python 實現 BCH 糾錯碼的方法

BCH碼是一類重要的糾錯碼，它把信源待發的信息序列按固定的κ位一組劃分成消息組，再將每一消息組獨立變換成長為n(n>κ)的二進制數字組，稱為碼字。如果消息組的數目為M(顯然M>=2),由此所獲得的M個碼字的全體便稱為碼長為n、信息數目為M的分組碼，記為n，M。把消息組變換成碼字的過程稱為編碼，其逆過程稱為譯碼。

• 我這里考慮輸入是 torch.Tensor的一個 只包含0 ，1 元素的張量
• 對于輸入是numpy或者0，1字符串的方法就更簡單了，總之都先要將輸入處理成為 0，1字符串，例如“1010”
• 首先構造一個輸入：

import randoma = [1 for i in range(16)] b = [0 for i in range(16)] a.extend(b) random.shuffle(a) a = np.array(a) a = torch.Tensor(a)

• 將 a 處理成為 0，1字符串：

a = str(a.numpy().tolist())[1:-1].replace('.0','').replace(',','').replace(' ','')

• 構造添加BCH碼的方法

• 注意，這里我們使用的bch 生成多項式是bin(137),對于多項式，我們可以在這里查找對應的多項式
  

• 比如bch(255,155)，即碼字255bits，有效載荷155bits(就是你的有效信息)，bch code長度為255+1-155=101

• 但是對于bchlib是以字節為單位作為為輸入的（長度為8的倍數）

• 則bch code的長度為top(101/8)*8 = 104

import bchlibBCH_POLYNOMIAL = 137 BCH_BITS = 5def add_bch(wm):'''對于 str類型：a='1010' 或者 a='0b1010'bytearray(a, encoding='utf-8')= bytearray(b'0b1010')對于16進制表示的二進制 ecc''.join(format(x, '08b') for x in ecc)=str(1010)='1010''''full_wm_bytes = bytes(int(wm[i : i + 8], 2) for i in range(0, len(full_wm), 8)) #將bin轉化為bytesa = bytearray(full_wm_bytes)print(f"{len(a)}:{a}")bch = bchlib.BCH(BCH_POLYNOMIAL, BCH_BITS)ecc = bch.encode(a)print(f"{len(ecc)}:{ecc}")ecc = ''.join(format(x, '08b') for x in ecc) #使用format函數，將bytearray中存儲的十進制數轉換為二進制print(f"{len(ecc)}:{ecc}")return torch.Tensor([int(i) for i in full_wm+ecc])

• 構造BCH糾錯的方法

# do error correct def do_ec(wm):#56位BCH校驗full_wm = str(wm.numpy().tolist())[1:-1].replace('.0','').replace(',','').replace(' ','')bch = bchlib.BCH(BCH_POLYNOMIAL, BCH_BITS)full_wm = bytes(int(full_wm[i : i + 8], 2) for i in range(0, len(full_wm), 8)) #將bin轉化為bytesfull_wm= bytearray(full_wm)wm = full_wm[:-bch.ecc_bytes]#wm = bytearray(wm, encoding='utf-8')ecc = full_wm[-bch.ecc_bytes:]#ecc = bytes(int(ecc[i : i + 8], 2) for i in range(0, len(ecc), 8))bitflips = bch.decode_inplace(wm, ecc)if bitflips != -1:try:code = wm.decode("utf-8")print(code)except:passprint('Failed to decode')wm = ''.join(format(x, '08b') for x in wm)return torch.Tensor([int(i) for i in wm])

• 測試 BCH 生成
• 加入擾動和糾錯

BCH_POLYNOMIAL = 137 BCH_BITS = 5bched = new_add_bch(a) print(f"{len(bched)}:{bched}")bched[12:20] = 0. # add noise wm = do_ec(bched) print(f"{len(wm)}:{wm.detach.numpy()}")

• 輸出

32:01010000011001011011100110101011 32:bytearray(b'01010000011001011011100110101011') 5:bytearray(b'\xd7\x07\xe7|\x00') 40:1101011100000111111001110111110000000000 72:tensor([0., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 0., 0., 1., 0., 1., 1., 0.,1., 1., 1., 0., 0., 1., 1., 0., 1., 0., 1., 0., 1., 1., 1., 1., 0., 1.,0., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 1.,1., 1., 0., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.]) 32:01010000011000000000100110101011

• 可以看到第一行和最后一行，分別對應著原始二進制串和添加擾動之后糾錯的二進制串

總結

以上是生活随笔為你收集整理的python 实现 BCH 纠错码的方法的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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