改进曼彻斯特对光信号编码

文章铺垫

我为什么要编码

• 开发的产品有一个功能，需要用模拟信号对数字信息进行编码处理，编码完成后，通过模拟量传递到另一个设备，然后另一个设备该信号进行解码 。这里面就有两步转换和两步逆转换：
• 发射端：将数字信息转化数字二进制编码信号，将数字编码信号转化为模拟信号。
• 接收端：模拟信号转化为数字编码信号，将数字编码信号解码为数字信息。
• 对数字信号编码模拟信号是如何转化为数字信号的问题，在此文章中不提及。

正文

常用的编码方式

• 本来是不需要介绍这一小节，不过笔者在网上查找该编码的详细介绍时，感觉讲的都不是很清楚，要么就是不够简练，废话一堆，要么就是太简练，到了看不懂的程度，笔者有时候都在怀疑作者自己有没有搞明白。

• 两种编码的统一之处：频率稳定的时钟源（下图时序图中的虚线）
• 参考图
  各种曼彻斯特编码
  图片来自网络，点击可查看来源
• 曼彻斯特编码

1. 文字叙述：时钟源之间如果是上升沿，则表示0，下降沿则表示1。当然，你也可以反过来。
2. 规律：看两个虚线之间，如果是下降，对应的数字信号栏就是1，反之为0。

曼彻斯特编码
图片来自网络，点击可看来源

• 差分曼彻斯特编码

1. 时钟源开始信号为标准，如果在虚线处保持电平，则表示为1，如果在虚线处发生了翻转，则表示为0。
2. 规律：数字信号栏，第一个数字为1，左侧虚线对应的差分编码电平没有反转，第二个数字是0，左侧虚线信号发生了反转，如此进行。

差分曼彻斯特编码，紫色圈部分
图片来自上上图统一网络，笔者做了些粗暴的编辑

使用差分曼彻斯特编码的好处

• 在无法提供准确，且稳定的系统时钟的情况下，采用该编码，只需要区分1倍时钟长度和2倍时钟长度。
• 延续上一项，设备的发射端和接收端不再需要协商一个标准的传输速率（比如通信里面常用的波特率），发射端只需要在数据的开头，随意发射一段相对固定频率的信号，作为1倍时钟长度，接收端则可以计算出2倍时钟长度

算法优化

• 上文说道，曼彻斯特编码只需要1倍时钟长度和2倍时钟长度的区分，就可以对数据进行编码，这种说法是有前提的，不知道细心的读者发现了没有。差分曼彻斯特编码，没有反转的情况用0表示，有反转的情况用1表示。那么如果出现连续多个0的情况，电平可能一直不会发生反转，这时候还需要区分3倍时钟长度，4倍，甚至更多......
• 于是还是要引出IBM公司于1983年发明的8B/10B方式。应用该方法，大大弥补了连续多个0出现的情况，数据的传输速率和准确性都有了比较大的提高。
• 8B/10B编码枚举量太，下图给出4B/5B的编码，感受一下即可：

4B/5B编码

图片来自百度百科

附上C语言代码

• 编码
  说明：该编码的代码是项目里面的源代码片段，有一些别的算法影子夹杂在里面，主要是有8B/10B的编码算法和容差处理，强烈建议看看就行了，不要copy。

/*曼彻斯特差分编码
输入：  str0：原始二进制数据
no_flip_len:无翻转的数据长度
输出： str1：二进制流数据
    bit_len:二进制数据长度
*/
void Dif_Manchester1(u8* str0, u8* str1,u16 no_flip_len,u8* bit_len)
{
    u16 avg=0;
    u16 count=1;
    u16 count_0=0;
    u16 j=0;
    avg = averge_range(str0);
    while(count<no_flip_len)
    {
        if(!(*str0^*(++str0)))
        {
            count++;
        }else
        {
            if((count%avg)>(avg*2/3))//此处做了容差处理
            {
                count_0 = (count / avg)+1;
            }else
            {
                count_0 = (count / avg);
            }
            if(count_0 >= 2)//此处做了8B/10B编码处理
            {
                str1[j] = 0;
                j += 1;
            }
            str1[j] = 1;
            j += 1;
            count = 1;
        }
    }
    *bit_len = j - 1;
} 

• 解码就不写了，理解了算法，代码只是体力活

CrekerLi，2017年9月2日修改以前的笔记。