基于算术编码的信源编码解码系统设计与仿真_.doc

****************** 实践教学 ******************* 计算机与通信学院 通信系统仿真训练 题 目：基于算术编码的信源编码/解码系统设计与仿真 PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 2 摘 要 随着社会的飞速发展，数字化已经成了现今通信技术的主流发展方向，而实现数字化的重要步骤就是对信源进行编码。信源编码理论是信息论的一个重要分支，其理论基础是信源编码的两个定理：无失真信源编码定理和限失真信源编码定理。信源编码是以提高通信有效性为目的的编码。通常通过压缩信源的冗余度来实现。人们经过不断地探索，创造了许多种有效的信源编码的方法，比如说哈弗曼编码、算术编码、游程编码等，通过这些有效地信源编码方式，很好的提高了通信的有效性。 本文从算术编码原理、以及研究算术编码的目的意义等，到具体算术编码方案的分析比较以及其 MATLAB 语言的实现方案，有重点的对算术编码的编码过程进行了分析和阐述。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码字的序列的方法。设计利用MATLAB语言设计并实现了基于算术编码的信源编码/解码过程。算术编码是一种能够趋近于熵极限的最佳编码方式对出现概率较大的符号使用短码，对概率较小的符号使用长码。过本课程设计可以实现从键盘随意输入待传输信息，根据算术编码原理输出编码结果，如果选择译码，会输出之前输入的传输信息。 关键词 ： 算术编码 译码 MATLAB仿真 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 一、信源编码 h 1 1.1 信源编码的概念 h 1 1.2 信源编码简介 h 1 1.3信源编码的目的： h 2 1.4信源编码的原理 h 2 二、算术解码的理论基础 h 7 2.1 算术编码算法的基本原理 h 7 2.2算术编码的特点 h 7 2.3 算术编码的分析过程 h 8 2.4算术编码举例 h 9 三、算术编码MATLAB仿真实现 h 15 3.1 MATLAB 仿真程序实现 h 15 3.2仿真设计流程图 h 15 3.3 算术编码仿真设计 h 16 3.4结果分析 h 21 设计总结 h 21 参考文献 h 23 PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 42 信源编码 1.1 信源编码的概念 信源编码是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。既然信源编码的基本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施行的变换或处理，都可以在这种意义下归入信源编码的范畴，例如过滤、预测、域变换和数据压缩等。当然，这些都是广义的信源编码。 1.2 信源编码简介 信源编码是以提高通信有效性为目的的编码。通常通过压缩信源的冗余度来实现。采用的一般方法是压缩每个信源符号的平均比特数或信源的码率，同样多的信息用较少的码率来传输，使单位时间内传送的平均信息来量增加，从而提高通信的有效性。 信源编码理论是信息论的一个重要分支，其理论基础是信源编码的两个定理：无失真信源编码定理和限失真信源编码定理。前者是离散信源或数字编码的基础，后者则是连续信源或模拟信号的基础。 编码实质上就是对信源的原始符号按一定规则进行的一种变换。编码可分为信源编码和信道编码。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。信源编码是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。信源编码的基本途径有两个：使序列中的各个符号尽可能地相互独立，即解除相关性；使编码中各个符号出现的概率尽可能地相等，即概率均匀化。采用的一般方法是压缩每个信源符号的平均比特数或信源的码率。即同样多的信息用较少的码率传送,使单位时间内传送的平均信息量增加,从而提高通信的有效性。 1.3信源编码的目的： 1、信源存在冗余度。 2、原因是信源符号之间存在概率分布