数据编码
04数据通信——数据编码
IP电话：在数据通信网或互联网上实现语音通信
G.723 G.729
5.3/6.3K bit/s 6.4～11.8kbit/s
高保真环绕立体声50Hz-20kHz
CD：44.1kHz采样,16bit量化,每声道705kb/s MPEG音频标准：第一层，第二层，第三层。
MPEG音频标准
a b c d b b c c a a a b a e a a a b a e e
LZW算法是通过对LZ算法修正得到的，二者的区别在于LZW中的 字符串字典的大小是在不断增大的，我们把这个字典称为串表或编 码转换表。 放入串表中的每一个字符串是串表的一个表项，且都有一个数字代 码指明其位置，最初将整个字符集作为串表的256个单独的表项，每 个表项有8比特编码指明其位置。 编码过程中串表是不断增大的，随着表项的增多，编码位数也要相 应地增大，当表项超过4096条时，就放弃这个串表，重新初始化串 表，并在这个新的串表上继续编码。 串表没有必要保存并发送给接收端，因为解码时接收端可以再生这 个串表。
EBCDIC码
扩展二－十进制交换码 8单位码 可表示256个字符和控制符，目前只定义 了143种 已用了8单位，无法提供奇偶校验，不适 合长距离传输
附：条形码
由美国的N．T．Woodland在1949年首先提出 条形码可以标出商品的生产国、制造厂家、商品名称、生产 日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息 在商品流通、图书管理、邮电管理、银行系统等许多领域都 得到了广泛的应用 条形码是由宽度不同、反射率不同的条和空，按照一定的编 码规则（码制）编制成的，用以表达一组数字或字母符号信 息的图形标识符
数值数据的编码方法
数值数据的编码方法
数值数据的编码方法包括以下几种：
1. 二进制编码（Binary Encoding）：将数值转换为二进制的编码形式。
例如，对于数值10，可以使用二进制编码为'1010'。
2. 十进制编码（Decimal Encoding）：将数值转换为十进制的编码形式。
例如，对于数值10，可以直接使用十进制编码为'10'。
3. 独热编码（One-Hot Encoding）：将数值转换为一个只有0和1的向量形式。
对于一个有n个不同取值的数值特征，独热编码将其表示为一个n维的向量，其中只有一个元素为1，其他元素都为0。
例如，对于数值特征[1, 2, 3]，可以进行独热编码为[[1, 0, 0], [0, 1, 0], [0, 0, 1]]。
4. 标签编码（Label Encoding）：将数值转换为整数形式的编码。
对于一个有n个不同取值的数值特征，标签编码将其表示为1到n的整数。
例如，对于数值特征[red, green, blue]，可以进行标签编码为[1, 2, 3]。
5. 有序编码（Ordinal Encoding）：将数值转换为有序的整数形式的编码。
对于有序的数值特征，可以使用有序编码将其表示为1到n的整数。
例如，对于数值特征[small, medium, large]，可以进行有序编码为[1, 2, 3]。
需要注意的是，不同的编码方法适用于不同的数据类型和算法模型。
在应用过程中需要根据具体情况选择合适的编码方法。
数据编码
补码运算
补码运算时，其符号位与数值位一起参与运算。 补码运算时，其符号位与数值位一起参与运算。 补码运算后若产生进位，则该进位舍去不要。 补码运算后若产生进位，则该进位舍去不要。
0的机器数表现形式 的机器数表现形式
在原码表示中，数字 的形式不是惟一的 的形式不是惟一的， 在原码表示中，数字0的形式不是惟一的，如8位 位 二进制数据的原码为： 二进制数据的原码为： +0=0000000B -0=10000000B 0的反码也不惟一： 的反码也不惟一： 的反码也不惟一 [+0]=0000000B [-0]=11111111B
校验位与码距
根据码距的概念可知： 根据码距的概念可知：没有加校验码的任何编码的 码距均为1，即只要改一位，就变成另一个码字了。 码距均为 ，即只要改一位，就变成另一个码字了。 当奇偶校验码添加了1位校验码后，若要再变成另 当奇偶校验码添加了 位校验码后， 位校验码后 一个码字最少要修改2位 所以其码距为2。 一个码字最少要修改 位，所以其码距为 。 由以上推论可知，码距是不同码字的最小距离。 由以上推论可知，码距是不同码字的最小距离。 判断码距时，可列出一些码进行判断， 判断码距时，可列出一些码进行判断，找出最小的 位数即可。 位数即可。 海明码在计算和纠错的过程中，计算都过于复杂， 海明码在计算和纠错的过程中，计算都过于复杂， 无法很容易地用硬件实现， 无法很容易地用硬件实现，因此在实际应用中并不 广泛。 广泛。
反码运算
反码运算时，其符号位与数值位一起参与运算。 反码运算时，其符号位与数值位一起参与运算。 反码的符号位相加后，若有进位产生， 反码的符号位相加后，若有进位产生，则要将该 进位送至最低位去相加(即循环进位 即循环进位)。 进位送至最低位去相加 即循环进位 。
数据编码什么
数据编码什么二进制数字信息在传输过程中可以采用不同的代码，各种代码的抗噪声特性和定时能力各不相同，实现费用也不一样。
1.单极性码在这种编码方案中，只用正的(或负的)电压表示数据。
例如，用++3 V表示二进制数字“0"，而用0v表示二进制数字“1"。
单极性码用在电传打字机(TTY)接口以及PC与TTY兼容的接口中，这种代码需要单独的时钟信号配合定时，否则，当传送一长串0或1时，发送机和接收机的时钟将无法定时，单极性码的抗噪声特性也不好。
2.极性码在这种编码方案中，分别用正和负电压表示二进制数“0”和“1”。
例如，在用+3 V表示二进制数字“0”，而用一V表示二进制数字“1”。
这种代码的电平差比单极码大，因而抗干扰特性好，但仍然需要另外的时钟信号。
3.双极性码在双极性编码方案中，信号在三个电平(正、负、零)之间变化。
一种典型的双极性码就是所谓的信号交替反转编码(Alternate Mark Inversion, AMI ).在AMI信号中，数据流中遇到“1”时使电平在正和负之间交替翻转，而遇到“0”时则保持零电平。
双极性是三进制信号编码方法，它与二进制编码相比抗噪声特性更好。
AMI有其内在的检错能力，当正负脉冲交替出现的规律被打乱时容易识别出来，这种情况叫AMI违例。
这种编码方案的缺点是当传送长串“0”，时会失去位同步信息。
对此稍加改进的一种方案是“6零取代”双极性码B6ZS，即把连续6个“0”用一组代码代替。
这一组代码中若含有AMI违例，便可以被接收机识别出来。
4.归零码在归零码(Return to Zero, RZ)中，码元中间的信号回归到零电平，因此任意两个码元之间被零电平隔开。
与以上仅在码元之间有电平转换的编码方案相比，这种编码方案有更好的噪声抑制特性。
因为噪声对电平的干扰比对电平转换的干扰要强，而这种编码方案是以识别电平转换边来判别“0”和“1”信号的。
图2-9中表示出的是一种双极性归零码。
数据集的各种编码方式
数据集的各种编码方式
数据集可以使用以下各种编码方式：
1. ASCII编码：ASCII码是美国信息交换标准代码，用于在计
算机中表示英文字符。
它使用7位二进制表示128个字符，包括英文字母、数字、标点和控制字符。
2. UTF-8编码：UTF-8是一种可变长度的字符编码方式，可以
用于表示Unicode字符集。
它使用1到4个字节表示不同的字符，可以表示几乎所有的字符，包括世界上所有的语言。
3. UTF-16编码：UTF-16也是一种Unicode字符编码方式，使
用16位（2个字节）表示一个字符。
它包括基本多文种平面（BMP）字符和辅助平面字符。
4. UTF-32编码：UTF-32也是一种Unicode字符编码方式，使
用32位（4个字节）表示一个字符。
它可以表示所有的Unicode字符，包括辅助平面字符。
5. ASCII编码的扩展：为了表示更多的字符，ASCII编码进行
了扩展。
例如，ISO-8859编码系列是基于ASCII编码的扩展，用于表示欧洲各种语言的字符。
6. Unicode编码：Unicode是一种字符编码标准，用于表示世
界上所有语言的字符。
它包括各种字符集，如UTF-8、UTF-
16和UTF-32。
除了上述编码方式，还有一些其他特定的编码方式，如
GB2312（中国内地的中文字符集）、Shift JIS（用于日文字符集）等。
根据不同的需求和应用场景，选择合适的编码方式是非常重要的。
高中信息技术必修一数据编码课件
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目录
• 数据编码概述 • 数字编码 • 字符编码 • 图像与音频编码 • 数据压缩技术 • 数据编码的发展趋势与挑战
01
数据编码概述
数据编码的定义与意义
定义
数据编码是将各种信息（如文字 、声音、图像等）转换为计算机 能够识别和处理的二进制代码的 过程。
02
数字编码
数字编码的原理与特点
原理
数字编码是将各种信息（如文字、声 音、图像等）转换为二进制数字代码 的过程，以便于计算机进行存储、处 理和传输。
特点
数字编码具有抗干扰能力强、易于加 密处理、适合远距离传输等优点。同 时，数字编码的缺点是占用存储空间 较大，需要专门的解码器进行解码。
数字编码的常见类型
• 视频处理：数字视频是由一系列连续的图像帧组成的，每帧图像都可以通过数 字编码来表示。常见的视频编码格式有MPEG、H.264、VP9等。这些编码标 准使得视频文件能够在计算机和网络上进行存储和传输。
03
字符编码
字符编码
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04
图像与音频编码
图像编码的原理与特点
原理
图像编码是通过特定的算法将图像数据压缩，以 减少存储空间和网络传输带宽的需求。编码过程 中，会去除图像中的冗余信息，同时保留足够的 细节以恢复原始图像。
图像与音频编码的应用实例
• 社交媒体：社交媒体平台中上传的图片通常会经过图像编 码处理，以减小文件大小并加快上传速度。
图像与音频编码的应用实例
01
02
03
音乐播放器
音乐播放器在播放音乐时 会使用音频编码技术，将 音乐文件解码为声音信号 输出。
数据编码的基本方式
28
机内码
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
GB2312-80统一要求了中文旳基本编码原则，但是 要存储在计算机中与西文编码在计算机中旳表达
)8＝ ( )16＝
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
编码
计算机是美国人发明旳，所以计算机旳字 符集中自然包括了英文旳26个字母。
计算机要在全世界通用，必须采用公认旳 原则格式对字符、符号进行编码。
常用旳字符编码有ASCII码、BCD码、西文 字符编码和EBCDIC码。
21
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
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二进制数转换为十六进制数
整数部分从低位向高位方向每4位用一种等值旳十六 进制数来替代，即四位并为一位，最终不足4位时在 高位处补0，补够4位；小数部分从高位向低位方向 每4位用一种等值旳十六进制数来替，最终不足4位 时在低位处补0，补够4位。 (1110 0101 1010 . 1011 1001)2 ＝（E5A.B9）16
78～7E
位 区 1～15
16～55
56～87
88～94
21 22 23 24 25 26 …………7C 7D 7E
7F
1 2 3 4 5 6 ………………91 92 93 94
非中文图形符号（常用符号、数字序号、俄文、 英文、法文、希腊字母、日文平、片假名等）
啊阿埃
一级中文
（3755个）
二级中文（3008个）
23
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
西文字符处理起来比较简朴，而中文信息 处理起来就复杂了。中文是图形文字，常 用中文就有3000～6000个，形状和笔画差 别很大。这就决定了中文字符旳编码方案 必须完全不同于西文旳编码方案。
关于常用数据编码,这篇文章总结太全了
关于常用数据编码，这篇文章总结太全了人们可以利用编码来识别每一个记录，区别处理方法，进行分类和校核，从而克服项目参差不齐的缺点，节省存储空间，提高处理速度。
二进制数字信息在传输过程中可以采用不同的代码，各种代码的抗噪声特性和定时能力各不相同，实现费用也不一样。
下面介绍几种常用的编码方案：单极性码、极性码、双极性码、归零码、双相码、不归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、多电平编码、4B/5B 编码（在进行数据编码时应遵循系统性、标准性、实用性、扩充性和效率性）。
1、单极性码在这种编码方案中，只适用正的(或负的)电压表示数据。
例如，用+3V表示二进制数字“0”，用0V表示二进制数字“1”。
单极性码用在电传打字机（TTY）接口以及PC机和TTY兼容的接口中，这种代码需要单独的时钟信号配合定时，否则当传送一长串0或1时，发送机和接收机的时钟将无法定时，单极性码的抗噪声特性也不好。
2、极性码在这种编码方案中，分别用正电压和负电压表示二进制数“0”和“1”。
例如：用+3V表示二进制数数字“0”，用—3V表示二进制数“1”。
这种代码的电平差比单极码大，因而抗干扰性好，但仍需要另外的时钟信号。
3、双极性码在双极性编码方案中，信号在3个电平（正、负、零）之间变化。
一种典型的双极性码就是信号反转交替编码（AMI）。
在AMI信号中，数据流遇到“1”时使电平在正和负之间交替翻转，而遇到“0”时则保持零电平。
双极性是三进制信号编码方法，它与二进制编码相比抗噪声特性更好。
AMI有其内在的检错能力，当正负脉冲交替出现的规律被打乱时容易识别出来，这种情况叫做AMI违例。
这种编码的缺点就是当传送长串“0”时会失去位同步信息。
对此稍加改进的一种方案是“6零取代”双极性码B6ZS。
即把连续6个“0”用一组代码代替。
这一组代码中若含有AMI违例，便可以被接收机识别出来。
4、归零码在归零码中，码元中间的信号回归到零电平，因此，任意两个码元之间被零电平隔开。
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数据编码
2.1 预测编码
预测编码即可在图像内部进行帧内预测编码, 也可在多帧图像内进行帧间预测
编码。
预测编码的基本技术是信号的最佳预测。
(1) 帧内预测。
帧内进行预测编码的理论依据是二维图像中相邻像素间存在很强的相关性, 因此可用已知的前面几个像素值来预测当前像素值。
这些像素可以是前几行的或前几帧的, 分别称为一维预测、二维预测和三维预测。
然后, 对实际值与预测值的差值( 预测差值) 进行量化和编码。
帧内预测编码的优点是方法简单、硬件容易实现; 其缺点是对信道噪声及误差敏感, 会产生误码扩散。
对一维预测来说,即使某一位码出错, 将会使该像素后面的同一行所有像素都发生差错。
而对二维预测, 误码引起的差错还会扩散到以下各行,从而导致图像质量的明显下降; 同时, 帧内预测编码的压缩比较低, 通常为2~3倍。
随着变换编码技术的发展和广泛应用, 帧内预测编码的作用已经很有限, 目前主要使用帧间预测方法来压缩视频图像。
(2) 帧间预测。
帧间预测编码理论依据是视频信号的相邻帧间存在着极强的相关性。
利用这种时间相关性进行帧间编码, 可获得比帧内预测编码高的多的压缩比。
因此, 帧间预测编码广泛应用于各种视频信号压缩编码, 例如MPEG标准、H.261等。
帧间预测编码主要应用的技术有: 帧间统计特性、帧重复、帧间内插法、运动补偿预测、自适应帧内/帧间编码等。
2.2 变换编码
(1) 变换编码的任务。
变换编码的任务是要使预测值尽可能接近实际样值, 也就是要寻找一种尽
可能接近原信号统计特性的预测方法, 通过相差来除去图像信号的相关性, 从
而达到数据压缩的目的。
变换编码不是直接对空域图像信号进行编码, 而是首先将空域图像信号映射变换到另一个正交矢量空间(变换域) 产生一组变换系数, 然后对这些系数量化, 编码, 传输。
实践证明, 无论对单色图像还是彩色图像, 对静止图像还是运动图像, 变换编码都是一种非常有效的方法。
(2) 变换编码的过程。
在发送端将原始图像分割成若干个图像块, 对每个子图像块进行某种形式
的正交变换, 生成变换域( 频率域) 的系数矩阵, 经滤波、量化、编码和传输到达接受端后作解码, 经逆变换后综合拼接, 恢复出空域图像。
由于在此过程中的滤波、量化等环节均会损失信息, 所以变换编码是一种有损压缩编码方法。
(3) 变换编码的主要特点。
①在变换域内描述图像比空间域内简单; ②图像的相关性明显下降, 信号
的能量主要集中在少数几个变换系数上, 采用量化和熵编码可有效地压缩其数
据; ③可利用人眼的视觉特性, 例如空间频率特性、视觉心理特性和视觉现象等;
④具有较强的抗干扰能力, 传输过程中的误码对图像质量的影响远小于预测编
码。
通常, 对高质量的图像,预测编码要求信道误码低。
(4) 变换编码算法。
变换编码一般有快速算法, 能实现实时压缩和解压; 常用的变换主要是正
交变换, 其种类很多, 如K- L变换、DCT 和DST 变换、DFT 变换、HARR 变换、WALSH -HADAMARD变换以及用途广泛的小波变换。
2.3 统计编码
统计编码又称熵编码, 是一种根据信息熵原理, 利用图像概率统计特性的
编码方法, 它让出现概率较高的符号分配较短的码字表达, 反之分配较长的码字表述。
最常见的统计编码方法如行程编码、哈夫曼编码和自适应编码。
哈夫曼编码方法非常便于硬件实现。
但是, 哈夫曼树( 哈夫曼表) 作为编码环境, 必须输入, 接受端通过信道传输接受哈夫曼表, 以重建哈夫曼树, 供解码器使用。
同时, 要得到最佳压缩效果, 哈夫曼编码必须精确知道图像的统计特性, 不利于实现实时编码。
自适应算法编码方法较哈夫曼编码方法复杂, 但它不需要像哈夫曼编码那
样的哈夫曼表。
由于其过程的自适应性, 而无需在编码前扫描图像以获得图像的概率统计特性。
在一般情况下, 对于很多图像, 自适应算法编码的效果要比哈夫曼编码的效果好5%~10%。
2.4 量化编码
(1) 最佳量化。
最佳量化即使量化误差最小的量化方法。
最佳量化器的设计有两种: 一种是客观准则设计法, 采用量化均方误差最小为约束条件; 另一种是主观准则设计法, 它根据人眼的视觉特性来设计量化器。
客观准则设计法的基本思想是概率大的值进行细量化, 而对概率小的值进
行粗量化, 从而使每个样值的平均比特数最小, 达到数据压缩的目的, 而引入平均量化误差对恢复图像质量的影响可以忽略不计。
主观准则设计法主要利用人眼视觉特性的视觉特性掩蔽效应。
当图像边缘相邻两侧亮度值相差很大时, 即使存在较大的量化误差也不易察觉出来。
换言之, 边缘亮度越高, 可见度阈值越大。
利用这种视觉特性可以减少量化分层总数。
只要干扰值低于可见阈值, 人眼就察觉不出量化误差对图像质量的影响。
(2) 矢量量化。
矢量量化编码是近年来图像, 语言信号编码技术中颇为流行的一种量化编
码方法。
矢量量化编码方法一般是失真的编码方法。
矢量量化的名字是相对于标量量化而提出的, 是标量量化的多维扩展。
将信号序列中每K个样点合为一组, 形成K维空间的一个矢量, 然而根据一定的误差准则对此矢量进行量化。
矢量量化的主要特点有: ①只需传输或存储矢量的索引, 因此能大大降码率。
②解码器非常简单, 只需进行查表运算。
③矢量量化的关键问题是设计一个良好的码本。
矢量量化作为一种高效的数据压缩技术, 使图像压缩技术研究的热点问题之一。
其目前研究的焦点主要集中在: 最佳码本的设计方法, 各种高效矢量量化方法, 矢量量化器的实现等。
2.5 子带编码
子带编码是一个实现高质量图像压缩编码的新领域; 是一种在高压缩比下, 信噪比最优的高质量编码方法。
子带编码的基本思想是在发送端将图像信号在频率域分裂成若干子带, 而后对每个子带用一个与其统计特性相适配的编码器进
行图像数据压缩; 在接受端, 则将解码器后的各子带信号综合成重构图像。
子带编码具有以下突出特点: ①一个子带内的编码噪音在解码后只限于该子带内, 不会扩散到其它子带。
这样, 即使有的子带信号较弱, 也不会被其它子带的编码噪音所掩盖。
②可以根据主观视觉特性, 将有限的码率在各个子带之间合理分配,有利于提高图像的主观质量。
因此, 在相同的压缩比下, 子带编码的图像质量略高于不划子带而直接变换编码的图像质量。
③通过频带分裂, 各个子带的取样频率可以成倍地下降。
例如, 若分成频谱面积相同的N个子带, 则每个子带的取样频率可以降为原始图像信号取样频率的1/N, 因而可以减少硬件实现的难
度, 并便于并行处理。
2.6 分形编码
分形压缩是一种基于分形几何的新的图像压缩方法。
分形几何理论研究的对象是那些很不规则而有自相似性的形状。
所谓很不规则是指粗糙、不光滑、碎裂、扭曲和缠绕等特性, 典型的问题是“不列颠的海岸线有多长”。
分形图像压缩方法是有损压缩, 其失真度大小和压缩比密切相关。
虽然具有很大的压缩比, 但是它需要很大的计算量。
分形图像压缩技术存在着极大的潜力, 但也有许多问题有待进一步深入研究, 如仿射变换的普遍性、编解码时间过长、实用化算法与硬件实现, 等等。
2.7 神经网络编码
神经网络具有非线性、自适应性、巨量的并行性和分布存储信息的处理能力等优势, 因此被广泛用于信息处理的各个方面。
图像压缩也不例外。
神经网络与以上各种编码的优势组合,不仅可以提高图像分类和识别能力, 而且还大大提高了图像编码的快速实时处理能力。
2.8 混合编码
混合编码方法是指对一幅图像同时使用2种或2种以上的编码方法混合进行编码的方法, 以达到高效压缩数据的目的。
如常用的DPCM预测编码和变换编码的混合编码方案。
对于视频图像可以有帧内混合编码和帧间混合编码两种情况。
帧内混合编码, 可首先对图像沿行方向一维正交变换, 然后对变换后的系数在列方向进行DCPM预测编码。
另一种情况是在图像二维空间进行分块正交变换, 然后对其变换系数作帧间预测编码, 或者对帧间块( 沿时间轴) 作预测, 对其预测误差再做正交变换、量化、编码等。
混合编码有计算量适度、抗干扰能力强、能得到较大的压缩比等优点, 它们采用离散余弦变换, 行程编码, 预测编码以及基于统计特性的熵编码的混合。