简单理解海明校验码

戏子无情 提交于 2019-12-11 10:36:41

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二进制数据经过传送、存取等环节,会发生误码(1变成0或0变成1),这就有如何发现及纠正误码的问题。所有解决此类问题的方法就是在原始数据(数码位)基础上增加几位校验位。我们常使用的检验码有三种. 分别是奇偶校验码、海明校验码和循环冗余校验码(CRC)。

海明校验码是由RichardHamming于1950年提出、目前还被广泛采用的一种很有效的校验方法。它的实现原理,是在k个数据位之外加上r个校验位,从而形成一个k+r位的新的码字,使新的码字的码距比较均匀地拉大。把数据的每一个二进制位分配在几个不同的校验位的组合中,当某一位出错后,就会引起相关的几个校验位的值发生变化,这不但可以发现出错,还能指出是哪一位出错,为进一步自动纠错提供了依据。但是因为这种海明校验的方法只能检测和纠正一位出错的情况。所以如果有多个错误,就不能查出了。

什么是码距?

两个码组对应位上数值不同的个数称为码组的距离,简称码距,又称海明(Hamming)距离。例如:

码值1 00110 12345 Caus
码值2 00100 13344 Daun
码距 1 2 2

海明校验码公式(假设为k个数据位设置r个校验位): 2^r - 1 ≥ k + r

 

公式怎么得出来的呢?

假设有r个校验位,一个位子有0或1两种情况,r个位子就有2^r种排列情况,能表示2^r种状态。其中一个状态用来表示正确(没有错误发生)的这种情况。其余的2^r-1种状态来表示错误发生在哪一位。总共有k+r位,所以2^r-1一定要>=总位子k+r。

按照该不等可以得出k与r的对应关系

K值 R值
1 2
2-4 3
5-11 4
12-26 5
27-57 6
58-120 7

 

注意:海明校验码是放在2的幂次位上的,即“1,2,4,8,16,32······”

实战:求1011的海明码

第一步:求r的值(即校验位数)

直接根据公式代入得:

2^r-1 ≥ 4 + r

2^r-r ≥ 5

得到r最小为3

所以海明码的位数是4+3=7位

第二步:校验位和信息位对号入座

注意: 信息位的位置分配是从高位到低位依次存放

注意: 海明校验码是放在2的幂次位上的

 

位数 1 2 3 4 5 6 7
信息位     1   1 0 1
校验位 r1 r2   r3      

 

第三步:确定校验位的值

校验原则:被校验的海明位的下标等于所有参与校验该为的校验位的下标之和

位数 1 2 3 4 5 6 7
信息位     1   1 0 1
海明码下标 1 2 3=1+2 4 5=1+4 6=2+4 7=1+2+4
校验位组 r1 r2 r1,r2 r3 r1,r3 r2,r3 r1,r2,r3

 

然后将校验码校验的信息位的位置记录下来:

r1: 3, 5, 7

r2: 3, 6, 7

r3: 5, 6, 7

然后做对应信息位的异或运算(异或的运算法则为:0⊕0=0,1⊕0=1,0⊕1=1,1⊕1=0(同为0,异为1))

r1: 1 ⊕ 1 ⊕ 1 = 1

r2: 1 ⊕ 0 ⊕ 1 = 0

r3: 1 ⊕ 0 ⊕ 1 = 0

代入表格得到

位数 1 2 3 4 5 6 7
信息位     1   1 0 1
校验位 1 0   0      

 

注意:按照从低位到高位的排列顺序得到海明码:1010101

 

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