格雷碼與二進制碼的互轉

格雷碼(Gray code),又叫循環二進制碼反射二進制碼

       在數字系統中只能識別0和1,各種數據要轉換爲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。格雷碼屬於可靠 性編碼,是一種錯誤最小化的編碼方式,因爲,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峯電流脈衝。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循環碼。下表爲幾種自然二進制碼與格雷碼的對照表:

         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-Emlle Baudot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,這裏討論的是最常用的一種。    

        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),作爲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,作爲該位解碼後的值(最左邊一位依然不變).

      數學(計算機)描述及C語言實現:
      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.

(1)編碼:c[i]=p[i] XOR p[i+1](i∈N,0≤i≤n-1),c[n]=p[n];
   
具體代碼如下:
-------------------------
u16 bin2gray(u16 bin)
{
   
u16 mask=0x0002;

    while(mask!=0x8000){
        bin ^= (bin&mask)>>1;
        mask<<=1;
    }
    return bin;
}
-------------------------
     
(2)解碼:p[n]=c[n],p[i]=c[i] XOR p[i+1](i∈N,0≤i≤n-1).

具體代碼如下:
--------------------------
u16 gray2bin(u16 gray)
{
    u16 mask=0x8000;

    while(mask!=0x0001){
        gray ^= (gray&mask)>>1;
        mask>>=1;
    }
    return gray;
}
---------------------------

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