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信源码

Source code

把信源符号或符号块映为码字以便无失真或有失真表示的编码。

形式陈述

信源码由编码器把信源符号或长度 n 的源块映为有限字母串,译码器从码串恢复原块或给出近似重构。无失真码要求恢复完全正确;有失真码只要求失真度满足约束。对逐符号变长码,唯一可译要求任意有限源串的串联码字只有一种解析;前缀码不允许任何码字成为另一代码字的前缀,并与即时可译码等价。前缀码(即时码)是唯一可译码的更强子类,而不是与“即时可译”组成三个严格递增的层级。

直觉

压缩利用符号出现概率不均:常见消息用短表示,罕见消息用长表示,但必须保留可恢复性。

例子与边界

对四个等概率符号使用 2 比特码是定长无失真编码。若概率差异大,变长前缀码可降低期望长度。仅要求不同源符号映到不同码字不足以保证串联后的唯一解析,例如码字集合可能产生歧义。随机源模型和实际文件压缩器的上下文建模是不同层次。

推论与应用

信源码建立熵与可压缩率之间的联系,并形成 Huffman、算术编码和率失真理论的共同模型。

参考资料
  • Thomas M. Cover and Joy A. Thomas, Elements of Information Theory, 2nd ed., Wiley, 2006,Chs. 2–8。
  • Claude E. Shannon, “A Mathematical Theory of Communication,” Bell System Technical Journal 27, 1948,Parts I–II。