信息论与编码课程设计--统计信源熵与哈夫曼编码

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1、信息论与编码课程设计 1 信息论与编码课程设计报告信息论与编码课程设计报告 设计题目：统计信源熵与哈夫曼编码 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 教师评分 2015 年 3 月 25 日 信息论与编码课程设计 2 目目 录录 一、设计任务与要求.3 二、设计思路.3 三、设计流程图.5 四、程序运行及结果.6 五、心得体会.8 参考文献.9 附录：源程序.10 信息论与编码课程设计 3 一、 设计任务与要求 1.1 设计目的 信息论与编码是信息、通信、电子工程专业的基础，对理论研究和工程应用 均有重要的作用。通过对本次课程设计，我们将学到的理论知识用于实践，用软 件编写程序实现具体的计算和逻

2、辑问题，使我们对所学知识有更深层次的认知， 加深对课本知识的理解。 1.2 设计要求 （1）统计信源熵 要求：统计任意文本文件中各字符（不区分大小写）数量，计算字符概率， 并计算信源熵。 （2）哈夫曼编码 要求：任意输入消息概率，利用哈夫曼编码方法进行编码，并计算信源熵和 编码效率。 二、 设计思路 2.1 编码效率计算公式： K X）（ 其中 H（X）为信源熵，K 表示平均码长。 2.3 变长码的编码方法 能获得最佳码的编码方法主要有： 香农（Shannon） 费诺（Fano） 霍夫曼（Huffman） 本设计以霍夫曼编码为例； （1）将信源消息符号按其出现的概率大小依次排列 p(x1)p(

3、x2) p(xn) （2）取两个概率最小的符号分别配以 0 和 1，并将这两个概率相加作为一个新 符号的概率，与未分配码元的符号重新排队。 信息论与编码课程设计 4 （3）对重排后的两个概率最小符号重复步骤 2 的过程。 （4）继续上述过程，直到最后两个符号配以 0 和 1 为止。 （5）从最后一级开始，向前返回得到各个信源符号所对应的码元序列，即相应 的码字。 2.3 具体设计思路 （1）统计信源熵 在 VC+环境中进行编程 （1）运行程序，在对话框里输入一段英文，将 26 个英文字母及空格作为信源。 （2）计算每个字母出现的次数（不区分大小写） ，再通过计算信源总大小来计 算在本篇文章中每

4、个字母出现的概率。 （3）通过信源熵计算公式来计算信源熵。 （2） 哈夫曼编码 在VC+环境中进行编程 （1） 输入概率矩阵，并检验是否正确，即各概率不能小于零，总概率之和等 于一。 （2） 建立各概率符号的位置索引矩阵 Index,利于编码后从树根进行回溯,从 而得出对应的编码 （3） 输出所需的哈弗曼编码。 （4） 计算信源熵，并计算平均码长，算出编码效率。 （5） 输出结果。 信息论与编码课程设计 5 三、 设计流程图 3.1 统计信源熵的设计思路 打开文件 计算各字母个数 计算各字母概率 计算各字母信源熵 输出结果 3.2 哈夫曼编码设计思路 判断输入概率是否正确 建立各概率符号的位置

5、索引矩阵 根据索引矩阵进行回溯编码 输出所需的哈弗曼编码 计算信源熵 计算平均码长和编码效率 输出结果 信息论与编码课程设计 6 四、 程序运行及结果 4.1 统计信源熵程序运行结果 运行程序并输入: The most distant way in the world is not the way from birth to the end. it is when i sit near you that you dont understand i love u. The most distant way in the world is not that youre not sure i lov

6、e u. It is when my love is bewildering the soul but i cant speak it out. T 测试目的：检验程序是否正确。 检验方法：用验证法来检验；看中概率是否为一，并检测信源熵是否正确。 检验结果：程序运行结果正确。 如下为运行结果截屏 信息论与编码课程设计 7 4.2 哈夫曼编码程序运行结果 测试输入：0.20 0.19 0.18 0.17 0.15 0.10 0.01 测试目的：测试经常出现的信源符号是否对应较短的码长，检测程序运行结果是 否正确。 正确输出：10 11 000 001 010 0110 0111 信源熵为-2.60868 bit/符号 平均码长为 2.72 码元/符号 传送速率为 0.959075 bit/码元 实际输出：与争取而输出一样 检测结果：程序无错误 以下为运行结果截屏 信息论与编码课程设计 8 五、 心得体会 刚开始课程设计的时候，自己是毫无头绪的，不知