《数制与编码教》课件

编码数制与数制是表示数字的系统编码是将信息转换为另一种形式以便存储和传输课简程介编码础处编码基数字信号理信息学习二进制数制、编码原理、编码应用等基深入探究模拟信号、数字信号及其处理方法学习信源编码、信道编码和信号调制解调技础知识，如采样、量化、编码、解码等术，并了解数据压缩和错误控制课标程目编码础处掌握数制和基了解数字信号理的基本原理理解不同数制之间的转换，并熟悉常用的编码方式，如ASCII和学习模拟信号和数字信号的区别，并掌握采样、量化和编码等重要Unicode概念编码编码处应掌握信源和信道的基本原理了解数字信号理的用理解熵、冗余和数据压缩，并了解差错检测和纠正码的应用了解数字信号处理在通信、多媒体等领域的应用，以及未来发展趋势数制的基本概念数制是表示数字的方法，不同的数制使用不同的符号和规则来表示数字最常见的数制是十进制，它使用0到9十个数字来表示数字其他常见的数制包括二进制、八进制和十六进制不同的数制在不同的领域中有着不同的应用例如，二进制在计算机科学中被广泛使用，因为它可以使用简单的电路来表示数字进二制数制基本原理仅使用两个数字“0”和“1”表示所有数字电设备子计算机和电子设备广泛使用二进制数制，因为它们可以轻松地用电路表示值位置每个数字位的值取决于它在数中的位置，从右到左依次为2的幂次方进减二制的加乘除加法1逢二进一减法2借一当二乘法3移位相加除法4试商减法二进制运算规则与十进制相似，但只有两种数字“0”和“1”加法逢二进一，例如1+1=10减法借一当二，例如10-1=1乘法移位相加，例如10*1=10除法试商减法，例如10/1=10进转换二制数的进转进十制二制1不断除以2，取余数进转进二制十制2按权相加，从右往左进转进八制二制3每位八进制数对应3位二进制数进转进二制八制4每3位二进制数对应1位八进制数二进制数的转换是数字信号处理中的基本操作通过转换，我们可以将二进制数表示为其他进制形式，以便于理解和使用复运数表示和算复义复1数定2数表示复数由实部和虚部组成实部复数通常用a+bi的形式表示表示复数在实轴上的坐标，虚，其中a和b是实数，i是虚数部表示复数在虚轴上的坐标单位，i^2=-1复运复应3数算4数用复数可以进行加减乘除运算，复数在物理学、工程学、信号运算规则与实数类似处理等领域有广泛的应用编码的基本原理压缩错检测纠信息的数字化字符的表示数据的差和正编码将信息转换为数字形式，不同的字符对应不同的数字编使用更短的编码表示信息，减编码可以帮助检测和纠正传输方便存储、传输和处理码，方便计算机识别和处理少存储空间和传输时间过程中的错误，确保信息完整性将模拟信号转换为数字信号，将文字、符号和指令转换为计通过删除冗余信息，提高数据使信息更易于处理和传输算机可以理解的数字形式传输效率使用特殊的编码规则，帮助识别和修复数据传输中的错误编码ASCIIASCII编码美国信息交换字符集7位二进制数标准代码应用计算机系统文本文件网络通信范围0-127字母数字扩展ASCII8位二进制数更多符号图形字符ASCII编码是广泛应用的字符编码标准，用于表示字母、数字、标点符号和控制字符编码UnicodeUnicode是一种字符编码标准，旨在为全球所有语言提供统一的字符集它包含超过14万个字符，涵盖了世界上大多数语言的文字、符号和表情符号与ASCII等早期编码方案相比，Unicode提供了更丰富的字符集，能够表示更多种语言和符号140K字符Unicode标准定义了超过14万个字符，涵盖了大多数语言的文字、符号和表情符号2^31码位每个字符都有唯一的码位，从0到2^31之间，每个码位对应一个唯一的字符16UTF-8Unicode字符可以使用UTF-8编码，UTF-8编码是可变长度编码，能够高效地存储和传输Unicode字符编码应的用计算机科学通信编码在计算机科学中至关重要，例如存储和编码在通信中至关重要，例如传输数据和声处理文本、图像和音频数据例如，ASCII音例如，调制解调器使用编码将数字信号编码用于表示字符，而Unicode编码用于表转换为模拟信号，反之亦然示各种语言的字符领安全其他域编码在安全中至关重要，例如加密和身份验编码在其他领域也有应用，例如生物技术和证例如，密码使用编码来保护敏感数据金融例如，基因组序列使用编码来表示遗传信息数字信号的基本概念数字信号是指用离散的数值表示的信号与模拟信号相比，数字信号具有以下特点:•抗干扰能力强•便于存储和传输•易于处理和加工拟别模信号和数字信号的区拟转换模信号数字信号模拟信号是连续变化的信号，例如声音、温数字信号是离散的信号，由一系列离散的值模拟信号可以转换为数字信号，反之亦然度和光线组成，例如计算机数据样编码采、量化和样采1模拟信号被转换成数字信号的第一步它以一定频率对信号进行采样，并记录每个采样点上的信号幅度量化2将采样后的信号值映射到离散的量化级别，每个级别对应一个数字代码，从而将连续的信号值转换成离散的数字值编码3将量化后的数字值转换成二进制代码，以便计算机能够存储和处理数字信号的表示进码

11.数字序列

22.二制数字信号可以用数字序列表示每个数字可以用二进制码表示，例如10110010，例如00000001代表1图逻辑态

33.波形

44.状数字信号可以用波形图表示，数字信号可以被解释为逻辑状例如用矩形波表示逻辑1或0态，例如高电平表示1，低电平表示0运数字信号的基本算加法数字信号的加法是指将两个数字信号的对应位相加减法数字信号的减法是指将两个数字信号的对应位相减，通常使用补码进行运算乘法数字信号的乘法可以采用移位相加的方式进行除法数字信号的除法可以采用移位相减的方式进行码补码移和码移移码是将真值加上一个常数得到的，方便比较大小补码补码是在二进制运算中，将负数转换为正数来进行运算应用•计算机内部运算•数字信号处理编码码数字信号的和解编码1编码是将数字信号转换为一种便于传输和存储的形式例如，将模拟声音信号转换为数字音频文件解码2解码是将编码后的信号还原成原始数字信号例如，将数字音频文件转换为模拟声音信号应用3编码和解码广泛应用于通信、存储、广播等领域它们是数字信号处理的核心技术之一编码差分原理差分编码利用相邻数据点之间的差值进行编码，编码的是数据变化的部分压缩了原始数据中的冗余信息，减少数据量优点减少了数据量，提高传输效率问题数字信号的噪声扰1随机干2信号失真噪声通常是随机信号，干扰数字信号的正常传输和处理噪声会造成信号失真，影响数据的准确性和完整性误码3率4噪声源噪声会导致数据传输过程中出现误码，降低通信可靠性噪声可能来自自然环境、电子设备或通信信道滤数字信号的波数字滤波器在信号处理中至关重要，它通过去除不需要的频率成分，保留所需的频率信息滤理想波器1理论上能完全去除或保留特定频率滤FIR波器2有限冲激响应滤波器，应用广泛滤IIR波器3无限冲激响应滤波器，计算效率高滤波器的类型多种多样，根据不同的应用需求选择合适的滤波器可以有效提高信号质量处应数字信号理的用频处图处疗达处音理像理医影像雷信号理音频压缩、降噪、回声消除等图像压缩、图像增强、图像识别医学图像处理、医学图像分析等雷达信号探测、目标识别、跟踪等等编码信源的基本原理压缩转换信息数据减少数据冗余，提高传输效率，降低存储成本将信源的信息转换为更易于传输或存储的形式熵编码信息效率衡量信源信息量的指标，反映信息的不确定性衡量编码方法对信息压缩的有效性熵编码和信源信息熵是衡量信息量多少的指标信源编码的目的是压缩数据，减少信息冗余，提高信息传输效率压缩冗余和数据压缩压缩类冗余信息数据型信息中重复或不必要的部分称为冗余信息数据压缩通过消除冗余信息来减少数据量，常用的压缩类型包括无损压缩和有损压缩，例如，书籍中重复出现的单词提高存储效率和传输速度无损压缩保留所有原始数据，而有损压缩会丢失部分信息编码信道的基本原理编码信道目的增强抗噪声能力，提高数据传输可靠性增加冗余信息，检测和纠正传输过程中的错误错检测纠码差和正验码汉码奇偶校明检测数据传输过程中发生的单个比特检测和纠正数据传输过程中发生的单错误个比特错误环码罗门码循里德-所使用循环冗余校验CRC技术检测和能够检测和纠正多个比特错误，常用纠正数据传输过程中的错误于存储系统和通信系统调调信号制和解信号调制1将数字信号转换为模拟信号调制方法2幅度调制、频率调制、相位调制信号解调3将模拟信号转换为数字信号解调方法4同步解调、非同步解调数字信号不能直接通过无线电波传输，需要进行调制调制将数字信号转换成模拟信号，以便无线传输接收端需要进行解调，将模拟信号转换回数字信号处多媒体数字信号理多媒体数字信号处理涵盖音频、视频和图像的处理音频处理包括降噪、压缩、混音等视频处理包括压缩、编码、解码等图像处理包括压缩、增强、识别等多媒体数字信号处理是计算机科学、电子工程和信息技术的重要领域，广泛应用于各种领域，包括通信、娱乐、医疗保健和教育课总结程处术养处应掌握数字信号基本概念掌握数字信号理技培数字信号理用能力了解数字信号处理的基本原理学习利用数字信号处理技术解决实际问题学习将数字信号处理技术应用于不同的领域。