常用的检错码 - 奇偶校验码
校验码的基础知识
校验码的基础知识校验码是计算机科学中一种常见的错误检测和纠正方法，用于确保数据的完整性和准确性。
在数据传输和存储过程中，校验码可以帮助检测和纠正可能存在的错误，从而提高数据的可靠性。
本文将介绍校验码的基础知识，包括校验码的定义、常见的校验码类型以及其应用领域。
一、校验码的定义校验码是一种用于检测和纠正数据传输或存储过程中产生的错误的技术。
它通过对数据进行特定的计算，生成一个额外的数据，用于检测数据中的错误。
校验码通常附加在数据的末尾，接收方在接收到数据后可以通过计算校验码来验证数据的完整性和准确性。
二、常见的校验码类型1. 奇偶校验码：奇偶校验码是最简单的一种校验码。
它通过统计数据中二进制位中1的个数，来判断数据的奇偶性。
如果数据中1的个数为偶数，校验码位为0；如果数据中1的个数为奇数，校验码位为1。
接收方在接收到数据后，再次计算数据中1的个数，与接收到的校验码进行比较，如果不一致，则说明数据存在错误。
2. 循环冗余校验码（CRC）：CRC是一种常用的校验码类型。
它通过对数据进行多项式除法运算，生成一个余数作为校验码。
接收方在接收到数据后，进行相同的多项式除法运算，将得到的余数与发送方传输的校验码进行比较，如果一致，则说明数据未发生错误。
3. 校验和：校验和是一种简单的校验码类型。
它通过对数据中每个字节进行相加，并取结果的低字节作为校验码。
接收方在接收到数据后，进行相同的相加操作，并将结果的低字节与发送方传输的校验码进行比较，如果一致，则说明数据未发生错误。
三、校验码的应用领域校验码广泛应用于数据通信和数据存储领域。
以下是一些常见的应用场景：1. 网络通信：在网络通信中，校验码可以用于检测和纠正数据传输过程中可能存在的错误。
例如，在传输文件时，发送方可以计算文件的校验码并发送给接收方，接收方在接收到文件后可以通过计算文件的校验码来验证文件的完整性。
2. 数据存储：在数据存储中，校验码可以用于检测和纠正存储介质中的错误。
计算机网络 检错码与纠错码
计算机网络检错码与纠错码在通信系统中广泛应用的差错控制技术是差错控制编码技术。
而差错控制编码包括检错码和纠错码两种，其中检错码是为传输的数据信号增加冗余码，以便发现数据信号中的错码，但不能纠正错码；纠错码是为传输的数据信号增加冗余码，以便发现数据信号中的错码，并自动纠正这些错码。
下面介绍几种检错码和纠错码的校验方法。
1．奇偶校验码奇偶校验码是一种最简单的无纠错能力的检错码，其编码规则是先将数据代码分组，例如，将ASCⅡ码中的一个字符或若干个字符分为一组。
在各组数据后面附加一位校验位，使该数据连校验位在内的码元中1的个数恒为偶数则为偶校验，恒为奇数则为奇校验。
奇偶校验无纠错能力，它只能检测出码元中的任意奇数个错误，若有偶数个错误必定漏检。
由于奇偶校验码容易实现，所以当信道干扰较弱，并且数据码长较短时，使用奇偶校验码效果很好，在计算机网络的数据传输中经常使用该检错码。
根据数据代码的分组方法，奇偶校验码可以分为水平奇偶校验、垂直奇偶校验和垂直水平奇偶校验。
●水平奇偶校验如表3-1所示，在水平奇偶校验中，把数据先以适当的长度划分成小组，并把码元按表中所示的顺序一列一列地排列起来，然后对水平方向的码元进行奇偶校验，得到一列校验位，附加在其他各列之后，最后按行的顺序进行传输。
水平奇偶校验能查出水平方向上奇数个错误和不大于数据代码长度的突发错误，无纠错能力，但产生校验码及校验逻辑相对复杂。
表3-1 水平奇偶校验●垂直奇偶校验如表3-2所示，在垂直奇偶校验中，把数据先以适当的长度划分成小组，并把码元按表中所示的顺序一列一列地排列起来，然后对垂直方向的码元进行奇偶校验，得到一行校验位，附加在其他各行之后，然后按列的顺序进行传输。
垂直奇偶校验能够查出列上的奇数个错误，只能查处50%的突发错误，无纠错能力，但产生校验码及校验逻辑相对简单。
表3-2 垂直奇偶校验●垂直水平奇偶校验垂直水平奇偶校验是在水平奇偶校验和垂直奇偶校验的基础上，把两者结合起来对码元进行校验，如表3-3所示。
检错与纠错
一、常用检错码(1) 寄偶校验码寄偶校验码是一种最简单的校验码，其编码规则：先将所要要传送的数据码元分组，并在每组的数据后面附加一位冗余位即校验位，使该组包括冗余位在内的数据码元中“1”的个数保持为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。
在接收端按照同样的规则检查，如发现不符，说明有错误发生；只有“1”的个数仍然符合原定的规律时，认为传输正确。
实际数据传输中所采用的寄偶校验码分为垂直奇偶校验、水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验三种。
垂直奇偶校验是一字符为单位的校验方法。
例如，传输数据信息为“1010001”，采用偶校验时，附加位为“1”，则发送信息变为“10100011”；采用奇校验时，附加位为“0”，发送信息变为“10100010”；(2) 循环冗余校验码（CRC）循环冗余校验码CRC（Cyclic Redundancy Code）采用一种多项式的编码方法。
把要发送的数据位串看成是系数只能为“1”或为“0”的多项式。
一个k位的数据块可以看成Xk-1到X0的k项多项式的系数序列。
例如，“110001”有6位，表示多项式是“X5 + X4+ 1”。
多项式的运算是模2运算。
采用CRC码时，发方和收方必须事先约定一个生成多项式G（X），并且G（X）的最高位和最低必须是1。
要计算m位数据块的M（X）的校验和，生成多项式必须比该多项式短。
其基本思想是：将校验和附加在该数据块的末尾，使这个带校验和的多项式能被G（X）除尽。
当接收方收到带校验和的数据块时，用G（X）去除它，如果有余数，则传输有错误。
二、纠错码纠错码与检错码相比其功能更强，它不但能检错还能纠错。
海明码就是一种能够纠正一位错误的检错码。
海明码是海明(H.W.Hamming)于1950年提出的一种码制。
在发送数据之前将数据按照海明码制形成海明码，然后发送海明码，到达对方后根据接收到的海明码进行解释分析、判错、纠错。
(1) 海明码的形成①海明码的组合规则海明码是由数据与校验位组合而成的。
差错控制编码的分类
差错控制编码的分类
差错控制编码是一种应用在通信领域中的技术，用于在传输过程中自动纠正或检测出现的错误。
根据其实现方式和应用场景的不同，差错控制编码可以分为以下几类：
1. 奇偶校验码：是最简单的一种差错控制编码，它通过在数据
中添加一个校验位，使得整个数据位数中1的个数为偶数或奇数，从而检测出单比特错误。
2. 奇偶校验和：与奇偶校验码类似，但它不仅能检测单比特错误，还能检测部分双比特错误。
3. 循环冗余校验码(CRC)：是一种基于余数运算的差错控制编码，通过将原数据与一个多项式进行CRC计算，生成一个校验码用于检测错误，广泛应用于数据传输领域。
4. 海明码：是一种能够纠正多比特错误的差错控制编码，它通
过在数据中添加一些校验位，并将其排列成矩阵形式，使得能够纠正多比特的错误。
5. 卷积码：是一种基于状态转移的差错控制编码，通过将数据
和码字进行卷积运算，生成一个校验码用于检测和纠正错误，广泛应用于数字通信领域。
总的来说，不同的差错控制编码适用于不同的应用场景，需要根据具体情况进行选择。
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各种校验码校验算法分析
各种校验码校验算法分析校验码校验算法是一种用于数据传输或存储中验证数据完整性和准确性的技术，它能够检测出数据在传输或存储过程中是否发生了错误或损坏，从而确保数据的可靠性。
在实际应用中，校验码校验算法广泛应用于通信、网络传输、存储和数据处理等领域，其设计和选择对数据可靠性和安全性至关重要。
常见的校验码校验算法包括奇偶校验码、循环冗余校验码（CRC）、校验和、哈希校验码等。
下面将对这几种常见的校验码校验算法进行详细分析：1.奇偶校验码：奇偶校验码是最简单的一种校验码校验算法，它通过检测数据中的奇偶位来判断数据是否正确。
在奇偶校验中，通常规定数据中的位数为偶数个或奇数个，如果数据中出现奇数个1，则在校验位中加上1，使总的1的数量为偶数；如果数据中出现偶数个1，则在校验位中加上0，使总的1的数量仍为偶数。
在数据传输或存储中，接收方会通过比较校验位和数据位的和是否为偶数来判断数据的正确性。
奇偶校验码虽然简单易实现，但只能检测出奇数个错误位（例如一个错误的位），并不能检测出多个错误位或连续错误的情况。
因此，奇偶校验码一般用于对数据传输的基本错误进行检测。
2.循环冗余校验码（CRC）：CRC是一种基于多项式除法的校验码校验算法，它通过对数据进行特定的多项式运算来计算出校验码。
接收方在收到数据后，也会对数据进行相同的多项式运算，然后比较计算出的校验码与发送方发送的校验码是否一致，从而判断数据是否正确。
CRC校验码具有较高的检错能力和容错率，能够有效地检测出多个位错误和定位错误的位置，因此广泛应用于计算机网络传输、磁盘存储、通信协议等领域。
3.校验和：校验和是一种简单的校验码校验算法，它通过对数据中所有位进行求和操作来计算出校验码。
接收方在接收到数据后，也会对数据进行相同的求和操作，然后比较计算出的校验和与发送方发送的校验和是否一致，从而判断数据是否正确。
校验和算法比较简单，计算速度较快，但只能检测出简单的错误情况，对于复杂的错误或多位错误检测能力有限。
差错控制编码的归纳总结
差错控制编码的归纳总结差错控制编码是一种在数据传输中用于检测和纠正错误的技术。
它通过在待传输的数据中引入冗余信息，以便在接收端检测和修复数据中的错误。
本文将对几种常见的差错控制编码进行归纳总结，包括奇偶校验码、海明码和循环冗余校验码。
1. 奇偶校验码奇偶校验码是一种简单的差错控制编码方式。
它通过在待传输数据中添加一个附加位（通常为0或1），使得数据的总位数为偶数或奇数。
接收端在接收数据后，通过检查附加位和数据位中1的个数来判断数据是否存在错误。
如果接收到的数据中的1的个数与附加位指示的奇偶性相符，则认为数据传输成功，否则认为存在错误。
虽然奇偶校验码简单易实现，但其纠错能力有限。
它只能检测和纠正出现在一个位上的错误，并不能纠正多个位的错误。
2. 海明码海明码是一种更为强大的差错控制编码方式。
它通过在待传输数据中添加一定数量的冗余位，以便检测和纠正多个位的错误。
海明码的基本原理是，将数据按照一定规则组织成一个矩阵，并对每个列和每个行进行奇偶校验。
接收端在接收到数据后，通过对每个列和每个行进行奇偶校验，可以检测到多个位的错误，并利用冗余位进行纠正。
海明码分为单错误检测纠正和多错误检测纠正两种类型。
单错误检测纠正的海明码可以检测到一位错误，并能够通过修改一个位来纠正错误。
多错误检测纠正的海明码可以检测和纠正多位错误。
不同类型的海明码所包含的冗余位数量不同，因此其检测和纠正能力也有所差异。
3. 循环冗余校验码循环冗余校验码（CRC码）是一种常用的差错控制编码方式。
它通过在待传输的数据末尾添加一个余数，使得整个数据能够被预先设定的生成多项式整除。
接收端在接收数据后，通过再次计算CRC码并与接收到的CRC码进行比较，可以判断数据是否存在错误。
如果计算得到的CRC码与接收到的CRC码一致，则认为数据传输成功，否则认为存在错误。
CRC码具有较高的检错能力和较低的纠错能力。
它能够检测多位错误，但不能纠正错误。
CRC码的生成多项式可根据需要进行选择，以平衡校验能力和计算效率。
数据传输中常用的差错检验技术
数据传输中常用的差错检验技术常用的差错检验技术是在数据传输过程中用来检测和纠正错误的方法。
这些技术被广泛应用于计算机网络和通信系统中，以确保数据的可靠性和完整性。
一、奇偶校验奇偶校验是一种简单的差错检验技术。
它通过在数据中添加一个奇偶位来检测错误。
在传输数据之前，发送方将数据中的所有位进行计数，并决定奇偶位的值，使得数据中1的个数是奇数或偶数。
接收方在接收到数据后，再次计算数据中1的个数，并与奇偶位的值进行比较。
如果两者不一致，则说明数据中存在错误。
二、循环冗余检验（CRC）循环冗余检验是一种更强大的差错检验技术。
它通过在数据中添加一个循环冗余码来检测错误。
发送方在传输数据之前，计算数据的循环冗余码，并将其附加在数据后面一起传输。
接收方在接收到数据后，再次计算数据的循环冗余码，并与接收到的冗余码进行比较。
如果两者一致，则说明数据传输没有出错。
三、海明码海明码是一种更高级的差错检验技术。
它通过在数据中添加冗余位来检测和纠正错误。
发送方在传输数据之前，根据数据的长度选择适当的海明码，并将其添加到数据中。
接收方在接收到数据后，通过检查冗余位的值来检测错误，并使用海明码的纠错能力来纠正错误。
四、前向纠错码（FEC）前向纠错码是一种能够检测和纠正错误的差错检验技术。
与传统的纠错码不同，前向纠错码在发送方将数据进行编码时就添加了冗余信息。
接收方在接收到数据后，通过检查冗余信息来检测和纠正错误。
前向纠错码具有较高的纠错能力，能够在传输过程中实时检测和纠正错误，从而提高数据传输的可靠性。
五、哈希校验哈希校验是一种通过哈希函数计算校验和来检测错误的差错检验技术。
发送方在传输数据之前，使用哈希函数计算数据的校验和，并将其附加在数据后面一起传输。
接收方在接收到数据后，再次使用哈希函数计算数据的校验和，并与接收到的校验和进行比较。
如果两者一致，则说明数据传输没有出错。
六、重发机制重发机制是一种在数据传输中常用的差错检验技术。
计算机中的校验码
计算机中的校验码计算机中的校验码（Checksum）是一种用来验证数据完整性的方法。
在计算机通信和数据传输领域，校验码被广泛应用，可以保证数据的准确性和可靠性。
本文将介绍计算机中常见的几种校验码及其应用。
一、奇偶校验码（Parity Check）奇偶校验码是最基础、最简单的一种校验码。
它根据每个字节中二进制的1的个数来确定最高位是0还是1，从而实现数据的校验。
奇偶校验码主要用于串行数据传输中，通过校验码的比对，接收方可以判断数据是否正确。
奇偶校验码的计算方法是将每个字节中所有位的和模2，得到的余数作为校验位。
当接收方收到数据后，再次计算校验位，与接收到的校验位进行比对，如果两者相等，则数据传输正确；如果不相等，则数据传输错误。
二、循环冗余校验码（Cyclic Redundancy Check）循环冗余校验码是一种更加强大和可靠的校验码。
它利用多项式除法的原理，对数据进行多次运算，最终得到一个校验码。
在数据传输过程中，发送方将数据和对应的校验码一起发送给接收方。
接收方收到数据后，再次进行多项式除法运算，如果计算出的校验码与接收到的校验码相等，则数据传输正确；如果不相等，则数据传输错误。
循环冗余校验码广泛应用于计算机网络中，例如以太网、Wi-Fi、蓝牙等。
它可以快速检测出数据传输过程中发生的错误，并进行纠正或重传。
三、校验和（Checksum）校验和是一种常用的校验码。
它通过对数据进行累加求和，然后将得到的结果添加到数据中，形成一个校验和。
校验和的计算方法可以采用加法或者异或操作。
在传输过程中，发送方计算出校验和并将其附加在数据中一起发送给接收方。
接收方收到数据后，再次计算校验和，将结果与接收到的校验和进行比对。
如果两者相等，则数据传输正确；否则，数据传输错误。
校验和广泛应用于文件校验、数据完整性校验等方面。
与循环冗余校验码相比，校验和的计算速度较快，但其纠错能力相对较差。
四、哈希校验码（Hash Checksum）哈希校验码是一种高级的校验码算法。
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3.2差错控制
3.2.2常用的检错码- 奇偶校验码
奇偶校验码是一种简单的检错码，奇偶校验码分为奇校验码和偶校验码，两者原理相同。
它通过增加冗余位来使得码字中“1”的个数保持奇数或偶数。
•无论是奇校验码还是偶校验码，其监督位只有一位；
•假设信息为为I1, I2, …, I n，对于偶校验码，校验位R可以表示为：
R =I
1 ⊕I
2
⊕Λ⊕I
n
•假设信息为为I1, I2, …, I n，对于奇校验码，校验位R可以表示为：
R =I
1 ⊕I
2
⊕Λ⊕I
n
⊕1
•无论是奇校验码还是偶校验码，都只能检测出奇数个错码，而
不能检测偶数个错码。
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4
讨论： 从检错能力、编码效率和代价等方面来评价垂直奇偶校验、水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验
3.2 差错控制
3.2.2 常用的检错码 - 奇偶校验码 奇偶校验在实际使用时又可分为垂直奇偶校验、水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验等几种。
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3.2.2常用的检错码–定比码
所谓定比码，即每个码字中“1”的个数与“0”的个数之比保持恒定，
故又名等比码或恒比码。
•当码字长一定，每个码字所含“1”的数目都相同，“0”的数目也
都相同。
•由于若n位码字中“1”的个数恒定为m，还可称为“n中取m”码
定比码（n中取m）的编码效率为：
log C m
R = 2 n
n
定比码能检测出全部奇数位错以及部分偶数位错。
实际上，除了码
字中“1”变成“0”和“0”变成“1”成对出现的差错外，所有其它差
错都能被检测出来
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代码“1011011”对应的多项式为x 6 + x 4 + x 3 +1
多项式“x 5 + x 4 + x 2 + x”所对应的代码为“110110” 3.2.2 常用的检错码 – 循环冗余检验 循环冗余码（Cyclic Redundancy Code ，简称CRC ）是无线通信中用得最广泛的检错码，又被称为多项式码。
二进制序列多项式：任何一个由m 个二进制位组成的代码序列都可以和一个只含有0和1两个系数的m-1阶多项式建立一一对应的关系。
CRC 有关的多项式：
• 信息位多项式、冗余位多项式、码字多项式、和生成多项式
信息位1010001：K (x ) = x 6 + x 4 + 1
冗余位1101：R (x ) = x 3 + x 2 + 1；
码字10100011101： T (x ) = x 10 + x 8 + x 4 + x 3 + x 2 + 1
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3.2.2常用的检错码–循环冗余检验
CRC校验在发送端编码和接收端校验时都利用一事先约定的生成多
项式G(x)来进行。
•G(x)的最高项为x r，其中，r为冗余位的长度；
•在发送方，利用G(x)对x r K(x)做模2除生成冗余位；
•在接受方利用G(x)对收到的码字多项式T(x)做模2除来检测错误•当码字有错误发生时，被生成多项式做除后应该使余数不为0。
•G(x) 的最高位和最低位必须为1。
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3.2.2 常用的检错码–循环冗余检验
设生成多项式G(x) = x4 + x2 + x + 1，现
（1）待传输的信息位为1010001，试计算相应的CRC码；
（2）原码字为10100011101，由于噪声的干扰，在接收端变
成了10100011011，请问能否被检出？
解（1）：
K(x) = x6 + x4 + 1；
G(x) = x4 + x2 + x + 1，r = 4
x4 • K(x) = x10 + x8 + x4
由除法来求余式R(x)的具体计算过程如右图所示
得到CRC码为：1101
加上CRC码的码字为：10100011101
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3.2.2 常用的检错码–循环冗余检验
设生成多项式G(x) = x4 + x2 + x + 1，现
（1）待传输的信息位为1010001，试计算相应的CRC码；
（2）原码字为10100011101，由于噪声的干扰，在接收端变
成了10100011011，请问能否被检出？
解（2）：
原码字为10100011101，由于噪声的干扰，在接收端变成了10100011011，这相当于在码字上半加了差错模式
00000000110。
差错模式对应的多项式记为E(x)= x2 + x
接收端收到的就不再是T(x)，而是T(x)+ E(x)
(T(x)+ E(x)) / G(x) = T(x) / G(x) + E(x) / G(x) = E(x) / G(x)
若E(x) / G(x)不等于0，则这种差错就能够被检测出来。
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3.2.2常用的检错码–循环冗余检验对于CRC而言，生成多项式G(x)直接影响到其校验性能。
研究表明，生成多项式与检错能力之间存在以下关系：
•若G(x)含有(x+1)的因子，则能检测出所有奇数位错。
•若G(x)中不含有x的因子，或者换句话说，G(x)中含有常数项1，
那么能检测出所有突发长度b≤r的突发错
•若G(x)中不含有x的因子，而且对任何0< e ≤ n–1的e，除不尽x e
+1，则能检测出所有的双错
•若G(x)中不含有x的因子，则对突发长度为r + 1的突发错误的漏检率为2-(r-1)
•若G(x)中不含有x的因子，则对突发长度b > r+1的突发错误的漏检率为2-r
Wireless and Mobile Networks Technology Zhenzhou Tang @ Wenzhou University 5 1
以CRC-16为例，其生成多项式G (x ) = x 16 + x 15 + x 2 + 1， 从而其能检测出所有双错、奇数位错、突发长度小于等于16的突发错，并以1-2-15（约为99.997%）的概率要检出突发长度为17的突发错和以1-2-16（约为99.998%）的概率检出突发长度大于等于18的突发错。
3.2.2 常用的检错码 – 循环冗余检验
典型的标准CRC 生成多项式
名称 多项式
CRC-4 x 4+x +1
CRC-12 x 12+ x 11+ x 3+x 2+x +1
CRC-16 x 16 + x 15 + x 2 + 1
CRC-CCITT x 16 + x 12 + x 5 + 1
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