下载文档原格式
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。
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。
科学数据分类与编码标准一、数据分类标准科学数据分类是指将大量、复杂的数据按照一定的特征和属性进行分类的方法。
数据分类的目的是为了方便数据的存储、检索和使用，同时也可以提高数据的质量和精度。
在进行科学数据分类时，需要考虑数据的学科领域、数据类型、数据来源、数据获取方式等多个方面。
以下是科学数据分类的一般标准：1. 学科领域分类：按照数据的学科领域对数据进行分类，如地理、生物、化学、物理等。
2. 数据类型分类：按照数据的类型对数据进行分类，如图像、音频、视频、文本等。
3. 数据来源分类：按照数据的来源对数据进行分类，如实验数据、观测数据、模拟数据等。
4. 数据获取方式分类：按照数据的获取方式对数据进行分类，如采样、测量、推算、推断等。
二、数据编码规范科学数据编码是指将原始数据转换成标准格式的过程。
数据编码的目的是为了方便数据的处理、传输和存储，同时也可以提高数据的质量和精度。
在进行科学数据编码时，需要遵循一定的规范和标准，以保证数据的可读性和可处理性。
以下是科学数据编码的一般规范：1. 采用标准编码格式：采用通用的编码格式，如UTF-8、CSV等，以保证数据的可读性和可处理性。
2. 编码规则统一：对于相同类型的数据，采用统一的编码规则，以提高数据处理的速度和精度。
3. 编码标识明确：对于每个数据项，都要有明确的编码标识，以便于数据的处理和检索。
4. 编码格式规范：对于不同的数据项，要遵循相应的格式规范，如日期格式、数值格式等。
三、数据格式标准科学数据格式是指将原始数据转换成标准格式的技术和规范。
数据格式的目的是为了方便数据的处理、传输和存储，同时也可以提高数据的质量和精度。
在进行科学数据处理时，需要遵循一定的规范和标准，以保证数据的可读性和可处理性。
以下是科学数据处理的一般标准：1. 采用标准格式：采用通用的数据格式，如CSV、Excel、JSON等，以保证数据的可读性和可处理性。
2. 数据项完整：对于每个数据项，都要有完整的描述信息，包括名称、单位、意义等。
数据压缩与编码数据压缩是计算机科学中十分重要的技术，它能够减小数据存储和传输的需求，提高计算性能和效率。
数据编码是数据压缩的重要手段之一，通过将原始数据转换为更紧凑的形式，以达到减小数据量的目的。
本文将讨论数据压缩与编码的原理、方法和应用。
一、数据压缩与编码的原理数据压缩的核心原理是利用数据中的冗余性，即数据中存在的重复、无用或冗长的部分。
通过剔除这些冗余部分，可以实现数据的压缩。
数据编码则是将原始数据转换为更紧凑的表示形式的过程。
数据压缩与编码的关键在于寻找合适的编码方式。
常见的编码方式包括无损编码和有损编码。
无损编码是指压缩后能够完全还原出原始数据，而有损编码是在压缩过程中会引入一定的信息丢失。
二、数据压缩与编码的方法1. 无损编码方法无损编码方法的目标是通过各种算法和技术，将原始数据转换为紧凑的表示形式，同时保证能够完全还原出原始数据。
常见的无损编码方法有：- 霍夫曼编码：基于出现频率的统计信息，为出现频率高的符号分配较短的编码，从而实现压缩效果。
- 标记编码：将数据中的重复内容用较短的标记表示，例如字符串中的重复字符序列可以用一个标记代替。
- 字典压缩：使用字典存储常见的字符串或字符序列，并用较短的索引值代替原始数据中相应的部分。
2. 有损编码方法有损编码方法在压缩数据的同时会引入一定的信息丢失，但可以通过合理的算法设计控制信息丢失的程度，从而在压缩率和数据质量之间取得平衡。
常见的有损编码方法有：- 基于变换的压缩：通过对原始数据进行变换，从频域或空域的角度提取数据的特征，并将特征编码以降低数据量。
- 预测编码：通过建立数据之间的统计关系，并用预测值代替原始值，从而减小储存或传输所需的数据量。
三、数据压缩与编码的应用数据压缩和编码技术广泛应用于各个领域。
以下是几个常见的应用示例：1. 图像压缩：在数字图像处理中，采用基于变换的压缩方法，如JPEG格式，对图像数据进行编码压缩。
通过适当的压缩参数设置，可以在保证图像质量的前提下减小图像文件的大小。
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。
