2022年基于算术编码的信源编码解码系统设计与仿真_.docx

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1、精品学习资源*实践教案*运算机与通信学院通信系统仿真训练题 目：基于算术编码地信源编码/解码系统设计与仿真欢迎下载精品学习资源摘 要随着社会地飞速进展，数字化已经成了现今通信技术地主流进展方向，而实现数字化地重要步骤就 是对信源进行编码 .信源编码理论是信息论地一个重要分支，其理论基础是信源编码地两个定理：无失真信源编码定理和限失真信源编码定理.信源编码是以提高通信有效性为目地地编码.通常通过压缩信源地冗余度来实现 .人们经过不断地探究，制造了很多种有效地信源编码地方法，比如说哈弗曼编码、算术编码、游程编码等，通过这些有效地信源编码方式，很好地提高了通信地有效性.本文从算术编码原理、以及讨论算

2、术编码地目地意义等，到详细算术编码方案地分析比较以及其MATLAB语言地实现方案，有重点地对算术编码地编码过程进行了分析和阐述.详细说就是针对信源输出符号序列地统计特性，查找肯定地方法把信源输出符号序列变换为最短码字地序列地方法.设计利用MATLAB语言设计并实现了基于算术编码地信源编码/解码过程 .算术编码是一种能够趋近于熵极限地正确编码方式对显现概率较大地符号使用短码，对概率较小地符号使用长码.过本课程设计可以实现从键盘随意输入待传输信息，依据算术编码原理输出编码结果，假如挑选译码，会输出之前输入地传输信息.关键词 ： 算术编码 译码 MATLAB仿真目 录欢迎下载精品学习资源一、信源编码

3、11.1 信源编码地概念11.2 信源编码简介11.3 信源编码地目地：11.4 信源编码地原理2二、算术解码地理论基础62.1 算术编码算法地基本原理62.2 算术编码地特点62.3 算术编码地分析过程72.4 算术编码举例8三、算术编码MATLAB仿真实现133.1 MA TLAB仿真程序实现133.2 仿真设计流程图143.3 算术编码仿真设计153.4 结果分析19设计总结20参考文献20欢迎下载精品学习资源一、 信源编码1.1 信源编码地概念信源编码是为了削减信源输出符号序列中地剩余度、提高符号地平均信息量，对信源输出地符号序列所 施行地变换 .详细说，就是针对信源输出符号序列地统计

4、特性来查找某种方法，把信源输出符号序列变换为最短地码字序列，使后者地各码元所载荷地平均信息量最大，同时又能保证无失真地复原原先地符号 序列 .既然信源编码地基本目地是提高码字序列中码元地平均信息量，那么，一切旨在削减剩余度而对信源输出符号序列所施行地变换或处理，都可以在这种意义下归入信源编码地范畴，例如过滤、猜测、域 变换和数据压缩等.当然，这些都是广义地信源编码.1.2 信源编码简介信源编码是以提高通信有效性为目地地编码.通常通过压缩信源地冗余度来实现.采纳地一般方法是压缩每个信源符号地平均比特数或信源地码率，同样多地信息用较少地码率来传输，使单位时间内传送地平均信息来量增加，从而提高通信地

5、有效性.信源编码理论是信息论地一个重要分支，其理论基础是信源编码地两个定理：无失真信源编码定理和限失真信源编码定理.前者是离散信源或数字编码地基础，后者就是连续信源或模拟信号地基础.编码实质上就是对信源地原始符号按肯定规章进行地一种变换.编码可分为信源编码和信道编码.由于信源符号之间存在分布不匀称和相关性，使得信源存在冗余度，信源编码地主要任务就是削减冗余，提高编码效率 .信源编码是为了削减信源输出符号序列中地剩余度、提高符号地平均信息量，对信源输出地符号序列所施行地变换.详细说，就是针对信源输出符号序列地统计特性来查找某种方法，把信源输出符号序列变换为最短地码字序列，使后者地各码元所载荷地平

6、均信息量最大，同时又能保证无失真地恢 复原先地符号序列.信源编码地基本途径有两个：使序列中地各个符号尽可能地相互独立，即解除相关性；使编码中各个符号显现地概率尽可能地相等，即概率匀称化.采纳地一般方法是压缩每个信源符号地平均比特数或信源地码率.即同样多地信息用较少地码率传送,使单位时间内传送地平均信息量增加,从而提高通信地有效性 .1.3 信源编码地目地：1、信源存在冗余度.欢迎下载精品学习资源2、缘由是信源符号之间存在概率分布不匀称和相关性.3、信源编码地主要任务就是削减冗余，提高编码效率.4、信源编码是以提高通信地有效性为目地编码.5、通常通过压缩信源地冗余度来实现.6、即用较少地码字传送

7、较多地信息，使单位时间内传送地平均信息量增加，从而提高通信地有效性.1.4 信源编码地原理一般来说，削减信源输出符号序列中地剩余度、提高符号平均信息量地基本途径有两个：使序列中地各个符号尽可能地相互独立；使序列中各个符号地显现概率尽可能地相等.前者称为解除相关性， 后者称为概率匀称化 .信源编码地一般问题可以表述如下：如某信源地输出为长度等于M 地符号序列集合式中符号 A 为信源符号表，它包含着K 个不同地符号， A= k|k=1, ,K，这个信源至多可以输出K 个不同地符号序列.记 U =所K谓. 对这个信源地输出进行编码，就是用一个新地符号表B 地符号序列集合 V 来表示信源输出地符号序列

8、集合U.如 V 地各个序列地长度等于N，即式中新地符号表 B 共含 L 个符号， B= bl|l=1,L .它总共可以编出 L 个不同地码字 .类似地 ,记V L. 为了使信源地每个输出符号序列都能安排到一个特殊地码字与之对应，至少应满意关系VL UK ，或者 N/M logK/logL ；假如编码符号表 B 地符号数 L 与信源符号表A 地符号数 K 相等，就编码后地码字序列地长度N 必需大于或等于信源输出符号序列地长度M ；反之，如有N M，就必需有 LK.只有满意这些条件，才能保证无差错地仍原出原先地信源输出符号序列称为码字地唯独可译性.可是，在这些条件下，码字序列地每个码元所载荷地平均

9、信息量不但不能高于，反而会低于信源输出序列地每个符号所载荷地平均信息量. 这与编码地基本目标是直接相冲突地.下面地几个编码定理，供应明白决这个冲突地方法.它们既能改善信息载荷效率，又能保证码字唯独可译.离散无记忆信源地定长编码定理对于任意给定地0，只要满意条件N/MHU+ /logL那么 ,当 M 足够大时 ,上述编码几乎没有失真；反之,如这个条件不满意，就不行能实现无失真地编码.式中 HU 是信源输出序列地符号熵.通常,信源地符号熵 HU logK ，因此 ,上述条件仍可以表示为【HU+】/logL N/MlogK/logL特殊 ,如有 K L, 那么,只要 HU logK, 就可能有 N

10、M ，从而提高信息载荷地效率.由上面这个条件可以看出， HU 离 logK 越远 ,通过编码所能获得地效率改善就越显著.实质上，定长编码方法提高信息载欢迎下载精品学习资源荷才能地关键是利用了渐近等分性,通过挑选足够大地M, 把原来各个符号概率不等因而HU logK 地信源输出符号序列变换为概率匀称地典型序列，而码字地唯独可译性就由码字地定长性来解决.离散无记忆信源地变长编码定理变长编码是指V 地各个码字地长度不相等.只要 V 中各个码字地长度 Nii 1， ， V满足克拉夫特不等式 .这 V个码字就能唯独地正确划分和译码 .离散无记忆信源地变长编码定理指出：如离散无记忆信源地输出符号序列 ，式

11、中 A k|k=1, ,K ,符号熵为 HU ，对 U 进行唯独可译地变长编码，编码字母表 B 地符号数为 L, 即 B= bl|l=1,L ,那么必定存在一种编码方法，使编出地码字Vi vi1, ,viN，i i=1, , ，V具有平均长度嚻：MHU/logL嚻 MHU/logL+1如 L=K ，就当 HU logK logL 时,必有嚻 M ； HU 离 logK 越远，就嚻越小于M.详细实现唯独可译变长编码地方法很多，但比较经典地方法仍是仙农编码法、费诺编码法和霍夫曼编码法 .其他方法都是这些经典方法地变形和进展.全部这些经典编码方法，都是通过以短码来表示常显现地符号这个原就来实现概率地

12、匀称化，从而得到高地信息载荷效率；同时，通过遵守克拉夫特不等式关系来实现码字地唯独可译.霍夫曼编码方法地详细过程是：第一把信源地各个输出符号序列按概率递降地次序排列起来，求其中概率最小地两个序列地概率之和，并把这个概率之和看作是一个符号序列地概率，再与其他序列依概率递降次序排列（参加求概率之和地这两个序列不再显现在新地排列之中），然后，对参加概率求和地两个符号序列分别赐予二进制数字 0 和 1.连续这样地操作 ,直到剩下一个以 1 为概率地符号序列 .最终，依据与编码过程相反地次序读出各个符号序列所对应地二进制数字组，就可分别得到各该符号序列地码字.例如，某个离散无记忆信源地输出符号序列及其对

13、应地概率分布为对这些输出符号序列进行霍夫曼编码地详细步骤和结果如表 .欢迎下载精品学习资源表 1-1由表中可以看出，在码字序列中码元0 和 1 地概率分别为 10/21 和 11/21，二者近乎相等，实现了概率地匀称化 .同时，由于码字序列长度满意克拉夫特不等式2 2+32+22 1因而码字是唯独可译地，不会在长地码字序列中显现划错码字地情形.以上几个编码定理，在有记忆信源或连续信源地情形也有相应地类似结果.在实际工程应用中，往往并不追求无差错地信源编码和译码，而是事先规定一个译码差错率地容许值，只要实际地译码差错率不超过这个容许值即认为中意（见信息率-失真理论和多用户信源编码）.针对信源输出

14、符号序列地统计特性，查找肯定地方法把信源输出符号序列变换为最短地码字序列. 1、解除相关性：使序列中地各个符号尽可能地相互独立.2、概率匀称化：使编码中各个符号显现地概率尽可能地相等.信源编码地实现方法：离散信源编码有香农编码、费诺编码、赫夫曼编码、游程编码、冗余位编码；连续信源编码有正确 标量量化、矢量量化；相关信源编码地猜测编码、差值编码；变换编码地子带编码、小波变换.一般来说，削减信源输出符号序列中地剩余度、提高符号平均信息量地基本途径有两个：一是使序列中地各个符号尽可能地相互独立；二是使序列中各个符号地显现概率尽可能地相等.前者称为解除相关性，后者称为概率匀称化.信源编码地一般问题可以

15、表述如下：如某信源地输出为长度等于M 地符号序列集合式中符号 A 为信源符号表，它包含着K 个不同地符号， A= k|k=1, ,K，这个信源至多可以输出K 个不同地符号序列 .记 U =所K谓. 对这个信源地输出进行编码，就是用一个新地符号表B 地符号序列集合 V 来表示信源输出地符号序列集合U.如 V 地各个序列地长度等于I，即式中新地符号表B 共含 L 个符号， B= bl|l=1,L .它总共可以编出 L 个不同地码字 .类似地 ,记VL. 为了使信源地每个输出符号序列都能安排到一个特殊地码字与之对应，至少应满意关系VL UK ，或欢迎下载精品学习资源者 N/MlogK/logL ；假

16、如编码符号表B 地符号数 L 与信源符号表 A 地符号数 K 相等，就编码后地码字序列地长度N 必需大于或等于信源输出符号序列地长度M ；反之，如有 N M ，就必需有 LK.只有满意这些条件，才能保 证无差错地仍原出原先地信源输出符号序列称为码字地唯独可译性.可是，在这些条件下，码字序列地每个码元所载荷地平均信息量不但不能高于，反而会低于信源输出序列地每个符号所载荷地平均信息量. 这与编码地基本目标是直接相冲突地.下面地几个编码定理，供应明白决这个冲突地方法.它们既能改善信息载荷效率，又能保证码字唯独可译.(1) 离散无记忆信源地定长编码定理对于任意给定地 0，只要满意条件 N/MHU+ /

17、logL那么 ,当 M 足够大时 ,上述编码几乎没有失真；反之,如这个条件不满意，就不行能实现无失真地编码.式中 HU 是信源输出序列地符号熵.通常 ,信源地符号熵HU logK ，因此 ,上述条件仍可以表示为【HU+】/logL N/MlogK/logL.特殊 ,如有 K L, 那么 ,只要 HU logK, 就可能有 N M ，从而提高信息载荷地效率.由上面这个条件可以看出， HU 离 logK 越远 ,通过编码所能获得地效率改善就越显著.实质上，定长编码方法提高信息载 荷才能地关键是利用了渐近等分性,通过挑选足够大地M, 把原来各个符号概率不等因而HU logK 地信源输出符号序列变换为

18、概率匀称地典型序列，而码字地唯独可译性就由码字地定长性来解决.(2) 离散无记忆信源地变长编码定理变长编码是指 V 地各个码字地长度不相等.只要 V 中各个码字地长度Nii 1， ， V满足克拉夫特不等式 .这 V个码字就能唯独地正确划分和译码.离散无记忆信源地变长编码定理指出：如离散无记忆信源地输出符号序列为，式中 A k|k=1, ,K,符号熵为 HU ，对 U 进行唯独可译地变长编码，编码字母表B 地符号数为欢迎下载精品学习资源L, 即 B= bl|l=1,L,那么必定存在一种编码方法，使编出地码字Vi vi1, ,viN，i平均长度嚻：MHU/logL 嚻 MHU/logL+1；如 L

19、=K ，就当 HU logK logL 时,必有嚻 M； HU 离 logK 越远，就嚻越小于M.i=1, , ，V具有欢迎下载精品学习资源详细实现唯独可译变长编码地方法很多，但比较经典地方法仍是仙农编码法、费诺编码法和霍夫曼编码法 .其他方法都是这些经典方法地变形和进展.全部这些经典编码方法，都是通过以短码来表示常显现地符号这个原就来实现概率地匀称化，从而得到高地信息载荷效率；同时，通过遵守克拉夫特不等式关系来实现码字地唯独可译.编码地逆过程，利用不同编码方法实现地生成地码字通过其相应方法实现对码字地译码，仍原出从欢迎下载精品学习资源信源输入地信息 .进行编码是为了压缩信源符号地冗余度，在传

20、输、译码后，仍能复原出原始信息.二、 算术解码地理论基础2.1 算术编码算法地基本原理算术编码是一种无失真地编码方法，能有效地压缩信源冗余度，使编成地码率趋于信地熵，它是无损压缩地一种 .算术编码地基本原理是：依据信源可能发觉地不同符号序列地概率，把 0 ， 1 区间划分为互不重叠地子区间，子区间地宽度恰好是各符号序列概率 . 这样信源发出地不同符号序列将与各子区间一一对应 ， 因此每个子区间内地任意个实数都可以用来表示对应地符号序列，这个数就是该符号序列所对应地码字 .明显 ，串符号序列发生地概率越大，对应地子区间就越宽，要表达它所用地比特数就削减，因相应地码字就越短 .算术编码可以是静态地

21、或者自适应地 .在静态算术编码中，信源符号地概率是固定地 . 本课程设计中以静态算术编码算法进行仿真 .在自适应算术编码中，自适应算术编码在对符号序列进行扫描地过程中，可一次完成两个过程，即依据恰当地概率估量模型和当前符号序列中各符号显现地频率，自适应地调整各符号地概率估量值，同时完成编码.信源符号地概率依据编码时符号显现地频繁程度动态地进行修改，在编码期间估算信源符号概率地过程叫做建模. 需要开发态算术编码地缘由是由于事先知道精确地信源概率是很难地，而且是不切实际地.当压缩消息时，我们不能期望一个算术编码器获得最大地效率，所能做地最有效地方法是在编码过程中估算概率.尽管从编码效率上看不如已知

22、概率表地情形，但正是由于算术编码自适应地调整对个符号概率地估量值，这点比哈弗曼编码相比，具有实时性好、 敏捷性高、 适应性强等特点，在图像压缩、视频图像编码等领域都得到了广泛地应用.2.2 算术编码地特点算术编码地优点：（ 1）不必预先定义概率模型，自适应模式具有特殊地优点；（ 2）信源符号概率接近时，建议使用算术编码，这种情形下其效率高于霍夫曼编码；（ 3）算术编码绕过了用一个特定地代码替代一个输入符号地想法，用一个浮点输出数值代替一个流地输入符号，较长地复杂地消息输出地数值中就需要更多位置数；（ 4）算术编码实现方法复杂一些，但JPEG 成员对多幅图像地测试结果说明，算术编码比霍夫曼编码提

23、高了 10%左右地效率，因此在JPEG 扩展系统中用算术编码取代霍夫曼编码.算术编码虽然具有其特殊地优点，但我们仍需要留意下面几个问题：欢迎下载精品学习资源（ 1）由于实际地运算机地精度不行能无限长，运算中显现溢出是一个明显地问题，但多数机器都有 16 位、 32 位或者 64 位地精度，因此这个问题可使用比例缩放方法解决.（ 2）算术编码器对整个消息只产生一个码字，这个码字是在间隔0, 1 中地一个实数，因此译码器在接受到表示这个实数地全部位之前不能进行译码.（ 3）算术编码也是一种对错误很敏锐地编码方法，假如有一位发生错误就会导致整个消息译错 .算术编码随着序列长度地增加，相应子区间地宽度

24、也不断缩小，要表示这段子区间所需精度，直观地说就是比特数也不断增加. 这不但要占用相当大地储备空间，仍增加了编码延时，这对实时系统是非常不利地 .为明白决这些难点，针对不同地应用方向，人们对传统地算术编码方法进行了改进，在保证足够精度地前提下，提高了编码速度.基于算术编码算法人们提出了二进制自适应地算术编码以及MQ 算术编码器，分别在软件及上提高编码地效率.2.3 算术编码地分析过程在算术编码中，消息用0 到 1 之间地实数进行编码，算术编码用到两个基本地参数：符号地概率和它地编码间隔 .信源符号地概率打算压缩编码地效率，也打算编码过程中信源符号地间隔，而这些间隔包含在 0 到 1 之间 .编

25、码过程中地间隔打算了符号压缩后地输出.算术编码地过程，实际上就是依据信源符号地发生概率对码区间分割地过程.算术编码地编码分析框图如下：图 2.1 算术编码地编码分析框图静态算术编码和自适应型算术编码在编码前都需要初始化概率空间，静态算术编码地字符概率是固定地，因此找到相应地概率空间可直接按区间分割进行编码；自适应型算术编码在编码前需要统计输入欢迎下载精品学习资源地文本信息地符号类型和每个符号地个数，期初假定每个符号概率相等，然后输入一个符号后，找到相应地概率空间全部地符号概率会进行更新，然后依次规律对输入信息进行编码.图 2.2 算术编码地译码分析框图读取编码结果，找到所属区间范畴从而译出码字

26、.静态型算术编码地编码值是变化地然后找所对应地区间；自适应型算术编码地编码值是不变地，只需转变概率区间，然后用此编码值找到所对应地区间，从而译出码字 .2.4 算术编码举例（ 1） 静态算术编码举例假设一就消息 “ static_tree具有如”下地概率分布：字 符概 率_0.1a0.1e0.3r0.1s0.1下面用算t术编码方法给该消息编码0.3.一旦字符地概率已知，就沿着“概率线 ”为每一个单独地符号设定一个范畴，哪一个被设定到哪一段范畴并不重要，只要编码和解码都以同样方式进行就可以，这里所用地6 个字符被安排地范畴（range）如欢迎下载精品学习资源下：字符概率范畴_0.10 r0.1a

27、0.10.1 r0.2e0.30.2 r0.5r0.10.5 r0.6s0.10.6 r0.7t0.30.7 r0.6,0.7）(3) 对其次个字符 t 编码，使用地新生范畴为0.6,0.7 ），由于 t 地 range low=0.7,range high=1.0, 因此下一个low,high分别为欢迎下载精品学习资源Low=0.6+0.10.70.67欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源High=0.6+0.11.00.70欢迎下载精品学习资源Range=0.7-0.67=0.03t将0.6,0.7）=0.67,0.70）(4) 对第三个字符a 编码，在新生成地0.67,0.70 ）中

28、进行分割，由于a地 range low=0.10,range high=0.2, 因此下一个low,high分别为欢迎下载精品学习资源Low=0.67+0.030.10.673欢迎下载精品学习资源High=0.67+0.030.20.676欢迎下载精品学习资源Range=0.676-0.673=0.003a将0.67,0.70）=0.673,0.676）(5) 对第四个字符 t 编码，在新生成地0.673,0.676 ）上进行分割 .由于 t 地 range low=0.70,range high=1.0, 就下一个low,high分别为Low=0.673+0.0030.70.6751High

29、=0.673+0.003Range=0.00091.00.676t将0.673,0.676）=0.6751,0.676）同理得 到 下 面 各字 符e, ,s,t,r,e,e编 码 所得 到 地范 围分 别 为 0.67528,0.67555，0.67528,0.675307,0.6752989,0.675307,0.67530295,0.67530376,0.675303112,0.675303355），0.6753031606,0.6753032335 ） ,0.6753031824,0.6753032335 ） .最终选取最终区间地中点作为编码地输出结果 0.6753032079.通过编

30、码，最终地下界值0.6753032079 就是消息 “ state_tree地唯独”编码 .然后解码过判定哪一个符号能拥有我们已编码地消息落在地空间来找出消息中地第一个符号.由于 0.6753032079 落在 0.6,0.7 ）之间，因此可解得第一个符号是s.在解出 s 后，由于我们知道s地范畴地上界和下界，利用编码地逆作用，第一去掉 s地下界值 0.6，得 0.075 3032079，然后用 s 地范畴 range=0.1 去除所得到地 0.075 3032079 ，即得到0.75 3032079，接着找出它所在地区间，就是t 地原先范畴 0.7,1.0 ） .去掉 t 地下界值 0.7，

31、得 0.05 3032079，然后用 t 地 range=0.3 除该数得出 0.176 772 02，该值所属范畴就是字符a 如此操作下去便得到消息地精确译码综述，可以得到解码公式为：Number-range low/range=number其中， number 为符串地编码 .（ 2） 算术编码举例在编码之前，假设每个信源符号地频率相等（如都等于1），并运算累积频率从输入流中读入一个字符，并对该符号进行算术编码；更新该符号地频率，并更新累积频率；由于在解码之前，解码器不知道是哪个信源符号，所以概率更新应当在解码之后进行对应地，编码器也应在编码后进行概率更新.设某信源可能发出三种符号a，b，

32、 c，对符号序列bccb 进行自适应算术编码：初始时刻，我们对a， b， c，三者显现地概率一无所知（即采纳自适应模型），认为三者显现地概率相等，临时都为1/3，频率都为 1，就累积频率为 3.将区间 0,1 按概率分布划分给三个字符，如下图所示：欢迎下载精品学习资源向编码器输入第一个字符b，落入区间 0.3333,0.6667. 此时 b 地频率增加了 1 变为 2，累积频率也增加了1变为 4；概率分布更新为：再输入字符 c，落入区间 0.5834,0.6667. 此时 c 地频率增加了1 变为 2，累积频率也增加了1 变为 5；概率分布更新为：接着输入第三个字符，累积频率也又增加了 1 变

33、为 6；概率分布更新为：最终输入字符b，锁定区间 0.6390,0.6501 ，然后在这个区间内任意挑选一个实数，例如0.64，再将其转化为二进制数l 位（连续乘以2 取整） .欢迎下载精品学习资源即输出 8 位.最终地编码结果为： 11011011.译码过程和编码过程类似：设信源符号 a，b， c 地原概率皆为 1/3.a. 11011011B=0.64D ，落入区间 0.3333,0.6667 ，所以译码器译为b，概率分布更新为：b. 0.64 落入区间 0.5834,0.6667 ，译为 c，概率分布更新为：c. 0.64 落入区间欢迎下载精品学习资源d. 0.64 落入区间 0.650

34、1,0.6667 ，译为 b.假如有停止位或者定长，就译码终止，译出地原序列为：bccb.一旦字符地概率已知，就沿着“概率线 ”为每一个单独地符号设定一个范畴，哪一个被设定到哪一段范畴并不重要，只要编码和解码都以同样方式进行就可以.离散信源编码有香农编码、费诺编码、赫夫曼编码、游程编码、冗余位编码；连续信源编码有正确标量量化、矢量量化；相关信源编码地猜测编码、差值编码；变换编码地子带编码、小波变换.本章主要举例说明白算术编码地基本原理，让读者能够懂得算术编码地基本应用方法.三、 算术编码 MATLAB仿真实现3.1 MATLAB 仿真程序实现MA TLAB是由美国 mathworks 公司发布

35、地主要面对科学运算、可视化以及交互式程序设计地高科技运算环境 .它将数值分析、矩阵运算、科学数据可视化以及非线性动态系统地建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用地视窗环境中，为科学讨论、工程设计以及必需进行有效数值运算地众多科学领域提供了一种全面地解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如 C 、 Fortran） 地编辑模式，代表了当今国际科学运算软件地先进水平.MA TLAB由一系列工具组成.这些工具便利用户使用MA TLAB地函数和文件，其中很多工具采纳地是图形用户界面 .包括 MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜寻和用于用户浏览帮忙、工作

36、空间、文件地浏览器 .随着 MATLAB地商业化以及软件本身地不断升级， MATLAB地用户界面也越来越精致，更加接近Windows 地标准界面，人机交互性更强，操作更简洁 .而且新版本地MATLAB供应了完整地联机查询、帮忙系统，极大地便利了用户地使用.简洁地编程环境供应了比较完备地调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够准时地报告显现地错误及进行出错缘由分析.MA TLAB7. 1版本是在 2005 年更新地，本文主要应用MATLAB7. 1中发布地影像处理工具箱中地相关函数和命令来实现基于算术编码实现图像压缩理论算法地仿真.MA TLAB7. 1是一套功能非常强大地工程欢迎下载

37、精品学习资源运算及数据分析应用软件,广泛应用于工业、电子、掌握、信号及图像处理等各领域.MA TLAB7. 1本身除了供应强大地图形绘制和输出功能外,同时仍发布了影像处理工具箱Image Processing Toolbox, 特地用于图像地处理 .在通常情形下，可以用它来代替底层编程语言，如C 和 C+. 在运算要求相同地情形下，使用MATLAB地编程工作量会大大削减.3.2 仿真设计流程图本课程设计地软件算术编码输入地自符类型固定，每个字符地概率也是固定地.输入地自符类型有“ abcdef每”次输入字符，更新字符地起始、终止区间.等最终一个字符编码完成后，取起始值和终至值地中 点作为编码地

38、结果输出.译码地时候，读取编码地输出结果，找到所在地区间，依次译出编码前输入地字符信息 .完成译码过程；自适应算术编码地概率模型不固定，先统计编码地符号类型，以及每个符号地个数.译码前，假设每个符号地概率是相等地，然后每次输入一个字符，相应地字符概率发生变化，直至编出最终一个码字，选取区间中间结果作为编码地输出，译码时，读取中间结果，找到所属概率区间，译出码字，然后变更概率区间，重新定位码字.直至译出最终一个码字.欢迎下载精品学习资源图 3.1 算术编码设计流程图上图是算术编码设计流程图，无论是静态型仍是自适应型算术编码在编码前都要初始化概率空间，但二者在编码时地概率空间却不一样，前者固定不变

39、，后者概率随输入字符变化而变化.然后进行区间分割，将字符串编成一个浮点小数，然后转化为二进制，作为结果之后挑选是否译码，确定是否译出信源符号.3.3 算术编码仿真设计（ 1）、显示主界面程序段menu=. 请按以下要求输入字符串： 1、字符串长度相宜； 2、可以输入地字符仅限于：a,b,c,d,e,f ； 3、输入地字符肯定要用英文状态下地单引号引起来,例如： efbfcafdcc. ；disp%dispmenu disp%图 3.2 算术编码仿真主界面欢迎下载精品学习资源上图显示地是静态型算术编码地主界面，按要求输入字符串，例如 abcdef由于.在转化为二进制时受限于字长，因此输入地字符串长度要相宜.（ 2）编码程序段for i=1:k % 开头算术编码if i=1 % 为字符串地第一个字符编码，a1,a2分别表示个字符串区间地端点switch 1 % 用“开关语句 ”检测是什么字符，在做相应地编码处理case string_si=a a1=0；a2=0+pa；case string_si=ba1=pa；a2=pa+pb；case s