Kỹ Thuật Truyền Số Liệu Chương 3

Tổng quátCác thiết bị mã hóa và giải mã có hai loại :  Loại thiết bị giải mã đơn giản chỉ phát hiện sai, mà không tự sửađược sai, khi đó nó sẽ yêu cầu bên phát phát lại ARQ  Loại thiết

Tổng quát

Bảo vệ chống sai trong truyền số liệu nhằm

 Bảo vệ thông tin phát đi để chống sai do đường dây gây nên Đểgiải quyết ta đặt giữa nguồn phát và thu một thiết bị mã hóa và giảimã

 Bảo mật: ta dùng những mã khóa đặc biệt mà chỉ có bên cần thubiết khóa mã mới giải mã và thu được thông tin

Tổng quát

Các thiết bị mã hóa và giải mã có hai loại :

 Loại thiết bị giải mã đơn giản chỉ phát hiện sai, mà không tự sửađược sai, khi đó nó sẽ yêu cầu bên phát phát lại (ARQ)

 Loại thiết bị giải mã phát hiện sai và tự sửa sai một hoặc hai lỗi sai:như mã khối tuyến tính, mã Hamming, mã vòng,…

Lỗi

Quá trình phát hiện sai

Parity dò 1 bit sai

Parity dò 2 bit sai

 Để dò ra 2 bit sai => thực hiện đồng thời phép kiểm tra parity tại bítchẳn và bit lẽ

Parity dò một chuỗi bit sai

Kiểm tra khối – BSC (Block Sum Check)

Sử dụng parity hàng và cột

B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7

Parity (even)

Dò tìm được tất cả các lỗi sai một số lẻ bit và hầu hết các lỗi sai một số chẵn bit Không dò được lỗi sai một số chẵn bit xảy ra đồng thời trên cả hàng và cột.

Kiểm tra dư thừa theo chu kỳ - CRC Cyclic Redundancy Check

 Nguyên lý

 k-bit message

 Bên phát tạo ra chuỗi n bit FCS (Frame Check Sequence) sao cho frame

gởi đi (k+n bit) chia 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

Xác định mã CRC dùng thuật toán Mod-2

Goi T = (k+n) bit là khung thông tin của dũ liệu phát, với n < k

M = k bit dữ liệu, k bit đầu tiên của T

F = n bit cua khung FCS, n bit cuối của T

P = (n+1) bit, số chia trong phép toán

Số T được tạo ra bằng cách dời số M sang trái n bit rồi cộng với

số F : T = 2nM + F

Chia số 2nM cho P ta được :

Phép chia số nhị phân nên số dư luôn nhỏ hơn số chia 1 bit nênlấy số dư này thay cho F: T = 2nM + R

CRC

Ví dụ 2 – tìm mã CRC

Cho

M = 1010001101 (10 bit)

P = 110101 (6 bit)

Dùng phép biễu diễn đa thức

Dùng phép biễu diễn đa thức

Phát hiện lỗi mã CRC

 Dài hơn 1 bit so với FCS mong muốn

 Được chọn tùy thuộc vào loại lỗi mong muốn phát hiện

 Yêu cầu tối thiểu: msb và lsb phải là 1

 Biểu diễn lỗi

 Error=nghịch đảo bit Tr = T + E

 T: frame được truyền

 Tr: frame nhận được

 E: error pattern với 1 tại những vị trí lỗi xảy ra

 Error không bị phát hiện if Tr chia hết cho P

 Các lỗi được phát hiện

 Tất cả các lỗi bit đơn

 Tất cả các lỗi kép nếu P có ít nhất 3 toán hạng

 Một số lẻ lỗi bất kỳ nếu P chứa 1 thừa số (X+1)

 Bất kỳ lỗi chùm nào mà chiều dài của chùm nhỏ hơn chiều dài FCS

 Hầu hết các lỗi chùm lớn hơn

Một số đa thức sinh thông dung

Mạch tạo mã CRC

FCS1+

C D

E +

P = 111011

Kiểm tra lổi trên mạch thiết kế

D E

+

+ 1010001101

x 2 1

Bộ tạo CHECKSUM

Bên phát thực hiện các bước như sau

 Bộ tạo checksum sẽ chia dữ liệu thành k phần, mỗi phần n bit (8, 16)

 Các phân đoạn này được cộng lại

 Lấy bù 1 của kết quả cộng Giá trị này được gắn vào đuôi của

dữ liệu gốc và được gọi là trường checksum

 Checksum được truyền cùng với dữ liệu

Bộ tạo CHECKSUM

Máy thu thực hiện các bước như sau

 Bộ kiểm tra checksum sẽ chia các đơn vị dữ liệu thành k phần mỗi phần n bit

 Cộng các phần trên, được tổng (Sum)

 Lấy bù 1 của tổng

 Nếu kết qủa lấy bù là zêrô thì dữ liệu thu không bị sai, nguợc lại

dữ liệu bị sai

Bộ tạo CHECKSUM

 Truyền lại nhiều

 Thời gian trễ truyền lớn hơn nhiều so với thời gian truyền dữ liệu (vd truyền vệ tinh)

 Khối dữ liệu được truyền lại bị lỗi và nhiều khối dữ liệu khác tiếp theo

 Cần thiết phải sửa lỗi dựa vào các dữ liệu nhận được

Quá trình sửa sai

 Mỗi khối dữ liệu k bit được ánh xạ vào khối n bit (n>k)

 Từ mã – Codeword

 Forward error correction (FEC) encoder

 Codeword được truyền đi

 Chuỗi bit nhận được tương tự như chuỗi được truyền đi, nhưng cóchứa lỗi

 Codeword được gởi tới bộ giải mã FEC

 Nếu không có lỗi, trích xuất khối dữ liệu ban đầu

 Một vài mẫu lỗi có thể được phát hiện và sửa lỗi

 Một vài mẫu lỗi có thể được phát hiện nhưng không sửa được

 Một vài mẫu lỗi có thể không được phát hiện (ít xảy ra)

 FEC trích xuất khối dữ liệu sai

Sửa lỗi – Mã Hamming



Hãy xác định mã hamming của DL sau 1010

Nén dữ liệu – mã Huffman

 Dựa vào xác suất xuất hiện của ký tự

Cách thành lập mã Huffman

 B1: xác định trọng lượng của cây, xếp theo chiều tăng dần

 B2: chọn 2 cây nhẹ nhất ghép lại thành cây mới có tổng trọng lượng bằng 2 cây cộng lại (nếu nhiều hơn 2 cây nhẹ thì chọn ngẫu nhiên)

 B3: lập lại B1 đến khi còn 1 cây duy nhất

 Đọc mã: đánh số 0 cho nhánh trái, 1 cho nhánh phải (hoặc ngược lại), đọc

mã từ góc đến ngọn

 Tính chiều dài từ mã trung bình Lavg =  li x pi

 li : chiều dài nguồn tin Xi

 pi : xác suất xuất nguồn tin Xi

GV: Th.s Lương Hoài Thương 33

 Sắp xếp các nguồn tin theo thứ tự giảm dần về xác suất

 Chia các nguồn tin thành hai phần có xác suất xấp xỉ nhau và gán 0 cho phần trên, gán 1 cho phần dưới

 Lặp lại bước trên cho mỗi phần cho đến khi chỉ còn một nguồn tin

 Ghi ra các từ mã

Ví dụ

 Các nguồn tin và xác suất xuất hiện của các nguồn tin tương ứng

 X1 (30%), X2 (20%), X3 (10%), X4 (10%), X5 (20%), X6 (5%), X7 (3%), X8 (2%)

Nén dữ liệu Run-length encoding

Thay thế chuỗi bit 0 hoặc 1 bằng số nhị phân

Chỉ hiệu quả khi chuỗi DL chứa nhiều bit 0 (1)

Ví dụ: mã run-length thay thế cho chuỗi số 0

Nén dữ liệu Run-length encoding

Kết luận

 1 bit 1 giữa các bit 0 thì không đươc mã

 2 bít 1 liên tiếp thì xem như 1 chuỗi bit 0

 Nếu số 0 nhiều hơn 15 thì: 20=15+5; 30=15+15+0

 Nếu chuỗi bắt đầu bằng bit 1 thì máy phát sẽ gữi chuỗi 4 bit 0

 Cuối bản tin có tín hiệu kết thúc

Nén dữ liệu

Mã vi phân - Differential encoding (tương đối)

 Chỉ truyền sự sai khác giữa 2 khung dữ liệu liên tiếp

 Chỉ hiệu quả khi sai khác 2 khung không đáng kể

Vd: mã tín hiệu hình ảnh trong video

GV: Th.s Lương Hoài Thương 39