function HomeWork4

clear ;

clc;

close all;

%% 一、信源模块：随机生成字符串

f = fopen('十九大报告.txt','r');

f_char = fread(f,'*char');

fclose(f);

f_char = f_char';

huffman_code_in = f_char;

%% 二、信源编码：哈夫曼信源编码

% 1、输入字符串

x_len=length(huffman_code_in);

x2=huffman_code_in(1);

x2 = [];

for i = 1: x_len % 统计存在什么字符元素

huffman_code_in(i);

if strfind(x2,huffman_code_in(i)); % 判断x2中是否存在元素intput_x(i)

else

x2 = [x2, huffman_code_in(i)]; % 水平拼接x2和intput_x(i)

end

end

% 2、统计元素的概率

x2_len=length(x2); % 统计输入元素个数

N = zeros(1,x2_len); % 统计某元素个数

P = zeros(1,x2_len); % 统计某元素出现的概率

for i=1:x2_len

N(i)=length(find(huffman_code_in==x2(i)));

end

for i=1:x2_len

P(i)=N(i)./x_len;

end

% 3、重排元素，依次合并概率最小的2个元素，直到所有元素都合并完，得到mark矩阵

p=P;

mark=zeros(x2_len-1,x2_len); % mark为n-1行、n列矩阵，记录每行最小两概率叠加后概率排列次序

t=1;

a = zeros(x2_len-1);

for i=1:x2_len-1

[p,num]=sort(p); % 对输入元素排序并记录元素在原数组中的行位置或列位置

if (i~=1)

if (count~=0)

k=max(a(t,:));

for s=count:-1:1

num(k-s)= num(k-s+1); % 若有与新项相等的项，则将新项尽可能排列在其右侧

end

num(k)=1;

end

t=t+1;

end

mark(i,:)=[num(1:x2_len-i+1),zeros(1,i-1)];

p=[p(1)+p(2),p(3:x2_len),1]; % 前两项求和得新项

count=0; % 用于计数，记录与新项相等的元素个数

for j=2:x2_len-i

if (p(1)==p(j)) % 判断p中是否有与求和后的新项相等的项

count=count+1;

a(t,count)=j;

end

end

end

% 4、从最后一级开始向前返回各个信源符号所对应的码元序列，及相应的码字

% 生成一个n-1行、n1(n×n)列矩阵table，每行可看做n个段，

% 每段长为n，记录一个码字(每个码字的长度不会超过n)。

for i=1:x2_len-1

table(i,:)=blanks(x2_len*x2_len);

end

% 计算各个元素码字，循环n-2次，决定矩阵table

% 从倒数第二行开始到第一行的每段的码字值，到编码表格table

table(x2_len-1,x2_len)='1'; % 小值赋1

table(x2_len-1,2*x2_len)='0'; % 大值赋0

for i=2:x2_len-1

table(x2_len-i,1:x2_len-1)...

=table(x2_len-i+1,x2_len*(find(mark(x2_len-i+1,:)==1)) -(x2_len-2):x2_len*(find(mark(x2_len-i+1,:)==1)));

% 按mark的记录依次赋值

table(x2_len-i,x2_len)='1';

table(x2_len-i,x2_len+1:2*x2_len-1)=table(x2_len-i,1:x2_len-1);

table(x2_len-i,2*x2_len)='0';

for j=1:i-1

table(x2_len-i,(j+1)*x2_len+1:(j+2)*x2_len)...

=table(x2_len-i+1,x2_len*(find(mark(x2_len-i+1,:)==j+1)-1)+1:x2_len*find(mark(x2_len-i+1,:)==j+1));

% 按mark的记录依次赋值

end

end

% 5、编码后的码字另存为 W矩阵

W_len = zeros(1,x2_len);

for i=1:x2_len

W(i,1:x2_len)=table(1,x2_len*(find(mark(1,:)==i)-1)+1:find(mark(1,:)==i)*x2_len);

W_len(i)=length(find(abs(W(i,:))~=32));

end

WN = zeros(size(W));

L=sum(P.*W_len); % 计算平均码字长度

HM_H=(sum(-P.*log2(P)))/(log2(2)+eps);% 计算信源熵，2：2进制

V=sum(P.*((W_len-L).^2)); % 计算码字的方差，以判断编码方法的优劣

q=HM_H/L; % 计算编码效率

% 6、哈夫曼信源编码

for i = 1: x2_len

for j = 1: W_len(i)

WN(i,j) = W(i,x2_len-W_len(i)+j);

end

end

WN = WN - '0';

huffman_code_out = [] ;

for i = 1: length(huffman_code_in)

temp1 = find(x2==huffman_code_in(i));

temp2 = WN(temp1,1:W_len(temp1));

huffman_code_out = [huffman_code_out,temp2];

end

%% 三、信道编码(7，4)汉明码信道编码

hanming_code_in = huffman_code_out ;

M_len = length(hanming_code_in);

HM_m = hanming_code_in;

% 补全，长度应为4的倍数

if(mod(length(HM_m),4) ~= 0)

HM_m = [HM_m, zeros(1,4-mod(length(HM_m),4))];

end

HM_m = reshape(HM_m,[4,length(HM_m)/4]);

HM_m = HM_m';

HM_m = rem(HM_m,2);

HM_m0 = [0 0 0 0; 0 0 0 1; 0 0 1 0; 0 0 1 1; % 标准信息序列，从0到15

0 1 0 0; 0 1 0 1; 0 1 1 0; 0 1 1 1;

1 0 0 0; 1 0 0 1; 1 0 1 0; 1 0 1 1;

1 1 0 0; 1 1 0 1; 1 1 1 0; 1 1 1 1];

% (7，4)码编码

HM_H = [ 1 1 1 0 1 0 0; % (7，4)码的监督矩阵

0 1 1 1 0 1 0;

1 1 0 1 0 0 1];

HM_G = gen2par(HM_H); % (7，4)码的生成矩阵

HM_C = HM_m*HM_G; % 编码：未编码前的序列*生成矩阵=编码后的码字序列

HM_C0 = HM_m0*HM_G; % 编码：得到标准码字序列

HM_C = rem(HM_C,2); % 对C模2加，也就是把奇数编码为1，偶数编码为0

HM_C0 = rem(HM_C0,2);

%% 四、高斯白噪声信道

errGL = 0.01; % 设计出错的概率

errNum = round(errGL * length(HM_C(:))); % 得到出错的位数

position=randperm(length(HM_C(:))); % 把1到stateNum的顺序打乱

position=position(1:errNum); % 确定数据不为0的位置

position = sort(position); % 对打乱的顺序重新排序

HM_R = HM_C;

for i = 1:errNum

HM_R(position(i)) = HM_R(position(i)) + 1;% 对相应位置的数据取反，模拟信息出错

end

HM_R = rem(HM_R,2);

%% 五、信道译码：(7，4)汉明码译码

% (7，4)码译码

% 计算校正子

HM_S = HM_R * HM_H'; % 由监督矩阵解码

HM_S = rem(HM_S,2); % 对C模2取余，也就是把奇数编码为1，偶数编码为0

HM_Y = HM_R;

for i = 1: length(HM_S) % 轮询校验子

for j = 1: length(HM_H)

if HM_S(i,:) == HM_H(:,j)' % 校验子与监督矩阵的每一列进行比对

HM_Y(i,j) = HM_Y(i,j) + 1; % 矫正接收序列

HM_Y(i,j) = rem(HM_Y(i,j),2);

end

end

end

hanming_code_out = zeros(size(HM_m));

for i = 1: size(HM_Y,1)

for j = 1: length(HM_C0)

if HM_Y(i,:) == HM_C0(j,:) % 与标准表进行比对，对码字解码

hanming_code_out(i,:) = HM_m0(j,:);

end

end

end

hanming_code_out = hanming_code_out';

hanming_code_out = hanming_code_out(:)';

hanming_code_out = hanming_code_out(1:M_len);

%% 六、信源译码：哈夫曼译码

huffman_decode_in = hanming_code_out;

huffman_decode_out = [];

while ~isempty(huffman_decode_in)

t = x2_len * ones(1,x2_len);

for i = 1: size(WN,1) % 统计每一个字符元素第一次出现的位置

temp = strfind(huffman_decode_in, WN(i,1:W_len(i)));

if ~isempty(temp)

t(i) = temp(1);

end

end

[minr,min_index] = min(t); % 第一次出现位置最早，则译码为该元素

huffman_decode_out = [huffman_decode_out,x2(min_index)];

huffman_decode_in = huffman_decode_in(W_len(min_index)+1:end);

end

%% 七、新宿模块：统计并打印输出结果

% 统计噪声信道造成的误比特率

err1 = rem(HM_C-HM_R,2);

err1 = length(find(err1~=0)) / length(HM_C(:));

% 统计汉明码信道译码之后的误比特率

err2 = rem(HM_C-HM_Y,2);

err2 = length(find(err2~=0)) / length(HM_C(:));

% 统计汉明码信道译码之后的误码率

err3 = rem(hanming_code_in-hanming_code_out,2);

err3 = length(find(err3~=0)) / length(hanming_code_in(:));

% 如果译码的位数不一样，进行截断处理

if length(huffman_code_in) > length(huffman_decode_out)

huffman_code_in = huffman_code_in(1:length(huffman_decode_out));

elseif length(huffman_code_in) < length(huffman_decode_out)

huffman_decode_out = huffman_decode_out(1:length(huffman_code_in));

end

% 统计huffman信源译码之后的误码率

err4 = huffman_code_in - huffman_decode_out;

err4 = length(find(err4~=0)) / length(huffman_code_in(:));

star = size(W,2) - W_len;

W = W(:,star:end);

fprintf('0、信源符号经哈夫曼编码后:\n');

for i = 1: length(x2)

fprintf('%d\t%s(%2.3f%%):\t%s\n',i,x2(i),P(i)*100,W(i,:))

end

fprintf('\n1、huffman信源编码前字符串\n%s\n',huffman_code_in);

fprintf('2、huffman信源译码后字符串\n%s\n',huffman_decode_out);

fprintf('3、汉明码信道编码前比特流\n\t')

fprintf('%d',hanming_code_in)

fprintf('\n4、汉明码信道译码后比特流\n\t')

fprintf('%d',hanming_code_out)

fprintf('\n\n5、huffman信源编码平均码字长度L:\t\t%2.3f\n',L)

fprintf('6、huffman信源编码所得码字W的方差V:\t%2.3f\n',V)

fprintf('7、huffman信源编码的编码效率q:\t\t%2.3f\n',q)

fprintf('8、huffman信源译码之后的误码率：\t\t%2.3f%%\n\n',err4*100)

fprintf('9、噪声信道造成的误比特率：\t\t\t%2.3f%%\n',err1*100)

fprintf('10、汉明码信道译码之后的误比特率：\t\t%2.3f%%\n',err2*100)

fprintf('11、汉明码信道译码之后的误码率：\t\t%2.3f%%\n',err3*100)

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