C++：移位寄存器、SNRZI 编码器/解码器

Question

编辑：已解决，感谢 Dialecticus，正确的代码在第二个“框架”（？）中。

我必须编写一个程序来编码和解码来自/到文件的大比特流。编码是加扰不归零反转，用于串行视频数据传输。首先，我必须在一些简短而简单的比特流上尝试我的算法的功能，例如一个前导码 3FF 000 000（10 位字），在写入二进制时表示 10 个 1 和 20 个 0。

这是扰频器图： http://i.stack.imgur.com/ef3XP.gif

我写了一个测试控制台程序，就像在图纸上应该编码这个前导码然后解码答案以获得起始前导码比特流。这不起作用，即解码器不返回前导码。这是它（我希望它是可读的）：

类似Dysaster的代码提示：

#include "stdafx.h"
#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
// Encoder -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
cout<< endl <<" Encoder "<< endl;

// create an input vector and initialize it with 3FF 000 000
bool bInput[] = { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 };
vector< bool > vbInput( bInput, bInput + sizeof( bInput ) / sizeof( bool ) );

// create the shift register
bool bShiftReg[10] = { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1 };

// create an output vector 
vector< bool > vbOutput(40);

// iterator for the input
vector<bool>::iterator itInput = vbInput.begin();
cout<<"\n Input: ";
for( itInput = vbInput.begin(); itInput < vbInput.end(); itInput++)
    cout << " " << *itInput;

cout<<endl<<endl;

// iterator for the output
vector<bool>::iterator itOutput = vbOutput.begin();

for( itInput = vbInput.begin(); itInput < vbInput.end(); itInput++)
{
    // handle first and last values separately
    bShiftReg[ 9 ] = bShiftReg[ 9 ] ^ bShiftReg[ 8 ];
    bShiftReg[ 0 ] = *itInput ^ ( bShiftReg[ 4 ] ^ bShiftReg[ 8 ] );

    bool bTempReg[2];
    bTempReg[0] = bShiftReg[0];
    bTempReg[1] = bShiftReg[9];

    // shift operation
    for( unsigned char ucIndex = 8; ucIndex > 0; ucIndex-- )
    {
        bShiftReg[ ucIndex ] = bShiftReg[ ucIndex - 1 ];
    }

    bShiftReg[0] = bTempReg[0];
    bShiftReg[9] = bTempReg[1];

    // write to output
    //*itOutput = static_cast< int > ( bShiftReg[ 9 ] );
    *itOutput = bShiftReg[ 9 ];

    cout<<"\n Schift Reg: ";
    for( int i=0;i<10;i++)
    { cout << " " << bShiftReg[i]; }

    cout<<" Output: " << *itOutput;

    itOutput++;
}
cout<<"\n Output: ";
for( itOutput = vbOutput.begin(); itOutput < vbOutput.end(); itOutput++)
    cout << " " << *itOutput;

cout<<endl<<endl;

// Decoder -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

cout<< endl <<" Decoder "<< endl;

// load the old ouput to the new input but use only bits 10:40
itOutput = vbOutput.begin() + 10;
for( itInput = vbInput.begin(); itInput < vbInput.end() - 10; itInput++)
{
    *itInput = *itOutput;
    itOutput++;

}

cout<<"\n Input: ";
for( itInput = vbInput.begin(); itInput < vbInput.end(); itInput++)
    cout << " " << *itInput;

// reset the shift reg
for(int i = 0;i<10;i++) bShiftReg[i] = 1;

// set output iterator to the begin of the vector
itOutput = vbOutput.begin();

for( itInput = vbInput.begin(); itInput < vbInput.end(); itInput++)
{
    // shift operation
    for( unsigned char ucIndex = 9; ucIndex > 1; ucIndex-- )
    {
        bShiftReg[ ucIndex ] = bShiftReg[ ucIndex - 1 ];
    }

    // write to output
    *itOutput = ( ( *itInput ^ bShiftReg[0] ) ^ bShiftReg[5] ) ^ bShiftReg[9];

    // write the first and second values
    bShiftReg[ 1 ] = bShiftReg[ 0 ] ^ *itInput;
    bShiftReg[ 0 ] = *itInput;

    cout<<"\n Schift Reg: ";
    for( int i=0;i<10;i++)
    { cout << " " << bShiftReg[i]; }

    cout<<" Output: " << *itOutput;

    itOutput++;
}
cout<<"\n Output: ";
for( itOutput = vbOutput.begin(); itOutput < vbOutput.end(); itOutput++)
    cout << " " << *itOutput;

cout<<endl<<endl;


return 0;
}

控制台输出：

编码器

输入：1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

输出：0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1

解码器

输入：0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

输出：1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0

-------------------结束控制台输出

像 Dialecticus 这样的代码建议：

#include "stdafx.h"

#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
// Encoder -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
cout<< endl <<" Encoder "<< endl;

// create an input vector
bool bInput[] = { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 };
//bool bInput[] = { 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0 };
vector< bool > vbInput( bInput, bInput + sizeof( bInput ) / sizeof( bool ) );

// create the shift register
//bool bShiftReg[10] = { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 };
bool bShiftReg[10] = { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1 };

// create an output vector 
vector< bool > vbOutput(40);

// iterator for the input
vector<bool>::iterator itInput = vbInput.begin();
cout<<"\n Input: ";
for( itInput = vbInput.begin(); itInput < vbInput.end(); itInput++)
    cout << " " << *itInput;

cout<<endl<<endl;

// iterator for the output
vector<bool>::iterator itOutput = vbOutput.begin();

for( itInput = vbInput.begin(); itInput < vbInput.end(); itInput++)
{
    // calculate values of every flipflop and the output and save them in a temp array
    bool bTempReg[10];
    bTempReg[0] = *itInput ^ ( bShiftReg[ 4 ] ^ bShiftReg[ 8 ] );
    bTempReg[1] = bShiftReg[0];
    bTempReg[2] = bShiftReg[1];
    bTempReg[3] = bShiftReg[2];
    bTempReg[4] = bShiftReg[3];
    bTempReg[5] = bShiftReg[4];
    bTempReg[6] = bShiftReg[5];
    bTempReg[7] = bShiftReg[6];
    bTempReg[8] = bShiftReg[7];
    bTempReg[9] = bShiftReg[8] ^ bShiftReg[9];
    *itOutput = bShiftReg[ 9 ];

    // assign values of the temp array to the flipflops
    for( unsigned char ucIndex = 0; ucIndex < 10; ucIndex++ )
    {
        bShiftReg[ ucIndex ] = bTempReg[ ucIndex ];
    }

    /*cout<<"\n Schift Reg: ";
    for( int i=0;i<10;i++)
    { cout << " " << bShiftReg[i]; }

    cout<<" Output: " << *itOutput;*/

    itOutput++;
}
cout<<"\n Output: ";
for( itOutput = vbOutput.begin(); itOutput < vbOutput.end(); itOutput++)
    cout << " " << *itOutput;

cout<<endl<<endl;

// Decoder -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

cout<< endl <<" Decoder "<< endl;

// load the old ouput to the new input 
vbInput = vbOutput;

cout<<"\n Input: ";
for( itInput = vbInput.begin(); itInput < vbInput.end(); itInput++)
    cout << " " << *itInput;

// reset the shift reg
for(int i = 0;i<10;i++) bShiftReg[i] = 1;

// set output iterator to the begin of the vector
itOutput = vbOutput.begin();

for( itInput = vbInput.begin(); itInput < vbInput.end(); itInput++)
{
    // calculate values of every flipflop and the output and save them in a temp array
    bool bTempReg[10];
    bTempReg[0] = *itInput;
    bTempReg[1] = bShiftReg[ 0 ] ^ *itInput;
    bTempReg[2] = bShiftReg[1];
    bTempReg[3] = bShiftReg[2];
    bTempReg[4] = bShiftReg[3];
    bTempReg[5] = bShiftReg[4];
    bTempReg[6] = bShiftReg[5];
    bTempReg[7] = bShiftReg[6];
    bTempReg[8] = bShiftReg[7];
    bTempReg[9] = bShiftReg[8];
    *itOutput = ( ( *itInput ^ bShiftReg[0] ) ^ bShiftReg[5] ) ^ bShiftReg[9];

    // assign values of the temp array to the flipflops
    for( unsigned char ucIndex = 0; ucIndex < 10; ucIndex++ )
    {
        bShiftReg[ ucIndex ] = bTempReg[ ucIndex ];
    }

    /*cout<<"\n Schift Reg: ";
    for( int i=0;i<10;i++)
    { cout << " " << bShiftReg[i]; }
    cout<<" Output: " << *itOutput;*/

    itOutput++;
}
cout<<"\n Output: ";
for( itOutput = vbOutput.begin(); itOutput < vbOutput.end(); itOutput++)
    cout << " " << *itOutput;

cout<<endl<<endl;


return 0;
}

控制台输出：

编码器

输入：1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

输出：1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1

解码器

输入：1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 输出：0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

我不确定转移和写入输出的顺序，但无论哪种方式都不起作用。非常感谢您的帮助，谢谢！

编辑：新版本的代码和控制台输出。现在解扰器的输出看起来与扰频器的输入相似，但它是旋转的，有 8 个而不是 10 个。如果我使输出向量更长，例如到 40 位。

Answer 1

我还没有阅读代码的解码部分，但是在编码中，有一个大问题：您在执行移位之后 计算位 0 和 9，这是不正确的。您需要在移动主寄存器之前计算它们，将它们保存在临时变量中（实际上写 #9 是安全的，但不是 #0），移动 LFSR，将计算的位放回。

您现在所做的实际上是使用位 3 和 7 作为分接点，并将位 #9 计算为 bit#7 XOR bit#9 而不是指定的算法。

我预计解码端会出现类似错误，但没有检查。

Answer 2

好的，我发现了一个可能的错误。解码时，您在移位所有寄存器后计算输出，但在编码时，您在移位之前计算输出。是哪一个？不，我错了，第二次尝试：

编辑：想象一下输出只是另一个寄存器。我认为您需要计算输出值作为每个循环中的第一个操作。之后，计算所有寄存器的值。之后将这些值分配给寄存器。在计算所有值之前不要分配值。

底线：首先计算所有值，然后才分配所有值。在一般情况下，这意味着使用临时变量。只有在没有循环的情况下，您才能避免使用 temps。

解决方案：引入另一组寄存器（bTempReg），有 11 行代码，您为每个 bTempReg[0..9] 和输出分配一个值，然后在 mini-loop[0..9]将 bTempReg 的值赋回 bShiftReg。