编码（RZ NRZ NRZI）

Posted 2021-02-06 qiyuexin

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RZ 编码（Return-to-zero Code），也叫归零编码。

在该编码试工中，正电平代表逻辑1，负电平代码逻辑0，并且每次传输完一位数据，信号都会回到零电平。这样，在信号线上会产生3种电平：正电平、负电平、零电平，相应的信号图例如下：

从上图中可看出，每们数据传输中都有一个归零的过程，这样接收端只需要在归零后进行新的采样，这样就不需要单独的时钟信号，这实际上相当于把时钟信号用归零处理在传输的数据中，这种信号叫自同步（self-clocking）信号。  

这虽然节省了信号线，不过还是有它固有的缺点，由于RZ编码信号中有大部分数据带宽被用于传输“归零”信号而浪费掉了。除了省去这个步骤，NRZ编码就产生了，相对于RZ编码，NRZ编码就是不需要“归零”。

 

NRZ 编码（Non-return-to-zero Code），也叫不归零编码。

下图是NRZ编码的信号图例：

从上图可以看到，每一位信号都不需要“归零”了，被浪费的带宽收回了，但又失去了应有的自同步特性，让我们感觉又回到了起点，那么先继续了解NRZI编码吧。  

 

NRZI 编码（Non-Return-to-Zero Inverted Code），也叫反向不归零编码。

NRZI编码与NRZ编码的区别就是NRZI用翻转来表示一个逻辑，而信号保持不变来表示另一个逻辑。而在USB传输的编码中采用的是NRZI格式，电平翻转代表逻辑0，电平不变代表1。

 

从上面的了解，NRZ和NRZI都失去了自同步特性，不过还是可以通过一些技巧来处理。

在USB中，每个数据包的最开始处都有一个同步域（SYNC），其值为00000001，在经过NRZI编码后，就是一串方波，接收方可能过这个同步头来计算发送方的频率，以便用这个频率来继续采样数据信号。由于USB所采用的NRZI编码中，每当逻辑0时就会进行电平翻转，那么接收方可通过这个不断翻转的信号来调整同步的频率，保证数据的正确传输。

但这仍然存在问题，一旦电平长时间保持不变时，我们无法知道到时发送的是100个逻辑1，还是1000个逻辑1，即使传输的是100个逻辑1，但接收方与发送方的频率相差了100分之1，那么也还是存在可能把数据采集成为99或者101。而USB中采用了Bit-Stuffing位填充处理，即在连续发送6个1后面会插入1个0，强制使发送信号进行翻转，从而让接收方调整频率，同步接收。而接收方在接收时只要接收到连续的6个1后，直接将后面的0删除即可恢复数据的原貌。

接收方只需要将上面接受到的NRZI编码数据进行译码，再进行位反填充即可还原为原始数据了。此种编码方式除了在USB上使用，还有在CD光盘以及使用光纤传输的100BASE-FX（Fast Ethernet）等产品、领域。