题目
设输入符号表为X=(0,1),输出符号表为Y=(0,1)。输入信号的概率分布为p=(1/2,1/2),失真函数为d(0,0) =d(1,1) = 0,d(0,1) =2,d(1,0) =1,则Dmin=________,R(Dmin)=________,相应的编码器转移概率矩阵[p(y/x)]=1 0;Dmax=________,R(Dmax)=________,相应的编码器转移概率矩阵[p(y/x)]=1 0。
设输入符号表为X={0,1},输出符号表为Y={0,1}。输入信号的概率分布为p=(1/2,1/2),失真函数为d(0,0) =d(1,1) = 0,d(0,1) =2,d(1,0) =1,则Dmin=________,R(Dmin)=________,相应的编码器转移概率矩阵[p(y/x)]=
;Dmax=________,R(Dmax)=________,相应的编码器转移概率矩阵[p(y/x)]=
。
题目解答
答案
0 1bit/symbol 0.5 0
解析
考查要点:本题主要考查信息论中的平均失真(D)与失真率函数(R(D))的计算,以及编码器转移概率矩阵的确定。需要理解如何通过选择转移概率矩阵使平均失真达到极值(最小或最大),并计算对应的失真率。
解题核心思路:
- Dmin:当编码器尽可能无失真传输时,平均失真最小(Dmin=0),此时失真率R(Dmin)即为无失真编码率。
- Dmax:当编码器无法传输任何信息时,平均失真最大。此时输出与输入无关,需选择转移概率矩阵使平均失真最大,同时失真率R(Dmax)=0。
破题关键点:
- Dmin对应转移概率矩阵为单位矩阵(输出严格跟随输入)。
- Dmax对应转移概率矩阵使输出固定为某一符号(如全输出0或全输出1),需根据失真函数计算哪种选择使平均失真最大。
Dmin的求解
- 无失真传输:当编码器严格按输入输出,即转移概率矩阵为:
$p(y|x) = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{bmatrix}$
此时所有失真均为0,平均失真$D_{\text{min}} = 0$。 - 失真率R(Dmin):无失真编码需保留全部信息,故$R(D_{\text{min}}) = 1 \, \text{bit/symbol}$。
Dmax的求解
- 输出固定为0:转移概率矩阵为:
$p(y|x) = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 1 & 0 \end{bmatrix}$
此时:- 输入0输出0,失真$d(0,0)=0$;
- 输入1输出0,失真$d(1,0)=1$。
平均失真:
$D_{\text{max}} = \frac{1}{2} \cdot 0 + \frac{1}{2} \cdot 1 = 0.5$
- 失真率R(Dmax):输出固定,无法传输信息,故$R(D_{\text{max}}) = 0$。