重复码编译码

又一个实验,供以后参考

实验原理

    一般的通信信道中总是不可避免的存在噪声或者干扰,因此在信息传输的过程中也就必然会造成信息的损失,或者说,信源符号在有噪信道中的传输过程中会产生失真。为了降低这种信息损失,就需要我们在信源符号输入到信道之前,对其进行有效的信道编码。

    信道编码是通信系统中的一个重要环节,目的就是为了降低传输过程中错误发生的概率,从而提高通信系统的可靠性。信道编码的基本思想是附加冗余信息,增加信源的剩余度,这样在接收端就可以利用相关性进行检错或者纠错。根据有噪信道编码定理,附加冗余位可以降低信息传输率,使错误概率减小,当信息传输率小于信道容量时,理论上就可以使译码错误概率任意小,从而几乎无失真的进行信息传送。当然,同样是增加信源剩余度,不同的编码方法,其检、纠错能力也不同。目前,人们对信道编码的研究有很多,大概可分为线性分组码、循环码、卷积码等等。

(一)重复码

重复编码是一种简单的信道编码方法,其实质就是将每个要发送的符号重复发送,或者说是将原来的每一个信源符号编成多个相同的码元符号,其值与原来的符号取值相同。比如(3,1)二元重复码,其编码方法就是将原来二进制序列中的每一个“0”编成“000”,将每一个“1”编成“111”。

    所谓的译码规则就是指接收符号与发送符号之间的映射关系。不同的译码规则会造成不同的平均错误概率,所以人们一般都根据最小错误概率准则来确定译码规则。对于二元对称信道来说,一般总认为出错概率是小于等于0.5的,所以对于二元重复码,最小错误概率准则与择多译码规则是一致的,也就是说,译码时根据码字中“0”“1”的数目选择数目多的进行译码。比如(3,1)二元重复码的译码,可以将接收到的“000”、“001”、“010”和“100”译为“0”,将接收到的“011”、“101”、“110”和“111”译为“1”。这样,每个码字对于传输过程中发生的任一位错误,通过译码都可以进行自动纠正。可以证明,一个(n,1)重复码可以纠正传输过程中可能出现的不多于个差错。

(二)比特操作

    在“实验一”中,我们已经熟悉了如何将一个字节(8bit)数据进行拆分,并每次针对半个字节(4bit)进行处理。在本实验中,根据重复码的编、译码原理,我们每次操作的对象是1bit,因此应该对“实验一”中的方法进行修正,使之能够对字节中的每个bit进行控制与操作:

1)读取数据时,由于每次向输入文件的读取是以字节(8bit)为单位的,故需将每次读取的8bit(1字节)按位分开,以便对每个比特进行操作;

 2)输出数据时,由于每次向输出文件的写入是以字节(8bit)为单位的,故需每凑足8bit(1字节)执行一次向输出文件的写入操作。

code.cpp

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define n 3

static unsigned int inbfr,outbfr;
static FILE *outfile,*infile;
static int incnt,outcnt,mask;

void init()
{
  outbfr=0;
  outcnt=8;
  inbfr=0;
  incnt=8;
  mask=0x80;				//10000000
}

int getbit()
{
   int bitval;
   bitval=inbfr&mask;		//bitval0000000
   incnt--;					//7
   mask >>= 1;				//01000000
   bitval >>= incnt;
   if (incnt==0)
	{
		inbfr=fgetc(infile);
		incnt=8;
		mask=0x80;
	}
   return bitval;			//0000000bitval
}

void putbit( int bitval)
{
    outbfr = (outbfr<<1)&255;	//00000000
    outbfr |= bitval;			//0000000bitval
	outcnt --;
    if (outcnt==0) 
    {
      fputc(outbfr,outfile);
      outcnt = 8;
    }
}

void alignbits()
{
  if (outcnt!=8)
  {
	  for (int i=0;i<outcnt;i++)
		  putbit(0);
  }
}

void main()
{
    int bitval;
	if((infile=fopen("ccc.txt","rb"))==NULL)
	{
		printf("cannot open infile!!!\n");
		exit(0);
	}
   if((outfile=fopen("eee.txt","wb"))==NULL)
   {
	   printf("cannot open outfile!!!\n");
	   exit(0);
   }
   init();
   inbfr=fgetc(infile);
   while(!feof(infile))
   {
	   bitval=getbit();
	   for (int i=0;i<n;i++)
		   putbit(bitval);

   }
   alignbits();
   fclose(infile);
   fclose(outfile);
}

decode.cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define n 3

static unsigned int inbfr,outbfr;
static FILE *outfile,*infile;
static int incnt,outcnt,mask;

void init()
{
  outbfr=0;
  outcnt=8;
  inbfr=0;
  incnt=8;
  mask=0x80;
}

int getbit()
{
   int bitval;
   bitval=inbfr&mask;
   incnt--;
   mask >>= 1;
   bitval >>= incnt;
   if (incnt==0)
	{
		inbfr=fgetc(infile);
		incnt=8;
		mask=0x80;
	}
   return bitval;
}

void putbit( int bitval)
{
    outbfr = (outbfr<<1)&255;
    outbfr |= bitval;
	outcnt --;
    if (outcnt==0) 
    {
      fputc(outbfr,outfile);
      outcnt = 8;
    }
}

void alignbits()
{
  if (outcnt!=8)
  {
	  for (int i=0;i<outcnt;i++)
		  putbit(0);
  }
}

void main()
{
    int bitsum;
	if((infile=fopen("eee.txt","rb"))==NULL)
	{
		printf("cannot open infile!!!\n");
		exit(0);
	}
   if((outfile=fopen("fff.txt","wb"))==NULL)
   {
	   printf("cannot open outfile!!!\n");
       exit(0);
   }
   init();
   inbfr=fgetc(infile);
   while(!feof(infile))
   {
	  bitsum=0;
	  for (int i=0;i<n;i++) bitsum+=getbit();
      if (bitsum>=2) putbit(1);
	  else putbit(0);
   }
   alignbits();
   fclose(infile);
   fclose(outfile);
}

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