方向不归零编码、曼彻斯特编码、差动双相（DBP）编码、PIE编码的介绍及Python实现
1、反向不归零（NRZ）
反向不归零编码用高电平表示二进制的1，用低电平表示二进制的0。
2、曼彻斯特编码
在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分1和0，其中从高到低的跳变表示1，从低到高的跳变表示0。
3、差动双相（DBP）编码
差动双相编码在半个比特周期中的任意的边沿表示二进制“0”，而没有边沿就是二进制“1”，如下图所示。此外在每个比特周期开始时，电平都要反相。因此，对于接收器来说，位节拍比较容易重建。
4、PIE编码
PIE编码符号有4个，分别是数据0、数据1、数据帧开始SOF和数据帧结束EOF。
5、Python3.6实现效果和代码
输入界面：
图像输出到目录下（包括jpg和ppm）：
import numpy as np
from PIL import Image
import sys
# 异常
class StringError(Exception):
def __init__(self,err):
Exception.__init__(self)
self.err=err
def getNRZ(binum,line_pixes=3,bi_pixes=90,pic_height=400,y_max=350,y_min=50):
"""
反向不归零编码（NRZ）
binum:输入的二进制码
line_pixes:线的宽度（像素）；bi_pixes：1位编码的宽度；pic_height图片高；y_max：线的最高点；y_min线的最低点
"""
last_bi = '2' #存储上一次数据，2表示刚开始
pic_np = np.ones((bi_pixes * (len(binum)+1),pic_height),dtype=np.int)
for index,item in enumerate(binum):
try:
if last_bi != item and last_bi != 2:
pic_np[(index*bi_pixes - line_pixes):(index*bi_pixes + line_pixes),y_min:y_max]=0
if item == '1': # 1划横线
pic_np[index*bi_pixes:(index+1)*bi_pixes,(y_max-line_pixes):(y_max+line_pixes)]=0
last_bi = '1'
elif item == '0':
pic_np[index*bi_pixes:(index+1)*bi_pixes,(y_min-line_pixes):(y_min+line_pixes)]=0
last_bi = '0'
else:
raise StringError('\r\n!!! ERROR !!! : Your binary string is NOT 0 or 1')
except StringError as var:
print(var.err)
sys.exit()
return pic_np
def getManchester(binum,line_pixes=3,bi_pixes=90,pic_height=400,y_max=350,y_min=50):
"""
曼彻斯特（Manchester）编码
binum:输入的二进制码
line_pixes:线的宽度（像素）；bi_pixes：1位编码的宽度；pic_height图片高；y_max：线的最高点；y_min线的最低点
"""
last_bi = '2' #存储上一次数据，2表示刚开始
pic_np = np.ones((bi_pixes * (len(binum)+1),pic_height),dtype=np.int8)
for index,item in enumerate(binum):
try:
if last_bi == item and last_bi != '2':
pic_np[(index*bi_pixes - line_pixes):(index*bi_pixes + line_pixes),y_min:y_max]=0
if item == '1': # 1划横线
pic_np[index*bi_pixes:(2*index+1)*bi_pixes//2,(y_max-line_pixes):(y_max+line_pixes)]=0
pic_np[(2*index+1)*bi_pixes//2:(index+1)*bi_pixes,(y_min-line_pixes):(y_min+line_pixes)]=0
pic_np[((2*index+1)*bi_pixes//2 - line_pixes):((2*index+1)*bi_pixes//2 + line_pixes),y_min:y_max]=0
last_bi = '1'
elif item == '0':
pic_np[index*bi_pixes:(2*index+1)*bi_pixes//2,(y_min-line_pixes):(y_min+line_pixes)]=0
pic_np[(2*index+1)*bi_pixes//2:(index+1)*bi_pixes,(y_max-line_pixes):(y_max+line_pixes)]=0
pic_np[((2*index+1)*bi_pixes//2 - line_pixes):((2*index+1)*bi_pixes//2 + line_pixes),y_min:y_max]=0
last_bi = '0'
else:
raise StringError('\r\n!!! ERROR !!! : Your binary string is NOT 0 or 1')
except StringError as var:
print(var.err)
sys.exit()
return pic_np
def getDBP(binum,line_pixes=3,bi_pixes=90,pic_height=400,y_max=350,y_min=50):
"""
差动双相（DBP）编码
binum:输入的二进制码
line_pixes:线的宽度（像素）；bi_pixes：1位编码的宽度；pic_height图片高；y_max：线的最高点；y_min线的最低点
"""
last_level = 0 #存储上一次最后的电平，0表示刚开始
pic_np = np.ones((bi_pixes * (len(binum)+1),pic_height),dtype=np.int8)
for index,item in enumerate(binum):
try:
if item == '1': # 1划横线
if last_level == 0:
pic_np[index*bi_pixes:(index+1)*bi_pixes,(y_max-line_pixes):(y_max+line_pixes)] = 0
last_level = 1
else :
pic_np[index*bi_pixes:(index+1)*bi_pixes,(y_min-line_pixes):(y_min+line_pixes)] = 0
last_level = 0
elif item == '0':
if last_level == 0:
pic_np[index*bi_pixes:(2*index+1)*bi_pixes//2,(y_max-line_pixes):(y_max+line_pixes)] = 0
pic_np[(2*index+1)*bi_pixes//2:(index+1)*bi_pixes,(y_min-line_pixes):(y_min+line_pixes)] = 0
pic_np[((2*index+1)*bi_pixes//2 - line_pixes):((2*index+1)*bi_pixes//2 + line_pixes),y_min:y_max] = 0
last_level = 0
else :
pic_np[index*bi_pixes:(2*index+1)*bi_pixes//2,(y_min-line_pixes):(y_min+line_pixes)] = 0
pic_np[(2*index+1)*bi_pixes//2:(index+1)*bi_pixes,(y_max-line_pixes):(y_max+line_pixes)] = 0
pic_np[((2*index+1)*bi_pixes//2 - line_pixes):((2*index+1)*bi_pixes//2 + line_pixes),y_min:y_max] = 0
last_level = 1
else:
raise StringError('\r\n!!! ERROR !!! : Your binary string is NOT 0 or 1')
except StringError as var:
print(var.err)
sys.exit()
pic_np[((index+1)*bi_pixes- line_pixes):((index+1)*bi_pixes + line_pixes),y_min:y_max] = 0
return pic_np
def getPIE(binum,line_pixes=2,bi_pixes=40,pic_height=200,y_max=150,y_min=50):
"""
PIE编码
binum:输入的二进制码
line_pixes:线的宽度（像素）；bi_pixes：1位编码的宽度；pic_height图片高；y_max：线的最高点；y_min线的最低点
"""
Tari = 16 # 电平周期个数，加上SOF和EOF
for item in binum:
Tari += (int(item)+1)*2
pic_np = np.ones((bi_pixes * (Tari+1),pic_height),dtype=np.int8)
# SOF
pic_np[0:line_pixes,y_min:y_max] = 0
pic_np[0:bi_pixes,(y_min-line_pixes):(y_min+line_pixes)] = 0
pic_np[bi_pixes-line_pixes:bi_pixes+line_pixes,y_min:y_max] = 0
pic_np[bi_pixes:2*bi_pixes,(y_max-line_pixes):(y_max+line_pixes)] = 0
pic_np[2*bi_pixes-line_pixes:2*bi_pixes+line_pixes,y_min:y_max] = 0
pic_np[2*bi_pixes:3*bi_pixes,(y_min-line_pixes):(y_min+line_pixes)] = 0
pic_np[3*bi_pixes-line_pixes:3*bi_pixes+line_pixes,y_min:y_max] = 0
pic_np[3*bi_pixes:8*bi_pixes,(y_max-line_pixes):(y_max+line_pixes)] = 0
pic_np[8*bi_pixes-line_pixes:8*bi_pixes+line_pixes,y_min:y_max] = 0
# 0和1
idx = 8 #用于保存运行完高低电平后的下标
for index,item in enumerate(binum):
try:
if item == '1': # 1划横线
pic_np[idx*bi_pixes-line_pixes:idx*bi_pixes+line_pixes,y_min:y_max] = 0
pic_np[(1+idx)*bi_pixes-line_pixes:(1+idx)*bi_pixes+line_pixes,y_min:y_max] = 0
pic_np[(4+idx)*bi_pixes-line_pixes:(4+idx)*bi_pixes+line_pixes,y_min:y_max] = 0
pic_np[idx*bi_pixes:(1+idx)*bi_pixes,y_min-line_pixes:y_min+line_pixes] = 0
pic_np[(1+idx)*bi_pixes:(4+idx)*bi_pixes,y_max-line_pixes:y_max+line_pixes] = 0
idx += 4
elif item == '0':
pic_np[idx*bi_pixes-line_pixes:idx*bi_pixes+line_pixes,y_min:y_max] = 0
pic_np[(1+idx)*bi_pixes-line_pixes:(1+idx)*bi_pixes+line_pixes,y_min:y_max] = 0
pic_np[(2+idx)*bi_pixes-line_pixes:(2+idx)*bi_pixes+line_pixes,y_min:y_max] = 0
pic_np[idx*bi_pixes:(1+idx)*bi_pixes,y_min-line_pixes:y_min+line_pixes] = 0
pic_np[(1+idx)*bi_pixes:(2+idx)*bi_pixes,y_max-line_pixes:y_max+line_pixes] = 0
idx += 2
else:
raise StringError('\r\n!!! ERROR !!! : Your binary string is NOT 0 or 1')
except StringError as var:
print(var.err)
sys.exit()
# EOF
pic_np[idx*bi_pixes-line_pixes:idx*bi_pixes+line_pixes,y_min:y_max] = 0
pic_np[idx*bi_pixes:idx*bi_pixes+bi_pixes,(y_min-line_pixes):(y_min+line_pixes)] = 0
pic_np[idx*bi_pixes+bi_pixes-line_pixes:(idx+1)*bi_pixes+line_pixes,y_min:y_max] = 0
pic_np[(idx+1)*bi_pixes:(idx+8)*bi_pixes,(y_max-line_pixes):(y_max+line_pixes)] = 0
return pic_np
# 输入二进制
binum = input("Please input your binary string: ")
print("You input \""+binum+"\"")
## NRZ
img = Image.fromarray(getNRZ(binum).T*255.0)
img = img.convert('L')
img = img.transpose(Image.FLIP_TOP_BOTTOM)
img.save('NRZ.ppm')
img.save('NRZ.jpg')
img.show()
##Manchester
img = Image.fromarray(getManchester(binum).T*255.0)
img = img.convert('L')
img = img.transpose(Image.FLIP_TOP_BOTTOM)
img.save('Manchester.ppm')
img.save('Manchester.jpg')
img.show()
##DBP
img = Image.fromarray(getDBP(binum).T*255.0)
img = img.convert('L')
img = img.transpose(Image.FLIP_TOP_BOTTOM)
img.save('DBP.ppm')
img.save('DBP.jpg')
img.show()
#PIE
img = Image.fromarray(getPIE(binum).T*255.0)
img = img.convert('L')
img = img.transpose(Image.FLIP_TOP_BOTTOM)
img.save('PIE.ppm')
img.save('PIE.jpg')
img.show()
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