Was ist Distributed Source Coding?

In der Kommunikations- und Informationstheorie ist die verteilte Quellcodierung (Distributed Source Coding, DSC) ein entscheidendes Problem, das die Komprimierung von Informationsquellen beschreibt, die mehrfach korreliert sind, aber nicht miteinander kommunizieren können. DSC ermöglicht Beziehungsparadigmen in der Videocodierung, die die Komplexität von Codierern und Decodierern austauschen und eine konzeptionelle Verschiebung in der Videoverarbeitung darstellen. Eine Korrelation mit vielen Quellen kann zwischen Kanalcodes und Decoderseiten modelliert werden, wodurch eine verteilte Quellencodierung die Komplexität der Berechnung zwischen der Codiererseite und der Decoderseite verschieben kann. Dies bietet einen geeigneten Rahmen für Anwendungen mit einem komplexitätsbedingten Absender, z. B. einem Sensornetzwerk oder einer Videokomprimierung.

Zwei Männer namens Jack K. Wolf und David Slepian schlugen eine theoretische Grenze der verlustfreien Komprimierung in Bezug auf die verteilte Quellcodierung vor, die nun als Slepian-Wolf-Theorem oder gebunden bezeichnet wird. Die Bindung wurde im Jahr 1973 in Entropiebegriffen mit korrelierten Informationsquellen vorgeschlagen. Eines der Dinge, die sie präsentieren konnten, war, dass zwei separate und isolierte Quellen in der Lage sind, Daten effizient zu komprimieren und als ob beide Quellen direkt miteinander kommunizierten. Später, 1975, erweiterte ein Mann namens Thomas M. Cover diesen Satz auf mehr als zwei Quellen.

Bei der verteilten Quellcodierung werden mehrere abhängige Quellen mit separaten gemeinsamen Decodierern und Codierern codiert. Das Slepian-Wolf-Theorem, das diese Quellen als zwei verschiedene Variablen darstellt, geht davon aus, dass zwei separate und korrelierte Signale aus verschiedenen Quellen stammen und nicht miteinander kommunizieren. Dies sind die Codierer, und ihre Signale werden zu einem Empfänger übertragen, der der Decodierer ist, der den Vorgang des gemeinsamen Decodierens beider Informationssignale durchführen kann. Der Satz versucht zu lösen, wie hoch die Wahrscheinlichkeitsrate ist, dass der Empfänger einen Fehler dekodiert und sich Null nähert, was als seine gemeinsame Entropie dargestellt wird. Wie sowohl Wolf als auch Slepian 1973 bewiesen haben, ist die kombinierte Rate ausreichend, auch wenn korrelierte Signale separat codiert werden.

Obwohl dieses Theorem theoretisch postuliert, dass dies in verteilter Quellcodierung erreichbar ist, wurden die Grenzen der Theorie in praktischen Anwendungen nicht verwirklicht oder auch nur annähernd erreicht. Zwei weitere Wissenschaftler, Ramchandran und Pradhan, haben versucht, diese theoretische Grenze zu erreichen und die Plausibilität des Slepian-Wolf-Theorems zu belegen. Sie versuchten dies, indem sie eine bestimmte Lösung für die beiden codierten Signale mit einem maximalen Trennungsabstand vorsahen.