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而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limn
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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