汉明码校验-纠错

汉明码 : 是一个可以有多个校验位,具有检测并纠正一位错误代码的纠错码
采用汉明码纠错,需要按以下步骤来进行:计算校验位数→确定校验码位置→确定校验码→实现校验和纠错

计算校验位数

获得 校验位数公式: K+r <= 2r - 1

其中:K 代表收到的有效信息位数,r 表示需要添加的校验码位数。
比如:收到的信息码为 10011101,则 K = 8

根据上面的公式,求得需要添加的校验码位数为:r = 4

确定校验码位置

知道了校验码的位数,那么它们该放到信息码的哪些位置呢?

校验码必须是放在 2的 n 次方位置,如第1、2、4、8、16、32,……位(对应20、21、22、23、24、25,……,是从最左边的位数起的)

我们以 Pn 表示第 n 个校验码,假如我们收到的信息码是 10011101,把校验码按照上面的位置插入其中,则生成了新的信息码:P1P21P3001P41101

确定校验码

首先,我们要知道,校验位的值代表了代码字中部分数据位的奇偶性(最终要根据是采用奇校验,还是偶校验来确定),其所在位置决定了要校验的比特位序列。

每一个校验位 ,要校验的 比特位序列计算规则如下:

Pn(第 n 个校验位,也是整个信息码字的第n位)的校验规则是:从当前位数起,校验 2n-1 位,然后跳过 2n-1 位,再校验 2n-1 位,再跳过 2n-1 位,……

比如 P1,就是从第1位起,也就是从 P1 起,校验 1 位,然后跳过 1 位,再校验 1 位,......
那么 P1 要校验的码字为:P110110

P2,就是从第2位起,也就是从 P2 起,校验 2 位,然后跳过 2 位,再校验 2 位,......
那么 P2 要校验的码字为:P210110

类推出 P3 要校验的码字为:P30011
P4 要校验的码字为:P41101

根据上面获得比特位序列得知, P1 校验码校验的位数是6位。这6位中除了第1位(也就是 P1 位)不能确定外,其余5位的值都是已知的,分别为:1、0、1、1、0。现假设采用的是偶校验(也就是要求整个被校验的位中的“1”的个数为偶数;如果“1”的个数为奇数,则是奇校验),从已知的5位码值可知,已有3个“1”,所以此时P1位校验码的值必须为“1”,得出P1 = 1

依次推算出 P2 = 1P3 = 0P4 = 1

最后得出汉明码为:111000111101

实现校验和纠错

根据以上说的汉明码的配偶原则和配奇原则我们来看汉明码的纠错。设接收到的错误汉明码(按配偶原则配置)是111000111111,我们可以根据上述规律来确定出错位。

二进制序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
接收到的汉明码 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1
校验码位置 P1 P2 P3 P4

那么新的检测位是(采用偶校验, 偶数个1)
P1 = 第1位+第3位+第5位+第7位+第9位+第11位,即P1 = 1+1+0+1+1+1 = 1
P2 = 第2位+第3位+第6位+第7位+第10位+第11位,即P2 = 1+1+0+1+1+1 = 1
P3 = 第4位+第5位+第6位+第7位+第12位,即P3 = 0+0+0+1+1 = 0
P4 = 第8位+第9位+第10位+第11位+第12位,即P4 = 1+1+1+1+1 = 1

根据 P4P3P2P1 构成的二进制是 1011,将 1011 转换成十进制为 11,说明是第 11 位出错,或者根据配偶原则的规律,其“1”的个数必须是偶数也能判断出是第11位,所以第11位应将“1”改为“0”,那么正确的汉明码应为 111000111101

那么为什么在汉明码纠错过程中,新的检测位
P4P3P2P1 的状态即指出了编码中错误的信息位?

汉明码属于分组奇偶校验,P4P3P2P1 = 0000,说明接收方生成的校验位和收到的校验位相同,否则说明出错。由于分组时校验位只参加 一组 奇偶校验,有效信息参加至少 两组 奇偶校验,如果校验位出错,P4P3P2P1 的某一位将为1,刚好对应位号8、4、2、1;如果有效信息出错,将引起 P4P3P2P1 中至少两位为1。

故,上面的第 11 位出错时,造成 P4P2P1 都出错了。

好了,汉明码校验就是这些了,觉得有帮到您,点赞支持一下吧😁

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