夏農三大定理 夏農公式

2021-10-14 02:45:38 字數 1882 閱讀 4484

通訊中,信源編碼本質上是將信源符號轉變為適合通道傳輸的符號,目的為了減少或消除信源冗餘度提高傳輸效率及通訊的有效性

在資訊理論的編碼定理中,已從理論上證明,至少存在某種最佳的編碼或通道處理方法,能夠做到既可靠又有效地傳輸資訊。而夏農第一定理就是乙個極為重要的極限定理:

要做到無失真的信源編碼,平均每個信源符號所需最少的r

rr元碼元數為信源的熵hr(

s)h_r(s)

hr​(s)

.即信源的資訊熵hr(

s)h_r(s)

hr​(s)

是無失真信源壓縮的極限值。

若編碼的平均碼長小於信源的熵值hr(

s)h_r(s)

hr​(s)

,則惟一可解碼不存在,在解碼或反變換時必然要帶來失真或差錯。

通過對擴充套件信源進行變長編碼,當 n→∞

n \to\infty

n→∞ 時,平均碼長lim⁡n

物理意義:

無失真信源編碼的實質是對離散信源進行變換——變換後信源符號(通道的輸入信源)盡可能為等概率分布—— 新信源符號平均所含的資訊量達到最大——使通道的資訊傳輸率r達到通道容量c,實現信源與通道理想的統計匹配。

當通道的資訊傳輸率不超過通道容量時,採用合適的通道編碼方法可以實現任意高的傳輸可靠性,但若資訊傳輸率超過了通道容量(r

>

cr>c

r>

c),就不可能實現可靠的傳輸

設某通道有r個輸入符號,s

ss個輸出符號,通道容量為c

cc,當通道的資訊傳輸率 r

r<

c,碼長n

nn足夠長時,總可以在輸入的集合中,找到m

mm個碼字,分別代表m

mm個等可能性的訊息,組成乙個碼以及相應的解碼規則,使通道輸出端的最小平均錯誤解碼概率達到任意小(pe→

0p_e\to0

pe​→0)。

具有劃時代意義的夏農公式:

c =b

⋅log

2(1+

sn)\bm)}

c=b⋅lo

g2​(

1+ns

​)b為通道頻寬;s

n\frac

ns​為訊雜比,單位分貝(db)。

保真度準則下的信源編碼定理,或稱有損信源編碼定理。只要碼長足夠長,總可以找到一種信源編碼,使編碼後的資訊傳輸率r′r'

r′略大於率失真函式r(d

)r(d)

r(d)

,而碼的平均失真度d(c

)d(c)

d(c)

不大於給定的允許失真度d

dd,即r′≥

r(d)

,d(c

)≤dr' \geq r(d),d(c) \leq d

r′≥r(d

),d(

c)≤d

.夏農作為資訊理論的創始人,對如今的資訊時代(4g、5g移動通訊)貢獻巨大。

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