2.3.1 信道编码（Channel Coding）

所谓信道，可以理解为信息传输的媒介，因此信道是抽象的。例如二人对话，靠声波通过二人间的空气来传送，因而二人间的空气部分就是信道。邮政通信的信道是指运载工具及其经过的设施。无线电话的信道就是电波传播所通过的空间，有线电话的信道是电缆。每条信道都有特定的信源和信宿。

由于在通信过程中存在干扰和衰落，在信号传输过程中将出现差错，故对数字信号必须采用纠、检错技术，即纠、检错编码技术，以增强数据在信道中传输时抵御各种干扰的能力，提高系统的可靠性。对要在信道中传送的数字信号进行的纠、检错编码就是信道编码。

提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务。信道编码的本质是增加通信的可靠性。但信道编码会使有用的信息数据传输减少，信道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的，这就是我们常说的开销。这就好像运送一批玻璃杯一样，为了保证运送途中不出现打烂玻璃杯的情况，通常都用一些泡沫或海绵等物将玻璃杯包装起来，这种包装使玻璃杯所占的容积变大，原来一部车能装5000个玻璃杯，包装后就只能装4000个了，显然包装的代价使运送玻璃杯的有效个数减少了。同样，在带宽固定的信道中，总的传送码率也是固定的，由于信道编码增加了数据量，其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价。将有用比特数除以总比特数就等于编码效率，不同的编码方式，其编码效率有所不同。

在理论研究中，一条信道往往被分成信道编码器、信道本身和信道译码器。人们可以变更编码器、译码器以获得最佳的通信效果，因此编码器、译码器往往是指易于变动和便于设计的部分，而信道就指那些比较固定的部分。但这种划分或多或少是随意的，可按具体情况规定。例如调制解调器和纠错编译码设备一般被认为是属于信道编码器、译码器的，但有时把含有调制解调器的信道称为调制信道；含有纠错编码器、译码器的信道称为编码信道。

信道中一般都有随机干扰和无法避免的噪声等影响因素，信道的输入和输出之间存在一定的概率关系，在做出唯一判决的情况下将无法避免差错，其差错概率完全取决于信道特性。因此，一个完整、实用的通信系统通常包括信道编译码模块。视频信号在传输前都会经过高度压缩以降低码率，传输错误会对最后的图像恢复产生极大的影响，因此信道编码尤为重要。

信道编码的实质是在信息码中增加一定数量的多余码元（称为监督码元或纠错码），使它们满足一定的约束关系，这样，由信息码元和监督码元共同组成一个由信道传输的码字（Code Word）。一旦传输过程中发生错误或干扰，信息码元和监督码元间的约束关系就会被破坏，在接收端按既定的规则校验这种约束关系，从而达到发现和纠正错误的目的。

常见的纠错码有RS编码、卷积码、Turbo码、伪随机序列扰码等。

信道编码的作用如下：一是确保码流的频谱特性适应通道的频谱特性，从而使传输过程中能量损失最小，提高信号能量与噪声能量的比例，减少发生差错的可能性。二是增强纠错能力，使得即便出现差错也能得到纠正。