Mã hóa kỹ thuật truyền số liệu

BÀI 3: KỸ THUẬT MÃ HÓA Mã hóa điều chế Mã NRZ (Nonreturn to Zero) Mã Multilevel Binary • Dùng nhiều mức tín hiệu Bipolar-AMI (Alternate Mark Inversion) – biểu diễn t/h – biểu diễn xung dương hay xung âm – Các xung thay đổi cực tính xen kẽ – Không đồng liệu dãy dài (dãy bị vấn đề đồng bộ) – Không có thành phần chiều – Băng thông thấp – Phát lỗi dễ dàng Pseudoternary – biểu diễn t/h – biểu diễn xung dương âm xen kẽ – Không có ưu điểm nhược điểm so với bipolar-AMI Mã Multilevel Binary Trade Off – Không hiệu NRZ – Mỗi phần tử t/h biểu diễn bit Hệ thống mức biểu diễn log23= 1.58 bit – Bộ thu phải có khả phân biệt mức (+A, -A, 0) – Cần thêm khoảng 3dB công suất để đạt xác suất bit lỗi binary code Mã Biphase: Manchester – Thay đổi thời khoảng bit – Thay đổi dùng t/h đồng (clock) liệu – L→H biểu diễn – H→L biểu diễn – Dùng IEEE 802.3 (ethernet) Mã Differential Manchester – Thay đổi thời khoảng bit dùng cho đồng – Thay đổi đầu thời khoảng biểu diễn bit – Không có thay đổi đầu thời khoảng biểu diễn bit – Dùng IEEE 802.5 (token ring) Ưu nhược điểm mã Biphase – Nhược • Tối thiểu có thay đổi thời khoảng bit có • Tốc độ điều chế tối đa lần NRZ • Cần băng thông rộng – Ưu • Đồng dựa vào thay đổi thời khoảng bit (self clocking) • Không có thành phần chiều • Phát lỗi Khi thiếu thay đổi mong đợi Mã B8ZS HDB3 • B8ZS (Bipolar With Zeros Substitution) – Dựa bipolar-AMI – Nếu có số xung điện áp cuối trước dương, mã thành 000+–0–+ – Nếu có số xung điện áp cuối trước âm, mã thành 000–+0+– – Gây vi phạm mã AMI – Không thể lầm lẫn với tác động gây nhiễu – Bộ thu phát diễn giải chúng số • HDB3 (High Density Bipolar Zeros) – Dựa bipolar-AMI – Chuỗi số thay chuỗi có xung theo quy tắc: • Nếu số bit kể từ lần thay cuối lẻ: “ 0000” -> “000V” • Nếu số bit kể từ lần thay cuối chẵn: “ 0000” -> “B00V” Mã B8ZS HDB3 Mã Hamming • Là bước phát triển kiểm tra chẵn lẻ có khả sửa sai xác định vị trí lỗi • Số lượng bít mã Hamming tùy thuộc số lượng bít chuỗi liệu • Gọi m số bít chuỗi liệu n số bít mã Hamming, tổng số bít phát m+n • Với số n bất kỳ, có 2n khả xảy ,có thể kết luận bít sai 2n -1 vị trí Mã Hamming • Để phát lỗi vị trí cụ thể số n nhỏ chọn phải thỏa: 2n - ≥ m + n hay 2n ≥ m + n + • Các bít mã Hamming chèn vào vị trí 2n dùng cho kiểm tra chẵn lẻ • Mã Hamming phát triển để dò hai bít sai sửa bit lỗi Cách lập mã Hamming • Sử dụng lược đồ Venn để mô tả việc lập mã từ bit • Các ngăn lại lấp đầy bit parity cho tổng số bit vòng tròn chẵn H1 =m1+m2+m4 H2=m1+m3+m4 H3= m2+m3+m4 Cách lập mã Hamming • Với data = bit  chèn thêm bit • Gọi liệu vào d1 d2 d3 d4 bit chèn thêm vào vị trí 2n H1 H2 X3 H4 X5 X6 X7 • Dữ liệu sau mã hóa là: Với X3 = d1, X5=d2, X6 =d3, X7=d4 H1 = X3+X5+X7 H2 = X3+X6+X7 H4 = X5+X6+X7 Mã Hamming • Ở máy thu để kiểm tra người ta thực phép toán: C1 = H1⊕ X3 ⊕ X5 ⊕ X7 C2 = H2⊕ X3 ⊕ X6 ⊕ X7 C4 = H4⊕ X5 ⊕ X6 ⊕ X7 • Nếu C1=C2=C4=0, lỗi xảy • Quan sát tổ hợp C4 C2 C1, vị trí bit lỗi giá trị thập phân tổ hợp bít Mã nén liệu • Mục đich làm giảm thiểu số bít cần thiết để truyền tin • Mã Huffman • Mã Run length • Mã vi phân (Differential encoding) Mã Huffman  Mã Huffman lợi dụng xác suất xảy ký tự khác mà gán từ mã ngắn cho ký tự có xác suất xảy lớn ngược lại  Mã có tên Mã phụ thuộc tần số (frequency dependent code)  Số bít trung bình dùng cho ký tự giảm  Các từ mã có độ dài khác Giải thuật Huffman • Tạo nhị phân, nút ghi tần số xuất từ mã (gọi trọng lượng cây) • Tìm nhẹ ghép chúng lại tạo thành đơn với nút gốc với trọng lượng tổng trọng lượng cũ • Lặp lại bước • Với nhị phân có đường từ gốc đường mã Huffman tương ứng • Mã xác định cách ghi trị cho nhánh bên trái cho nhánh bên phải (hoặc ngược lại) Ví dụ • Thiết lập mã Huffman cho ký tự A, B, C, D, E với tần số xuất 0,25; 0,15; 0,10; 0,20; 0,30 Ký tự Mã A B C D E 01 110 111 10 00 Ví dụ Mã Huffman • Chiều dài trung bình từ mã tính sau: 0,25*2 + 0,15*3 + 0,10*3 + 0,20*2 + 0,30*2 = 2,25 bít/ký tự • Do có chọn ngẫu nhiên kiện có trọng lượng nên kết cho bảng mã khác Nhưng kết cuối mã khác phải cho chiều dài trung bình từ mã Ví dụ Mã Huffman  Mã Huffman lập cách tạo dựa xác xuất xuất từ mã theo nguyên tắc: từ mã xuất nhiều mã hóa số bit ít, từ mã xuất mã hóa số bít nhiều Mã Run length • Mã Run length tạo cách thay chuỗi bit ( bit 1) liên tiếp số nhị phân (hoặc thập phân) mô tả chiều dài chuỗi bít • Cách lập mã: * bit chuỗi bit không mã hóa * Nếu có bit liên tiếp xem có bit bit * Nếu có nhiều 15 bit phải biểu diễn số nhị phân * Ở máy thu gặp chuỗi bốn bít phải hiểu phải lấy tổng số với số phía sau, số sau gồm bít 1, máy thu phải báo chuỗi bít theo sau (trường hợp sau số 30) * Nếu chuỗi liệu bắt đầu bit máy phát gửi bít Ví dụ Mã Run length • • • • Dòng liệu .010 .0110 .010 .0110 .0 91 bít Số bít liên tiếp 14 20 30 11 Run length (nhị phân) 1110 1001 0000 1111 0101 1111 1111 0000 0000 1011 40 bít Run length (thập phân) 14 15 15 15 0 11 • Kỹ thuật nén có hiệu chuỗi liệu chứa nhiều loại bit • Kỹ thuật nén Run length dùng mã hóa chuỗi ký tự giống cách thay chuỗi ký tự liên tiếp số độ dài đứng trước ký tự • Ví dụ HHHHHFFFFFFFFYYYYYYYYYYYYYGGGGGGGGGG Sẽ có mã là: 5H8F13Y10G Mã vi phân (Differential encoding) • Mã vi phân gọi mã tương đối (Relative encoding) sử dụng liệu liên tiếp thay đổi • Nguyên tắc tạo mã vi phân: máy phát phát khung ban đầu, sau phát phần khác khung • Tại nơi thu lưu khung ban đầu dựa vào để giải mã khung Ví dụ mã vi phân [...]... các mã khác • Độ phức tạp và chi phí – Tốc độ t/h cao hơn (và do đó tốc độ dữ liệu cao hơn) dẫn tới chi phí cao – Vài mã đòi hỏi tốc độ t/h cao hơn tốc độ dữ liệu Mã nhị phân của các chữ cái và số • Ðể biểu diễn các chữ và số người ta dùng các mã nhị phân Một số nhị phân n bít biểu thị được 2n ký tự (chữ, số, các dấu hiệu ) • Các bộ mã phổ biến trong truyền dữ liệu là : mã Baudot, mã ASCII và mã EBCDIC... EBCDIC Mã Baudot • Là bộ mã nhị phân dùng 5 bít để biểu diển chữ số và một số dấu hiệu • Với n = 5 chỉ có 25 = 32 mã khác nhau, không đủ để biểu diển các ký tự chữ và số nên một số mã phải biểu thị cả hai và chúng được phân biệt bằng cách kèm theo ký tự FIGS hoặc LTRS ở trước • Khi dùng mã Baudot để truyền bất đồng bộ, số bít stop luôn luôn là 1,5 Mã Baudot Mã ASCII • Là bộ mã thông dụng nhất trong truyền. .. dụng nhất trong truyền dữ liệu Mã ASCII dùng số nhị phân 7 bít nên có 27 = 128 mã, tương đối đủ để diễn tả các chữ, số và một số dấu hiệu thông dụng • Từ điều khiển dùng trong các giao thức truyền thông thường lấy trong bảng mã ASCII • Khi truyền bất đồng bộ dùng mã ASCII số bít stop là 1 hoặc 2 Mã ASCII Các loại mã phát hiện lỗi • Nhằm phát hiện lỗi người ta thêm vào dòng dữ liệu các bít kiểm tra Phương... số đó - Phép chia Mod-2 được thực hiện giống như phép chia thường nhưng phép trừ trong khi chia được thực hiện như phép cộng Tạo mã CRC theo pp số học • Gọi T = (k+n) bít là khung thông tin được phát , với n < k M = k bít dữ liệu, k bít đầu tiên của T F = n bít của khung FCS, n bít cuối của T P = (n+1) bít, số chia trong phép toán • Số T được tạo ra bằng cách dời số M sang trái n bít rồi cộng với số. .. hệ số là các số nhị phân và bậc của x là giá trị chỉ vị trí của số nhị phân đó Gọi M là đa thức biểu diễn thông tin cần truyền P là đa thức sinh, bậc n (chứa n+1 bit) 2n Tạo mã CRC theo pp đa thức • Khung thông tin truyền đặc trưng bởi T(x) = xn M(x) + R(x) • Ở máy thu thực hiện phép chia T(x) cho P(x) số dư phải bằng không • Như vậy R(x) chính là phần dư của phép chia : xn M(x)/P(x) Đặc điểm của mã. .. số F : T = 2n M + F Tạo mã CRC theo pp số học Tạo mã CRC theo pp số học • F = R là phần dư của phép chia 2n*D/P • Tại nơi thu dữ liệu thu được nếu chia hết cho P  bản tin thu được không có lỗi • P được gọi là đa thức sinh (generator polynomial), dạng của nó do các giao thức qui định, tổng quát P phải có bít đầu và bít cuối là bít 1 Tạo mã CRC theo pp đa thức • Biểu diễn một số nhị phân dưới dạng một... chẵn: tổng số bit 1 có trong khối dữ liệu, kể cả bit parity, là số chẵn – Parity lẻ: tổng số bit 1 có trong khối dữ liệu, kể cả bit parity, là số lẻ Đặc điểm pp kiểm tra chẵn lẻ 1 bit • Chỉ dò được lỗi sai một • số lẻ bit, không dò được lỗi sai một số chẵn bit • Không sửa được lỗi • Ít được dùng trong truyền dữ liệu đi xa, đặc biệt ở tốc độ cao Kiểm tra chẵn lẻ dò sai 2 bit • Lần lượt kiểm tra chẵn... các pp mã hóa • Phổ t/h – Việc thiếu thành phần tần số cao làm giảm yêu cầu về băng thông – Thiếu thành phần một chiều cho phép “ac coupling” thông qua bộ biến đổi – Tập trung công suất ở giữa băng thông • Đồng bộ – Đồng bộ bộ thu và bộ phát – T/h đồng bộ ngoại vi – Cơ chế đồng bộ dựa trên t/h • Khả năng phát hiện lỗi – Cóthể được tích hợp trong cơ chế mã hóa • Nhiễu và khả năng miễn nhiễm – Vài mã tốt... tốc độ truyền cao Cơ chế phát hiện lỗi Kiểm tra lỗi bằng pp kiểm tra chẵn lẻ • Dùng kiểm tra chẵn lẻ để dò ra một bít sai • Dùng kiểm tra chẵn lẻ để dò sai hai bít • Dùng kiểm tra chẵn lẻ để dò ra một chuỗi bít sai • Kiểm tra khối Kiểm tra chẵn lẻ 1 bit • 1 bit parity được thêm vào 1 khối dữ liệu cần truyền đi • Bit parity – Parity chẵn: tổng số bit 1 có trong khối dữ liệu, kể cả bit parity, là số chẵn... hết cho 1 số xác định trước – Bên thu chia frame nhận được cho cùng 1 số và nếu không có phần dư thì có khả năng không có lỗi Mã kiểm tra dư thừa theo chu kỳ (Cyclic Redundancy Check, CRC ) • Phép toán modul-2: - Phép cộng Mod-2 là phép cộng nhị phân không nhớ - Phép cộng Mod-2 được thực hiện bởi cổng EXOR - Phép trừ Mod-2 giống như phép cộng - Nhân Mod-2 một số với 2n tương ứng với dời số đó n bít