大学计算机python基础课件2015lecture17

第5章 信息传输 5.2数据通信西安交通大学 计算机教学实验中心 20141大学计算机基础 培养计算思维本节内容5.2数据通信研究计算机中数字数据的传输与交换、 存储、处理的理论、方法和技术。信号编码信号编码检错检错纠错纠错同步同步复用复用2大学计算机基础 培养计算思维5.2.1编码与解码信号1.数字数据的数字信号编码1)不归零制编码)不归零制编码单极型、双极型单极型、双极型 难以确定数位的开始和结束难以确定数位的开始和结束 连续的连续的1或或0会累积直流分量会累积直流分量3大学计算机基础 培养计算思维2)曼彻斯特编码_低到高跳变0；高到低跳变1直流分量为0；自同步；所需的频带宽度是不归0制的两倍。3)差分曼彻斯特编码_起始有跳变0,无跳变14demo大学计算机基础 培养计算思维2.数字数据的调制编码数字数据在模拟信道上传输将数据信号添加到频率恒定的连续载波信号上基本调制方法 Asin2ft0Asint 0幅移键控法幅移键控法ASKAmplitude-Shift Keying频移键控法频移键控法FSKFrequency-shift Keying相移键控法相移键控法PSKPhase-Shift Keying组合调制方法组合调制方法 如，既调相，又调幅如，既调相，又调幅5DemoSinx大学计算机基础 培养计算思维3.模拟数据的数字信号编码PCM Pulse-code modulation, 脉冲编码调制采样(采样定理)采样(采样定理)量化(量化(N个量化级)个量化级)编码(位数编码(位数log2NNyquist定理定理采样定理采样定理当当采样频率采样频率大于信号中最高大于信号中最高 频率的频率的2倍时，采样之后的倍时，采样之后的 数字信号完整地保留了原数字信号完整地保留了原 始信号中的信息始信号中的信息.1234567891011121314151615.2159.291.112Fmax10.8115.662.832.73t1数字等效二进制数数字等效二进制数00000810000001910012001010101030011111011401001211005010113110160110141110701111511116大学计算机基础 培养计算思维5.2.2检错和纠错信息传输中的干扰电子的热运动产生的热噪声电子的热运动产生的热噪声外界电磁干扰的冲击噪声外界电磁干扰的冲击噪声信息在传输过程中受到干扰、影响，接收到的 信息会错如何保证信息的正确性如何保证信息的正确性讨论嘈杂的环境打电话，如何保证信息的正讨论嘈杂的环境打电话，如何保证信息的正 确性确性解决方法提高线路和设备质量提高线路和设备质量采用技术措施发现和纠正错误采用技术措施发现和纠正错误7冗余 redundancy大学计算机基础 培养计算思维冗余编码传输过程能检查出差错的编码称为检错码。能纠正差错的编码出称为纠错码。8信息码冗余码发送接收计算信息码 和冗余码之 间的关系关系存 在正确不正确接收请求重发 或纠正大学计算机基础 培养计算思维5.2.2检错和纠错检错码1.回声检测每接受一个字符，都发送给对方以检查是否传输错误每接受一个字符，都发送给对方以检查是否传输错误2.奇偶校验码在原始位模式上增加一个附加的比特位在原始位模式上增加一个附加的比特位可以在可以在高高位位或或低低位位，使整，使整 个位模式中个位模式中1的个数为奇数或偶数，分别称为的个数为奇数或偶数，分别称为奇校验和偶校验奇校验和偶校验例例1A的原始编码模式是的原始编码模式是0100 0001,采用奇校验，增加校验位，采用奇校验，增加校验位，最高位为校验位最高位为校验位，编码为，编码为1 0100 0001采用偶校验，增加校验位，采用偶校验，增加校验位，最高位为校验位最高位为校验位，编码为，编码为0 0100 0001任何任何1位错误，都能够被发现位错误，都能够被发现,能纠正吗能纠正吗两位呢三位、四位错误呢呢两位呢三位、四位错误呢呢9大学计算机基础 培养计算思维奇偶校验码解决方法每字节信息一列，低位在上每字节信息一列，低位在上,最后一位为校验位最后一位为校验位,偶校验偶校验,最最 后字节为检验字节后字节为检验字节 b11 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 01 1 b20 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 11 1 b30 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 11 1 b40 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 11 1 b50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 b61 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 00 0 b70 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 10 0 b80 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0010纵横奇偶校验码、垂直水平奇偶校验纵横奇偶校验码、垂直水平奇偶校验方阵码方阵码 发现并纠正发现并纠正1位错位错;发现发现2位错位错. 3位位4位位demo大学计算机基础 培养计算思维例2 假设有9个储存数据的硬盘，如何使用 奇偶校验的方法提高硬盘的纠错性能disk字符字符ASCII 偶校验位偶校验位ACII(二进制)(二进制)d 64H 1 0110 0100 Bi 69H 0 0110 1001 Bs 73H 1 0111 0011 Bk 6bH 1 0110 1011 BRAID 5独立冗余磁盘整列独立冗余磁盘整列 至少至少3块盘，分布校验信息，任何一块故障可以恢复块盘，分布校验信息，任何一块故障可以恢复11大学计算机基础 培养计算思维例3 ISBN(国际标准书号)2007年后使用年后使用13位位ISBN International Standard Book Number如如978-7-302-26563-4 987,欧洲商品编码欧洲商品编码EAN,表示图书。表示图书。 7中国大陆中国大陆 302清华大学出版社；清华大学出版社； 26563图书序列号；图书序列号；4校验码校验码校验码校验码 1357911位数字乘以位数字乘以1 24681012位数字乘以位数字乘以3 求和，除以求和，除以10求余，求余，10-余数余数10即为校验码即为校验码这两种校验码能否发现一些常见错误这两种校验码能否发现一些常见错误哪些能检哪些能检,纠纠如某一位的数值发生改变，两个相邻数字弄反，多加如某一位的数值发生改变，两个相邻数字弄反，多加 一位数字或少输入一位数字一位数字或少输入一位数字12大学计算机基础 培养计算思维例3 13位ISBN 校验位计算程序13大学计算机基础 培养计算思维14大学计算机基础 培养计算思维3.循环冗余校验码(CRC)信息码字1101,可以与一个多项式x3x21对应k元信息码字mk-1mk-2m0对应多项式 Kx mk-1xk-1mk-2xk-2m0在信息码字后加r位的冗余码构成n元冗余编码 nkr, rn-k用多项式表示是 Cxxn-kKxRx xrKxRx, rn-k 信息码信息码11011 ,5位位 Kxx4x3x11 k5 冗余码冗余码110,三位三位Rxx2x1 r3 11011 110,n8, Cxx7x6x4x3 x2x1 x3x4x3x1 1 x2x115大学计算机基础 培养计算思维冗余码如何求Cxxn-kKxRx xrKxRx, rn-k希望 Cx xrKxRxQxGx有xrKxRxRxQxGxRx得xrKxQxGxRx RxRx,模2加异或即Rx等于 xrKx/Gx的剩余多项式Gx是r次的,Rx是r-1次 Gx已知，已知，Kx已知，已知，xrKx/Gx求余得求余得Rx发送Cx xrKxRx接收方用Gx去除Cx，余数为0则没有出错，余数不为0则表示有错。Gx称为生成多项式，对应的码元为生成位串16大学计算机基础 培养计算思维冗余码的计算Kx信息多项式，信息码字，k位Gx生成多项式，生成位串，r次Rx，剩余多项式冗余码Cx，冗余编码【例】已知信息位串1101011011，生成位串 10011，则冗余码是什么17Kx信息位串，信息位串，k位，位，k-1次次 Gx，生成多项式，生成多项式, r1位，位，r次次 Rx,剩余多项式剩余多项式, r位位 r-1次次,是是xrKx除除Gx的余式的余式 Cx,冗余编码多项式冗余编码多项式,nkr位，位，kr-1次次, Cx xrKxRx大学计算机基础 培养计算思维例 已知信息位串1101011011，生成位串 10011，则冗余码是什么冗余码，冗余编码，冗余校验编码冗余码，冗余编码，冗余校验编码解 信息码1101011011，k10位生成位串10011,5位，在信息码后加4个011010110110000xrKxxrKx/Gx余余Rxx3x2 x1对应位串对应位串1110循环冗余校验编码循环冗余校验编码1101 0110 1111 1018除法中使用模除法中使用模2减法减法无借位减无借位减,异或异或生成多项式有多种生成多项式有多种大学计算机基础 培养计算思维循环码gxx3x21 (1101)信息组信息组码字码字 m3 m2 m1 m0 C6C5C4C3C2C1C0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 1 1 0 1 0 0 1 00 0 1 0 1 1 1 0 0 1 10 0 1 1 0 1 0 0 1 0 00 1 0 0 0 1 1 0 1 0 10 1 0 1 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0 1 0 019m3 m2 m1 m0 C6C5C4C3C2C1C0 0 1 1 10 1 1 1 0 0 1 1 0 0 01 0 0 0 1 1 0 1 0 0 11 0 0 1 0 1 1 1 0 1 01 0 1 0 0 0 1 1 0 1 11 0 1 1 1 0 0 1 1 0 01 1 0 0 1 0 1 1 1 0 11 1 0 1 0 0 0 1 1 1 01 1 1 0 0 1 0 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1大学计算机基础 培养计算思维例20大学计算机基础 培养计算思维生成多项式(1)生成多项式的最高位和最低位必须为1。(2)当被传送信息(CRC码)任何一位发生 错误时，被生成多项式做模2除后应该使余数 不为0。(3)不同位发生错误时，应该使余数不同。CRC即可检错，又可纠错21大学计算机基础 培养计算思维4.校验和发送方将待发送的数据划分成若干长度为将待发送的数据划分成若干长度为16位的位串位的位串对这些对这些16位的二进制数进行位的二进制数进行1的补码和的补码和累加运算，累加运算，加的结果再取反作为加的结果再取反作为校验和校验和附加到数据后面，一起发送到接收方。附加到数据后面，一起发送到接收方。1的补码和的补码和带循环