漢明碼編碼原理及校驗方法分析
1.奇偶校驗
我們約定一串編碼里1的個數(shù)是偶數(shù)個,那么這串編碼里攜帶的信息就是對的,否則就是錯的。我們可以在開頭對這串編碼加一位校驗碼實現(xiàn)奇偶校驗。
例子:
我們想傳輸10010這串碼,那么在傳輸?shù)臅r候,就傳010010,其中在開頭的0就是校驗位
。
我們想傳輸10000這串碼,那么在傳輸?shù)臅r候,就傳110000,其中在開頭的1就是校驗位
。
兩個例子的1的個數(shù)都是偶數(shù)。
2.漢明碼
首先漢明碼是采用奇偶校驗的碼。它采用了一種非常巧妙的方式,把這串?dāng)?shù)字分了組,通過分組校驗來確定哪一位出現(xiàn)了錯誤。并且能對錯誤的位置進行改正
注意:
漢明碼默認一串?dāng)?shù)據(jù)只錯一位
漢明碼怎么分組:
我們看到,其實有些數(shù)據(jù)是既在P1組又在P2組的。怎么分組,這個要記住,沒啥原理了哈哈。要預(yù)先做的工作是,把表示位置的這個數(shù),轉(zhuǎn)化成二進制數(shù),也就是:
第1個位置,變成第0001個位置;
第2個位置,變成第0010個位置;
第3個位置,變成第0011個位置;
第4個位置,變成第0100個位置;
第5個位置,變成第0101個位置;
第6個位置,變成第0110個位置;
那么,規(guī)定來了,
凡是位置符合這種形式的,XXX1,歸到P1;
凡是位置符合這種形式的,XX1X,歸到P2;
凡是位置符合這種形式的,X1XX,歸到P3;
凡是位置符合這種形式的,1XXX,歸到P4;
那么顯然各個校驗碼也被分到各個組里面去了,而且,每個組只有一個校驗碼。
我舉個例子:
我們想傳這一組碼:XX1X101X011
一共11位。
標(biāo)X的是校驗碼的位置,我們暫時不知道它的值是多少。
位置在1,3,5,7,9,11的數(shù)據(jù)進到P1組。(你轉(zhuǎn)換一下這些位置的二進制,就知道他們的位置符合XXX1)
位置在2,3,6,7,10,11的數(shù)據(jù)進到P2組。(位置符合XX1X)
位置在4,5,6,7的數(shù)據(jù)進到P3組。(位置符合X1XX)
位置在8,9,10,11的數(shù)據(jù)進到P4組。(位置符合1XXX)
那么確定了分組,校驗碼的值也就順便確定下來了。
這樣整個串的碼就確定下來了。
校驗碼的位置:
這是規(guī)定,記住它,在采用漢明碼的一串?dāng)?shù)據(jù)中,2的i次方的位置上,我們放校驗碼。
校驗碼是1,或者是0,使得校驗碼所在的組的1的個數(shù)是偶數(shù)。
如圖:
綠色的位置是放校驗碼的地方,1,2,4,8,16……等等,2的i次方的地方。
校驗碼其實是每一個分組特有的,每個分組特有的也就只有校驗碼
從發(fā)送者的角度,我該怎么發(fā)用上漢明碼的數(shù)據(jù)呢:
首先我們考慮我們到底要發(fā)多少位。假設(shè)校驗碼一共k位,我們想發(fā)的原始數(shù)據(jù)一共n位,要注意我們的校驗碼也要校驗校驗碼錯沒錯,所以,要校驗的一共有k+n位,k位校驗碼可以檢測2^k位的碼,但是不能所以,校驗碼的位數(shù)要滿足這個公式
2 k > k + n 2^k>k+n 2k>k+n,或者說 2 k − 1 ≥ k + n 2^{k}-1 \geq k+n 2k−1≥k+n
這樣我們就能算出來要用多少校驗碼了。
其實哈,實際上不用這么麻煩,教科書總是那么復(fù)雜。假設(shè)你想發(fā)101011111,那你就先占下校驗位,然后空著的位填你想發(fā)的數(shù)據(jù)就好。
占下1,2,4,8……等等位,看能占下多少位就可以,當(dāng)然這個手算比較直觀啦哈。
好,我假設(shè)你填完了,然后分好組,也確定了校驗位的值了,那么發(fā)送出去啦~
我是接收者,我收到了一串漢明碼,怎樣用漢明碼的性質(zhì)來檢錯呢:
1.分組,分好P1,P2,P3……
2.分別對每個組校驗,沒有錯的給它0,有錯的給1.
3.記得第一個問題,漢明碼的原理嗎?你可能會想,3個組,我們可以畫3個圈,可是100個組,這個圈可就太難畫了??!
這里有一個等價的方法,hamming真的太聰明了。
把P從大到小排列起來,得到一串1010,
for example:
組別: P5 P4 P3 P2 P1
標(biāo)志: 1 0 1 0 1
從大到小排列起來,標(biāo)志排成了一串一零串。這個數(shù)就是出錯的數(shù)據(jù)的位置。
本例中,10101位置上的位錯了,換成十進制是第21個位置上的數(shù)錯了。
然后,我們發(fā)現(xiàn)了它錯誤的位置,又因為它是二進制的,不是0就是1,所以,可以順便把它糾錯。
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