信息论与编码实验报告



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1、实用文档 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 . 实用文档 目 录 实验一 信源熵值的计算 1 实验二 Huf
2、fman 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 14 实验六 差错控制方法 19 实验七 汉明编码 22 . 实用文档 实验一 信源熵值的计算 一、实验
3、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 1 q H (x) pi log 2 pi pi log 2 i 1 pi i 1 MATLAB实现: HX sum( x.* log 2 ( x)) ;或者 h h x(i ) * log 2 ( x(i )) 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
4、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: . 实用文档 三、实验内容 1、写出计算自信息量的 Matlab 程序 2、已知:
5、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
6、esult=0,p[27]={0};
FILE *f;
char *temp=new char[485];
f=fopen("nan311.txt","r");
while (!feof(f)) {
fread(temp,1, 486, f);}
fclose(f);
s[0]=*temp;
for(i=0;i 7、;
else if(s[i]>='a'&&s[i]<='z')
num[s[i]-97]++;
else if(s[i]>='A'&&s[i]<='Z')
.
实用文档
num[s[i]-65]++;
}
printf(" 文档中各个字母出现的频率 :\n");
for(i=0;i<26;i++)
{
p[i]=num[i]/strlen(s);
printf("%3c:%f\t",i+65,p[i]);
n++;
if(n==3)
{
printf("\n");
n=0; 8、
}
}
p[26]=num[26]/strlen(s);
printf(" 空格 :%f\t",p[26]);
printf("\n");
for(i=0;i<27;i++)
{
if (p[i]!=0)
result=result+p[i]*log(p[i]);
}
result=-result;
printf(" 信息熵为 :%f",result);
printf("\n");
return 0;
}
六、求解结果
9、
其中 nan311.txt 中的文档如下:
There is no hate without fear. Hate is crystallized fear, fear ’dividend,s fear objectivized. We hate what we fear and so where hate is, fear is lurking. Thus we hate
.
实用文档
what threatens our person, our vanity and our dreams and plans for 10、 ourselves. If we can isolate this element in what we hate we may be able to cease from hating.
七、实验总结
通过这次实验, 我们懂得了不必运行程序时重新输入文档就可以对文档进行
统计,既节省了时间而且也规避了一些输入错误。 在实验中,我们进一步了解到
信源熵的计算,理论和实践的结合让我们对这个知识点了解的更加深刻了。
11、
.
实用文档
实验二 Huffman 信源编码
一、实验目的
1.理解信源的最优变长编码的基本思想。
2.熟练掌握 Huffman 信源编码方法。
二、设计原理
设信源 S={s1,s2, ..,sq},其对应的概率分布为 P(si)={p1,p2,p3, .,,pq}则其编
码步骤如下:
(1)将 12、 q 个信源符号按递减方式排列。
(2)用 0、1 码符分别表示概率最小的两个信源符号,并将这两个符号合并成
一个新的符号,从而得到 q-1 个符号的新信源成为 S 信源的缩减信源 S1。
(3)将缩减信源 S1 中的符号仍按递减顺序排列,再将最小两个概率相加,合
并成一个符号,并分别用 0、1 码表示,这样有形成了 q-2 个缩减信源 S2。
(4)依次继续下去,直到缩减信源只剩下两个符号为止, 将最后两个符号用 0、
1 分别表示。
(5)从最后一次缩减信源开始,向前返回,沿信源缩减过程的反方向取出所
编的马元。
三、实验内容
计 13、算定信源和输入信号字母表的 Huffman 编码,并计算 Huffman 编码的平均
码长。实验具体要求如下:
信源字母表的概率分布为:
P={ 0.15,0.12,0.2,0.08,0.04,0.18,0.02,0.09,0.04,0.02,0.06}
输入信号字母表:
U={0,1,2} ;
1. 独立设计信源和输入信号字母表进行Huffman 编码 , 其中信源字母表元
素个数要求是 8 以上,信号字母表元素个数是 2 以上;
2. 输出 Huffman 编码的平均码长。
四、实验环境
Microsoft Windows 7 14、
Matlab 6.5
五、编码程序
MATLAB编码:
.
实用文档
function[h,L]=huffman(p,r)
%变量 p 为符号出现概率所组成的概率向量
%返回值 h 为利用 Huffman 编码算法编码后最后得到编码结果
%返回值 L 为进行 Huffman 编码后所得编码的码字长度
if length(find(p<0))~=0
error('Not a prob.vector,negative component(s)'); end
%判断概率向量中是否有 0 元素,有 0 元素程 15、序显示出错,终止运行 if (sum(p,2)>1)
error('Not a prob.vector,components do not add up to 1');
end
%判断所有符号出现概率之和是否大于 1,如果大于 1 程序显示出错,终止
运行
a=length(p); %测定概率向量长度,将长度值赋给变量 n
k=fix((a-1)/(r-1));
l1=a-k*r+k;
q=zeros(1,a);
m=zeros(k+1,a);
mp=m;
q=p;
[m(1,:),mp(1,:)]=sort(q);
16、
if (l1>1)
s=sum(m(1,1:l1),2);
q=[s,m(1,(l1+1):a),ones(1,l1-1)];
[m(2,:),mp(2,:)]=sort(q);
else
m(2,:)=m(1,:);
mp(2,:)=1:1:a;
end
for i=3:k+1
s=sum(m(i-1,1:r),2);
q=[s,m(i-1,r+1:a),ones(1,r-1)];
[m(i,:),mp(i,:)]=sort(q);
end
n1=m;
n2=mp;
for i=1:k+1
n 17、1(i,:)=m(k+2-i,:);
n2(i,:)=mp(k+2-i,:);
end
m=n1;
mp=n2;
c=cell(k+1,a);
for j=1:r
.
实用文档
c{1,j}=num2str(j-1);
end
for i=2:k
p1=find(mp(i-1,:)==1);
for j=1:r
c{i,j}=strcat(c{i-1,p1},int2str(j-1));
end
for j=(r+1):(p1+r-1)
c{i,j}=c{i-1,j-r 18、};
end
for j=(p1+r):a
c{i,j}=c{i-1,j-r+1};
end
end
if l1==1
for j=1:a
c{k+1,j}=c{k,j};
end
else
p1=find(mp(k,:)==1);
for j=1:l1
c{k+1,j}=strcat(c(k,p1),int2str(j-1));
end
for j=(l1+1):(p1+l1)
c{k+1,j}=c{k,mp(1,j-l1)};
end
for j=(p1(1)+l1+1):a
19、c{k+1,j}=c{k,mp(1,j-l1+1)};
end
end
for j=1:a
l(j)=length(c{k+1,j});
end
h=cell(1,a);
for j=1:a
h{1,j}=c{k+1,j};
end
L=sum(l.*m(k+1,:)); % 求平均码长
2、在 MATLAB 命令窗口中输入:
p=[0.15,0.12,0.2,0.08,0.04,0.18,0.02,0.09,0.04,0.02,0.06];
r=3;
[h,L]=huffman(p,r).
20、
.
实用文档
六、运行结果
得出的结论为:
概率
编码
概率
编码
0.15
2120
0.02
11
0.12
2121
0.09
12
0.2
2122
0.04
20
0.08
210
0.02
22
0.04
211
0.06
0
0.18
10
L=2.0600
七、实验总结
21、
在 huffman 编码的过程中,我们运用了平时熟悉的数学软件 MATLAB的运行来实现,把书本上 huffman 的算法运用编程来实现。通过这次实验,使我更加清晰地理解 huffman 编码的原理及实现过程, 并且能够在 MATLAB中熟练地进行编码运行。
.
实用文档
实验三 Shannon编码
一、实验目的
1、熟悉离散信源的特点;
2、学习仿真离散信源的方法
3、学习离散信源平均信息量的计算方法
4、熟悉 Matlab 编程
二、实验原理
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 22、码
1、信源符号按概率从大到小排列;
p1 p2 ....... pn
2、确定满足下列不等式的整数码长 K i 为
lb ( pi ) Ki lb ( pi ) 1
3、为了编成唯一可译码,计算第 i 个消息的累加概率:
i 1
Pi p(ak )
k 1
4、将累加概率 Pi 变换成二进制数;
5、取 Pi 二进制数的小数点后 Ki 位即为该消息符号的二进制码字。
三、实验内容
1、写出计算自信息量的 Matlab 程序
2、写出计算离散信源平均信息量的 Matlab 程序。
3、将程序在计算机上仿真 23、实现,验证程序的正确性并完成习题。
四、实验环境
Microsoft Windows 7
Matlab 6.5
五、编码程序
计算如下信源进行香农编码,并计算编码效率:
X
a0
a1
a2
a3
a4
a5
a6
P
0.2
0.19
0.18
0.17
0.15
0.1
0.01
MATLAB程序:
(1) a=[0.2 0.18 0.19 0.15 0.17 0.1 0.01]; k=length(a);y=0;
for i=1:k-1
.
实用文档
for n=
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