PER编码规则

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3.3  PER

BER编码因其在大小上的开销过大而受人诟病，和真实编码数据相比，平均需要增加50%的额外数据。正式这个原因推动了PER（Packed Encoding Rules）的诞生。相同协议，PER编码与BER相比在大小上至少有40%到60%的改进。因而在VoIP、视频电话、多媒体以及3G等需要高速数据传输的领域有广泛应用。
3.3.1  基本规则

PER编码规则的黄金定律为：“obtain the most compact encoding using encoding rules as simple as possible”。
与BER中递归使用三元组TLV<Tag, Length, Value>不同，PER的格式为：’[P][L][V]’ <optional Preamble, optional Length, optional Value>，这里PLV中每个域都不再是八位组串而是比特串。
因为Length可以省略（甚至Value也可以省略），那么就不能从编码中得知边界，所以解码器必须知道抽象描述才能正确解码。PER编码中没有Tag域，因此PER不再缺省支持扩展，必须明确在描述中添加扩展符。
只有当长度没有被SIZE固定或者数据长度很重要的情况下，才对Length进行编码；对SEQUENCE或者SET类型的值编码时，汇总前面增加个bitmap来标识可选成员是否出现；同样，在编码CHOICE的被选择成员前，会增加一个序号指示其位置。
和BER相比，PER使得编解码器处理时间相对要少（但达不到两倍的处理速度），传输速度更快。
3.3.2  四种变形

PER编码规则可以分为基本的（Basic）和规范的（Canonical）两类，每一类又可以分为对齐（Aligned）和不对齐（Unaligned）两种。规范形式的优势在CER和DER中已经讨论过了，主要用在中继接力系统和安全系统等使用数字签名的场合。在基本形式中，一个抽象值可能有多个PER编码。但是，在有限测试后，我们知道基本形式编码器要比规范形式编码器速度更快。
对齐方式下，为了保持八位组对齐，可以增加值为0的比特。不对齐方式则编码更为紧凑，但是在编解码时需要花费更多的处理时间。不对齐方式下，不会检查八位组的对齐情况，只在整个数据编码结束后，才进行补位。
注意对齐和不对齐两种方式不能互通，即只能用同种的解码器解码同种编码器编码后的码流。在四种变形中，基本不对齐方式编码是最紧凑的。按照紧凑性降低的顺序，后续依次为：规范不对齐方式，基本对齐方式和规范对齐方式。
在表示层传输上下文协商中，我们需要用Object Identifier指明具体采用的是哪种变形。具体值，请参考第二章中Object Identifier注册树。
3.3.3  PER可见子类型约束

为了最大限度的压缩编码，PER需要依赖ASN.1描述中的子类型约束。约束增加的越具体，PER越能得到更优化的编码。而且PER会使用到的约束都是经常使用的约束，这样也使得PER编译器容易实现。此外，这些约束都是编译器在编译过程中“静态”使用的，不会增加实际编解码过程处理时间。
我们称这类约束为PER可见约束（PER-Visible Constraints），它们只包含下表所列：
Table 3-3 PER可见约束

类型	PER可见约束
BOOLEAN	无
NULL	无
INTEGER	单值约束、值域约束、类型包含约束、约束组合、约束扩展
ENUMERATED	无
REAL	无
BIT STRING、OCTET STRING	SIZE约束、约束组合、约束扩展
OBJECT IDENTIFIER	无
NumericString、PrintableString、VisibleString、ISO646String、 IA5String、UniversalString、 BMPString	FROM约束、SIZE约束、类型包含约束、约束组合、SIZE约束中的扩展
not-known-multiplier character string types	无
GeneralizedTime、UTCTime、ObjectDescriptor	无
open types	无
SEQUENCE、SET	无
SEQUENCE OF、SET OF	SIZE、约束组合、约束扩展
CHOICE	无
EXTERNAL	无
EMBEDDED PDV、CHARACTER STRING	WITH COMPONENTS

open types指引用到一个类型域、一个可变类型的值域、或者一个可变类型值集合域。即引用到信息对象类中的类型。

不在上表中的，都不是PER可见约束， PER编译器也就不做相应优化。
3.3.4  数的编码

我们考察一个非负数的四种形式的编码，因为自然数常出现在长度域L、bitmap的大小、CHOICE中的序号以及INTEGER类型边界中。
对于INTEGER类型，PER可见约束之一是值域约束。对于有值域约束(bmin..bmax)的值n，如果下边界bmin足够大，PER编码n- bmin的代价就更小。如下：
Figure 3-26 有约束自然数的基本编码规则
I. 有约束数编码

有约束指值域的上、下边界都有限。如果d=1，即只有一个值，则收、发双方都知道，那么就没有编码的必要。
在对齐方式下：∞
l           当2≤d≤255，n- bmin的编码占用log2d个比特。这些比特添加在待发送比特域之后，不进行八位组对齐，不编码L；
l           当d=256，n- bmin的编码占用一个八位组，不编码L；
l           当257≤d≤65,536，n- bmin的编码占用两个八位组，不编码L；
l           当65,537≤d，n- bmin的编码占用log256d个八位组，并且在前面增加L的编码。
在不对齐方式下：
n- bmin的编码占用log2d个比特，不编码L。
II. 半约束数编码

半约束指值域没有上边界（上边界为+∞）。
n- bmin的编码占用log256d个八位组，并且在前面增加L的编码。
III. 无约束数编码

无约束指值域没有下边界（即使存在上边界）。
按照BER中整数的编码方式编码，并且在前面增加L的编码。
IV. 常见小自然数编码

这种情况经常出现在对表征SEQUENCE、SET类型可选成员的Bitmap长度进行编码时；或者CHOICE类型序号编码时。这种长度相当小，但是却没有一种限定。
l           当0≤n≤63时，n以6个比特编码，并且在前面增加一个0比特（八位组不对齐）：
l           当64≤n时，n以半约束数方式编码，下边界为0，并且在前面增加一个1比特：
3.3.5  长度域编码

与BER中长度域表征编码的八位组数不同，在PER的长度域出现下，如果编码为比特串则表征比特位数；如果编码为八位组串（OCTET STRING和open类型）则表征八位组个数；如果编码为known-multiplier character string则表征字符数；如果是SEQUENCE OF或者SET OF则表征成员个数。
每当ASN.1描述中对类型通过(SIZE(lmin..lmax))做大小限定时（lmax可以是+∞），长度l的值要按照3.3.4  中的规则编码。作为特例，当lmin =lmax≤65,535时，长度不需要发送，因为解码器知道该长度。
对齐方式下：
l           当l是一个bitmap的长度，l-1作为常见小自然数编码；
l           当lmax≤65,535，l作为有约束的数编码（约束为(lmin..lmax)）；
l           当65,535≤lmax，或者lmax是无穷大：
－当l≤127，l以一个八位组编码（八位组对齐），最高比特位为0；
－当128≤l≤16,383，l以两个八位组编码（八位组对齐），最高两个比特位为10；
－当16,384≤l，整个编码以f*16K为单位分割（f取值为1，2，3或者4）。除最后的片段外，其余每段，长度都以一个八位组编码，最高两个比特位为11。如果编码恰好时16K的整倍数，则在最后补充一个全空的八位组；否则最后一个片段按照前两条进行编码。例如占147,457个单元的编码可以为：

不对齐方式下：
l           当l是一个bitmap的长度，l-1作为常见小自然数编码；
l           当lmax≤65,535，l-lmin以占用log2(lmin-lmax+1)个比特编码；
l           当65,534≤lmax-lmin，或者上边界为无穷大：
－当l≤127，l以八比特编码，最高比特位为0；
－当128≤l≤16,383，l以十六比特编码，最高两个比特位为10；
－当16,384≤l，编码方式域对齐类似，但是不是八位组对齐的。

当类型有可扩展的SIZE约束，并且待发送值不在该约束扩展的根部分，则长度l作为半约束数编码（即lmin=0， lmax =+∞）。