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
高中信息技术必修一数据编码课件
汇报人：XX
contents
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
• 请输入您的内容
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。
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
编码方案的评价指标
Evaluating of Encoding Schemes (2)
差错检测 (error detection) 可在具体的信号编码中方案加入部分差错检测功能 以提高检错速度 信号干扰和抗噪声度 有些编码在噪声存在的状态下仍具有优秀的性能 费用和复杂性 数据速率一定时,信号速率超高,成本越高 有些编码要求信号速率高于实际的数据速率
术语
Terms 数据率 R
数据传输的速率（比特/秒）
比特持续时间或长度 1/R
发送方发送一个比特所需的时间
调制速率(modulation rate)
信号电平改变的速率 以波特(baud)为单位 = 每秒信号元素数
“传号”(mark) 和“空号” (space)
分别是二进制数字1和0
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
Computer Networks
Part Two Data Communications 第二部分 数据通信
第四章 数据编码
本章主要内容
4.1 4.2 4.3 4.4
用数字信号传输数字类数据 用模拟信号传输数字类数据 用数字信号传输模拟类数据 用模拟信号传输模拟类数据
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
差分曼彻斯特编码 Differential Manchester Encoding
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
USB接口 USB接口NRZI编码与位填充示意图 接口NRZI编码与位填充示意图
说明：USB接口使用的NRZI编码规则是遇到比特 说明：USB接口使用的NRZI编码规则是遇到比特0 时 接口使用的NRZI 发生跳变， 时保持不变。 发生跳变，遇到比特1 时保持不变。
概述
Overview 模拟数据和数字数据都可以编码成模拟信号或数 字信号，编码方案取决于具体的要求和所用的传 输媒体及通信设备。
不同的编码方案
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
信号传输的基本方法
基带传输
基带：未经调制变换的信号所占的频带 基带信号：一般基带数字信号的频谱是从零开始直到一定频率。这 种高限频率与低限频率之比远大于1的信号称为“基带信号”。 基带传输：不搬移基带信号频谱的传输方式 不使用载波 在发送端通过调制使基带信号频谱搬移到适合信道的载波频带，并 在接收端通过解调恢复基带信号频谱的传输方式 通过载波进行 载波：频率的选取与使用的传输媒体相兼容
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
影响信号成功解读的因素：
编码方案的评价指标
Evaluating of Encoding Schemes (1)
信号频谱(signal spectrum) 没有高频分量,可减少传输所需的带宽 没有直流分量,可通过变压器进行交流耦合,实现隔离减 少干扰 实际上,信道的传输性能通常在频带的两边较差。一个 好的信号设计应将传输功率集中在带宽中部,以减小失 真。 时钟同步 (clocking) 测定每一个比特起始和结束位置（同步）并非易事。 一种相当昂贵的方案是在发送和接收设备间增设一条 外部时钟线 另一种方案是提供某些基于所传送信号的同步机制。 这一点可以通过合适的编码技术来实现。
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
曼彻斯特和差分曼彻斯特编码 Manchester and Diff. Manchester Encoding
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
曼彻斯特编码 Manchester Encoding
每个比特间隔的 中间位置处都存 在一个跳变。这 种中间处的跳变 既含有时钟信息， 也含有数据信息： 从低到高的跳变 代表1，从高到 低的跳变代表0 (注意有些系统 也可能相反)。
负电平用于表示一个二进制值，正电平用于表示另 一个二进制值 由比特值决定信号的电平。
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
不归零编码
Nonreturn to Zero (NRZ) 不归零反相编码（不归零1制，NRZI） 不归零反相编码
用一个比特间隔开始时是否出现电平跳变表示1或0。 1 0 属于差分编码，可靠性更好。 比特值决定正负电压之间是否跳变，而非决定电平正负。
单极性编码存在的问题
Problems for Unipolar Encoding
两个问题使得单极性编码在信号传输应用中使用不多: 直流分量（DC Component） 直流分量
信号的平均振幅不是零。 不能由没有处理直流分量能力的媒体传输，如微波或变压 器。 主要用于光纤传输。
同步（Synchronization） 同步
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
数 字 信 号 的 编 码 格 式
“数字-数字”编码类型 数字-数字”
Types of Digital to Digital Encoding
单极性码（单电平 单电平） 单电平 非零电平代表一种信号逻辑状态，零电平代表另一种 极性码 (双电平 双电平) 双电平 正电平代表一种信号逻辑状态，负电平代表另一种 双极性码（多电平 多电平） 多电平 无线路信号代表一种信号逻辑状态，正电平和负电平 交替代表另一种
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
单极性编码
Unipolar Encoding
传送数字信号最简单的方法 只用一个电平即可表示两个二进制数字。通常0是用零电 平即空闲的线路状态表示。 注：脉冲的极性指其电平的正负。“单极性”得名于它 的电平只有一“极”。
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
传输不同步： 传输不同步：换一种方式理解
我发了几个大 箱几个小箱? 四个大箱 四005年9月
问题在于：连续多个相同数据的采样节奏
我发了几个大 箱几个小箱? ？？ 大概是……
用户A 用户B
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
当一台设备发送一个比特的数字信号时，它将在一定的周期内 （假定为T）产生一个持续的信号。一个内置的时钟负责定时。接 收设备必须知道信号的周期，这样它才能在每个T 时间单元内对信 号进行采样。它也有一个负责定时的内置时钟。剩下的就是确保 收发两端的两个时钟使用同样的T 。但两个时钟能完全一致么？
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
在一个码元时间内，不是有电压(或电流),就是无电压(或 电流) ，电脉冲之间没有间隔，不易区分识别。所以接收 方不能正确识别每一个比特何时开始、何时结束(原始数 据中出现连续的1或0时）。
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
同步：问题在哪里? 同步：问题在哪里?
请看下图——到底有几个”1”（用高电平表 示）?
资料来源 /news/content/73/20050316094321.htm
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
双相位编码
Biphase Encoding
解决同步问题的最佳方 案 信号在比特间隔中发生 改变但并不归零 现代网络中常用的双相 位编码方式: 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
编码方案
Encoding Schemes
Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) Manchester Differential Manchester Bipolar -AMI Pseudoternary B8ZS HDB3 …
Digital Data, Digital Signal
数字信号 离散的不连续的电压脉冲 一个脉冲代表一个信号元素(码元) ※ 二进制数据可直接编码成信号元素
Digital signal Digital Data
Digital to Digital Encoding
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
不归零码：问题及应用 不归零码：
Problems & Applications for NRZ
对工程师而言，实施容易。 能充分利用带宽。 仍含有一定的直流分量，且缺乏同步能力。 因其简单性和较低的频率响应特性，常用于终端设备、接 口和数字磁记录。信号传输中则不常单独用之。※ 应用实例： 应用实例： 连接优盘的USB串行接口通常使 连接优盘的 串行接口通常使 用NRZI作为信号的编码。为了 作为信号的编码。 作为信号的编码 解决一长串连续比特0 解决一长串连续比特0引起的同 步问题，采用了所谓“ 步问题，采用了所谓“位填充技 即在连续传输6个比特 个比特0 术”。即在连续传输 个比特0的 情况下强行插入一个比特1 情况下强行插入一个比特1。
频带传输
调制的定义：将输入信号m(t)与频率为fc的载波信号合并的过程。调 f 制后产生的信号s(t)的带宽以fc为中心。 P123 f
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
4.1 Digital Data, Digital Signal 用数字信号传输数字类数据
数字数据→ 数字数据→数字信号
信号的解读
Interpreting Signals 接收方必须知道：
各个比特的定时方式——何时起始,何时结束 每个比特信号电平的状态——是高或低 这两项任务都是通过在每个比特间隔的中间位置采样 来进行的 数据率提高会增加误码率 信噪比提高会降低误码率 带宽增加可提高数据率 亦可通过编码方案提高传输性能
莆田学院现代教育技术中心 2005年9月
归零码：在40G传输技术中的应用 归零码： 40G传输技术中的应用
目前，绝大多数的信号均采用了非归零码（NRZ）的编 码方式，这种方式可以降低信号的谱宽，但由于占空比 较大，前后脉冲的间隔较小，较容易发生重叠，造成码 间串扰。而归零码（RZ）的占空比通常只有普通非归 零码的34％～67％，拉开了相邻脉冲的间隔，在信号平 均能量不变的基础上，大大提高了峰值功率，为接收端 提供了更高的光信噪比，同时也提高了对光纤中极化模 色散造成的时延的抵抗能力。朗讯科技公司在其最新的 40G远距离传输技术采用了一种称为载波抑制的归零码 调制技术(CSRZ)，该技术可以最大程度地减小编码造 成的频谱展宽，同时保留了归零码所拥有的一切优点。