信道编码方案设计
一、实验目的
1、理解信道编码的思想，掌握信道编码的编程实现原理及技术。
2、学习并理解信道编码的根本目的、技术要求与基本目标等基本概念；掌握线
性分组码的物理含义、数学基础及检纠错原理；掌握循环码的码型特点、检纠错能力、编译码方法及基本技术；
二、实验原理
信道编码是为了提高通信的可靠性而采取的一种编码策略。信道编码的核心基础是纠错编码理论，是在信息码后面附加上一些监督码，以便在接收端发现和纠正误码。信道是信号从信源传送到信宿的通路。由于信道有干扰，使得传送的数据流(码流)中产生误码。误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。信道编码的目的是提高信息传输或通信的可靠性。信道编码的任务是降低误码率，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，提高数据传输效率。
道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，达到在接收端进行检错和纠错的目的。在带宽固定的信道中，总的传送码率是固定的，由于信道编码增加了数据量，其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价了。
三、实验步骤
1、传送二进制码“0”的概率P0=0.6,"1"的概率p1=1-p0。
2、利用单极性基带信号传输，从判决输入端观测，用电平s0=0传输“0”，用电
平s1=A传输“1”，信道中的噪声是加性的零均值高斯噪声，方差为柯西的平方，
3、在最佳门限电平判决下传输误码率Pe与A2/柯西平方下的曲线。
4、每一个给定噪声方差下仿真传输序列长度为105bit,
四、实验程序
clear;
s0=0;s1=5;
p0=0.6;%信源概率
p1=1-p0;
A2_over_sigma2_dB=-5:0.5:20;%仿真信噪比范围
A2_over_sigma2=10.^(A2_over_sigma2_dB./10);
sigma2=s1^2./A2_over_sigma2;
N=1e5;
for k=1:length(sigma2)
X=(randn(1,N)>p0);
n=sqrt(sigma2(k)).*randn(1,N);
xi=s1.*X+n;
C_opt=(s0+s1)/2+sigma2(k)/(s1-s0)*log(p0./p1);
y=(xi>C_opt);
err(k)=(sum(X-y~=0))./N;
end
semilogy(A2_over_sigma2_dB,err,'>r');hold on;
for k=1:length(sigma2)
C_opt=(s0+s1)./2+sigma2(k)./(s1-s0).*log(p0./p1); pe0=0.5-0.5*erf((C_opt-s0)/(sqrt(2*sigma2(k)))); pe1=0.5+0.5*erf((C_opt-s1)/(sqrt(2*sigma2(k)))); pe(k)=p0*pe0+p1*pe1;
end
semilogy(A2_over_sigma2_dB,pe);%理论误码率曲线
xlabel('A^2^sigma^2(dB)');
ylabel('错误率p_e');
legend('实际误码率','理论误码率');
五、实验结果
六、分析讨论
通过这次实验，是我更加深刻的理解了信道编码的目的，并懂得了误码率的重要意义，此次实验matlab仿真较为简单，但是在画图方面有一定难度，最终我利用semilogy函数和两种不同的线性及颜色将理论误码率和实际误码率清晰的呈现在了同一张图上。
实验报告 实验课名称：数据结构实验 实验名称：文件压缩问题 班级：20132012 学号：姓名：时间：2015-6-9 一、问题描述 哈夫曼编码是一种常用的数据压缩技术，对数据文件进行哈夫曼编码可大大缩短文件的传输长度，提高信道利用率及传输效率。要求采用哈夫曼编码原理，统计文本文件中字符出现的词频，以词频作为权值，对文件进行哈夫曼编码以达到压缩文件的目的，再用哈夫曼编码进行译码解压缩。 二、数据结构设计 首先定义一个结构体： struct head { unsigned char b; //记录字符 long count; //权重 int parent,lch,rch; //定义双亲，左孩子，右孩子 char bits[256]; //存放哈夫曼编码的数组 } header[512],tmp; //头部一要定设置至少512个,因为结 点最多可达256,所有结点数最多可 达511 三、算法设计 输入要压缩的文件读文件并计算字符频率根据字符的频率，利用Huffman 编码思想创建Huffman树由创建的Huffman树来决定字符对应的编码，进行文件的压缩解码压缩即根据Huffman树进行译码 设计流程图如图1.1所示。
图1.1 设计流程图 (1)压缩文件 输入一个待压缩的文本文件名称(可带路径)如:D:\lu\lu.txt 统计文本文件中各字符的个数作为权值,生成哈夫曼树；将文本文件利用哈夫曼树进行编码,生成压缩文件。压缩文件名称=文本文件名.COD 如:D:\lu\lu.COD 压缩文件内容=哈夫曼树的核心内容+编码序列 for(int i=0;i<256;i++) { header[i].count=0; //初始化权重 header[i].b=(unsigned char)i; //初始化字符 } ifstream infile(infilename,ios::in|ios::binary); while(infile.peek()!=EOF) { infile.read((char *)&temp,sizeof(unsigned char)); //读入一个字符 header[temp].count++; //统计对应结点字符权重 flength++; //统计文件长度 } infile.close(); //关闭文件 for(i=0;i<256-1;i++) //对结点进行冒泡排序,权重大的放在上面，编码时效率高 for(int j=0;j<256-1-i;j++) if(header[j].count 重庆工程学院 电子信息学院 实验报告 课程名称：_ 数据通信原理开课学期：__ 2015-2016/02_ 院（部）: 电子信息学院开课实验室：实训楼512 学生姓名: 舒清清梁小凤专业班级: 1491003 学号: 149100308 149100305 重庆工程学院学生实验报告 课程名 称 数据通信原理实验项目名称汉明码编译实验 开课院系电子信息学院实验日期 2016年5月7 日 学生姓名舒清清 梁小凤 学号 149100308 149100305 专业班级网络工程三班 指导教 师 余方能实验成绩 教师评语： 教师签字：批改时间： 一、实验目的和要求 1、了解信道编码在通信系统中的重要性。 2、掌握汉明码编译码的原理。 3、掌握汉明码检错纠错原理。 4、理解编码码距的意义。 二、实验内容和原理 汉明码编码过程：数字终端的信号经过串并变换后，进行分组，分组后的数据再经过汉明码编码，数据由4bit变为7bit。 三、主要仪器设备 1、主控&信号源、6号、2号模块各一块 2、双踪示波器一台 3连接线若干 四、实验操作方法和步骤 1、关电，按表格所示进行连线 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【汉明码】。 （1）将2号模块的拨码开关S12#拨为10100000，拨码开关S22#、S32#、S42#均拨为00000000；（2）将6号模块的拨码开关S16#拨为0001，即编码方式为汉明码。开关S36#拨为0000，即无错模式。按下6号模块S2系统复位键。 3、此时系统初始状态为：2号模块提供32K编码输入数据，6号模块进行汉明编译码，无差错插入模式。 4、实验操作及波形观测。 （1）用示波器观测6号模块TH5处编码输出波形。 （2）设置2号模块拨码开关S1前四位，观测编码输出并填入下表中： 五、实验记录与处理（数据、图表、计算等） 校对输入0000，编码0000000 输入0001，编码0001011 输入0010，编码0010101 输入0011，编码0011110 输入0100，编码0100110 输入0101，编码0101101 输入0110，编码0110011输入0111，编码0111000 实验二游程编码 一、实验目的 1、掌握游程编码原理； 2、理解数据编码压缩和译码输出编码的实现。 二、实验要求 实现游程编码和译码的生成算法。 三、实验内容 输入一幅二值图像，先统计要压缩编码的文件中的字符字母出现的次数，按字符字母和空格出现的概率对其进行哈夫曼编码，然后读入要编码的文件，编码后存入另一个文件；接着再调出编码后的文件，并对其进行译码输出，最后存入另一个文件中。 四、实验原理 1、xx 树的定义： 假设有n 个权值，试构造一颗有n 个叶子节点的二叉树，每个叶子带权值为wi ，其中树带权路径最小的二叉树成为哈夫曼树或者最优二叉树； 2、xx 树的构造： weight为输入的频率数组，把其中的值赋给依次建立的HT Node对象中的data属性，即每一个HT Node对应一个输入的频率。然后根据data属性按从小到大顺序排序，每次从data取出两个最小和此次小的HT Node,将他们的data 相加，构造出新的HTNode作为他们的父节点，指针pare nt，leftchild，rightchild 赋相应值。在把这个新的节点插入最小堆。 按此步骤可以构造出一棵XX树。 通过已经构造出的哈夫曼树,自底向上,由频率节点开始向上寻找parent, 直到parent 为树的顶点为止。这样,根据每次向上搜索后,原节点为父节点的 左孩子还是右孩子，来记录 1 或0，这样，每个频率都会有一个01 编码与之唯一对应，并且任何编码没有前部分是同其他完整编码一样的。 五、实验程序 #include 中南大学 《信息论与编码》实验报告 题目信源编码实验 指导教师 学院 专业班级 姓名 学号 日期 目录 一、香农编码 (3) 实验目的 (3) 实验要求 (3) 编码算法 (3) 调试过程 (3) 参考代码 (4) 调试验证 (7) 实验总结 (7) 二、哈夫曼编码 (8) 实验目的 (8) 实验原理 (8) 数据记录 (9) 实验心得 (10) 一、香农编码 1、实验目的 （1）进一步熟悉Shannon 编码算法； （2）掌握C 语言程序设计和调试过程中数值的进制转换、数值与字符串之间 的转换等技术。 2、实验要求 （1）输入：信源符号个数q 、信源的概率分布p ； （2）输出：每个信源符号对应的Shannon 编码的码字。 3、Shannon 编码算法 1：procedure SHANNON(q,｛Pi ｝) 2: 降序排列｛Pi ｝ 3: for i=1 q do 4: F(i s ) 5：i l 2 []log 1/()i p s 6：将累加概率F(i s )（十进制小数）变换成二进制小数。 7：取小数点后i l 个二进制数字作为第i 个消息的码字。 8：end for 9：end procedure ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4、调试过程 1、fatal error C1083: Cannot open include file: 'unistd.h': No such file or directory fatal error C1083: Cannot open include file: 'values.h': No such file or directory 原因：unistd.h 和values.h 是Unix 操作系统下所使用的头文件 纠错：删去即可 2、error C2144: syntax error : missing ')' before type 'int' error C2064: term does not evaluate to a function 原因：l_i(int *)calloc(n,sizeof(int)); l_i 后缺少赋值符号使之不能通过编译 纠错：添加上赋值符号 1 1 ()i k k p s -=∑ 苏州科技大学天平学院电子与信息工程学院 信道编码课程设计报告 课设名称卷积码编译及译码仿真 学生姓名圣鑫 学号1430119232 同组人周妍智 专业班级通信1422 指导教师潘欣欲 一、实验名称 基于MAATLAB的卷积码编码及译码仿真 二、实验目的 卷积码就是一种性能优越的信道编码。它的编码器与译码器都比较容易实现,同时它具有较强的纠错能力。随着纠错编码理论研究的不断深入,卷积码的实际应用越来越广泛。本实验简明地介绍了卷积码的编码原理与Viterbi译码原理。并在SIMULINK模块设计中,完成了对卷积码的编码与译码以及误比特统计整个过程的模块仿真。最后,通过在仿真过程中分别改变卷积码的重要参数来加深理解卷积码的这些参数对卷积码的误码性能的影响。经过仿真与实测,并对测试结果作了分析。 三、实验原理 1、卷积码编码原理 卷积码就是一种性能优越的信道编码,它的编码器与解码器都比较易于实现,同时还具有较强的纠错能力,这使得它的使用越来越广泛。卷积码一般表示为(n,k,K)的形式,即将 k个信息比特编码为 n 个比特的码组,K 为编码约束长度,说明编码过程中相互约束的码段个数。卷积码编码后的 n 各码元不经与当前组的 k 个信息比特有关,还与前 K-1 个输入组的信息比特有关。编码过程中相互关联的码元有 K*n 个。R=k/n 就是编码效率。编码效率与约束长度就是衡量卷积码的两个重要参数。典型的卷积码一般选 n,k 较小,K 值可取较大(>10),但以获得简单而高性能的卷积码。 卷积码的编码描述方式有很多种:冲激响应描述法、生成矩阵描述法、多项式乘积描述法、状态图描述,树图描述,网格图描述等。 2、卷积码Viterbi译码原理 卷积码概率译码的基本思路就是:以接收码流为基础,逐个计算它与其她所 有可能出现的、连续的网格图路径的距离,选出其中可能性最大的一条作为译码估值输出。概率最大在大多数场合可解释为距离最小,这种最小距离译码体现的正就是最大似然的准则。卷积码的最大似然译码与分组码的最大似然译码在原理上就是一样的,但实现方法上略有不同。主要区别在于:分组码就是孤立地求解单个码组的相似度,而卷积码就是求码字序列之间的相似度。基于网格图搜索的译码就是实现最大似然判决的重要方法与途径。用格图描述时,由于路径的汇聚消除了树状图中的多余度,译码过程中只需考虑整个路径集合中那些使似然函数最大的路径。如果在某一点上发现某条路径已不可能获得最大对数似然函数,就放弃这条路径,然后在剩下的“幸存”路径中重新选择路径。这样一直进行到最后第 L 级(L 为发送序列的长度)。由于这种方法较早地丢弃了那些不可能的路径,从而减轻了译码的工作量,Viterbi 译码正就是基于这种想法。对于(n, k, K )卷积码,其网格图中共 2kL 种状态。由网格图的前 K-1 条连续支路构成的路径互不相交,即最初 2k_1 条路径各不相同,当接收到第 K 条支路时,每条路径都有 2 条支路延伸到第 K 级上,而第 K 级上的每两条支路又都汇聚在一个节点上。在Viterbi译码算法中,把汇聚在每个节点上的两条路径的对数似然函数累加 实验二十三 时分复用与解复用实验 实验项目一 256K 时分复用帧信号观测 （1）帧同步码观测：用示波器连接复用输出，观测帧头的巴克码。 （2）帧内PN 序列信号观测：用示波器接复用输出，利用储存功能观测3个周期 中的第一时隙的信号。 实验项目二 256K 时分复用及解复用 （1）帧内PCM 编码信号观测：将PCM 信号输入DIN2，观测PCM 数据。以帧同 思考题：PN15序列的数据是如何分配到复用信号中的？ 分析分时复用的实质，可知，在模拟传送时，一位用户的数据根据复用划分的时隙以一帧为周期，逐次将8位数据插入每个帧相同的时隙处。对于此次实验中的PN15序列，检测到帧同步信号的帧头时，便插入第一帧数据，在第二次检测到帧头时插入第二帧数据，以此类推，将信号分配到复用信号中，以达到提高信道利用率的目的。 对比观测实验出现的码元，发现为01110010，根据所学知识可知，这串码即为帧头的观测码。 步为触发分别观测PCM编码数据和复用输出的数据。 （2）解复用帧同步信号观测：PCM对正弦波进行编译码。观测复用输出与FSOUT， 观测帧同步上跳沿与帧同步信号的时序关系。 思考题：PCM数据是如何分配到复用信号中去的？ 时分多路复用以时间作为信号分割的参量，将各路输入变为变为并行数据，然后按照给端口数据所在的时隙进行帧的拼接，完成一个完整的数据帧。而在本实验中，PCM 的数据输入到DIN2，将其插入到复用信号的第2个时隙，与其它3个时隙拼接为一帧，从而实现了PCM信号分配到复用信号中。 上图分别为PCM编码输入和复用输出的波形。仔细观察可知，对比复用输入信号，复用输出有2帧的延时，且在复用输出的第0时隙为帧头的巴克码，第1时隙没有数据，第2时隙有了数据的存放，即PCM复用编码时被插在了一帧的第2时隙中，在解复用时先寻找巴克码，再按照每一帧的数据存放的相应的时隙进行解复用，之后拼接起来，便实现了PCM的数据恢复。 实验一 m序列产生及特性分析实验 一、实验目得 1．了解m序列得性质与特点； 2。熟悉m序列得产生方法; 3．了解ｍ序列得DSP或CPLD实现方法。 二、实验内容 1。熟悉ｍ序列得产生方法； 2.测试m序列得波形； 三、实验原理 ｍ序列就是最长线性反馈移存器序列得简称，就是伪随机序列得一种。它就是由带线性反馈得移存器产生得周期最长得一种序列。 ｍ序列在一定得周期内具有自相关特性.它得自相关特性与白噪声得自相关特性相似。虽然它就是预先可知得,但性质上与随机序列具有相同得性质.比如：序列中“０”码与“1”码等抵及具有单峰自相关函数特性等。 五、实验步骤 1．观测现有得m序列。 打开移动实验箱电源，等待实验箱初始化完成.先按下“菜单”键，再按下数字键“1”，选择“一、伪随机序列”,出现得界面如下所示: ?再按下数字键“1"选择“１m序列产生”,则产生一个周期为15得m序列。 2。在测试点ＴP201测试输出得时钟，在测试点TP20２测试输出得m序列。 1)在TP2０1观测时钟输出,在ＴP202观测产生得ｍ序列波形。 图1-1 数据波形图 实验二 WALSH序列产生及特性分析实验 一.实验目得 1。了解Walsｈ序列得性质与特点； 2。熟悉Wａlsｈ序列得产生方法； ３．了解Waｌsh序列得DSP实现方法。 二.实验内容 1.熟悉Wａlsh序列得产生方法； 2.测试Wａlsh序列得波形； 三。实验原理 Walsh序列得基本概念 Wａlsh序列就是正交得扩频序列,就是根据Walsh函数集而产生.Ｗalsh函数得取值为＋１或者—1。图１-3—１展示了一个典型得8阶Walｓh函数得波形W1。n阶Walsh函数表明在Ｗａｌｓｈ函数得周期T内，由n段Wａlｓh函数组成.n阶得Walsh函数集有ｎ个不同得Walsｈ函数,根据过零得次数,记为W0、W１、W2等等。 t 图2-１ Walsh函数 Walsh函数集得特点就是正交与归一化,正交就是同阶不同得Ｗalsh函数相乘,在指定得区间积分，其结果为0;归一化就是两个相同得Walsh函数相乘，在指定得区间上积分,其平均值为1。 五、实验步骤 1。观测现有得Walｓh序列波形 打开移动实验箱电源,等待实验箱初始化完成. 先按下“菜单"键,再按下数字键“1”,选择“一、伪随机序列”，出现得界面如下所示： 本科生实验报告 实验课程信息论与编码 学院名称信息科学与技术学院 专业名称通信工程 学生姓名 学生学号 指导教师谢振东 实验地点6C601 实验成绩 二〇一五年十一月二〇一五年十一月 实验一：香农（Shannon ）编码 一、实验目的 掌握通过计算机实现香农编码的方法。 二、实验要求 对于给定的信源的概率分布，按照香农编码的方法进行计算机实现。 三、实验基本原理 给定某个信源符号的概率分布，通过以下的步骤进行香农编码 1、将信源消息符号按其出现的概率大小排列 )()()(21n x p x p x p ≥≥≥ 2、确定满足下列不等式的整数码长K i ； 1)(l o g )(l o g 22+-<≤-i i i x p K x p 3、为了编成唯一可译码，计算第i 个消息的累加概率 ∑ -== 1 1 )(i k k i x p p 4、将累加概率P i 变换成二进制数。 5、取P i 二进制数的小数点后K i 位即为该消息符号的二进制码。 四、源程序： #include int i,j; for(i=0;i 数字媒体技术基础知识要点总结 ※媒体其含义是中介、中间的意思。同时，媒体又是信息交流和传播的载体。是一种工具，包括信息和信息载体两个基本要素。 ※两层含义：①传递信息的载体，称为媒介，也称为逻辑载体，如数字、文字、符号、图形、图像、声音、视频、动画、编码等。②存储信息的实体，称为媒质，如纸、磁盘、光盘、磁带、半导体存储器等。也称为物理媒体。 ※ITU技术角度定义媒介：感觉(语言音乐文字图形图像等)，表示(编码)，显示(输入输出设备)，储存(光盘磁盘等)，信息交换(电缆光纤)，传输(储存和传输媒体或结合)。 ※特性：多样性、集成性、交互性、数字化。 ※数字媒体概念：以数字化的形式存储、处理和传播信息的媒体，以网络为主要传播载体，并具有多样性、互动性、集成性等特点，包括信息和媒介。 ※我国概念：数字化的内容作品以现代网络为主要传播载体，通过完善的服务体系，分发到终端和用户进行消费的全过程。 ※特性：数字化(数字形式储存处理与传播，可复制重复利用)，交互性(以网络信息终端为介质)，趣味性(数字娱乐)，集成性(多种媒体结合，电脑技术整合)，技术与艺术的融合(信息技术人文艺术)。 ※传播模式：大众传播模式；媒体信息传播模式；数字媒体传输模式；超媒体传播模式 ※产业价值链：内容创建，内容管理(存储管理，查询管理，目录、索引)，内容发行，应用开发，运营接入，价值连接成，媒体应用 ※发展方向：①内容制作技术以及平台②音视频内容搜索技术③数字版权保护技术④数字媒体人机交互与终端技术⑤数字媒体资源管理平台与服务⑥数字媒体产品交易平台。 ※为什么要数字化：通用的存储和传输格式，数字化后处理更方便；适用于光盘存储远距离传输；准确可靠，无累计失真，属于无损传输和存储。 ※过程：采样；量化；编码。 移动通信基础知识 1.移动通信，是指通信的一方或双方在移动中实现通信，也就是说，通信的双方至少有一方处在运动中或暂时停留在某一非预定的位置上。 特点：⑴移动通信的传输信道必须使用无线电波传播 ⑵电波传播特性复杂 ⑶干扰多而复杂 ⑷组网方式灵活多样 ⑸移动通信设备必须适于在移动环境中使用。 常见的移动通信系统包括以下类型： ⑴无线电寻呼系统 ⑵公用移动电话通信系统 ⑶无绳电话系统 ⑷集群移动通信系统 2.“阴影”效应会使信号发生慢衰落；多径传播会使信号发生快衰落。 移动台从一个小区驶入另一个小区时，需进行频道切换，亦称为过境切换。 3.移动台从一个蜂窝网业务区驶入另一个蜂窝网业务区时，被访蜂窝网亦能为外来用户提供服务，这种过程称为漫游。 4.移动通信的工作方式包括：单向的单工方式，双向信道的单工，半双工和双工方式。 5.在无线通信系统中是利用载波开携带话音编码信号，即利用话音编码后的数字信号对载波进行调制： 当载波的频率按照数字信号“1”、“0”变化而对应地变化，这称为移频键控（FSK）； 当载波相位按照数字信号“1”、“0”变化而对应地变化，则称之为移相键控（PSK）； 当载波的振幅按照数字信号“1”、“0”变化而相应地变化，则称之为振幅键控（ASK）。6.电磁波从发射机发出，传播到接收天线。 主要的传播方式有（1）地波；（2）天波；（3）直射波；（4）散射波 7.电磁波在传播过程中主要有下列几点特性： （1）电波在均匀媒质中沿直线传播 （2）能量的扩散与吸收。所以离开天线的距离越远，空间的电磁场就越弱 （3）反射与折射 （4）电波的干涉。由同一波源产生的电磁波，经过不同的路径到达某接收点，则该就收点的场强由不同路径来的电波合成。这种现象称为波的干涉，也称作多经效应。 （5）电波的绕射。电波的绕射能力与电波的波长有关，波长越长，绕射能力越强；波长越短，则绕射能力越弱。 8.当移动台对于基站有相对运动时，收到的电波将发生频率的变化，此变化称为多普勒频移。 9.常见的导波线有两种：平行双导线和泄漏同轴电缆。 10.移动卫星系统可分为海事移动卫星系统（MMSS）、航空移动卫星系统（AMSS）和陆地移动卫星系统（LMSS） 11.卫星中继信道可视为无限电接力信道的一种特殊形式，它由通信卫星、地球站、上行线路及下行线路组成。 主要特点： （1）卫星与地球站之间的电波传播路径大部分在大气层以外的空间，其传播损耗可近似按自由空间的传播条件进行估算。 《信道编码》实验报告 姓名李聪罗贵阳 学号11211060 11211015 指导教师姚冬萍 时间2014年5月14日 目录 一、线性分组码原理简介 (2) 1、编码 (2) 2、译码 (2) 二、（7,4）码Labview实现 (3) 一、读取图片产生数据流 (3) 二、汉明码编码 (4) 主要模块： (4) 三、BPSK调制 (4) 四、加性高斯白噪声信道传输 (5) 五、PSK解调 (5) 六、解码 (6) 七、重构图像 (7) 三、实验中遇到的问题 (8) 四、实验心得 (9) 五、参考文献： (10) 基于Labview 的（7,4）线性分组码仿真 一、线性分组码原理简介 1、编码 令(7,4)分组码的生成矩阵为矩阵G 如下： 根据生成矩阵，输出码字可按下式计算： 所以有： 信息位 冗余位 由以上关系可以得到(7,4)汉明码的全部码字如表1所示。 表1 (7,4)汉明码的全部码字 2、译码 (7,4)汉明码的译码将输入的7位汉明码翻译成4位的信息码，并且纠正其中可能出现 1000110010001100101110001101G ???? ? ?=?????? 3210321010001100100011(,,,)(,,,)00101110001101b a a a a G a a a a ?? ?? ? ?=?=???????231013210210 b a a a b a a a b a a a =⊕⊕=⊕⊕=⊕⊕63524130 b a b a b a b a ==== 的一个错误。 由于生成矩阵G 已知且G = [I k Q ] ，可以得到矩阵Q 的值 110011111101T Q P ???? ? ?==?????? 又因为T P Q =则: 101111100111P ?? ??=?? ???? 而校验矩阵H 满足 H =[P I r ] ,则： 101110011100100111001H ?? ??=?? ???? 由校正子S = BH T =（A + E ）H T = EH T 可以看出校正子S 与错误图样E 是一一对 应的。通过计算校正子得到对应的错误图样，根据式子A =B + E 便可得到纠正了一位可能错误的信息位，完成解码。 二、（7,4）码Labview 实现 一、读取图片产生数据流 LabVIEW 提供了一个能够读取JPEG 格式的图像并输出图像数据的模块。提供的还原像素图.vi 完成图像数据到一维二进制数据的转换（图像数据→十进制二维数组→二进制一维数组），输出信源比特流。 图 像 压 缩 编 码（实验报告） 一、实验目的 1．理解图像压缩目的及意义； 2．理解有损压缩和无损压缩的概念； 3．了解几种常用的图像压缩编码方法； 4．利用MATLAB程序进行图像压缩。 二、实验原理 图像压缩主要目的是为了节省存储空间，提高存储、处理、传输速度。虽然表示图像需要大量的数据，但数据是高度相关的，或者说存在冗余（Redundancy），去掉这些冗余信息可以有效地压缩图像，同时不会损坏图像的有效信息。信息的冗余量有许多种，如空间冗余，时间冗余，结构冗余，知识冗余，视觉冗余等，数据压缩实质上是减少这些冗余量。高效编码的主要方法是尽可能去除图像中的冗余成分，从而以最小的码元包含最大的图像信息。 图像压缩的理想标准是信息丢失最少，压缩比例最大。不损失图像质量的压缩称为无损压缩，无损压缩不可能达到很高的压缩比；损失图像质量的压缩称为有损压缩，高的压缩比是以牺牲图像质量为代价的。压缩的实现方法是对图像重新进行编码，希望用更少的数据表示图像。 编码压缩方法有许多种，从不同的角度出发有不同的分类方法，从信息论角度出发可分为两大类。 （1）冗余度压缩方法，也称无损压缩、信息保持编码或嫡编码。具体说就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。 （2）信息量压缩方法，也称有损压缩、失真度编码或烟压缩编码。也就是说解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真。 应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上可以分为以下几类： （1）熵编码。熵编码是纯粹基于信号统计特性的编码技术，是一种无损编码。熵编码的基本原理是给出现概率较大的符号赋予一个短码字，而给出现概率较小的符号赋予一个长码字，从而使得最终的平均码长很小。 信道编码基础知识培训讲义 信道编码,也叫差错控制编码,就是所有现代通信系统的基石。几十年来,信道编码技术不断逼近香农极限,波澜壮阔般推动着人类通信迈过一个又一个顶峰。5G到来,我们还能突破自我,再创通信奇迹不？ 所谓信道编码,就就是在发送端对原数据添加冗余信息,这些冗余信息就是与原数据相关的,再在接收端根据这种相关性来检测与纠正传输过程产生的差错。这些加入的冗余信息就就是纠错码,用它来对抗传输过程的干扰。 1948年,现代信息论的奠基人香农发表了《通信的数学理论》,标志着信息与编码理论这一学科的创立。根据香农定理,要想在一个带宽确定而存在噪声的信道里可靠地传送信号,无非有两种途径:加大信噪比或在信号编码中加入附加的纠错码。这就像在嘈杂的酒吧里,酒喝完了,您还想来一打,要想让服务员听到,您就得提高嗓门(信噪比),反复吆喝(附加的冗余信号)。 但就是,香农虽然指出了可以通过差错控制码在信息传输速率不大于信道容量的前提下实现可靠通信,但却没有给出具体实现差错控制编码的方法。人类在信道编码上的第一次突破发生在1949年。R、Hamming与M、Golay提出了第一个实用的差错控制编码方案。受雇于贝尔实验室的数学家R、Hamming将输入数据每4个比特分为一组,然后通过计算这些信息比特的线性组合来得到3个校验比特,然后将得到的7个比特送入计算机。计算机按照一定的原则读取这些码字,通过采用一定的算法,不仅能够检测到就是否有错误发生,同时还可以找到发生单个比特错误的比特的位置,该码可以纠正7个比特中所发生的单个比特错误。这个编码方法就就是分组码的基本思想,Hamming提出的编码方案后来被命名为汉明码。汉明码的编码效率比较低,它每4个比特编码就需要3个比特的冗余校验比特。另外,在一个码组中只能纠正单个的比特错误。M、Golay先生研究了汉明码的缺点,提出了Golay码。 Golay码分为二元Golay码与三元Golay码,前者将信息比特每12个分为一组,编码生成11个冗余校验比特,相应的译码算法可以纠正3个错误;后者的操作对象就是三元而非二元数字,三元Golay码将每6个三元符号分为一组,编码生成5个冗余校验三元符号,这样由11个三元符号组成的三元Golay码码字可以纠正2个错误。Golay码曾应用于NASA的旅行者1号(Voyager 1),将成百张木星与土星的彩色照片带回地球。在接下来的10年里,无线通信性能简直就是跳跃式的发展,这主要归功于卷积码的发明。卷积码就是Elias在1955年提出的。卷积码与分组码的不同在于:它充分利用了各个信息块之间的相关性。通常卷积码记为(n,k,N)码。卷积码的编码过程就是连续进行的,依次连续将每k个信息元输入编码器,得到n个码元,得到的码元中的检验元不仅与本码的信息元有关,还与以前时刻输入到编码器的信息元(反映在编码寄存器的内容上)有关。同样,在卷积码的译码过程中,不仅要从本码中提取译码信息,还要充分利用以前与以后时刻收到的码组。从这些码组中提取译码相关信息,,而且译码也就是可以连续进行的,这样可以保证卷积码的译码延时相对比较小。通常,在系统条件相同的条件下,在达到相同译码性能时,卷积码的信息块长度与码字长度都要比分组码的信息块长度与码字长度小,相应译码复杂性也小一些。很明显,在不到10年的时间里,通信编码技术的发展就是飞跃式的,直到遇到了瓶颈。根据香农前辈的指示,要提高信号编码效率达到信道容量,就要使编码的分段尽可能加长而且使信息的编码尽可能随机。但就是,这带来的困难就是计算机科学里经常碰到的“计算复杂性”问题。还好,这个世界有一个神奇的摩尔定律。得益于摩尔定律,编码技术在一定程度上解决了计算复杂性与功耗问题。而随着摩尔定律而来的就是,1967年,Viterbi提出了Viterbi译码算法。在Viterbi译码算法提出之后,卷积码在通信系统中得到了极为广泛的应用,如GSM、 IS-95 CDMA、3G、商业卫星通信系统等。但就是,计算复杂性依然就是一道迈不过的墙。尽管人们后来在分组码、卷积码等基本编码方法的基础上提出了许多简化译码复杂性的方法,但就是均因无比高耸的计算复杂性之墙阻挡而变得不可逾越。编码专家们苦苦思索,试图在可接受的计算复杂性条件下设 实验报告 课程名称：信息论与编码姓名： 系： 专业： 年级： 学号： 指导教师： 职称： 年月日 目录 实验一信源熵值的计算 (1) 实验二 Huffman信源编码 (5) 实验三 Shannon编码 (9) 实验四信道容量的迭代算法 (12) 实验五率失真函数 (15) 实验六差错控制方法 (20) 实验七汉明编码 (22) 实验一 信源熵值的计算 一、 实验目的 1 进一步熟悉信源熵值的计算 2熟悉 Matlab 编程 二、实验原理 熵（平均自信息）的计算公式 ∑∑=--==q i i i q i i i p p p p x H 1 212log 1 log )( MATLAB 实现：))(log *.(2x x sum HX -=；或者))((log *)(2i x i x h h -= 流程：第一步：打开一个名为“nan311”的TXT 文档，读入一篇英文文章存入一个数组temp ，为了程序准确性将所读内容转存到另一个数组S ，计算该数组中每个字母与空格的出现次数(遇到小写字母都将其转化为大写字母进行计数)，每出现一次该字符的计数器+1； 第二步：计算信源总大小计算出每个字母和空格出现的概率； 最后，通过统计数据和信息熵公式计算出所求信源熵值（本程序中单位为奈特nat ）。 程序流程图： 三、实验内容 1、写出计算自信息量的Matlab 程序 2、已知：信源符号为英文字母（不区分大小写）和空格。 输入：一篇英文的信源文档。 输出：给出该信源文档的中各个字母与空格的概率分布，以及该信源的熵。 四、实验环境 Microsoft Windows 7 Matlab 6.5 五、编码程序 #include"stdio.h" #include 数字通信中的信源编码和信道编码 摘要：如今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，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段。本论文根据当今现代通信技术的发展，对信源编码和信道编码进行了概述性的介绍. 关键词：数字通信；通信系统；信源编码；信道编码 Abstract：Now it is an information society. In the all of information technologies, transmission and communication of information take an important effect. For the transmission of information, Digital communication has been an important means. In this thesis we will present an overview of source coding and channel coding dep ending on the development of today’s communication technologies. Key Words：digital communication; communication system; source coding; channel coding 1.前言 通常所谓的―编码‖包括信源编码和信道编码。编码是数字通信的必要手段。使用数字信号进行传输有许多优点, 如不易受噪声干扰, 容易进行各种复杂处理, 便于存贮, 易集成化等。编码的目的就是为了优化通信系统。一般通信系统的性能指标主要是有效性和可靠性。所谓优化，就是使这些指标达到最佳。除了经济性外，这些指标正是信息论研究的对象。按照不同的编码目的，编码可主要分为信源编码和信道编码。在本文中对此做一个简单的介绍。 2.数字通信系统 通信的任务是由一整套技术设备和传输媒介所构成的总体——通信系统来完成的。电子通信根据信道上传输信号的种类可分为模拟通信和数字通信。最简单的数字通信系统模型由信源、信道和信宿三个基本部分组成。实际的数字通信系统模型要比简单的数字通信系统模型复杂得多。数字通信系统设备多种多样，综合各种数字通信系统，其构成如图2-l所示。 图2-1 数字通信系统模型 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。 信道，通俗地说是指以传输媒质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。 信道编码是以提高信息传输的可靠性为目的的编码。通常通过增加信源的冗余度来实现。采用的一般方法是增大码率或带宽。与信源编码正好相反。在计算机科学领域，信道编码 实验三 CRC编码实验实验报告 班级：通信162班 姓名：李浩坤学号：163977 实验名称：CRC编码实验实验日期：6.7 一. 实验目的 1、复习matlab的基本编写方法。 2、学习CRC编码基本流程, 学会调试循环冗余校验码编码程序。 3、根据给出的资料，掌握CRC校验码的编码原理。 二. 实验原理及内容 原理： 1.CRC码简介： 循环冗余码校验英文名称为Cyclical Redundancy Check，简称CRC，它是利用除法及余数的原理来作错误侦测（Error Detecting）的。实际应用时，发送装置计算出CRC值并随数据一同发送给接收装置，接收装置对收到的数据重新计算CRC并与收到的CRC相比较，若两个CRC值不同，则说明数据通讯出现错误。 2.循环冗余校验码（CRC）的基本原理： 在K位信息码后再拼接R位的校验码，整个编码长度为N位，因此，这种编码又叫（N，K）码。对于一个给定的（N，K）码，可以证明存在一个最高次幂为N-K=R的多项式 G(x)。根据G(x)可以生成K位信息的校验码，而G(x)叫做这个CRC码的生成多项式。 几个需要提前了解的基本概念： 1）、多项式与二进制数码 多项式和二进制数有直接对应关系：x的最高幂次对应二进制数的最高位，以下各位对应多项式的各幂次，有此幂次项对应1，无此幂次项对应0。可以看出：x的最高幂次为R，转换成对应的二进制数有R+1位。 多项式包括生成多项式G(x)和信息多项式C(x)。 如生成多项式为G(x)=x^4+x^3+x+1，可转换为二进制数码11011。 而发送信息位 1111，可转换为数据多项式为C(x)=x^3+x^2+x+1。 2）、生成多项式 是接受方和发送方的一个约定，也就是一个二进制数，在整个传输过程中，这个数始终保持不变。 在发送方,利用生成多项式对信息多项式做模2除生成校验码。在接受方利用生成多项式对收到的编码多项式做模2除检测和确定错误位置。 应满足以下条件： a、生成多项式的最高位和最低位必须为1。 b、当被传送信息（CRC码）任何一位发生错误时，被生成多项式做模2除后应该使余数不为0。 c、不同位发生错误时，应该使余数不同。 d、对余数继续做模2除，应使余数循环。 3）、模2除（按位除） 模2除做法与算术除法类似，但每一位除（减）的结果不影响其它位，即不向上一位借位。所以实际上就是异或。然后再移位移位做下一位的模2减。步骤如下： a、用除数对被除数最高几位做模2减，没有借位。 b、除数右移一位，若余数最高位为1，商为1，并对余数做模2减。若余数最高位为0，商为0，除数继续右移一位。 c、一直做到余数的位数小于除数时，该余数就是最终余数。 三. 实验步骤 1.了解crc编码原理，分析理解检验crc程序的含义。 2.运行mycrc编码程序，观察结果，计算验证程序是否正确。 3.完成练习题。汉明码编码实验报告
游程编码实验报告
香农编码实验报告
卷积码实验报告
PCM编码 实验报告
移动通信实验报告
信息论与编码实验报告.
数字媒体基础知识要点
移动通信基础知识
labview-信道编码-李聪-11211060
图像编码实验报告
信道编码基础知识
信息论与编码实验报告材料
数字通信中的信源编码和信道编码
CRC编码实验实验报告
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