循環二進制碼

循環二進制碼

循環二進制碼,它還有反射二進制碼,格雷碼等的譯名。英語是Gray mode。 在數字系統中只能識別0和1,各種數據要轉換為二進制代碼才能進行處理,格雷碼是一種無權碼,採用絕對編碼方式,典型格雷碼是一種具有反射特性和循環特性的單步自補碼,它的循環、單步特性消除了隨機取數時出現重大誤差的可能,它的反射、自補特性使得求反非常方便。

歷史

Gray Code是由貝爾實驗室的Frank Gray在20世紀40年代提出的(是1880年由法國工程師Jean-Maurice-EmlleBaudot發明的),用來在使用PCM(Pusle Code Modulation)方法傳送訊號時避免出錯,並於1953年3月17日取得美國專利。由定義可知,Gray Code的編碼方式不是唯一的,這裡討論的是最常用的一種。

原理

格雷碼屬於可靠性編碼,是一種錯誤最小化的編碼方式,因為,自然二進制碼可以直接由數/模轉換器轉換成模擬信號,但某些情況,例如從十進制的3轉換成4時二進制碼的每一位都要變,使數字電路產生很大的尖峰電流脈衝。而格雷碼則沒有這一缺點,它是一種數字排序系統,其中的所有相鄰整數在它們的數字表示中只有一個數字不同。它在任意兩個相鄰的數之間轉換時,只有一個數位發生變化。它大大地減少了由一個狀態到下一個狀態時邏輯的混淆。另外由於最大數與最小數之間也僅一個數不同,故通常又叫格雷反射碼或循環碼。

用例

下表為幾種自然二進制碼與格雷碼的對照表:

十進制數 自然二進制數 格雷碼 十進制數 自然二進制數 格雷碼
0 0000 0000 8 1000 1100
1 0001 0001 9 1001 1101
2 0010 0011 10 1010 1111
3 0011 0010 11 1011 1110
4 0100 0110 12 1100 1010
5 0101 0111 13 1101 1011
6 0110 0101 14 1110 1001
7 0111 0100 15 1111 1000

一般的,普通二進制碼與格雷碼可以按以下方法互相轉換:

二進制碼-〉格雷碼(編碼):從最右邊一位起,依次將每一位與左邊一位異或(XOR),作為對應格雷碼該位的值,最左邊一位不變(相當於左邊是0);

格雷碼-〉二進制碼(解碼):從左邊第二位起,將每位與左邊一位解碼後的值異或,作為該位解碼後的值(最左邊一位依然不變)。

數學(計算機)描述:

原碼:p[0~n];格雷碼:c[0~n](n∈N);編碼:c=G(p);解碼:p=F(c);書寫時從左向右標號依次減小.

編碼: c=p XOR p[i+1](i∈N,0≤i≤n-1),c[n]=p[n];

解碼: p[n]=c[n],p=c XOR p[i+1](i∈N,0≤i≤n-1).

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