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文档简介
1、,上节内容回顾,1. 信息的基本概念: 信息是事物运动状态或存在方式的不确定性描述。 2. 通信系统的基本模型,主要内容:,上节内容回顾,上节内容回顾,信源编码、信道编码和加密编码的对比,第2章信源与信息熵,信源的描述与分类 离散信源熵和互信息 离散序列信源熵(难点) 连续信源熵和互信息 冗余度,主要内容:,重点,2 .1 信源的描述与分类,信源指产生信息的人或机器,本课程对信源的研究主要是其输出的信息,信息的数学描述和性质。 信息的基本特性是不确定性,即随机性。,一、信源的描述,用随机变量、随机序列或随机过程描述信源输出。,用概率论和数学统计的方法描述信源输出。,用样本空间和概率分布来描述信
2、源输出。,2 .1 信源的描述与分类,二、信源的分类,(1)按照信源发出的信息在时间和幅度上的分布情况:,离散信源:时间和幅度上都离散,连续信源:时间和幅度上都连续,例子?,2 .1 信源的描述与分类,离散信源的统计特性,1、组成离散消息的信息源符号是有限的。,2、在形成消息时,各符号的概率不同。,3、组成消息的基本符号之间有一定的统计特性。,2 .1 信源的描述与分类,二、信源的分类,按照信源发出的各符号之间的关系:,发出符号序列的有记忆信源 发出符号序列的马尔可夫信源,信源,无记忆信源,有记忆信源,发出单个符号的无记忆信源,发出符号序列的无记忆信源,2 .1 信源的描述与分类,三、无记忆信
3、源,定义:信源所发出的各个符号间相互独立 各符号之间没有统计规律,各符号出现的概率 是自身的先验概率。,抛硬币,扔骰子,黑箱摸球,分类:,发出单个符号的信源:信源每次发出一个符号代表一个消息,发出符号序列的信源:发出两个以上符号序列代表一个消息,2 .1 信源的描述与分类,三、无记忆信源,发出单个符号的信源 定义:信源每次发出一个符号代表一个消息,描述方法:采用概率空间的方法进行描述,例:抛硬币、扔骰子,2 .1 信源的描述与分类,例:,抛硬币,用随机变量X表示其输出,则:,样本空间:,概率分布:,概率空间:,2 .1 信源的描述与分类,例:,扔骰子,用随机变量X表示其输出,则:,样本空间:,
4、概率分布:,概率空间:,2 .1 信源的描述与分类,一般情况,样本空间:,概率分布:,概率空间:,2 .1 信源的描述与分类,例:,一个布袋内放100个球,其中80个球为红色,20球为白色。若随机摸取一个球,猜测其颜色,则随机事件的概率空间为,2 .1 信源的描述与分类,三、无记忆信源,发出符号序列的信源 定义:信源每次两个以上的符号序列代表一个消息,描述方法:采用概率空间的方法进行描述,例:扔骰子,2 .1 信源的描述与分类,例:,扔骰子,用随机变量X表示其输出,则:,样本空间:,概率分布:,概率空间:,2 .1 信源的描述与分类,一般情况,随机序列:,其中:L表示序列长度 xl:有n中取值
5、,随机序列X的样值有多少个?,联合概率:,若各个符号间相互独立,a1 a2 an,2 .1 信源的描述与分类,随机序列:,其中:L表示序列长度 xl:有n中取值,若:(1)L=2 (2) xl有n中取值:a1 a2 an 其概率空间为:,2 .1 信源的描述与分类,四、有记忆信源,发出符号序列的信源 定义:信源发出的各个符号间是有关联的。,描述方法:采用概率空间的方法进行描述,条件概率!,2 .1 信源的描述与分类,四、有记忆信源,符号序列:,概率:,表达的复杂度随着序列的增加而增加。,2 .1 信源的描述与分类,四、有记忆信源,? 实际上,信源发出的符号往往只与前面若干个符号有较强的依赖关系
6、,随着序列长度的增加依赖关系越来越弱,因此可根据信源的特性和处理时的要求限制记忆长度,使分析和处理简化。,注意,2 .1 信源的描述与分类,五、马尔可夫信源,定义:信源在某一时刻发出的符号概率除了与该符号有关外,只与此前的有限个符号有关。 若把有限个符号记作一个状态S,则信源发出某一符号概率除与该符号有关外,只与该时刻信源所处的状态有关。 比如:,什么叫马尔可夫信源?,2 .1 信源的描述与分类,m阶马尔可夫信源,定义:信源在某一时刻发出的符号概率除了与该符号有关外,只与此前的m个符号有关。,什么叫m阶马尔可夫信源?,如:m=3时,2 .1 信源的描述与分类,m阶马尔可夫信源,定义:信源在某一
7、时刻发出的符号概率除了与该符号有关外,只与此前的m个符号有关。,条件概率:,联合概率:,2 .1 信源的描述与分类,一阶马尔可夫信源,定义:信源在某一时刻发出的符号概率除了与该符号有关外,只与此前的1个符号有关。,条件概率:,联合概率:,2 .1 信源的描述与分类,一阶马尔可夫信源联合概率:,2 .1 信源的描述与分类,马尔可夫信源的状态变量分析,对于m阶的马尔可夫信源,某一时刻i时刻以前出现的m个符号组成的序列:,其中:,将,记作状态,即,则:,共有,种可能取值。,即:状态集,符号序列,状态序列,2 .1 信源的描述与分类,马尔可夫信源的状态变量分析,将符号序列转换成状态序列后,对符号的分析
8、也就变成了对状态的分析,主要研究状态转移概率。,1、状态转移概率,设信源m时刻处于si状态,n时刻处于sj状态,则由si状态转移到sj状态的转移概率可表示为:,可以理解为:m时刻系统处于si状态的条件下,n时刻系 统处于sj状态的条件概率。,2 .1 信源的描述与分类,马尔可夫信源的状态变量分析,2、k步状态转移概率,若n-m=k,此时的状态转移概率称为k步转移概率。,表示:m时刻系统处于si状态,m+k时刻系统处于sj状态的 条件概率。,2 .1 信源的描述与分类,马尔可夫信源的状态变量分析,3、一步状态转移概率,若n-m=1,此时的状态转移概率称为一步状态转移概率。,表示:m时刻系统处于s
9、i状态,m+1时刻系统处于sj状态的 条件概率。,基本状态转移概率,2 .1 信源的描述与分类,马尔可夫信源的状态变量分析,状态转移概率 与m的取值无关,即: 状态转移概率只与系统所处的状态有关,与时刻m无关。,齐次马尔可夫信源,表明:任意时刻只要从状态si转移到状态sj,转移概率相同。,2 .1 信源的描述与分类,马尔可夫信源的状态变量分析,4、转移矩阵,系统在任意时刻可处于状态空间,的任意一个状态,因此状态转移应该是一个矩阵。,转移矩阵通常用一步转移概率来表示:,2 .1 信源的描述与分类,马尔可夫信源的状态变量分析,4、转移矩阵,转移矩阵通常用一步转移概率来表示:,第i行表示从状态si转移到状态空间任意状态的概率,则: 每行的元素都是非负,且每行之和为1 第j列表示从状态空间任意状态转移到状态sj的概率,则: 每列的元素都是非负,但每列之和不一定为1.,2 .1 信源的描述与分类,马尔可夫信源的状态变量分析,5、状态转移图,目的:为了更直观地描述状态之间的转移关系。,画法: (1)每个圆圈代表一种状态。 (2)状态之间
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