Was ist der Gray Code?
Der Gray-Code ist eine Art zyklischer Binärcode, der 1947 zum ersten Mal patentiert wurde, in späteren Patentanmeldungen jedoch erst in den frühen 1950er Jahren den Namen Gray-Code erhielt. Insbesondere ist der Gray-Code ein reflektierter Binärcode, was bedeutet, dass die letzten Zahlen in der Zeichenfolge mit den Anfangszahlen identisch sein können, jedoch in umgekehrter Reihenfolge, wodurch der Nutzen von Standard- oder natürlichem Binärcode erweitert und erweitert werden kann. Frank Gray, der Bell Labs-Forscher, nach dem der Code benannt ist, entwickelte dieses spezielle Binärzahlsystem, um die Steuerung elektromechanischer Schalter zu unterstützen. Heutzutage wird Gray-Code in einer Vielzahl von Umgebungen verwendet, insbesondere bei der digitalen Kommunikation, bei der analoge Signale in digitale Medien umgewandelt werden müssen.
In den frühen Entwicklungsstadien des Gray-Codes lag der Schwerpunkt vor allem auf der effektiveren Bedienung elektromechanischer Schalter. Mechanische Schalter mit natürlichem Binärcode können hinsichtlich der Position schwer lesbar sein. Bei komplizierten Übergangspositionen können mehrere Schalter gleichzeitig die Position wechseln. Abhängig von der Übergangsphase kann ein Schalter auf dem Weg zu einer anderen Position in einer Position lesen, wenn er sich tatsächlich im Übergangszustand befindet. Multipliziert mit mehreren Schaltern, kann ein falsches Ablesen der Schalterposition zu systemweiten Fehlern und falschen Informationen führen.
Alternativ ändert nur ein Schalter die Position zu einem Zeitpunkt, wenn Gray-Code verwendet wird, wodurch die Möglichkeit falscher oder irreführender Positionsinformationen beseitigt wird, da sich jeweils nur ein Bit ändert. Als die Entwicklung des Gray-Codes nach der Einführung von Gray noch einige Jahrzehnte andauerte, kamen weitere Anwendungen ans Licht. Beispielsweise verwenden Dreh- und optische Codierer Gray-Code, da sich jede Sequenz oder Positionsänderung nur um ein Bit unterscheidet. Ebenso wird bei der Fehlerkorrektur für digitale Kommunikation, genetische Algorithmen und bestimmte Kartentypen Gray-Code verwendet, auch aufgrund der mit dem Code verknüpften Einzelbitänderungseigenschaft.
Ein ähnlicher reflektierter Binärcode wurde Ende des 19. Jahrhunderts in der Telegraphie verwendet. Noch früher verwendeten Mathematiker reflektierten Binärcode, um komplexe mathematische Fragen oder Rätsel zu lösen, die dem Turm von Hanoi und alten chinesischen Ringrätseln ähnlich sind. Obwohl solche Binärcodes verwendet wurden, wurden sie erst in den späten 1940er und frühen 1950er Jahren von Gray als standardisiert, patentiert oder anderweitig als proprietär eingestuft. Bell Labs patentierte unter Verwendung eines von Frank Gray erfundenen Vakuumröhreninstruments das erste Gerät, bei dem analoge Signale in reflektierten Binärcode umgewandelt wurden. In der Patentanmeldung von 1953 für die Vorrichtung, die als Pulscode-Kommunikationsröhre oder PCM-Röhre bekannt ist, bezog sich Bell Labs erstmals offiziell auf Gray-Code.