Bài giảng môn Truyền số liệu - Chương 4: Xử lý số liệu truyền (Phần 1)

Môn Học
TRUYỀN SỐ LIỆU
BÀI GIẢNG CHƯƠNG 4
XỬ LÝ SỐ LIỆU TRUYỀN
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC
NỘI DUNG 
4.1 Mã hoá số liệu mức vật lý
4.2 Phát hiện lỗi và sữa sai
4.3 Nén số liệu
4.4 Mật mã hoá số liệu
NỘI DUNG 
4.1 Mã hoá số liệu mức vật lý
4.2 Phát hiện lỗi và sữa sai
4.3 Nén số liệu
4.4 Mật mã hoá số liệu
CÁC LOẠI MÃ ĐƯỜNG DÂY (LINE 
CODES)
Unipolar
• Sử dụng các xung áp, gửi dọc theo dây dẫn
• Một mức điện áp cho bit 0 và 1 mức cho bit 1
– Thông thường bit 1 có mức điện áp 1 cực tính (âm 
hoặc dương), bit 0 có mức điện áp 0
• Mức trung bình một chiều khác 0 
• Khi tín hiệu phía thu không thay đổi, thì sẽ 
không xác định được thời điểm bắt đầu và kết 
thúc của 1 bit, dẫn đến sự đồng bộ bit kém
Unipolar
7Polar
• Sử dụng 2 mức điện áp âm và dương
• Thành phần trung bình 1 chiều giảm đáng kể
• Bao gồm:
– NRZ
– RZ
– Biphase
Polar NRZ
Nonreturn to zero (NRZ): mức điện áp luôn âm hoặc
dương
Nonreturn to zero – level (NRZ-L)
• 2 mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0
• Thông thường điện áp âm dùng cho bit 1, điện áp
dương dùng cho bit 0 (hoặc có thễ ngược lại)
Nonreturn to zero – Inverted (NRZ-I)
• Bit 1 sẽ tạo một sự thay đổi mức điện áp
• Bit 0 giữ nguyên mức điện áp
Polar NRZ
Ví dụ
Vẽ giản đồ xung cho chuỗi
[LSB]01111111[MSB] theo mã NRZ-L và NRZ-I
Return to zero (RZ):
Mã hoá 3 mức: dương, âm, và zero
Tín hiệu thay đổi trong mỗi khoảng bit
Bit 1: thay đổi từ dương xuống zero
Bit 0: thay đổi từ âm lên zero
Khả năng đồng bộ bit rất hiệu quả tuy nhiên đòi
hỏi một băng thông rộng
Return to zero (RZ)
Return to zero (RZ):
Ví dụ
Vẽ xung truyền chuỗi bit [LSB]1110010[MSB]
Biphase
 Mã hóa giải quyết vấn đề đồng bộ tốt nhất
 Tín hiệu thay đổi ở điểm giữa nhưng không
trở về zero như RZ
 Có 2 loại Biphase:
Manchester
Differential Manchester (Manchester vi 
sai)
Manchester
 Mã hóa chuyển mức tại điểm giữa
 Bit 1 tương ứng với biến đổi trạng thái từ
âm sang dương
 Bit 0 tương ứng với với biến đổi từ dương
sang âm
Manchester
Bit 1: - + Bit 0: + -
Manchester vi sai
 Cũng sử dụng phương pháp đảo mức
điểm giữa của bit để dùng cho việc
đồng bộ bit
 Phân biệt bit 0 /1 dựa trên việc tồn tại
hay không tồn tại chuyển đổi tại đầu
mỗi bit
Bit 0: chuyển đổi
Bit 1: giữ nguyên
Manchester vi sai
Ví dụ Manchester và manchester vi sai
Bipolar
 Sử dụng 3 mức điện áp: dương, âm, 
zero
 Bit 0 tương ứng với mức zero
 Bit 1 tương ứng với thay đổi xen kẻ
dương âm
 Ba loại thông dụng
AMI
B8ZS
HDB3
AMI
AMI = Alternative Mark Inversion
 Bit 0 ở mức zero
 Bit 1 ở mức âm/dương: các bit 1 gần
nhau nhận xen kẻ mức dương âm
 Đồng bộ bit tốt nếu chuỗi có nhiều bit 
1, ngược lại không đảm bảo nếu gặp
dãy bit 0 kéo dài
AMI
AMI = Alternative Mark Inversion
Ví dụ
Vẽ xung truyền chuỗi bit 
[LSB]0010.0001.0010.1000[MSB]
B8ZS
B8ZS = Bipolar 8-zero Substitution
 Giải quyết vấn đề đồng bộ trong trường hợp có xuất hiện
các chuỗi bit 0 kéo dài
 Tương tự AMI, có sự đổi cực tính mỗi khi gặp bit 1
 Mẫu 8 bit 0 liên tiếp được thay bằng mẫu 8 bit khác
 Tùy vào cực tính của bit nằm trước mẫu 8 bit 0 này mà
sinh ra mẫu bit thay thế:
 Nếu bit này có cực tính dương thì thay bằng dãy 0 0 0 + 
- 0 - +
 Nếu bit này có cực tính âm thì thay bằng dãy 0 0 0 - + 0 
+ -
B8ZS
B8ZS = Bipolar 8-zero Substitution
26
Ví dụ
• B8ZS
• Chuỗi bit truyền: 00.1000.0000.0001
HDB3
HDB3 = High Density Bipolar 3
 Mã hóa 4 bit 0 liên tiếp, dựa trên tổng số bit 1 kể
từ lần thay thế sau cùng và cực tính của bit nằm
liền trước
 Nếu tổng số bit 1 trước đó là lẻ thì bit 0 thứ 4 sẽ
chuyển thành bit vi phạm
 Nếu tổng số bit 1 trước đó là chẳn thì bit 0 thứ
nhất và thứ 4 sẽ chuyển thành bit vi phạm
HDB3
HDB3 = High Density Bipolar 3
29
Ví dụ
– HDB3
– Chuỗi bit truyền: 00.1000.0000.0001
Số bit 1 kể từ
lần thay thế
cuối cùng là 1 Số bit 1 kể từ
lần thay thế cuối
cùng là 0
NỘI DUNG 
4.1 Mã hoá số liệu mức vật lý
4.2 Phát hiện lỗi và sữa sai
4.3 Nén số liệu
4.4 Mật mã hoá số liệu
Các dạng lỗi
Có 2 loại lỗi
Lỗi 1 bit (Single-bit errors)
Chỉ 1 bit bị lỗi
Không ảnh hưởng đến các bit xung quanh
Thường xảy ra do nhiễu trắng
Lỗi chùm (Burst errors)
Một chuỗi liên tục B bit trong đó có bit đầu, bit
cuối và các bit bất kỳ nằm giữa chuỗi đều bị lỗi
Thường xảy ra do nhiễu xung
Ảnh hưởng càng lớn đối với tốc độ truyền cao
Phát hiện lỗi
Phát hiện lỗi
Parity check
Là phương pháp phát hiện lỗi đơn giản nhất
Gắn một bit parity vào khối dữ liệu sao cho tổng
số bit 1 của khối dữ liệu là một số chẵn hoặc lẻ
Có 2 kiểu kiểm tra parity
Parity chẵn
Parity lẻ
Đặc điểm: chỉ dò được lỗi sai một số lẻ bit, không
dò được lỗi sai một số chẵn bit, không sửa được
lỗi, ít dùng trong truyền dữ liệu đi xa, đặc biệt ở
tốc độ cao
Parity chẵn và lẻ
Parity check: bit kiểm tra được thêm vào sao
cho tổng số bit 1 của chuỗi bit là số chẵn
hoặc lẻ
Ví dụ
 Cho biết tín hiệu truyền là kí tự mã
ASCII với 1 bit kiểm tra chẳn thêm
vào dữ liệu. Cho biết dữ liệu nhận
được đúng hay sai, và nếu đúng thì
ký tự đã truyền là gì nếu chuỗi bit
nhận được là:
a) [LSB]10110010[MSB]
b) [LSB]11001011[MSB]
Kiểm tra tổng khối
(Block Sum Check)
Sử dụng khi truyền dữ liệu dưới dạng một
khối các ký tự, trong kiểu kiểm tra này, mỗi ký
tự truyền đi sẽ được phân phối 2 bit kiểm tra
là parity hàng và parity cột. Các bit parity theo
từng cột được gọi là ký tự kiểm tra khối BCC
(Block Check Character)
Phát hiện và sửa sai nếu lỗi bit đơn
Không phát hiện sai nếu các bit sai kiểu
chùm như: sai 4 bit, 2 bit cùng hàng và 2 bit
cùng cột
Các trường hợp còn lại thì phát hiện sai được
Kiểm tra tổng khối
(Block Sum Check)
Kiểm tra tổng khối
(Block Sum Check)
Cyclic Redundant Check
(CRC)
Nguyên lý
k bit message
Bên phát tạo ra chuỗi (n-k) bit FCS (Frame
Check Sequence) sao cho frame gửi đi
gồm n bit chia hết cho một số xác định
trước
Bên thu chia frame nhận được cho cùng
một số và nếu không có phần dư thì có
khả năng không có lỗi
Cyclic Redundant Check
(CRC)
Số học modulo 2
Cộng hai số nhị phân (không nhớ)
Exclusive OR (XOR)
Cyclic Redundant Check
(CRC)
Xác định
T = frame có n bit cần truyền
D = khối dữ liệu k bit (message) (k bit đầu
của T
F = (n-k) bit FSC (n-k) bit cuối của T
P = số chia được xác định trước gồm n-k
+1 bit
Giả sử
Cyclic Redundant Check
(CRC)
Xác định
Nếu lấy F = R thì
Chia T cho P ta có
Suy ra
Mà phép cộng modulo 2 của một số với
chính nó bằng 0
Vậy
Ví dụ
Cho khối dữ liệu D = 1010001101 (10 bit)
Số chia xác định trước P = 110101 (6 bit)
Tìm FCS = ? , T = ?
Giải:
Ta có k = 10
n – k + 1 = 6
Suy ra n = 6-1+10 = 15
Lấy 2n-k D chia cho P
2n-kD = 25 D = 101000110100000
Lấy kết quả trên chia cho P ta được thương
là 110001010 dư 01110
Ví dụ
Vậy suy ra F = 01110
Từ đó suy ra T = 101000110101110
Cyclic Redundant Check
(CRC)
 Số chia P
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
 Lỗi = nghịch đảo bit (i.e. xor của bit đó với 1)
 T: frame được truyền
 Tr: frame nhận được
 E: error pattern với 1 tại những vị trí lỗi xảy ra
Nếu có lỗi xảy ra (E ≠0) thì bộ thu không phát hiện
ra lỗi đó khi và chỉ khi Tr chia hết cho P, nghĩa là E
chia hết cho khó có khả năng xảy ra
Cyclic Redundant Check
(CRC)
Cách khác để xác định FCS là dùng đa thức
D = 110011 → D(x) = X5 + X4 + X + 1
P = 11001 → P(x) = X4 + X3 + 1
Ví dụ
Dữ liệu cần truyền 1010001101 (k = 10) → Đa
thức biểu diễn X9 + X7 + X3 + X2 + 1
Cho đa thức sinh: P(x) = X5 + X4 + X2 + 1 (n –
k + 1 = 6 hay n – k = 5 hay n = 15)
Dữ liệu D dịch trái 5 bit. Xn-k D(x) = X5 D(x) =
X14 + X12 + X8 + X7 + X5
Ví dụ
Thực hiện phép chia
Ví dụ
Vậy F = 01110
Dữ liệu được truyền là T= 101110100001110
Cyclic Redundant Check
(CRC)
Cyclic Redundant Check
(CRC)
 Các lỗi được phát hiện
–Tất cả các lỗi bit đơn
–Tất cả các lỗi kép nếu P(x) có ít nhất 3 toán
hạng
– Một số lẻ lỗi bất kỳ nếu P(x) chứa 1 thừa số
(x+1)
– Bất kỳ lỗi chùm nào mà chiều dài của chùm
nhỏ hơn hoặc bằng chiều dài FCS (n=k)
–Hầu hết các lỗi chùm lớn hơn
CRC là một trong những phương pháp
thông dụng và hiệu quả nhất để phát hiện lỗi
Sửa lỗi
Cách sửa lỗi thông thường là yêu cầu
truyền lại khối dữ liệu bị lỗi
Không thích hợp cho các ứng dụng trao
đổi dữ liệu không dây
– Xác suất lỗi cao, dẫn đến việc phải truyền lại nhiều
– Thời gian trễ truyền lớn hơn nhiều thời gian truyền 1
khối dữ liệu
– Cơ chế truyền lại là truyền lại khối dữ liệu bị lỗi và nhiều
khối dữ liệu khác tiếp theo
Cần thiết sửa lỗi dựa vào các dữ liệu
nhận được
NỘI DUNG 
4.1 Mã hoá số liệu mức vật lý
4.2 Phát hiện lỗi và sữa sai
4.3 Nén số liệu
4.4 Mật mã hoá số liệu
Mã hoá Huffman
Dựa vào tần suất xuất hiện của các ký tự
trong một khung truyền
Mã hoá số bit nhỏ hơn cho các ký tự có
tần suất xuất hiện nhiều và mã hoá với số
bit nhiều hơn cho các ký tự có tần số xuất
hiện ít
Trước tiên xác định tần suất xuất hiện của
từng ký tự
Dùng cây Huffman (cây nhị phân với các
nhánh được gán các giá trị 0 1)
Mã hóa Huffman
 Xét ví dụ: Cho nguồn tạo một thông điệp gồm
các ký tự AAAABBCD biết rằng tốc độ ký hiệu
bằng 2000 symbols trong 1 giây
a. Cho biết các từ mã A, B, C, D trường hợp mã
hóa đồng đều
b. Lặp lại câu a với mã Huffman
Mã hóa Huffman
 Giải:
a. Nếu mã hóa đồng đều thì ta có 4 ký hiệu
nên dùng 2 bit để mã hóa. Cụ thể có thể
chọn như sau:
A: 00
B: 01
C: 10
D: 11
Mã hóa Huffman
 Giải:
b. Số lần xuất hiện của A là 4, của B là 2, của C và D đều là
1
Sắp xếp các ký hiệu theo tần suất xuất hiện giảm dần và áp
dụng gán các nhánh nhị phân như sau
A(4)
B(2)
C(1)
D(1)
1
0
8
4
0
1
0
1 2
Mã hóa Huffman
 Giải:
b. Lập cây nhị phân
Khi mã hóa các ký hiệu thí gán các bit nhị phân từ rễ tới
lá, ta có
A= 1; B= 01; C=001; D=000
1
A
B
4
0
8
0 1
2
0 1
D C
5911/10/2016
Mã hoá Huffman 
.01U7
.06U6
.07U5
.1U4
.19U3
.23U2
.34U1
piUi
0
1
.07
0
1
.14
0
1
.24
0
1
.42
0
1
.58
0
1
1.0
01011U7
01010U6
0100U5
011U4
11U3
10U2
00U1
CodewordsUi