有效地信源編碼方式，很好的提高了通信的有效性。 本文從算術(shù)編碼原理、以及研究算術(shù)編碼的目的意義等，到具體算術(shù)編碼方案的分析比較以及其 MATLAB 語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)方案，有重點(diǎn)的對(duì)算術(shù)編碼的編碼過(guò)程進(jìn)行了分析和闡述。具體說(shuō)就是針對(duì)信源輸出符號(hào)序列的統(tǒng)計(jì)特性，尋找一定的方法把信源輸出符號(hào)序列變換為最短碼字的序列的方法。設(shè)計(jì)利用 MATLAB 語(yǔ)言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于算術(shù)編碼的信源編碼 /解碼過(guò)程。算術(shù)編碼 是一種能夠趨近于熵極限的最佳編碼方式對(duì)出現(xiàn)概率較大的符號(hào)使用短碼，對(duì)概率較小的符號(hào)使用長(zhǎng)碼。過(guò)本課程設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)從鍵盤隨意輸入待傳輸信息，根據(jù)算術(shù)編碼原理輸出編碼結(jié)果，如果選擇譯碼，會(huì)輸出之前輸入的傳輸信息。 關(guān)鍵詞 ： 算術(shù)編碼 譯碼 MATLAB 仿真 2 目 錄 一、信源編碼 ......................................................................................................................................... 1 信源編碼的概念 ........................................................................................................................ 1 信源編碼簡(jiǎn)介 ............................................................................................................................ 1 信源編碼的目的： ...................................................................................................................... 2 信源編碼的原理 ......................................................................................................................... 2 二、算術(shù)解碼的理論基礎(chǔ) ........................................................................................................................ 6 算術(shù)編碼算法的基本原理 .......................................................................................................... 6 算術(shù)編碼的特點(diǎn) ......................................................................................................................... 7 算術(shù)編碼的分析過(guò)程 ................................................................................................................. 7 算術(shù)編碼舉例 ............................................................................................................................. 9 三、算術(shù)編碼 MATLAB 仿真實(shí)現(xiàn) ......................................................................................................... 14 MATLAB 仿真程序?qū)崿F(xiàn) ........................................................................................................... 14 仿真設(shè)計(jì)流程圖 ....................................................................................................................... 14 算術(shù)編碼仿真設(shè)計(jì) ................................................................................................................... 15 結(jié)果分析 .................................................................................................................................. 20 設(shè)計(jì)總結(jié) .............................................................................................................................................. 20 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................................. 22 1 一、 信源編碼 信源編碼的概念 信源編碼是為了減少信源輸出符號(hào)序列中的剩余度、提高符號(hào)的平均信息量，對(duì)信源輸出的符號(hào)序列所施行的變換。具體說(shuō)，就是針對(duì)信源輸出符號(hào) 序列的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)尋找某種方法，把信源輸出符號(hào)序列變換為最短的碼字序列，使后者的各碼元所載荷的平均信息量最大，同時(shí)又能保證無(wú)失真地恢復(fù)原來(lái)的符號(hào)序列。既然信源編碼的基本目的是提高碼字序列中碼元的平均信息量，那么，一切旨在減少剩余度而對(duì)信源輸出符號(hào)序列所施行的變換或處理，都可以在這種意義下歸入信源編碼的范疇，例如過(guò)濾、預(yù)測(cè)、域變換和數(shù)據(jù)壓縮等。當(dāng)然，這些都是廣義的信源編碼。 信源編碼簡(jiǎn)介 信源編碼是以提高通信有效性為目的的編碼。通常通過(guò)壓 縮信源的冗余度來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用的一般方法是壓縮每個(gè)信源符號(hào)的平均比特?cái)?shù)或信源的碼率，同樣多的信息用較少的碼率來(lái)傳輸，使單位時(shí)間內(nèi)傳送的平均信息來(lái)量增加，從而提高通信的有效性。 信源編碼理論是信息論的一個(gè)重要分支，其理論基礎(chǔ)是信源編碼的兩個(gè)定理：無(wú)失真信源編碼定理和限失真信源編碼定理。前者是離散信源或數(shù)字編碼的基礎(chǔ)，后者則是連續(xù)信源或模擬信號(hào)的基礎(chǔ)。 編碼實(shí)質(zhì)上就是對(duì)信源的原始符號(hào)按一定規(guī)則進(jìn)行的一種變換。編碼可分為信源編碼和信道編碼。由于信源符號(hào)之間存在分布不均勻和相關(guān)性，使得信源存在冗余度，信源編碼的主要任務(wù) 就是減少冗余，提高編碼效率。 信源編碼是為了減少信源輸出符號(hào)序列中的剩余度、提高符號(hào)的平均信息量，對(duì)信源輸出的符號(hào)序列所施行的變換。具體說(shuō)，就是針對(duì)信源輸出符號(hào)序列的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)尋找某種方法，把信源輸出符號(hào)序列變換為最短的碼字序列，使后者的各碼元所載荷的平均信息量最大，同時(shí)又能保證無(wú)失真地恢復(fù)原來(lái)的符號(hào)序列。 信源編碼的基本途徑有兩個(gè)：使序列中的各個(gè)符號(hào)盡可能地相互獨(dú)立，即解除相關(guān)性；使編碼中各個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的概率盡可能地相等，即概率均勻化。采用的一般方法是壓縮每個(gè)信源符號(hào)的平均比特?cái)?shù)或信源的碼率。即同樣多的信息用較 少的碼率傳送 ,使單位時(shí)間內(nèi)傳送的平均信息量增加 ,從而提高通信的有效性。 2 ： 信源存在冗余度。 原因是信源符號(hào)之間存在概率分布不均勻和相關(guān)性。 信源編碼的主要任務(wù)就是減少冗余，提高編碼效率。 信源編碼是以提高通信的有效性為目的編碼。 通常通過(guò)壓縮信源的冗余度來(lái)實(shí)現(xiàn)。 即用較少的碼字傳送較多的信息，使單位時(shí)間內(nèi)傳送的平均信息量增加，從而提高通信的有效性。 一 般來(lái)說(shuō)，減少信源輸出符號(hào)序列中的剩余度、提高符號(hào)平均信息量的基本途徑有兩個(gè)：① 使序列中的