資料介紹
CRC的全稱為Cyclic Redundancy Check,中文名稱為循環冗余校驗。它是一類重要的線性分組碼,編碼和解碼方法簡單,檢錯和糾錯能力強,在通信領域廣泛地用于實現差錯控制。實際上,除 數據通信外,CRC在其它很多領域也是大有用武之地的。例如我們讀軟盤上的文件,以及解壓一個ZIP文件時,偶爾會碰到“Bad CRC”錯誤,由此它在數據存儲方面的應用可略見一斑。
差錯控制理論是在代數理論基礎上建立起來的。這里我們著眼于介紹CRC的算法與實現,對原理只能捎帶說明一下。若需要進一步了解線性碼、分組碼、循環碼、糾錯編碼等方面的原理,可以閱讀有關資料。
利用CRC進行檢錯的過程可簡單描述為:在發送端根據要傳送的k位二進制碼序列,以一定的規則產生一個校驗用的r位監督 碼(CRC碼),附在原始信息后邊,構成一個新的二進制碼序列數共k+r位,然后發送出去。在接收端,根據信息碼和CRC碼之間所遵循的規則進行檢驗,以 確定傳送中是否出錯。這個規則,在差錯控制理論中稱為“生成多項式”。
1 代數學的一般性算法
在代數編碼理論中,將一個碼組表示為一個多項式,碼組中各碼元當作多項式的系數。例如 1100101 表示為
1·x6+1·x5+0·x4+0·x3+1·x2+0·x+1,即 x6+x5+x2+1。
設編碼前的原始信息多項式為P(x),P(x)的最高冪次加1等于k;生成多項式為G(x),G(x)的最高冪次等于r;CRC多項式為R(x);編碼后的帶CRC的信息多項式為T(x)。
發送方編碼方法:將P(x)乘以xr(即對應的二進制碼序列左移r位),再除以G(x),所得余式即為R(x)。用公式表示為
T(x)=xrP(x)+R(x)
接收方解碼方法:將T(x)除以G(x),如果余數為0,則說明傳輸中無錯誤發生,否則說明傳輸有誤。
舉例來說,設信息碼為1100,生成多項式為1011,即P(x)=x3+x2,G(x)=x3+x+1,計算CRC的過程為
xrP(x) x3(x3+x2) x6+x5 x
-------- = ---------- = -------- = (x3+x2+x) + --------
G(x) x3+x+1 x3+x+1 x3+x+1
即 R(x)=x。注意到G(x)最高冪次r=3,得出CRC為010。
如果用豎式除法,計算過程為
1110
-------
1011 /1100000 (1100左移3位)
1011
----
1110
1011
-----
1010
1011
-----
0010
0000
----
010
因此,T(x)=(x6+x5)+(x)=x6+x5+x, 即 1100000+010=1100010
如果傳輸無誤,
T(x) x6+x5+x
------ = --------- = x3+x2+x,
G(x) x3+x+1
無余式。回頭看一下上面的豎式除法,如果被除數是1100010,顯然在商第三個1時,就能除盡。
上述推算過程,有助于我們理解CRC的概念。但直接編程來實現上面的算法,不僅繁瑣,效率也不高。實際上在工程中不會直接這樣去計算和驗證CRC。
下表中列出了一些見于標準的CRC資料:
名稱生成多項式簡記式*應用舉例
CRC-4x4+x+1ITU G.704
CRC-12x12+x11+x3+x+1
CRC-16x16+x12+x2+11005IBM SDLC
CRC-ITU**x16+x12+x5+11021ISO HDLC, ITU X.25, V.34/V.41/V.42, PPP-FCS
CRC-32x32+x26+x23+.。.+x2+x+104C11DB7ZIP, RAR, IEEE 802 LAN/FDDI, IEEE 1394, PPP-FCS
CRC-32cx32+x28+x27+.。.+x8+x6+11EDC6F41SCTP
* 生成多項式的最高冪次項系數是固定的1,故在簡記式中,將最高的1統一去掉了,
如04C11DB7實際上是104C11DB7。
** 前稱CRC-CCITT。ITU的前身是CCITT。
2.CRC算法的實現
---------------
要用程序實現CRC算法,考慮對第2節的長除法做一下變換,依然是M = 11100110,G = 1011,
其系數r為3。
11001100
------------------------
1011 )11100110000
1011.。..。..
----。..。..。
1010.。..。.
1011.。..。.
----。..。..
1110.。.
1011.。.
------。..
1010.。
1011.。
-------
100 《---校驗碼
?
差錯控制理論是在代數理論基礎上建立起來的。這里我們著眼于介紹CRC的算法與實現,對原理只能捎帶說明一下。若需要進一步了解線性碼、分組碼、循環碼、糾錯編碼等方面的原理,可以閱讀有關資料。
利用CRC進行檢錯的過程可簡單描述為:在發送端根據要傳送的k位二進制碼序列,以一定的規則產生一個校驗用的r位監督 碼(CRC碼),附在原始信息后邊,構成一個新的二進制碼序列數共k+r位,然后發送出去。在接收端,根據信息碼和CRC碼之間所遵循的規則進行檢驗,以 確定傳送中是否出錯。這個規則,在差錯控制理論中稱為“生成多項式”。
1 代數學的一般性算法
在代數編碼理論中,將一個碼組表示為一個多項式,碼組中各碼元當作多項式的系數。例如 1100101 表示為
1·x6+1·x5+0·x4+0·x3+1·x2+0·x+1,即 x6+x5+x2+1。
設編碼前的原始信息多項式為P(x),P(x)的最高冪次加1等于k;生成多項式為G(x),G(x)的最高冪次等于r;CRC多項式為R(x);編碼后的帶CRC的信息多項式為T(x)。
發送方編碼方法:將P(x)乘以xr(即對應的二進制碼序列左移r位),再除以G(x),所得余式即為R(x)。用公式表示為
T(x)=xrP(x)+R(x)
接收方解碼方法:將T(x)除以G(x),如果余數為0,則說明傳輸中無錯誤發生,否則說明傳輸有誤。
舉例來說,設信息碼為1100,生成多項式為1011,即P(x)=x3+x2,G(x)=x3+x+1,計算CRC的過程為
xrP(x) x3(x3+x2) x6+x5 x
-------- = ---------- = -------- = (x3+x2+x) + --------
G(x) x3+x+1 x3+x+1 x3+x+1
即 R(x)=x。注意到G(x)最高冪次r=3,得出CRC為010。
如果用豎式除法,計算過程為
1110
-------
1011 /1100000 (1100左移3位)
1011
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1110
1011
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1010
1011
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0010
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010
因此,T(x)=(x6+x5)+(x)=x6+x5+x, 即 1100000+010=1100010
如果傳輸無誤,
T(x) x6+x5+x
------ = --------- = x3+x2+x,
G(x) x3+x+1
無余式。回頭看一下上面的豎式除法,如果被除數是1100010,顯然在商第三個1時,就能除盡。
上述推算過程,有助于我們理解CRC的概念。但直接編程來實現上面的算法,不僅繁瑣,效率也不高。實際上在工程中不會直接這樣去計算和驗證CRC。
下表中列出了一些見于標準的CRC資料:
名稱生成多項式簡記式*應用舉例
CRC-4x4+x+1ITU G.704
CRC-12x12+x11+x3+x+1
CRC-16x16+x12+x2+11005IBM SDLC
CRC-ITU**x16+x12+x5+11021ISO HDLC, ITU X.25, V.34/V.41/V.42, PPP-FCS
CRC-32x32+x26+x23+.。.+x2+x+104C11DB7ZIP, RAR, IEEE 802 LAN/FDDI, IEEE 1394, PPP-FCS
CRC-32cx32+x28+x27+.。.+x8+x6+11EDC6F41SCTP
* 生成多項式的最高冪次項系數是固定的1,故在簡記式中,將最高的1統一去掉了,
如04C11DB7實際上是104C11DB7。
** 前稱CRC-CCITT。ITU的前身是CCITT。
2.CRC算法的實現
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要用程序實現CRC算法,考慮對第2節的長除法做一下變換,依然是M = 11100110,G = 1011,
其系數r為3。
11001100
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100 《---校驗碼
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