Codierungsverfahren

Codierungsverfahren sind Verfahren zur Umwandlung von Informationen in eine andere Darstellung, die aus Gründen der Effizienz, Zuverlässigkeit oder Speicherbarkeit eingesetzt wird. Sie lassen sich grob in Quellkodierung (Datenkompression) und Kanalcodierung (Fehlerfestigkeit von Übertragung und Speicherung) unterscheiden, wobei in der Praxis oft beide Ansätze kombiniert werden.

Quellkodierung zielt darauf ab, Redundanz der Informationsquelle zu reduzieren und Daten in eine kompaktere Form zu bringen. Verlustlose Quellkodierung ermöglicht eine exakte Wiederherstellung der Originaldaten (Beispiele: Huffman-Code, arithmetic coding, Lempel-Ziv-Algorithmen). Verlustbehaftete Quellkodierung kommt bei Multimedia-Anwendungen zum Einsatz, bei denen eine geringe Verlust tolerierbar oder sogar wünschenswert ist (Beispiele: JPEG, MP3, AAC, moderne Video-Codecs).

Kanalcodierung dient der Fehlererkennung und -korrektur in Übertragung oder Speicherung. Sie fügt dem Datenstrom Redundanz hinzu, um bei Störungen im Kanal zuverlässig decodieren zu können. Typische Codes sind Blockcodes (Hamming, BCH, Reed-Solomon) und konvolutionelle Codes. Relevante moderne Codes umfassen Turbo Codes und Low-Density-Parity-Check-Codes (LDPC). Decoding-Methoden wie der Viterbi-Algorithmus oder belief-propagation-Algorithmen werden eingesetzt, um aus verrauschten Signalen die wahrscheinlichsten Codewörter zu rekonstruieren. Der Zusammenhang zwischen Code-Wortlänge, Code-Rate und Fehlerwahrscheinlichkeit ist ein zentrales Gestaltungskriterium; der Begriff Coding Gain beschreibt die Verbesserung der Zuverlässigkeit bei konstanter Signalleistung.

In der Praxis werden Quell- und Kanalkodierung oft schicht- oder kaskadiert eingesetzt, etwa in Mobilfunk, WLAN und Speichertechnologien. Die Gestaltung orientiert sich an theoretischen Grenzwerten (Shannon-Grenze) sowie an konkreten Anforderungen an Bandbreite, Latenz und Hardware.