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循环冗余校验码

循环冗余校验码
循环冗余校验码

一、奇偶校验码

奇偶校验可描述为:给每一个码字加一个校验位,用它来构成奇性或偶性校验。因此,若有一个码元是错的,就可以分辨得出,因为奇偶校验将成为奇性。奇偶校验编码通过增加一位校验位来使编码中1的个数为奇数(奇校验)或者为偶数(偶校验),从而使码距变为2。因为其利用的是编码中1的个数的奇偶性作为依据,所以不能发现偶数位错误。

一个二进制码字,如果它的码元有奇数个1,就称为具有奇性。例如,码字“”有五个1,因此,这个码字具有奇性。同样,偶性码字具有偶数个1。

再以数字0的七位ASCII码(0110000)为例,如果传送后右边第一位出错,0变成1。接收端还认为是一个合法的代码0110001(数字1的ASCII码)。若在最左边加一位奇校验位,编码变为,如果传送后右边第一位出错,则变成,1的个数变成偶数,就不是合法的奇校验码了。但若有两位(假设是第1、2位)出错就变成,1的个数为5,还是奇数。接收端还认为是一个合法的代码(数字3的ASCII码)。所以奇偶校验不能发现。

奇偶校验位可由硬件电路(异或门)或软件产生:

偶校验位 a n=a0⊕a1⊕a2⊕…⊕a n-1,奇校验位 a n=NOT(a0⊕a1⊕a2⊕…⊕a n-1)。

在一个典型系统里,在传输以前,由奇偶发生器把奇偶校验位加到每个字中。原有信息中的数字在接收机中被检测,如果没有出现正确的奇、偶性,这个信息标定为错误的,这个系统将把错误的字抛掉或者请求重发。

在实际工作中还经常采用纵横都加校验奇偶校验位的编码系统--分组奇偶校验码。

现在考虑一个系统,它传输若干个长度为m位的信息。如果把这些信息都编成每组n个信息的分组,则在这些不同的信息间,也如对单个信息一样,能够作奇偶校验。图4中n个信息的一个分组排列成矩形式样,并以横向奇偶(HP)及纵向奇偶(VP)的形式编出奇偶校验位。

m位数字横向奇偶位

n

纵向奇偶

图 4 用综横奇偶校验的分组奇偶校验码

研究图4可知:分组奇偶校验码不仅能检测许多形式的错误。并且在给定的行或列中产生孤立的错误时,还可对该错误进行纠正。

在初级程序员试题中(早期也出现在程序员试题中),经常有综横奇偶校验的题目。一般解法应该是这样:先找一行或一列已知数据完整的,确定出该行(或列)是奇校验还是偶校验。并假设行与列都采用同一种校验(这个假设是否正确,在全部做完后可以得到验证)。然后找只有一个未知数的行或列,根据校验性质确定该未知数,这样不断做下去,就能求出所有未知数。

二、循环冗余校验码Cyclic Redundancy Check

在串行传送(磁盘、通讯)中,广泛采用循环冗余校验码(CRC)。

CRC也是给信息码加上几位校验码,以增加整个编码系统的码距和查

错纠错能力。

循环冗余校验码(CRC)的基本原理是:在K位信息码后再拼接

R位的校验码,整个编码长度为N位,因此,这种编码又叫(N,K)

码。对于一个给定的(N,K)码,可以证明存在一个最高次幂为N-K=R

的多项式G(x)。根据G(x)可以生成K位信息的校验码,而G(x)叫做

这个CRC码的生成多项式。

校验码的具体生成过程为:假设发送信息用信息多项式C(X)表示,将C(x)左移R位,则可表示成C(x)*2R,这样C(x)的右边就会空出R位,这就是校验码的位置。通过C(x)*2R除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码。

几个基本概念

1、多项式与二进制数码

多项式和二进制数有直接对应关系:x的最高幂次对应二进制数

的最高位,以下各位对应多项式的各幂次,有此幂次项对应1,无此

幂次项对应0。可以看出:x的最高幂次为R,转换成对应的二进制数

有R+1位。

多项式包括生成多项式G(x)和信息多项式C(x)。

如生成多项式为G(x)=x4+x3+x+1,可转换为二进制数码11011。

而发送信息位 1111,可转换为数据多项式为C(x)=x3+x2+x+1。

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