【图像传输】BSC信道霍夫曼编码图像传输(含误码率)【含Matlab源码 3414期】

该篇文章介绍了如何使用Matlab在离散对称信道BinarySymmetricChannel(BSC)上进行彩色图像的霍夫曼编码通信,包括BSC的基本原理、信道特性、图像分解与独立传输以及Matlab代码示例,展示了从灰度图像到BSC编码和通信过程的详细步骤。

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⛄一、BSC信道霍夫曼编码图像传输

BSC是一种加密算法,全称为Blowfish Symmetric Cipher。它是一种对称密钥算法,也是一种快速的加密算法。BSC算法是由Bruce Schneier设计的,在1993年所开发。BSC算法主要用于数据加密和安全的网络通信。它可以用来加密机密数据,包括密码、信用卡号、社会安全号码以及其它敏感数据。BSC算法的安全性得到了专家的广泛认可,并被各种软件和系统所采用。

离散对称信道(Binary Symmetric Channel, 简称BSC Q) 是一种常见的通信信道模型, 广泛应用于信息传输领域。本文将介绍如何在离散对称信道上进行彩色图像通信, 并提供相应的MATLAB代码实现。
首先,我们需要了解离散对称信道的特性。离散对称信道是指在传输过程中,输入的比特可能以一定的概率被错误地翻转。具体而言,在BSC中, 每个输入比特以错误率p被翻转为相反的比特。因此, BSC可以用一个二进制对称错误概率p来描述。
在彩色图像Q通信中,我们将图像分解为红、绿、蓝三个通道,并对每个通道进行独立的传输。这意味着每个通道的信息可以独立地通过BSC进行传输和接收。

以一幅灰度图像为例对通信系统的通信过程进行仿真,过程如下图所示:
在这里插入图片描述

⛄二、部分源代码

clear all
clc
I0=imread(‘ant.jpg’);
I1=rgb2gray(I0);
subplot(1,3,1),imshow(I0),title(‘原图’)
subplot(1,3,2),imshow(I1),title(‘灰度图’)
[m,n]=size(I1);
I=reshape(I1,mn,1);
P_value=zeros(1,256);
%---------------------------------------概率;
for i=0:255
P_value(i+1)=length(find(I==i))/(m
n); %各像素值概率
end
f=numel(I); %频数
P_symbol=zeros(mn,1);
for i=1:m
for j=1:n
P_symbol(i,j)=length(find(I==unique(i)))/f;%各信源符号概率矩阵
end
end
%--------------------------------霍夫曼编码
k=0:255;
dict=huffmandict(k,P_value); %生成编码字典
huffmancode=cell(length(I),2); %元胞数组存放对应编码
for i=1:m
n
huffmancode{i,1}=I(i);
end
for i=1:length(I)
for j=1:256
if huffmancode{i,1}==dict{j,1}
huffmancode{i,2}=dict{j,2};
end
end
end

⛄三、运行结果

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⛄四、matlab版本及参考文献

1 matlab版本
2014a

2 参考文献
[1]高彦彦,张晶,李莉,贾英茜.基于GUI的《数字信号处理》教学演示系统的设计[J].教育教学论坛. 2019,(48)
[2]李俊,张淑玲,帅晶.基于Matlab GUI界面的数字信号处理辅助教学系统[J].信息通信. 2020,(08)
[3]朱御康.基于MATLAB的数字信号处理实验平台[J].通信电源技术. 2021,38(03)

3 备注
简介此部分摘自互联网,仅供参考,若侵权,联系删除

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### 霍夫曼编码BSC信道中的应用 为了实现基于BSC(二元对称信道图像传输中使用霍夫曼编码MATLAB实验,可以按照如下方法构建完整的流程。该过程不仅涉及到了图像数据的处理还涉及到霍夫曼编码的应用。 #### 创建霍夫曼树并生成编码表 首先定义一个函数用于创建霍夫曼树,并根据频率分布生成相应的霍夫曼编码表: ```matlab function [huffmanCodes, huffmanTree] = createHuffmanCode(symbolProbabilities) % symbolProbabilities 是符号的概率向量 symbols = 1:length(symbolProbabilities); nodes = arrayfun(@(i) struct('symbol', i, 'prob', symbolProbabilities(i), ... 'left', [], 'right', []), symbols, 'UniformOutput', false); while length(nodes) > 1 [~, idxSorted] = sort([nodes.prob]); nodeLeft = nodes{idxSorted(1)}; nodeRight = nodes{idxSorted(2)}; newNode = struct('symbol', [], 'prob', nodeLeft.prob + nodeRight.prob, ... 'left', nodeLeft, 'right', nodeRight); nodes(idxSorted(1:2)) = []; nodes(end+1) = newNode; end huffmanTree = nodes{1}; huffmanCodes = getHuffmanCodes(huffmanTree); end ``` 此部分代负责建立霍夫曼树结构,并返回最终形成的霍夫曼编码字典 `huffmanCodes` 和霍夫曼树本身 `huffmanTree`[^1]。 #### 对图像进行霍夫曼编码 接着编写一段程序来加载图片、将其量化成适合霍夫曼编码的形式,并调用上述函数完成实际编码工作: ```matlab % 加载灰度图作为示例 img = imread('example_image.png'); grayImg = rgb2gray(img); % 计算像素值出现频次 pixelCounts = histcounts(double(grayImg(:)),0:255); totalPixels = sum(pixelCounts); symbolProbs = pixelCounts / totalPixels; % 获取霍夫曼编码 [huffCodes, ~] = createHuffmanCode(symbolProbs); % 将原图映射到霍夫曼编码上 encodedImage = cell(size(grayImg)); for rowIdx = 1:size(grayImg, 1) for colIdx = 1:size(grayImg, 2) encodedImage{rowIdx,colIdx} = huffCodes{double(grayImg(rowIdx,colIdx))+1}; end end ``` 这段脚本展示了如何准备待压缩的数据集——即给定的一幅灰度图像,并对其进行霍夫曼编码转换[^3]。 #### 经过BSC信道传输后的解恢复 当经过BSC信道之后,在接收端需要对接收到的信息重新解析回原来的图像形式。这里假设已经得到了通过BSC信道传来的位序列,则可以通过下面的方式来进行反向操作得到重建后的图像: ```matlab decodedImage = zeros(size(grayImg)); currentPos = 1; % 初始化指针位置 for rowIndex = 1:size(encodedImage, 1) for colIndex = 1:size(encodedImage, 2) codeWord = encodedImage{rowIndex, colIndex}; decodedValue = find(strcmp(codeWord, huffCodes{:}), 1); % 查找对应的数值 if isempty(decodedValue) error(['无法匹配的霍夫曼编码:', char(codeWord)]); else decodedImage(rowIndex, colIndex) = uint8(decodedValue - 1); end end end imshow(uint8(decodedImage)); title('Decoded Image After Transmission Through BSC Channel') ``` 在此过程中,考虑到可能存在的传输误差影响了解准确性的问题,因此还需要加入适当的纠错机制以提高系统的鲁棒性[^2]。
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