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第十三讲 变长编码的平均码长定理视频在线视频

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第十三讲 变长编码的平均码长定理视频课程教案、知识点、字幕

各位老师同学大家好

上一讲我们讲了离散无记忆变长编码

并结合树形图给大家介绍了即时码

本讲在开始讲课之前

为了使得大家加深对这个知识点的理解

我个人认为

有必要给大家提出一个科学问题

对于信源编码如何在功率节省

与编码效率两者之间进行良好的折中

即码字短同时又能节省功率

降低误码率

针对该问题

我们提出了平均码长的概念

而且使得平均码长尽量接近信源熵

因此本讲主要讨论平均码长

信源熵与最优编码等概念

首先给大家引入一个平均码长的概念

变长编码的平均码长

在上一讲

考虑到任意的唯一可译码

均满足Kraft不等式

对于前缀码的树形图表示方法

显然

如果信源字母的概率

恰好等于匹配概率

则编码效率达到了1

这是最佳编码方案

首先请大家先观察式(1)

大家应该已经很熟悉了

上一讲中曾经讲过该表达式

则对信源编码时

只要选用有J个字母的码字母表

并对概率为J的负lk次方的源字母

给予长为 lk的码字

以便使得码字长度与信源字母概率

实现完全匹配

从而使得信源的冗余度

得到理想的压缩效果

但是一般情况下

源字母概率分布

不可能完全满足上述的要求

源字母概率不等于匹配概率

必然会导致变长编码性能有所下降

且编码方法也很复杂

然而其基本编码原则仍然是

高概率的源字母所对应的码字长度短

低概率的源字母所对应的码字长度长

因此我们提出了平均码长的概念

但平均码长必须受信源熵的约束

显然

平均码长与信源熵建立了联系

即平均码长尽量的接近信源熵

前缀码的性能一般用平均码长来衡量

平均码长越短

前缀码的性能就越好

因此平均码长定理

很好的回答了以上提出的科学问题

即既提高了编码效率

又降低了功率消耗

实现了编码效率与功率节省

二者之间的良好折中

首先我们来对该定理进行分析一下

平均码长的不等式如式(2)所示

对该式中的各项按照定义展开

即对信源熵按照定义展开

再对平均码长按照定义展开

然后提取公因子并对式子进行整理

我们发现式(2)中黄色箭头所指的是

信源字母ak的信息

与匹配概率所对应的信息量之差

概率之间的距离

然后再取数学期望

显然

我们希望这样的差值越小越好

对式子(4)利用对数不等式

再根据craft不等式

原命题得证

同学们

可以回顾一下我们用过几次对数不等式

以后还要用

希望大家熟练掌握该基本解题技巧

定理的补充与说明

变长编码与定长编码相比

可以获得更好的压缩效果

这对于实际应用是很有价值的

此外

在极限性能方面

变长编码与定长编码有相同的效果

这一点不难证明

事实上定长编码定理表明

定长码长M应该满足式(8)

其中M是N次扩展信源字母所对应的长度

因此针对原信源字母

所对应的码字长度如式(9)所示

对于变长编码

如果对信源N次扩展进行编码

则按照以上的定理得到如下的结论

如式(10)所示

其中

平均码长是N次扩展信源的源字母

所对应的平均码长

N倍的极限熵

是N次扩展信源的熵率

这一平均码长折算到信源时

可得到的平均码长如式(11)所示

所以只要N足够大

变长编码与定长编码具有相同的极限性能

好 今天我们就讲到这里

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第一章 信息论概述与基本概念

-第一讲 信息论课程介绍以及信息论的概念 描述

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-第一章 学习材料

--第一章 学习材料课件

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-第一章 作业

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--同步训练

--关于信息概念的讨论

第二章 信源与信息熵率、冗余度与冗余压缩编码

-第二讲 离散熵 离散互信息 连续随机变量的熵与互信息

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-第四讲 熵函数的上凸性证明 案例的思考与扩展 熵函数的进一步讨论

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-第五讲二元变量的联合熵 联合熵的几种情形的讨论 联合熵不等式的证明

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-第六讲 互信息的定义 互信息的公式推导 平均互信息的几种情形的讨论

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--评论互信息证明过程的讨论

-第七讲多变量平均互信息关系式证明 互信息函数的性质 互信息函数公式的进一步研究

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-第八讲 连续随机的熵函数与互信息

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--鉴别信息在机器学习聚类问题中的应用

--课外辅导材料 关于强化机器学习的讨论

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--第二章 学习材料

-第二章 作业练习与思考

--第二章 作业

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第三章 信源的熵率、冗余度与马尔科夫信源编码

-第十讲 平稳 离散 无记忆稳恒信源

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-第十一讲 定长编码定义与渐进等同分割定理

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-第十二讲 唯一可译码定理以及前缀码的构造

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-第十三讲 变长编码的平均码长定理

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-第十四讲 Huffman编码

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-第十五讲 平稳有记忆Markov信源

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-第十六讲 Markov信源的变长编码以及案例介绍

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--马尔科夫链的基本内容

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--第三章 学习材料PPT 与罗智泉教授的优化讲义

-第三章 作业练习与思考

--第三章 作业

第四章 信道与信道容量与信道的有效利用

-第十七讲 信道、 信道模型以及分类

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--阅读材料 : 无线信道的传播与衰落特性的分析

-第十八讲 前向信道状态转移概率矩阵引入与平均互信息

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-第十九讲 离散无记忆信道的信道容量以及传输速率

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-第二十讲 信道容量解的充分必要条件以及优化方法的介绍

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-第二十一讲 对称离散无记忆信道

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-第二十二讲 准对称离散无记忆信道 删除信道 案例分析

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-第二十四讲 串联信道的信道容量

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-第二十八讲 重要定理的证明过程(重点关注证明过程技巧 如等效 与对数不等式的应用)

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-第二十九讲 并联信道的信道容量费用函数优化建模以及在MIMO中的应用(5G 6G中应用)

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-第三十讲 模拟信道下的信道容量费用函数

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--KKT算法以及优化问题的讨论

-第四章 学习材料课件

--课堂课件PPT

--正交变换

-第四章 课外阅读材料 衰落信道描述 优化方法及介绍 5G 6G介绍

-- 课外阅读材料1

--关于信道物理层 5G下的 物联网 课外阅读材料2

--阅读材料3

--关于麻省理工学院郑教授与黄博士的观点讨论

-第四章 作业练习与思考

--第四章 作业

--第四章主观性习题以及答案

第五章 信源的信息率失真函数与墒压缩编码

-第三十一讲 熵压缩编码与信源的信息速率失真函数

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-第五章 学习材料课件

--学习材料的补充

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--第四章主观性试题与答案

第六章 信道编码

-第三十二讲 错误概率与译码似然准则

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--错误概率译码课件PPT

-第三十三讲 有噪信道编码以及最大似然准则引入

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--菲诺不等式的讨论

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-第三十四讲 信道编码基本概念介绍

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--信道编码基本概念PPT

-第三十五讲 线性分组码的数学支撑 线性空间的引入

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--线性代数中特征值与特征向量的讨论

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-第三十六讲 线性分组码的生成矩阵与校验矩阵引入

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-第三十七讲 伴随式 、错图样与译码

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-第三十八讲 循环码及其多项式描述 生成多项式引入

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-第三十九讲 循环码及其矩阵描述

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-第四十讲 循环码的构造

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-第四十一讲 卷积码基本概念介绍

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-第四十二讲 卷积码及其图形描述 篱笆图 树形图

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-第四十三讲 卷积码的译码过程

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-第六章 学习材料课件

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-第六章 课外阅读材料 卷积码 阅读材料

--第六章 课外阅读材料 卷积码的应用

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--第六章信道编码主观性试题以及答案

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--关于fano不等式的证明与信道抗干扰能力的详细解读

第七章 最大熵原理以及最小鉴别信息原理

-第四十四讲 最小鉴别信息原理与最大熵原理

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-第七章 学习材料课件

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