浮点到 16 位二进制补码二进制，Python

Posted 2023-02-16

【中文标题】浮点到 16 位二进制补码二进制，Python

【英文标题】：Floating point to 16 bit Twos Complement Binary, Python

【发布时间】：2015-07-16 20:34:13

【问题描述】：

所以我认为以前有人问过这样的问题，但我在实现这一点时遇到了很多麻烦。

我正在处理包含 -1 和 1 之间的浮点数的 CSV 文件。所有这些浮点数都必须转换为没有前导“0b”的 16 位 2s 补码。从那里，我将该数字转换为 2s 补码的字符串表示形式，所有来自 CSV 的数字都将被写入一个 .dat 文件，中间没有空格。例如，如果我读入 CSV 文件并且它有两个条目 [0.006534, -.1232]，我会将每个条目转换为它们各自的 2s 补码，并将它们一个接一个地写入 .dat 文件。

问题是我在如何将浮点数转换为 16 位 2s 补码的代码中陷入困境。我一直在看this 之类的其他帖子，有人告诉我使用 .float() 函数，但我没有运气。

有人可以帮我写一个脚本来接受浮点数，并返回它的 16 位 2s 补码字符串吗？它必须正好是 16 位，因为我正在处理 MIT 16 标准。

我正在使用 python 3.4 顺便说一句

【问题讨论】：

“16 位 2s 补码”描述了 16 位整数类型。它不能用于表示小数值。您的意思是要将值从 [-1…1] 缩放到 [-32768…32767]？

嗯，我不完全确定。让我问问我的主管。

我正在处理设备上记录的心电图数据，转换为 WAV，提取十进制值。我想我需要做更多的研究

这就是我得到的“每个样本都由一个 16 位二进制补码幅度表示，首先存储最低有效字节。任何未使用的高位都从最高有效位进行符号扩展。格式用于 MIT-BIH 和 AHA 数据库分发的 9 轨磁带是格式 16，在逻辑 EOF 之后添加了逻辑 EOF（八进制 0100000）和空填充。”

@J.F.Sebastian 我很抱歉在 cmets 中回复。最初，输入是一个包含 f.p. 的 .CSV 文件。 .WAV 文件（心电图记录）中的振幅值。所以我有一个 .WAV 和一个 .CSV 文件。首先，我尝试使用 physionet 提供的 WAV2MIT.c 文件，但遇到了一些问题。但是，在我最后的评论中，我说明了我是如何转换 f.p. 的。值到正确的 2s 补码格式。

【参考方案1】：

要回答标题中的问题：要将 Python float 转换为 IEEE 754 half-precision binary floating-point format，您可以使用 binary16：

>>> from binary16 import binary16
>>> binary16(0.006534)
b'\xb0\x1e'
>>> binary16(-.1232)
b'\xe2\xaf'

numpy 产生类似的结果：

>>> import numpy as np
>>> np.array([0.006534, -.1232], np.float16).tostring()
b'\xb1\x1e\xe3\xaf'
>>> np.array([0.006534, -.1232], '>f2').tostring() # big-endian
b'\x1e\xb1\xaf\xe3'

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我的目标是将幅度保存为 ecg mit 信号格式 16 ..剪辑.. 输入是一个包含 f.p. 的 .CSV 文件。 .WAV 文件（心电图记录）中的振幅值。

您可以直接读取 wav 文件并以 little-endian 字节顺序写入相应的 16 位二进制补码幅度，其中任何未使用的高位从最高有效位进行符号扩展（'<h' 结构格式）：

#!/usr/bin/env python3
import wave

with wave.open('ecg.wav') as wavfile, open('ecg.mit16', 'wb') as output_file:
    assert wavfile.getnchannels() == 1 # mono
    assert wavfile.getsampwidth() == 2 # 16bit
    output_file.writelines(iter(lambda: wavfile.readframes(4096), b''))

有一个bug in Python 3 有时.readframes() 返回str 而不是bytes。要解决此问题，请使用适用于空 str 和 bytes 的 if not data 测试：

#!/usr/bin/env python3
import wave

with wave.open('ecg.wav') as wavfile, open('ecg.mit16', 'wb') as output_file:
    assert wavfile.getnchannels() == 1 # mono
    assert wavfile.getsampwidth() == 2 # 16bit
    while True:
        data = wavfile.readframes(4096)
        if not data:
            break
        output_file.write(data)

【讨论】：

我在尝试运行您的代码时收到此错误。 C:\matlab2>py test.py Traceback（最近一次调用）：文件“test.py”，第 7 行，在 output_file.writelines(iter(lambda: wavfile.readframes(4096), 'b') ) TypeError: 'str' 不支持缓冲区接口

@AbbasDharamsey：这是 Python 中的一个错误。我已经发布了一个解决方法。

谢谢@J.F.塞巴斯蒂安。这几乎是完美的，除了没有解调。我有一个前实习生编写的解调 .exe，一切正常，但感谢您帮助我查看是否可以轻松地从 .wav 文件中获取 ECG 数据:) 我会将解调应用程序发布到 github 但它是不是我的，它归我​​公司所有 :(

@AbbasDharamsey：你的意思是你的数据是第三种情况（AM 信号）from this description？ Does wav2mit work for you?