为什么在传输和处理需要数字信号编成二进制码

数字数据在数字信道传输时为什么要进行编码？有几种编码方法？~

编码为了为了信号同步和抗干扰，具体编码方法分为数字数据的模拟信号编码和数字数据的数字信号编码，数字数据的模拟信号编码包括幅移键控(ASK)法，ASK(Amplitude Shift Keying)是使用载波频率的两个不同振幅来表示两个二进制值。在一般情况下，用振幅恒定载波的存在与否来表示两个二进制字。ASK方式的编码效率较低，容易受增益变化的影响，抗干扰性较差。在音频电话线路上，一般只能达到 1 200 b/s的传输速率。(2) 频移键控(FSK)法：FSK(Frequency Shift Keying)是使用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值。FSK比ASK的编码效率高，不易受干扰的影响，抗干扰性较强。在音频电话线路上的传输速率可以大于1 200 b/s。(3) 相移键控(PSK)法：PSK(Phase Shift Keying)是使用载波信号的相位移动来表示二进制数据。在PSK方式中，信号相位与前面信号序列同相位的信号表示 0，信号相位与前面信号序列反相位的信号表示 1。PSK方式也可以用于多相的调制，例如在四相调制中可把每个信号序列编码为两位。PSK方式具有很强的抗干扰能力，其编码效率比FSK还要高。在音频线路上，传输速率可达 9 600 b/s。
2. 数字数据的数字信号编码
常用的数字信号编码有不归零 NRZ (Non Return to Zero)码、差分不归零DNRZ 码、曼彻斯特(Manchester)码及差分曼彻斯特(Differential Manchester)码等。
1) NRZ码NRZ码是用信号的幅度来表示二进制数据的，通常用正电压表示数据“1”，用负电压表示数据“0”，并且在表示一个码元时，电压均无需回到零，故称不归零码。NRZ码的特点是一种全宽码，即一位码元占一个单位脉冲的宽度。全宽码的优点：一是每个脉冲宽度越大，发送信号的能量就越大这对于提高接收端的信噪比有利；二是脉冲时间宽度与传输带宽成反比关系，即全宽码在信道上占用较窄的频带，并且在频谱中包含了码位的速度。
NRZ码的主要缺点是：当数据流中连续出现0 或1时，接收端很难以分辨1个信号位的开始或结束，必须采用某种方法在发送端和接收端之间提供必要的信号定时同步。同时，这种编码还会产生直流分量的积累问题，这将导致信号的失真与畸变，使传输的可靠性降低，并且由于直流分量的存在，使得无法使用一些交流耦合的线路和设备。因此，一般的数据传输系统都不采用这种编码方式。
(2) DNRZ码DNRZ码是一种NRZ码的改进形式，它是用信号的相位变化来表示二进制数据的，一个信号位的起始处有跳变表示数据“1”，而无跳变表示数据“0”。DNRZ码不仅保持了全宽码的优点，同时提高了信号的抗干扰性和易同步性。
近年来，越来越多的高速网络系统采用了DNRZ码，成为主流的信号编码技术，在FDDI、100BASE-T及100VG-AnyLAN等高速网络中都采用了DNRZ编码。其原因是在高速网络中要求尽量降低信号的传输带宽，以利于提高传输的可靠性和降低对传输介质带宽的要求。而DNRZ编码中的码元速率与编码时钟速率相一致，具有很高的编码效率，符合高速网络对信号编码的要求。同时，为了解决数据流中连续出现0 或1时所带来的信号编码问题，通常采用两级编码方案，第一级是预编码器，对数据流进行预编码，使编码后的数据流不会出现连续 0 或连续 1，常用的预编码方法有4B5B、5B6B等；第二级是DNRZ编码，实现物理信号的传输。这种两级编码方案的编码效率可达到 80%以上。例如，在4B5B编码中，每4位数据用5位编码来表示，即4位数据就会增加 1 位的编码开销，编码效率仍为80%。
(3) 曼彻斯特码
在曼彻斯特码中，用一个信号码元中间电压跳变的相位不同来区分数据“1”和“0”，它用正的电压跳变表示“0”；用负的电压跳变表示“1”。因此，这种编码也是一种相位码。由于电压跳变都发生在每一个码元的中间，接收端可以方便地利用它作为位同步时钟，因此这种编码也称为自同步码。
10Mb/s 以太网(Ethernet)采用这种曼彻斯特码。
(4) 差分曼彻斯特码
差分曼彻斯特码是一种曼彻斯特码的改进形式，其差别在于：每个码元的中间跳变只作为同步时钟信号；而数据“0”和“1”的取值是用信号位的起始处有无跳变来表示，若有跳变则为“0”；若无跳变则为“1”。这种编码的特点是每一位均用不同电平的两个半位来表示，因而始终能保持直流的平衡。这种编码也是一种自同步编码。
令牌环(Token-Ring)网采用这种差分曼彻斯特编码。
这两种曼彻斯特编码主要用于中速网络(Ethernet为 10 Mb/s；Token-Ring最高为16 Mb/s)中，而高速网络并不采用曼彻斯特编码技术。其原因是它的信号速率为数据速率的两倍，即对于 10 Mb/s的数据速率，则编码后的信号速率为 20 Mb/s，编码的有效率为 50%。对于 100 Mb/s的高速网络来说，200 Mb/s的信号速率无论对传输介质的带宽的要求，还是对传输可靠性的控制都未免太高了，将会增加信号传输技术的复杂性和实现成本，难以推广应用。因此，高速网络主要采用两级的DNRZ编码方案，而中速网络采用曼彻斯特编码方案，尽管它增加了传输所需的带宽，但在实现起来简单易行。

为了接收端识别啊，把0和1按一定的规律传送出去，若是不编码就是乱七八糟的数字信号，接收端就没办法译码了，就像一个电报机，每个字都是编码的，若是不编收报机怎么知道接受的是什么呢。

信道编码技术
数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。
提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务。信道编码的本质是增加通信的可靠性。但信道编码会使有用的信息数据传输减少，信道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的，这就是我们常常说的开销。这就好象我们运送一批玻璃杯一样，为了保证运送途中不出现打烂玻璃杯的情况，我们通常都用一些泡沫或海棉等物将玻璃杯包装起来，这种包装使玻璃杯所占的容积变大，原来一部车能装5000各玻璃杯的，包装后就只能装4000个了，显然包装的代价使运送玻璃杯的有效个数减少了。同样，在带宽固定的信道中，总的传送码率也是固定的，由于信道编码增加了数据量，其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价了。将有用比特数除以总比特数就等于编码效率了，不同的编码方式，其编码效率有所不同。
数字电视中常用的纠错编码，通常采用两次附加纠错码的前向纠错（FEC）编码。RS编码属于第一个FEC，188字节后附加16字节RS码，构成（204，188）RS码，这也可以称为外编码。第二个附加纠错码的FEC一般采用卷积编码，又称为内编码。外编码和内编码结合一起，称之为级联编码。级联编码后得到的数据流再按规定的调制方式对载频进行调制。
前向纠错码（FEC）的码字是具有一定纠错能力的码型，它在接收端解码后，不仅可以发现错误，而且能够判断错误码元所在的位置，并自动纠错。这种纠错码信息不需要储存，不需要反馈，实时性好。所以在广播系统（单向传输系统）都采用这种信道编码方式。
下图是纠错码的各种类型:
1、RS编码
RS码即里德-所罗门码，它是能够纠正多个错误的纠错码，RS码为（204，188，t=8），其中t是可抗长度字节数，对应的188符号，监督段为16字节(开销字节段）。实际中实施（255，239，t=8）的RS编码，即在204字节（包括同步字节）前添加51个全“0”字节，产生RS码后丢弃前面51个空字节，形成截短的（204，188）RS码。RS的编码效率是：188/204。
2、卷积码
卷积码非常适用于纠正随机错误，但是，解码算法本身的特性却是：如果在解码过程中发生错误，解码器可能会导致突发性错误。为此在卷积码的上部采用RS码块， RS码适用于检测和校正那些由解码器产生的突发性错误。所以卷积码和RS码结合在一起可以起到相互补偿的作用。卷积码分为两种：
(1)基本卷积码:
基本卷积码编码效率为，η＝1/2, 编码效率较低,优点是纠错能力强。
(2)收缩卷积码:
如果传输信道质量较好，为提高编码效率，可以采样收缩截短卷积码。有编码效率为：η＝1/2、2/3、3/4、5/6、7/8这几种编码效率的收缩卷积码。
编码效率高，一定带宽内可传输的有效比特率增大,但纠错能力越减弱。
3、Turbo码
1993 年诞生的Turbo 码，单片Turbo 码的编码/解码器，运行速率达40Mb/s。该芯片集成了一个32×32 交织器，其性能和传统的RS 外码和卷积内码的级联一样好。所以Turbo码是一种先进的信道编码技术，由于其不需要进行两次编码，所以其编码效率比传统的RS+卷积码要好。
4、交织
在实际应用中，比特差错经常成串发生，这是由于持续时间较长的衰落谷点会影响到几个连续的比特，而信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才最有效（如RS只能纠正8个字节的错误）。为了纠正这些成串发生的比特差错及一些突发错误，可以运用交织技术来分散这些误差，使长串的比特差错变成短串差错，从而可以用前向码对其纠错，例如：在DVB-C系统中，RS(204,188)的纠错能力是8个字节，交织深度为12，那么纠可抗长度为8×12＝96个字节的突发错误。
实现交织和解交织一般使用卷积方式。
交织技术对已编码的信号按一定规则重新排列，解交织后突发性错误在时间上被分散，使其类似于独立发生的随机错误，从而前向纠错编码可以有效的进行纠错，前向纠错码加交积的作用可以理解为扩展了前向纠错的可抗长度字节。纠错能力强的编码一般要求的交织深度相对较低。纠错能力弱的则要求更深的交织深度。
下图是交织的原理图：
一般来说，对数据进行传输时，在发端先对数据进行FEC编码，然后再进行交积处理。在收端次序和发端相反，先做去交积处理完成误差分散，再FEC解码实现数据纠错。另外，从上图可看出，交积不会增加信道的数据码元。
根据信道的情况不同，信道编码方案也有所不同，在DVB-T里由于由于是无线信道且存在多径干扰和其它的干扰，所以信道很“脏”，为此它的信道编码是：RS＋外交积＋卷积码＋内交积。采用了两次交积处理的级联编码，增强其纠错的能力。RS作为外编码，其编码效率是188/204（又称外码率），卷积码作为内编码，其编码效率有1/2、2/3、3/4、5/6、7/8五种（又称内码率）选择，信道的总编码效率是两种编码效率的级联叠加。设信道带宽8MHZ，符号率为6.8966Ms/S，内码率选2/3，16QAM调制，其总传输率是27.586Mbps,有效传输率是27.586*(188/204)*(2/3)=16.948Mbps,如果加上保护间隔的插入所造成的开销，有效码率将更低。
在DVB-C里，由于是有线信道，信道比较“干净”，所以它的信道编码是：RS＋交积。一般DVB-C的信道物理带宽是8MHZ，在符号率为6.8966Ms/s，调制方式为64QAM的系统，其总传输率是41.379Mbps,由于其编码效率为188/204，所以其有效传输率是41.379*188/204=38.134Mbps。
在DVB-S里，由于它是无线信道，所以它的信道编码是：RS＋交积＋卷积码。也是级联编码。
下图是DVB-T、DVB-C、DVB-S各自的信道编码方式：
5、伪随机序列扰码
进行基带信号传输的缺点是其频谱会因数据出现连“1”和连“0”而包含大的低频成分，不适应信道的传输特性,也不利于从中提取出时钟信息。解决办法之一是采用扰码技术,使信号受到随机化处理，变为伪随机序列，又称为“数据随机化”和“能量扩散”处理。扰码不但能改善位定时的恢复质量，还可以使信号频谱平滑，使帧同步和自适应同步和自适应时域均衡等系统的性能得到改善。
扰码虽然“扰乱”了原有数据的本来规律，但因为是人为的“扰乱”，在接收端很容易去加扰，恢复成原数据流。
实现加扰和解码，需要产生伪随机二进制序列（PRBS）再与输入数据逐个比特作运算。PRBS也称为m序列，这种m序列与TS的数据码流进行模2加运算后，数据流中的“1”和“0”的连续游程都很短，且出现的概率基本相同。
利用伪随机序列进行扰码也是实现数字信号高保密性传输的重要手段之一。一般将信源产生的二进制数字信息和一个周期很长的伪随即序列模2相加，就可将原信息变成不可理解的另一序列。这种信号在信道中传输自然具有高度保密性。在接收端将接收信号再加上（模2和）同样的伪随机序列，就恢复为原来发送的信息。
在DVB-C系统中的CA系统原理就源于此，只不过为了加强系统的保密性，其伪随机序列是不断变化的（10秒变一次），这个伪随机序列又叫控制字（CW)。

二进制码只有0和1减小了传输的损耗，使得信号不失真。

二进制的解码比较可靠

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阳高县19677513904： 为什么在传输和处理需要数字信号编成二进制码 - ？
司洁丁溴： 二进制的解码比较可靠

阳高县19677513904： 求大神说说为什么数字传输一定要对数据进行编码? - ？
司洁丁溴： 数字信号在传输中往往由于各种原因,使得在传送的数据流中产生误码,从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象.所以通过信道编码这一环节,对数码流进行相应的处理,使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力,可极大地避...

阳高县19677513904： 数字数据在数字信道传输时为什么要进行编码?有几种编码方法? - ？
司洁丁溴： 曼彻斯塔编码要求数据传输时中间有一次跳变,用于数据同步.比如要传送数据1,宽度为t,则前1/2t的时间传输0,后1/2t的时间传输1,接收方检测由0-->1的跳变就能判断出要传输的是数据1.(数据0的编码和1相反) 也就是说要传输一位数据(这个速度是数据传输速率),实际传输的是0和1两位数据(这个速度是波特率),正好是1/2的关系.这样做的好处是牺牲了数据传输率,但能很好的实现收发同步.如果还没理解,可以再看看曼彻斯特编码原理:

阳高县19677513904： 数字编码存在的必要性是什么？
司洁丁溴： 数字编码的优越性: 1、数字编码抗干扰纠错能力强、保真度高,模拟信号在接收端很难与发送端进行信号比对纠错,抗干扰能力差,数字编码只要在接收端按照预定的算法进行验证,最笨的就是让发送端重发几次,逐位比对,可以把绝大部分...

阳高县19677513904： 1. 在模拟信号中,传输模拟信号时,为什么要用调制解调器? 2. 在数字信号中,传输数字信号时,为什么要编 - ？
司洁丁溴： 调制解调器将数字信号转化为模拟信号.比如我们的手机之间的通信,就是一个调制解调过程.我们发出的声音经过数据采样,量化,编码后,变成数字信号,传至对方的手机里,对方手机将我们传过来的数字信号解调成模拟信号,该模拟信号通知听筒转化为声音传到对方耳朵里.模拟信号的传输距离非常小,所以要将它转化为数字.编码是为了更好地传输数据,方式有很多种. 对不同的信号有不同的编码,具体问题具体分析.

阳高县19677513904： 人们为什么要用数字进行编码 - ？
司洁丁溴： 因为数字编码可以更好记一些啊,如果你用字母表示,你不会认的话,那就不等于没有qq吗,而且用字母的话你记得会不是很清楚的.谢谢.如果你还有更多疑问,请加qq:1993163466

阳高县19677513904： RFID系统在进行无线传输时为什么必须经过编码和调制 - ？
司洁丁溴： 无线电传输的是电信号,RFID技术传送的是数字信号0和1,如何用电信号表示数字信号0和1,这就是编码的原因; 如果直接发送编码后的无线信号,由于空间中同频的无线信号有很多,会造成同频干扰.所以无线传输一般都是将有用信号调制在某一频率的载波上发送,接收端解调得到有用信号.

阳高县19677513904： 为什么在某些领域会使用到数字信号处理技术?<br/>大家帮帮忙谁? ？
司洁丁溴： 数字信号的概述 数字信号指幅度的取值是离散的,幅值表示被限制在有限个数值之内.二进制码就是一种数字信号.二进制码受噪声的影响小,易于有数字电路进行处理,...

阳高县19677513904： 为什么要用数字电路 - ？
司洁丁溴： 1、 同时具有算术运算和逻辑运算功能 数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础,使用二进制数字信号,既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算(与、或、非、判断、比较、处理等),因此极其适合于运算、比较、存储、传输、控制、决...

阳高县19677513904： 信息为什么要用数字化表示 - ？
司洁丁溴： 数字化的优点a.数字信号与模拟信号相比,前者是加工信号.加工信号对于有杂波和易产生失真的外部环境和电路条件来说,具有较好的稳定性.可以说,数字信号适用于易产生杂波和波形失真的录像机及远距离传送使用.数字信号传送具有...