IT初心者でも分かる誤り制御方式のハミング符号の丁寧な解説

IT基礎知識
2023.04.30

はじめに

ITの世界では、データ伝送は正確性と信頼性が求められる重要なプロセスです。しかし、データ伝送中に誤りが発生することがあり、データの損失や破損につながることがあります。誤り制御技術は、データ伝送中に誤りを防止するために使用されます。そのような技術の一つが、誤り検出と訂正に使用されるハミング符号です。

誤り制御技術

誤り制御技術は、データ伝送中に誤りを防止するために使用されます。誤り制御技術には、誤り検出と誤り訂正の2つの種類があります。誤り検出技術は、データ伝送中の誤りを検出するために使用され、誤り訂正技術は、データ伝送中の誤りを訂正するために使用されます。

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2023.04.30

ハミング符号

ハミング符号は、誤り検出と訂正に使用される誤り制御符号の一種です。1950年代にRichard Hammingによって開発されました。ハミング符号は、伝送されるデータに余分なビットを追加することで、誤りを検出および訂正することができます。ハミング符号は、1つの誤りを訂正できる単一誤り訂正符号です。

ハミング符号の実装

ハミング符号の実装には、伝送されるデータに余分なビットを追加する必要があります。追加する余分なビットの数は、伝送されるデータビットの数によって異なります。ハミング符号は、ソフトウェアまたはハードウェアを使用して実装することができます。ハミング符号を実装するためのツールには、プログラミング言語や統合開発環境（IDE）などがあります。

ハミング符号の例

ハミング符号は、衛星通信、デジタルテレビ、コンピュータメモリなど、いくつかの実世界のアプリケーションで使用されています。衛星通信では、ハミング符号は衛星から地上局に伝送されるデータの正確性を確保するために使用されます。デジタルテレビでは、ハミング符号は伝送されるビデオおよびオーディオデータの正確性を確保するために使用されます。コンピュータメモリでは、ハミング符号はメモリ内の誤りを検出および訂正するために使用されます。

まとめ

ハミング符号は、データ伝送における誤り制御に重要な役割を果たす技術です。誤り制御とハミング符号の基本を理解することで、IT初心者でもデータの正確性と信頼性を確保する方法を学ぶことができます。適切なツールとベストプラクティスを使用することで、ハミング符号をITシステムに効果的に実装し、ビジネスや消費者に利益をもたらすことができます。

FAQs

ハミング符号とは何ですか？

ハミング符号は、誤り検出と訂正に使用される誤り制御符号の一種です。

ハミング符号はどのように機能しますか？

ハミング符号は、伝送されるデータに余分なビットを追加することで、誤りを検出および訂正することができます。

ハミング符号の利点は何ですか？

ハミング符号は、1つの誤りを訂正できる単一誤り訂正符号です。

ハミング符号の制限は何ですか？

ハミング符号は、1つの誤りを訂正できる単一誤り訂正符号です。

ハミング符号はどのように実装されますか？

ハミング符号は、ソフトウェアまたはハードウェアを使用して実装することができます。ハミング符号を実装するためのツールには、プログラミング言語や統合開発環境（IDE）などがあります。

例題（誤り制御方式）

問題

メモリの誤り制御方式で，2ビットの誤り検出機能と，1ビットの誤り訂正機能をもたせるのに用いられるものはどれか．

選択肢

ア:奇数パリティ イ:水平パリティ ウ:チェックサム エ:ハミング符号

平成30年度秋期午前I問5

問題文の解説

誤り制御

誤り制御とは，コンピュータ間通信の途中で失われた情報や壊れた情報を検知し，適切な状態に修正することを指します．コンピュータ間通信では必ずエラーが発生するため，誤り制御が必須となります．

誤り検出

誤り検出は伝送誤りの検出を行うことです．送信側は誤り検出のための情報を付加して送信し，受信側は誤り検出のための情報を使って，受信したデータをチェックします．

誤り訂正

誤り訂正は伝送誤りの訂正を行うことです．送信側は誤り訂正のための情報を付加して送信し，受信側は誤り訂正のための情報を使って誤りを検出，必要があれば正しいデータを復元します．

選択肢の解説

ア:奇数パリティ

パリティを含めたデータ全体で常に「1」の数が奇数になるようにパリティビットを決定することからこのように呼ばれる．

これによりデータ送信中に改竄された場合，受け取り手がパリティチェックを行うことでデータの改竄の有無を確認できる．

odd

ただし2ビット誤りがあった場合には1の数が偶数になってしまうため検出できません． また，どのビットが誤っているかはわからないので，誤りの検出のみで訂正はできません．

イ:水平パリティ

連続する数ブロックについて，各ブロックの1ビット目，2ビット目…をグループ化し，各グループ毎にパリティを付与する lateral

また，各列において奇数個なら誤りを検出することができる．

ウ:チェックサム

元データを所定区間に区切りその総和を求め，その総和の値に所定のアルゴリズムを通して得られた結果をチェックサムとします．

checksum

エ:ハミング符号

ハミング符号は，データを送信する際に，本来のデータに一定の手順で計算したチェック用のデータを付加して送信することにより，受信側で受け取ったデータに誤りがないかどうかを検証することができるものになります．誤りがあった場合，1bitの誤りであれば訂正が可能となります．

step1ではデータブロックを用意します． 次に，step2で4bitから3bitを抽出した組み合わせを作成します． step3ではXORを算出し，元のデータブロックに結合させて完了です．

ここで，誤り検出訂正能力を確認してみましょう．

1bitの場合（ここではbが誤っている場合）では，bが誤りと検出でき，さらに訂正をすることができます．

しかし，2bitの場合では，2bitが誤っていることは検出できますが，どこが誤っているまでは分からず訂正はできません．

解答

エ

参考文献

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