• 海明码


    海明码,又称汉明码,是一种线性纠错码,用于纠正数据。

    奇偶校验

    我们常听的数据校验,莫过于奇偶校验了。

    假设数据传过来01010101, 那么其中有1位作为校验位,如果数据中包含有奇数个1的话,则将奇偶位设定为1;反之,如果数据中有偶数个1的话,则将奇偶位设定为0。

    但是这个显然只能知道出错了,但是无法定位具体是哪一位出错了,因此海明码出现了!

    海明码

    我们用更多的位,作为校验位。

    我们有一个公式(如果我们需要一次传输 n 位数据,那么这时候需要 k 为校验位):2^k - 1 >= n + k

    显然,我们输入 n,我们就能算出 k 的值。

    举个栗子

    例如下图,我们需要传 15 位数据,套上公式(2^k - 1 >= 15 + k), 算出来 k 最小是 5 才满足。

    就是说这个时候,我们需要 5 为校验位;包括数据和校验位,总共会发出去 20 位。

    标志位的位置

    我们看到图中,标绿的地方就是我们的校验位,这些校验位并不是从1号位排到5号位这么简单,而是专门挑选 2^p 位来放置。

    我们把标志位设为 p1、p2、p4、p8、p16

    这是为了让标志位能最大程度地表示出编号:p1 * 2^0 + p2 * 2^1 + p4 *  2^2  + p8 *  2^3 + p16 * 2^4,这 5 个校验位的组合不同,不会出现重复的结果

    如果直接把校验位从1排到5,那就变成这样:p1 * 2^0 + p2 * 2^1 + p4 * (2^0 + 2^1) + p8 *  2^2 + p16 * (2^0 + 2^2),这 5 个校验位的组合不同会出现重复的结果

    标志位的含义

    既然 这 5 个校验位各自表示着 1 个编号位,我们看下图

    p1 代表了 二进制编号中第一位为 1 的位(第1、3、5、7、9、11、13、15、17、19位)

    p2 代表了 二进制编号中第二位为 1 的位(第2、3、6、7、10、11、14、15、18、19位)

    .....

    每一个校验位 px 的值就是对代表的这些位(除掉其中的校验位),进行异或的结果

    p1 =  d1 ⊕ d2  ⊕ d4  ⊕ d5  ⊕ d7  ⊕ d9  ⊕ d11  ⊕ d12  ⊕ d14 

    p2 =  d1 ⊕ d3  ⊕ d4  ⊕ d6  ⊕ d7  ⊕ d10  ⊕ d11  ⊕ d13  ⊕ d14 

    ...

    至此,数据就已经准备好了,可以发送过来了。然而知道现在,我们的主角海明码还没出现 。莫急等我继续说。

    异或

    我们知道异或,是2个2进制位的一种运算,相同取0,不相同取1。

    再算一遍校验位

    我们客户端接收到了上面 1 ~ 20 号的信息,用所有数据位再算一遍,按校验位的策略再算一次校验位,得到 p1'、p2'、p4'、p8'、p16'。

    得到海明码

    s1 = p1' ⊕  p1

    s2 = p2' ⊕  p2

    s3 = p4' ⊕  p4

    s4 = p8' ⊕  p8

    s5 = p16' ⊕  p16

    如果 s1 ~ s5 有出现非0,则表示有数据位出错了。

    而 s1 ~ s5 组成的编号,就是具体出错的那个位了!!

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