论信源编码和信道编码.docx

论信源编码与信道编码李希夷 201110404107摘要：现在社会已经步入信息时期，在各类信息技术中，信息的传输及通信起着 支撑作用而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手腕而在数字通信 系统中，信源编码和信道编码在信息的传送进程中起到了相当重要的作用，这 要求咱们对信源编码和信道编码的了解和熟悉有更高的层次关键词：信息传输数字通信信源编码信道编码正文：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，加倍有效、经济地传输，最多见的应用形式就是紧缩 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，来提高抗干扰能力和纠错能力信道编码：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E—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Un gerboeck 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 —1996MACKa y—Neal 从头发掘出 LDPC 码 —1997 年 Nick Turbo Hamming 码 —1998年Tarokh空一时卷格状码、AlaMouti空一时分组码 —1999年删除型Turbo码虽然通过这些创新尽力，已很接近Shannon极限，例如1997年Nickle的 Turbo Hamming码对高斯信道传输时已与Shannon极限仅有0.27dB相差，但人 们仍然不会满意，因为时延、装备复杂性与可行性都是实际应用的严峻要求， 而若是不考虑时延因素及复杂性本来就没成心义，因为50连年前的Shannon理 论本身就已预示以接近无穷的时延总容易找到一些方式逼近Shannon极限。

因 此,信道编码和/或编码调制理论与技术在向Shannon极限逼近的创新进程中， 其难点是要同时兼顾考虑好编码及交织等处置时延、比特误码率门限要求、系 统带宽、码率、编码增益、有效吞吐量、信道特征、抗衰落色散及不同类别干 扰能力和装备复杂性等要求从而，虽然人们普遍公认Turb码确是快速逼近 Shannon极限的一种有跃变性改良的码类，但其时延、复杂性仍然为其最严峻的 挑战因素，看来，沿AlaMouti的STB方式是一种看好的折衷方向一样，实际 性能可比Turbo码性能更优良的LDPC码，从1962年Gallager提出，那时并未 为人们充分理解与重视，至1996年为MACKay—Neal从头发现后掀起的另一股 推动其研究、应用热潮，此又为另一明显示例LDPC码是一类可由超级稀疏的 奇偶校验矩阵或二分图(Bi-PartiteGrapg)概念的线性分组前向纠错码，它具 有更简单的结构描述与硬件复杂度，可实现完全并行操作，有利高速、大吞吐 能力译码，且译码复杂度亦比Turbo码低，并具更优良的基底(Floor)残余误 码性能，研究表明，最好的非正则(Irregular) LDPC码，其长度为106时可取 得BER=10-6时与Shannon极限仅相差0.13dB；当码长为107、码率为1/2,与 Shannon极限仅差0.04dB；与Turbo码结构不同,这是由另一种途径向"Shannon 极限条件”的更有效与更传神的模拟，从而取得比Turbo码更好的性能。

因此, “学习、思考、创新、发展”这一永恒主题中持续“创新”最为关键,MIMO-STC 及Turbo /LDPC码的发展历程亦充分证明了这一发展哲理二•信源编码和信道编码远离的简要介绍 信源编码：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 信源剩余度而进行的信源符号变换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实施的变换具体说，就是 针对信源输出符号序列的统计特性来寻觅某种方式，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 无失真地恢恢复来的符号序列数字信号在传输中往往由于各类原因，使得在传送的数据流中产生误码，从 而使接收端产生图象跳跃、不持续、出现马赛克等现象所以通过信道编码这 一环节，对数码流进行相应的处置，使系统具有必然的纠错能力和抗干扰能力, 可极大地避免码流传送中误码的发生误码的处置技术有纠错、交织、线性内 插等提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务信道编码的本质是增 加通信的靠得住性但信道编码会使有效的信息数据传输减少，信道编码的进 程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的， 这就是咱们常常说的开销。

这就好象咱们输送一批玻璃杯一样，为了保证输送 途中不出现打烂玻璃杯的情况，咱们通常都用一些泡沫或海棉等物将玻璃杯包 装起来，这种包装使玻璃杯所占的容积变大，原来一部车能装5000各玻璃杯的, 包装后就只能装4000个了，显然包装的代价使输送玻璃杯的有效个数减少了 一样，在带宽固定的信道中，总的传送码率也是固定的，由于信道编码增加了 数据量，其结果只能是以降低传送有效信息码率为代价了将有效比特数除以 总比特数就等于编码效率了，不同的编码方式，其编码效率有所不同基于层次树的集分割（SPIHT）信源编码方式是基于EZW而改良的算法，它是 有效利用了图像小波分解后的多分辨率特性，按照重要性生成比特流的一个渐 进式编码这种编码方式，编码器能够在任意位置终止编码因此能够精准实现 必然目标速度或目标失真度一样，对于给定的比特流，解码器可以在任意位置 停止解码，而仍然能够恢复由截断的比特流编码的图像而实现这一优越性能并 非需要事前的训练和预存表或码本，也不需要任何关于图像源的先验知识数字电视中常常利用的纠错编码，通常采用两次附加纠错码的前向纠错 （FEC）编码RS编码属于第一个FEC，188字节后附加16字节RS码，组成（204, 188） RS码，这也可以称为外编码。

第二个附加纠错码的FEC 一般采用卷积编码, 又称为内编码外编码和内编码结合一路，称之为级联编码级联编码后取得 的数据流再按规定的调制方式对载频进行调制前向纠错码（FEC）的码字是具有必然纠错能力的码型，它在接收端解码后, 不仅可以发现错误，而且能够判断错误码元所在的位置，并自动纠错这种纠 错码信息不需要贮存，不需要反馈，实时性好所以在广播系统（单向传输系 统）都采用这种信道编码方式以下是纠错码的各类类型：既然信源编码的大体目的是提高码字序列中码元的平均信息量，那么，一 切旨在减少剩余度而对信源输出符号序列所实施的变换或处置，都可以在这种 意义下归入信源编码的范围，例如过滤、预测、域变换和数据紧缩等固然， 这些都是广义的信源编码一般来讲，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大 体途径有两个：①使序列中的各个符号尽可能地彼此独立；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第三代移动通信中的信源编码包括语音紧缩编码、各类图像紧缩编码及多 媒体数据紧缩编码信道编码：数字信号在传输中往往由于各类原因，使得在传送的数据流中产生误码， 从而使接收端产生图象跳跃、不持续、出现马赛克等现象。

所以通过信道编码 这一环节，对数码流进行相应的处置，使系统具有必然的纠错能力和抗干扰能 力，可极大地避免码流传送中误码的发生误码的处置技术有纠错、交织、线 性内插等提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务信道编码的本质是增 加通信的靠得住性但信道编码会使有效的信息数据传输减少，信道编码的进 程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的, 这就是咱们常常说的开销码率兼容截短卷积(RCPC)信道编码，就是一类釆用周期性删除比特的方 式来取得高码率的卷积码，它具有以下几个特点：⑴截短卷积码也可以用生成矩阵表示，它是一种特殊的卷积码；⑵截短卷积码的限制长度与原码相同，具有与原码同品级别的纠错能力； (3)截短卷积码具有原码的隐含结构，译码复杂度降低；(4)改变比特删除模式，可以实现变码率的编码和译码三•信源编码和信道编码的区别信源编码信源编码的作用之一是设法减少码元数量和降低码元速度，即通 常所说的数据紧缩码元速度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（AM）信源译码是信源编码 的逆进程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 代替持续信号的抽样值，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、卫星通信中均取得了极为普遍的应用增 量调制（AM）:将差值编码传输，一样可传输模拟信号所含的信息此差值又称 “增量”，其值可正可负这种用差值编码进行通信的方式，就称为“增量调 制”，缩写为DM或AM,主要用于军方通信中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实施的 变换具体说，就是针对信源输出符号序列的统计特性来寻觅某种方式，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恢复来的符号序列•信道编码的目的：信道编码 是为了保证信息传输的靠得住性、提高传输质量而设计的一种编码它是在信 息码中增加必然数量的多余码元，使码字具有必然的抗干扰能力信道编码的 实质：信道编码的实质就是在信息码中增加必然数量的多余码元（称为监督码 元），使它们知足必然的约束关系，这样由信息码元和监督码元一路组成一个 由信道传输的码字。

信源编码很好理解，比如你要发送一个图形，必需把这个 图像转成0101的编码，这就是信源编码信道编码数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落和人为干扰等，将会引 发过失为了减少过失，信道编码器对传输的信息码元按必然的规则加入保护 成份（监督元），组成所谓“抗干扰编码”接收端的信道译码器按必然规则 进行解码，从解码进程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力, 实现靠得住通信信道编码是针对无线信道的干扰太多，把你要传送的数据加 上些信息，来纠正信道的干扰信道编码 数字信号在信道传输时，由于噪声、 衰落和人为干扰等，将会引发过失为了减少过失，信道编码器对传输的信息 码元按必然的规则加入保护成份（监督元），组成所谓“抗干扰编码”接收 端的信道译码器按必然规则进行解码，从解码进程中发现错误或纠正错误，从 而提高通信系统抗干扰能力，实现靠得住通信信源编码信号：例如。