CN105721105B - 一种基于字节流的解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于解码技术领域，提供了一种基于字节流的解码方法，所述解码方法包括以下步骤：A、利用bit字节流解码算法生成byte的解码表；B、根据新生成的解码表对输入的byte进行解码并输出结果。最初采用bit解码算法，最多能够做到32路并发解码，在将算法替换为byte解码后，最多能够做到128路并发解码，处理能力提高4倍。提高了处理能力，节省了处理时间、提高了处理效率。

Description

一种基于字节流的解码方法

技术领域

本发明属于解码技术领域，尤其涉及一种基于字节流的解码方法。

背景技术

HDLC是电信产品中常用的物理层协议，ISDN-PRI和SS7信令就是建立在HDLC协议之上。

HDLC bit流由“标志+信息+FCS(CRC16)”构成，由“标志”字节开始，到下一个“标志”字节结束，中间部分就是“信息+FCS”。在规范中，最后2个字节是CRC16算法的校验字，通过CRC16算法计算的校验结果来判断信息是否完整。

“标志”字节：标志字节也称为Flag，用于HDLC信息帧之间的分界。也就是两个HDLC信息帧间必须有一个Flag，但也可能有多个Flag。Flag为“01111110”的bit流。

为避免HDLC信息帧中有Flag相同的数据，在发送端，连续5个bit 1就插入bit 0，在接收端，如果收到连续的5个bit 1，后面的bit 0自动丢弃。

FCS：帧校验。对于PRI/SS7规范，采用CRC16算法。

为了拆分出信息部分和计算FCS，必须对整个bit流做处理。在常规上一般采用专门的硬件芯片来做这个工作，但是，在某些情况下，也需要通过C代码来实现HDLC的解码。

对于用程序实现HDLC解码，已经有非常多的实践，主要的优化在于将复杂的CRC16FCS计算表格化，而信息部分的解码还是采用按bit处理。

字节流的HDLC解码算法是从bit流解码算法优化过来的，因此，先介绍bit流HDLC解码算法。

HDLC解码算法也是相对比较复杂，下面就最基本的部分做描述。

解码状态机

根据HDLC的特点，有如下的解码过程状态：

HDLC_ZERO_SEARCH

查找0。由于HDLC以flag开始，而flag是”01111110’的bit流，因此，解码的第一个状态就是查找0的状态。

HDLC_FLAG_SEARCH

查找HDLC的flag。用于匹配后续的标志bit。

HDLC_FLAG_FOUND

Flag已经找到，解码HDLC信息字节。

HDLC解码状态机如图1所示。

HDLC解码流程的简单描述：

HDLC解码的初始状态是ZERO_SEARCH状态，在此状态，需要查找bit流中的0，找到0后，状态切换到FLAG_SEARCH状态。

在FLAG_SEARCH状态：记录收到的bit流，直到连续收到HDLC标志“01111110”，切换到FLAG_FOUND状态。另外，如果在此状态收到连续的7个bit1，切换到ZERO_SEARCH状态。

在FLAG_SEARCH状态：收到bit1时，如果已经连续收到6个bit1，切换到ZERO_SEARCH状态，否则，输出解码的bit1。收到bit0时，如果已经连续收到6个bit1，此时表示收到一个HDLC Flag，HDLC帧解码完成，进行CRC16校验，并输出校验后的HDLC帧数据；如果已经连续收到5个bit1，此bit0是插入的bit，直接丢弃，清除连续bit1记录；其它情况，输出解码的bit0。

记录结构

由于一次不能够将所有的bit全部解码，因此，必须要有一个结构来记录中间信息，便于在多次调用的时候连续解码。

对结构的简单说明：

state：解码状态机的状态；

r_one：收到连续bit1的个数；

o_bitcnt：HDLC解码输出bit在解码缓冲区中的位置；

i_bitcnt：当前要解码bit所在缓冲区中的位置。

HDLC bit解码流程：在前面信息的基础上，解码过程是比较容易描述和了解的。如图2所示。根据hdlc_state中记录的状态，进行不同的解码处理。

各个状态的详细描述。

HDLC_ZERO_SEARCH的bit处理，如图3所示，由于在此状态要查找HDLC Flag中的第一个0，因此，只有收到bit0，才切换到FLAG_SEARCH状态。

HDLC_FLAG_SEARCH的bit处理，如图4所示，在此状态，要查找HDLC的整个标志(bit：01111110)。如果输入bit是bit1，连续接收到1的记录(r_one)增加1，如果已经达到7个bit1，转换到ZERO_SEARCH状态。如果输入bit是bit0，如果r_one是6，表示HDLC Flag已经收到了，状态转换到FLAG_FOUND状态；否则，需要清除r_one的记录。

HDLC_FLAG_FOUND的bit处理，如图5所示，如果输入是bit1，增加r_one记录。如果r_one为7，状态转换到ZERO_SEARCH状态；否则，输出bit1。如果输入是bit0，可能会是HDLCFlag标志。如果r_one为6，表示收到HDLC Flag，此帧结束，输出HDLC帧数据。如果r_one是5，此bit0是HDLC规则插入的额外的0，直接丢弃，否则，输出bit0。同时，由于收到bit0，清除r_one标志。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于字节流的解码方法，旨在解决上述的技术问题。

本发明是这样实现的，一种基于字节流的解码方法，所述解码方法包括以下步骤：

A、利用bit字节流解码算法生成byte的解码表；

B、根据新生成的解码表对输入的byte进行解码并输出结果。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤A中byte的解码表包括HDLC_ZERO_SEARCH表、HDLC_FLAG_SEARCH表及HDLC_FLAG_FOUND表。

本发明的进一步技术方案是：所述HDLC_ZERO_SEARCH表生成包括以下步骤：

A11、判断产生hdlc0.c文件是否成功；如是，则写入全局变量头FAST_HDLC_DECODE_STATE_MACHINE HDLC_ZERO_SEARCH_SM并执行步骤A12，如否，则结束生成本表；

A12、枚举所有的字节0～255和连续的bit(r_one)0～7；

A13、将ZERO_SEARCH设置成r_one值；

A14、调用bit流HDLC解码并获得struct hdlc_decode_state_tbl结构值；

A15、将struct hdlc_decode_state_tbl结构写入文件并枚举所有的连续的bitl(r_one)0～7和字节0～255；

A16、对生成的HDLC_ZERO_SEARCH表写入结束信息并关闭文件结束本次表生成。

本发明的进一步技术方案是：所述HDLC_FLAG_SEARCH表生成包括以下步骤：

A21、判断产生hdlc1.c文件是否成功；如是，则写入全局变量头FAST_HDLC_DECODE_STATE_MACHINE HDLC_FLAG_SEARCH_SM并执行步骤A12，如否，则结束生成本表；

A22、枚举所有的字节0～255和连续的bit(r_one)0～7；

A23、将FLAG_SEARCH设置成r_one值；

A24、调用bit流HDLC解码并获得struct hdlc_decode_state_tbl结构值；

A25、将struct hdlc_decode_state_tbl结构写入文件并枚举所有的连续的bitl(r_one)0～7和字节0～255；

A26、对生成的HDLC_FLAG_SEARCH表写入结束信息并关闭文件结束本次表生成。

本发明的进一步技术方案是：所述HDLC_FLAG_FOUND表生成包括以下步骤：

A31、判断产生hdlc2.c文件是否成功；如是，则写入全局变量头FAST_HDLC_DECODE_STATE_MACHINE HDLC_FLAG_FOUND_SM并执行步骤A12，如否，则结束生成本表；

A32、枚举所有的字节0～255和连续的bit(r_one)0～7；

A33、将FLAG_FOUND设置成r_one值；

A34、调用bit流HDLC解码并获得struct hdlc_decode_state_tbl结构值；

A35、将struct hdlc_decode_state_tbl结构写入文件并枚举所有的连续的bitl(r_one)0～7和字节0～255；

A36、对生成的HDLC_FLAG_FOUND表写入结束信息并关闭文件结束本次表生成。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤B中单个byte的解码包括以下步骤：

B11、根据hdlc_state中记录的state值确定

zero_search/flag_search/fiag_found中的某个表格；

B12、根据hdlc_state中记录的r_one和当前的解码byte获得新的状态表项hdlc_statc_dccodc_tbl并使用byte×7+r_one作为下标直接查表；

B13、根据hdlc_state中记录的state值在HDLC_FLAG_SEARCH表及HDLC_FLAG_FOUND表做状态转换处理；

B14、用hdlc_state_decode_tbl中的state和r_one更新hdlc_state中记录state和r_one。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤B13中还包括以下步骤：

B131、判断状态是否跳转到HDLC_FLAG_FOUND表；如是，则执行步骤B132，如否，则结束本次操作；

B132，新的HDLC帧开始去除hdlc_state_decode_tbl表中记录的输出值0_bitcnt和r_val；

B133,将r_val中的0_bitcnt个有效值数据copy到外部缓冲区并结束本次操作。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤B131还包括以下步骤：

B1311、判断状态是否跳转到HDLC_FLAG_FOUND表；如是，则执行步骤B1312，如否，则表示HDLC一帧解码错误停止并取出hdlc_state_decode_tbl中的0_bitcnt和r_val，并执行步骤1313；

B1312、判断是否收到新的HDLC标志b_nextfrm；如是，则表示前一帧HDLC解码完成并取出hdlc_state_decode_tbl中的0_bitcnt和r_val并执行步骤B1313，如否，则一帧HDLC解码进行中并取出hdlc_state_decode_tbl中的0_bitcnt和r_val并执行步骤B1314；

B1313、将r_val中的0_bitcnt个有效值和记录的前此解码的r_val组合为最后的输出byte并执行步骤1315；

B1314、将r_val中的0_bitcnt个有效值和记录的前此解码的r_val组合后输出并结束本次操作；

B1315、进行HDLG帧的CRC16校验并输出一帧的值且结束本次操作。

本发明的有益效果是：最初采用bit解码算法，最多能够做到32路并发解码，在将算法替换为byte解码后，最多能够做到128路并发解码，处理能力提高4倍。提高了处理能力，节省了处理时间、提高了处理效率。

附图说明

图1是HDLC解码状态机的示意图。

图2 2.3.HDLC bit解码流程图。

图3HDLC_ZERO_SEARCH的bit处理流程图。

图4HDLC_FLAG_SEARCH的bit处理流程图。

图5HDLC_FLAG_FOUND的bit处理流程图。

图6是本发明实施例提供的基于字节流的解码方法的流程图。

图7是本发明实施例提供的生成HDLC_ZERO_SEARCH表的流程图。

图8是本发明实施例提供的生成HDLC_FLAG_SEARCH表的流程图。

图9是本发明实施例提供的生成HDLC_FLAG_FOUND表的流程图。

图10是本发明实施例提供的单个byte的解码的流程图。

图11是本发明实施例提供的HDLC_FLAG_SEARCH的byte处理的流程图。

图12是本发明实施例提供的HDLC_FLAG_FOUND的byte处理的流程图。

具体实施方式

图6-12示出了，本发明提供的基于字节流的解码方法，,所述解码方法包括以下步骤：

A、利用bit字节流解码算法生成byte的解码表；

B、根据新生成的解码表对输入的byte进行解码并输出结果。

根据对bit解码算法的分析，主要需要优化的地方有两个：A、要解码的数据是按bit处理。如果转换为按byte处理，就可以去掉单个byte的8次循环，将大大减少处理时间。B、Bit解码涉及到大量的比较操作。

因此，新算法的主要思想是利用bit算法生成表格，在实际解码时，利用查表的方法，直接得到结果，这样就可以大大减少上述的处理时间，达到优化的目的。

通过分析bit流HDLC解码状态机，HDLC解码的核心算法是：在当前状态下，输入新的bit值，将状态推动到新的状态。同理，如果输入新的byte，状态机通过8次变化，也是转换到一个新的状态。这样就需要构造256×256的表格。再对解码过程进行分析：发现对解码最大的影响是r_one，也就是连续收到bit1的个数；根据输入byte和r_one的值来构造表格，表格就变成：256×7，表格的大小将大大减小。

(注：连续7个bit1已经表示HDLC帧有问题了，状态会转换到ZERO_SEARCH，因此，不可能有8个连续的bit1)。

因此，新算法就是先根据上述思想构造转换的表格，实际解码时，直接查这些表格，来获得byte的新状态。

基于byte的解码算法分成两个部分：解码表的生成和解码过程。

由于HDLC解码有三种状态(见bit解码算法)，因此，需要生成三个解码表，分别对应：HDLC_ZERO_SEARCH、HDLC_FLAG_SEARCH和HDLC_FLAG_FOUND状态。

每个状态表采用穷举的方法：也就是当前byte为0～255，在r_one为0～7的情况下，使用bit流解码算法，获得转换后的状态，并将转换后的状态写入到转换表文件中。

解码表的结构记录每个字节在当前状态的解码信息，这些信息将写入到文件中，在解码前再导入到内存中，用于辅助解码过程。

对结构的简单说明：

state：解码状态机的状态；

r_one：收到连续bit1的个数；

r_val：记录解码的输出值；

o_bitcnt：HDLC解码输出bit在r_val中的位置；

b_nextfrm：是否已经收到了HDLC结束的Flag。

此结构表示一个状态，因此，每个解码表文件有255×7个这样的结构。

为了便于在HDLC解码时使用这些表格，解码表是按C语言的要求写入文件，使用时，直接将这些文件编译到执行程序中。

HDLC_ZERO_SEARCH状态的文件为hdlc0.c，全局变量名为FAST_HDLC_DECODE_STATE_MACHINE HDLC_ZERO_SEARCH_SM，写入的流程图，如图7所示。

HDLC_FLAG_SEARCH状态的文件为hdlc1.c，全局变量名为FAST_HDLC_DECODE_STATE_MACHINE HDLC_FLAG_SEARCH_SM，写入的流程图，如图8所示。

HDLC_FLAG_FOUND状态的文件为hdlc2.c，全局变量名为FAST_HDLC_DECODE_STATE_MACHINE HDLC_FLAG_FOUND_SM，写入的流程图，如图9所示。

由于一次不能够将所有的bit全部解码，因此，必须要有一个结构来记录中间信息，便于在多次调用的时候连续解码。

对结构的简单说明：

state：解码状态机的状态；

r_one：收到连续bit1的个数；

o_bitcnt：HDLC解码输出bit在解码缓冲区中的位置；

i_bitcnt：当前要解码bit所在缓冲区中的位置。

在表格的支持下，HDLC解码变得相对比较简单。如图10所示，根据hdlc_state中记录的当前状态，查询出当前状态对应的解码状态表，然后根据要解码的byte和hdlc_state中记录的r_one值查询出转换后的状态：hdlc_state_decode_tbl，所需要的信息得到后，根据hdlc_state记录的状态做不同的状态跳转处理。状态跳转处理完成后，用hdlc_state_decode_tbl中的state和r_one更新hdlc_state中的相应值，为下次解码做好准备。在HDLC_ZERO_SEARCH中没有状态跳转处理。

HDLC_FLAG_SEARCH的byte处理如图11所示，在由FLAG_SEARCH跳转到FLAG_FOUND状态时，此时表示解码到一个新的HDLC帧，需要从hdlc_state_decode_tbl中取出o_bitcnt和r_val，这些值表示此byte解码的输出值。

o_bitcnt表示r_val中有多少bit是有效值，如果不够8bit，需要在外部缓冲区中保存，在下次的输出中在累加。

HDLC_FLAG_FOUND的byte处理如图12所示，如果新状态跳转到FLAG_FOUND，实际上是状态没有变化。但是，有可能是又收到了一个HDLC Flag，表示一帧已经结束了。因此，通过判断b_nextfrm来确定是一帧结束还是状态没有变化。

如果是一帧已经结束，从hdlc_state_decode_tbl中取出o_bitcnt和r_val，从而获得此次解码的输出bits，将输出的bits和前次记录的bits进行组合后，作为最后的byte输出。所有byte输出后，对一帧数据做CRC16校验，校验后，将此HDLC帧数据输出。

如果还在原来的帧解码中，从hdlc_state_decode_tbl中取出o_bitcnt和r_val，从而获得此次解码的输出bits，将输出的bits和前次记录的bits进行组合后，作为此次的byte输出。

如果状态跳转到非FLAG_FOUND状态，表示HDLC帧异常退出和结束。从hdlc_state_decode_tbl中取出o_bitcnt和r_val，从而获得此次解码的输出bits，将输出的bits和前次记录的bits进行组合后，作为最后的byte输出。所有byte输出后，对一帧数据做CRC16校验，校验后，将此HDLC帧数据输出。

已经详细描述了单个byte的HDLC解码，对于字节流的HDLC解码就是对字节流中的每个byte，调用上述的单个byte解码过程。

在通信的信令包捕获项目中，最初采用bit解码算法，最多能够做到32路并发解码，在将算法替换为byte解码后，最多能够做到128路并发解码，处理能力提高4倍。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于字节流的解码方法，其特征在于，所述解码方法包括以下步骤：

A、利用bit字节流解码算法生成byte的解码表；

B、根据新生成的解码表对输入的byte进行解码并输出结果；

所述步骤A中byte的解码表包括HDLC_ZERO_SEARCH表、HDLC_FLAG_SEARCH表及HDLC_FLAG_FOUND表，分别对应HDLC解码的三种状态HDLC_ZERO_SEARCH、HDLC_FLAG_SEARCH及HDLC_FLAG_FOUND；

所述HDLC_ZERO_SEARCH表生成包括以下步骤：

A11、判断HDLC_ZERO_SEARCH状态的hdlc0.c文件是否产生成功；如是，则将全局变量FAST_HDLC_DECODE_STATE_MACHINE HDLC_ZERO_SEARCH_SM写入流程并执行步骤A12，如否，则结束生成本表；

A12、枚举所有的字节0～255在r_one 为0～7的情况下使用bit流解码算法获得转换后的状态，r_one为收到连续bit1的个数；

A13、在HDLC_ZERO_SEARCH状态查找bit流中的0；

A14、调用bit流HDLC解码并获得转换后的状态结构值struct hdlc_decode_state_tbl；

A15、将转换后的状态结构值struct hdlc_decode_state_tbl写入文件并枚举所有的字节0～255在r_one为0～7的情况下的状态；

A16、对生成的HDLC_ZERO_SEARCH表写入结束信息并关闭文件，结束本次表生成；

所述HDLC_FLAG_SEARCH表生成包括以下步骤：

A21、判断HDLC_FLAG_SEARCH状态的hdlc1.c文件是否产生成功；如是，则将全局变量FAST_HDLC_DECODE_STATE_MACHINE HDLC_FLAG_SEARCH_SM写入流程并执行步骤A22，如否，则结束生成本表；

A22、枚举所有的字节0～255在r_one 为0～7的情况下使用bit流解码算法获得转换后的状态；

A23、将HDLC_FLAG_SEARCH状态设置成r_one值；

A24、调用bit流HDLC解码并获得转换后的状态结构值struct hdlc_decode_state_tbl；

A25、将转换后的状态结构值struct hdlc_decode_state_tbl写入文件并枚举所有的字节0～255在r_one 为0～7的情况下的状态；

A26、对生成的HDLC_FLAG_SEARCH表写入结束信息并关闭文件，结束本次表生成；

所述HDLC_FLAG_FOUND表生成包括以下步骤：

A31、判断HDLC_FLAG_FOUND状态的hdlc2.c文件是否产生成功；如是，则将全局变量FAST_HDLC_DECODE_STATE_MACHINE HDLC_FLAG_FOUND_SM写入流程并执行步骤A32，如否，则结束生成本表；

A32、枚举所有的字节0～255在r_one为0～7的情况下使用bit流解码算法获得转换后的状态;

A33、将HDLC_FLAG_FOUND状态设置成r_one值；

A34、调用bit流HDLC解码并获得转换后的状态结构值struct hdlc_decode_state_tbl；

A35、将转换后的状态结构值struct hdlc_decode_state_tbl写入文件并枚举所有的字节0～255在r_one 为0～7的情况下的状态；

A36、对生成的HDLC_FLAG_FOUND表写入结束信息并关闭文件，结束本次表生成；

所述步骤B中单个byte的解码包括以下步骤：

B11、根据记录中间信息的结构hdlc_state中记录的解码状态机的状态state值确定HDLC_ZERO_SEARCH表、HDLC_FLAG_SEARCH表及HDLC_FLAG_FOUND表中的某个表格；

B12、根据hdlc_state中记录的r_one和当前的解码byte获得新的状态表项hdlc_decode_state_tbl并使用byte×7＋r_one作为下标直接查表；

B13、根据hdlc_state中记录的state值在HDLC_FLAG_SEARCH表及HDLC_FLAG_FOUND表做状态转换处理；

B14、用hdlc_decode_state_tbl中的state和r_one更新hdlc_state中记录state和r_one；

所述步骤B13中还包括以下步骤：

B131、判断状态是否跳转到HDLC_FLAG_FOUND表；如是，则执行步骤B132，如否，则结束本次操作；

B132、新的HDLC帧开始取出hdlc_decode_state_tbl中记录的解码输出值r_val和r_val中有效值的bit数0_bitcnt;

B133,将r_val中的0_bitcnt个有效值数据copy到外部缓冲区并结束本次操作；

所述步骤B131还包括以下步骤：

B1311、判断状态是否跳转到HDLC_FLAG_FOUND表；如是，则执行步骤B1312，如否，则表示HDLC一帧解码错误停止并取出hdlc_decode_state_tbl中的0_bitcnt和r_val，并执行步骤B 1313；

B1312、判断是否收到新的HDLC标志b_nextfrm；如是，则表示前一帧HDLC解码完成并取出hdlc_decode_state_tbl中的0_bitcnt和r_val并执行步骤B1313，如否，则一帧HDLC解码进行中并取出hdlc_decode_state_tbl中的0_bitcnt和r_val并执行步骤B1314；

B1313、将r_val中的0_bitcnt个有效值和记录的前此解码的r_val组合为最后的输出byte并执行步骤1315;

B1314、将r_val中的0_bitcnt个有效值和记录的前此解码的r_val组合后输出并结束本次操作；

B1315、进行HDLG帧的CRC16校验并输出一帧的值且结束本次操作。

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