1、課程：信息論與編碼 題目：信源信道聯合編碼方式及其應用班級：14級電子信息工程班姓名：魏秀濤 學號：1401140108信源信道聯合編碼方式及其應用摘要 本文主要從信源信道編碼的簡介、聯合編碼的提出、聯合編碼的具體設計方法和關鍵技術、聯合編碼的應用環境及聯合編碼在實際系統中應用等方面進行論述。隨著多媒體無線通信日益發展。聯合信源信道編碼近幾年來日益受到通信界的廣泛重視。根據Shannon信息論原理，通信系統中信源編碼和信道編碼是分離的，然而，該定理假設信源編碼是最優的，可以去掉所有冗余，并且假設當比特率低于信道容量時可糾正所有誤碼。在不限制碼長的復雜性和時延的前提下，可以得到這樣的系統。而在實

2、際系統中又必須限制碼長的復雜性和時延，這必然會導致性能下降，這和香農編碼定理的假設是相矛盾的。因此，在許多情況下，需要采用聯合信源信道編碼才能獲得滿意的效果。根據香農信源和信道分離編碼理論進行的分離信源和信道編碼在時變信道時不能充分利用系統資源。正是在這種情況下 ,提出了信源信道聯合編碼 ,可以跟隨信道的變化充分利用通信系統的資源 ,達到最好的端對端的通信效果。本文首先闡述了聯合信源信道編碼的原理 ,然后介紹了常用的實現方法 ,最后 ,提出了在設計聯合信源信道編碼系統時的改進方法。關鍵詞 信源編碼，信道編碼，信源信道聯合編碼一、信源信道編碼的簡單介紹信源編碼： 一種以提高通信有效性為目的而對信

3、源符號進行的變換；為了減少或消除信源剩余度而進行的信源符號變換。為了減少信源輸出符號序列中的剩余度、提高符號的平均信息量，對信源輸出的符號序列所施行的變換。具體說，就是針對信源輸出符號序列的統計特性來尋找某種方法，把信源輸出符號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，同時又能保證無失真地恢復原來的符號序列。信道編碼：數字信號在傳輸中往往由于各種原因，使得在傳送的數據流中產生誤碼，從而使接收端產生圖象跳躍、不連續、出現馬賽克等現象。所以通過信道編碼這一環節，對數碼流進行相應的處理，使系統具有一定的糾錯能力和抗干擾能力，可極大地避免碼流傳送中誤碼的發生。誤碼的處理技術有糾錯

4、、交織、線性內插等。二、聯合信源信道編碼的提出經典的無線通信系統是將信源編碼和信道編碼分別進行的。信源編碼主要考慮信源的統計特性，信道編碼主要考慮信道的統計特性。 優點是設計簡單、通用性好，可以分別形成標準。 缺點是沒有充分利用各自的優勢，因而不是最佳的。 無線系統的信源編碼由于壓縮比很高，對差錯十分敏感；而信道編碼面臨十分惡劣的傳播環境，但提供的帶寬冗余度很小。 在這種背景下，需要將信源編碼和信道編碼綜合考慮。這就是聯合編碼的基本思路。 在無線多媒體通信中，聯合編碼是抗衰落的一種十分有效的措施。如圖：信道信源編碼信道編碼 輸入 輸出 信源碼率 信道碼率聯合最優比特分配三、聯合編碼的具體設計方

5、法和關鍵技術聯合編碼的具體設計方法：第一、信源-信道編碼器的聯合設計。該法側重與在發送端根據信源和信道的統計特性來完成設計，包括基于信源優化的信道編碼和基于信道優化的信源編碼。第二、信源-信道聯合解碼器設計。該法側重于在信宿端分析并利用信源編碼器輸出的殘存冗余信息來阻止傳輸比特差錯的傳播，也可以作為先驗知識用于信道譯碼器軟輸出譯碼的邊信息。第三、信源-信道碼率分配研究。它是在給定信道碼率下，信源和信道編碼率的最優化分配策略。當總比特率（=信源編碼速率+信道編碼速率）一定，信源編碼率增加，有損壓縮造成的失真減小；信道編碼速率減小，信道編碼冗余量減少，信道噪聲造成的失真提高。聯合編碼關鍵技術：殘留

6、冗余（額外比特率）技術 即在有噪信道且不額外增加傳輸比特條件下，調整編碼器以提高信道魯棒性。（由于香農編碼理論存在：不能去除所有冗余問題；在有噪信道和衰落信道信道編碼方法不充分的局限。）不等差錯保護技術（自適應糾錯技術） 即根據數據的重要性不同，信道編譯碼采用不同的糾錯保護策略，使誤碼率降到最低。又稱分集接收技術7。基于軟輸入軟輸出的聯合譯碼技術 該法利用傳輸信道的狀態信息、信源的先驗信息以及信道譯碼器的軟輸出來進行軟信源譯碼。基于因子圖形的聯合譯碼技術 因子圖形是一種雙向圖形，是把一個全局變量，使用特定的方法變換成幾個局部函數乘積式子。傳遞算法描述：圖形中每個節點都可看作活動的處理單元，且能

7、執行和該節點相關的信息和局部函數的計算。節點間的連線完成信息的發送和接收。聯合優化技術 該聯合編碼可被認為是一種隱馬爾可夫過程模型（用狀態條件概率代替無記憶信道的轉移概率）。（包含狀態估計、最小均方差估計和信道狀態和參數估計）網格量化聯合優化技術 網格量化編碼和網格編碼調制，可降低系統復雜性，改善失真性能，并且使信道噪聲有適中的魯棒性四、信源-信道聯合編碼適用環境資源受限的通信系統 實現資源最優化。資源限制包括數據傳輸時的速率和帶寬限制，系統復雜度限制，功率限制，延時限制。多用戶共享信道的通信系統 實現信道容量的利用最大化。如蜂窩移動通信系統。由于多個用戶是通過統計時分或者碼分等復用方式共享信

8、道，這樣便造成一個用戶的信源信息，可能是另一個用戶的信道噪聲的問題。（不適用于多源接入信道）。異質信源、異類信道或異種用戶共存通信系統 異質信源指多媒體通信中，對于信道誤碼和傳輸延時要求不同的數據。異類信道指同一通信網下，包括信道的速率、誤碼率、時延或時延抖動在內的信道質量相差很大的信道。異種用戶指同一通信系統中，服務質量要求不同的用戶。時變通信系統 由于時變系統的信源和信道的先驗概率分布不可能準確獲得，這樣便不可能實現，在分離方式下，系統達到最優。五、信源編碼和信道編碼在現代社會的應用在現代無線通信中的應用： 通信的任務是由一整套技術設備和傳輸媒介所構成的總體通信系統來完成的。電子通信根據信

9、道上傳輸信號的種類可分為模擬通信和數字通信。最簡單的數字通信系統模型由信源、信道和信宿三個基本部分組成。實際的數字通信系統模型要比簡單的數字通信系統模型復雜得多。數字通信系統設備多種多樣，綜合各種數字通信系統.信源編碼是以提高通信有效性為目的的編碼。通常通過壓縮信源的冗余度來實現。采用的一般方法是壓縮每個信源符號的平均比特數或信源的碼率。 信道，通俗地說是指以傳輸媒質為基礎的信號通路。具體地說，信道是指由有線或無線電線路提供的信號通路。信道的作用是傳輸信號，它提供一段頻帶讓信號通過，同時又給信號加以限制和損害。 信道編碼是以提高信息傳輸的可靠性為目的的編碼。通常通過增加信源

10、的冗余度來實現。采用的一般方法是增大碼率或帶寬。與信源編碼正好相反。在計算機科學領域，信道編碼（channel code）被廣泛用作表示編碼錯誤監測和糾正的術語，有時候也可以在通信和存儲領域用作表示數字調制方式。信道編碼用來在數據傳輸的時候保護數據，還可以在出現錯誤的時候來恢復數據。超寬帶(Ultra Wideband，以下簡稱UWB)，系統具有高傳輸速率、低功耗、低成本等獨特優點,是下一代短距離無線通信系統的有力競爭者。它是指具有很高帶寬比射頻（帶寬與中心頻率之比）的無線電技術。近年來，超寬帶無線通信在圖像和視頻傳輸中獲得了越來越廣泛的應用，它具有極高的傳輸速率以及很寬的

11、傳輸頻帶，可以提供高達1Gbit/s的數據傳輸速率，可用在數字家庭網絡或辦公網絡中，實現近距離、高速率數據傳輸。例如，利用UWB技術可以在家用電器設備之間提供高速的音頻、視頻業務傳輸，在數字辦公環境中，應用UWB技術可以減少線纜布放的麻煩，提供無線高速互聯。六、總結 信源編碼是一種以提高通信的有效性為目的而對信源符號進行的變換；為了減少或消除信源剩余度而進行的信源符號變換。信道編碼為了與信道的統計特性相匹配，并區分通路和提高通信的可靠性，在信源編碼的基礎上進行信道編碼更好的滿足通信系統的要求。參考文獻1周炯磐.信息理論基礎.北京：人民郵電出版社，19832鐘義信.信息科學原理.北京：北京郵電大學出版社，19963王圣誼等編譯.信息工程.長沙：湖南大學出版社，19874姜丹，錢玉美.信息理論與編碼.合肥：中國科學技術大學出版社，19925