RS編碼-Python工具包使用

前言

最近學習二維碼相關知識，遇到了ReedSolomon編碼，簡稱RS編碼，中文名裏德所羅門編碼。遇到的問題是使用的工具包返回的編碼是bytearray類型，而二維碼是二進制01編碼，所以本博客主要驗證，如何將bytearray類型轉爲二進制，隨機污染，再利用RS編碼糾錯，最後解碼爲傳遞信息。

RS編碼使用的工具包戳這裏reedsolomon

直接安裝:

pip install reedsolo

預備

首先看如何將字符串轉換爲bytearray的格式，然後轉換爲8位二進制表示，最後再轉換回bytearray格式，最後得到原字符串

輸入ASCII碼

• 編碼信息->bytearray->二進制
  使用format函數，將bytearray中存儲的十進制數轉換爲二進制

  aa=bytearray(b'AB') #原信息AB
  for i in aa:
      print(i)
  #65 66
  
  binary_code=''.join(format(x,'08b') for x in aa) #轉二進制
  print(len(binary_code),binary_code)
  #0100000101000010
  

• 二進制->bytearray->原信息

  bytes_msg=bytes(int(binary_code[i:i+8],2)for i in range(0,len(binary_code),8))
  array_msg=bytearray(bytes_msg)
  print(array_msg)
  #bytearray(b'AB')
  

  或者直接使用chr把十進制轉換爲字符

  decode_msg=''.join(chr(int(binary_code[i:i+8],2))for i in range(0,len(binary_code),8))
  print(decode_msg)
  #AB
  

中文

相對於ASCII碼多了一點，編碼bytearray的時候加上utf-8，由bytearray解碼的時候加上decode('utf-8')

aa=bytearray('小明','utf-8')
print(aa)
bytearray(b'\xe5\xb0\x8f\xe6\x98\x8e')
#轉二進制
binary_code=''.join(format(x,'08b') for x in aa)
print(len(binary_code),binary_code)
#48 111001011011000010001111111001101001100010001110
#二進制轉bytearray
decode_msg=bytes( int(binary_code[i:i+8],2) for i in range(0,len(binary_code),8))
decode_msg=bytearray(decode_msg)
print(decode_msg)
#bytearray(b'\xe5\xb0\x8f\xe6\x98\x8e')
decode_msg=decode_msg.decode('utf-8')
print(decode_msg)
#小明

RS編碼

引入相關包：

from reedsolo import RSCodec

設置糾錯碼字長度，假設爲n，則只能糾錯$n/2$位信息

ecc=RSCodec(6)#糾錯碼字長度，可糾正n/2個誤讀

編碼二進制

#編碼
byte_msg=ecc.encode('Bingo007') #5個字符+6個糾錯字=11字符=11*8位
print(byte_msg)
#轉換爲二進制
binary_code=''.join(format(x,'08b') for x in byte_msg)
print(len(binary_code),type(binary_code))
print(binary_code)
'''
bytearray(b'Bingo007\x7f\xadbG\x11\x9c')
112 <class 'str'>
0100001001101001011011100110011101101111001100000011000000110111011111111010110101100010010001110001000110011100
'''

污染二進制數據，污染第1、2、4個碼字：

#污染二進制
binary_code=list(binary_code)
binary_code[0*8+2]=str(1-int(binary_code[0*8+2]))
binary_code[1*8+4]=str(1-int(binary_code[1*8+4]))
binary_code[3*8+5]=str(1-int(binary_code[3*8+5]))
# binary_code[5*8+5]=str(1-int(binary_code[3*8+5]))#再錯就無法糾正信息
binary_code=''.join(binary_code)
print(binary_code)
'''
0110001001100001011011100110001101101111001100000011000000110111011111111010110101100010010001110001000110011100
'''

使用RS碼糾錯，需要先將二進制轉換爲bytearray形式，然後再用RS糾錯，得到編碼信息：

#糾錯
#先轉換爲bytearray形式
bytes_msg=bytes(int(binary_code[i:i+8],2) for i in range(0,len(binary_code),8))
array_msg=bytearray(bytes_msg)
#再糾錯
data=ecc.decode(array_msg)
msg=data.decode()
print(msg)
#Bingo007

如果再多污染一個碼字，就解碼失敗。

總結

主要就是學習bytearray轉爲二進制，然後二進制轉bytearray的知識點。

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