在 python 中将 4 个 uint_8 值转换为浮点数

Question

我正在开发一个通过蓝牙将传感器数据帧发送到主机的系统。主机运行一个处理传感器数据的 python 程序。传感器数据包含来自开发套件板上的 c 代码的 float(32) 值。这些值被分成 4 个字节（uint_8）。我想将这些值转换回 float32。我尝试了各种解决方案，但似乎都没有。有任何想法吗？

我尝试使用 struct.pack/struct.unpack 函数，但我要么误解了用法，要么有其他问题。 输入示例： [22, 132, 0, 0, 0, 0, 199, 230, 254, 255, 255....

def int2bytes(i):
    hex_value = '{0:x}'.format(i)
    # make length of hex_value a multiple of two
    hex_value = '0' * (len(hex_value) % 2) + hex_value
    return codecs.decode(hex_value, 'hex_codec')

def convert_from_byte(data):
    byte_array = [0]*4
    byte_count = 0
    float_count = 0
    data_size = len(data)
    data_float = [] * 247
    for i in range(data_size):
        byte_array[byte_count] = int2bytes(data[i])
        if(byte_count==3):
            byte_array = ''.join(byte_array)
            data_float[float_count] =struct.unpack('<f', byte_array)
            float_count += 1
            byte_count = 0
        byte_count += 1
    return data_float

我预计值在 0.005 左右，但可能会有很大差异。

Answer 1

我认为您的输入不正确。直观地说，[22,132,0,0] 和 [0,0,199,230] 是完全不同的数字，第一个字节的高位为零，第二个字节为低位。

您可以使用以下方法轻松地将 4 个无符号字节转换为浮点数。在本例中，我将使用大端格式的 4 个字节来匹配 Wikipedia 中的第一个示例（参见 single-precision examples）。所以只是在[0, 0, 0, 1]中设置的低位位

import struct
>>>struct.unpack('>f', struct.pack('4B', *[0,0,0,1]))
(1.401298464324817e-45,)

所以打包 4 个字节，然后解包为大端浮点数。你可以用同样的方式做小端浮点数，只需颠倒输入和浮点字节序说明符。

>>> struct.unpack('<f', struct.pack('4B', *[1,0,0,0]))
(1.401298464324817e-45,)

当我尝试您的数据时，它与您所期望的完全不同，因此我怀疑您得到的输入是错误的。

data = [22, 132, 0, 0, 0, 0, 199, 230,]
>>> struct.unpack('<f',struct.pack('4B', *data[:4]))
(4.738350627267936e-41,)
>>> struct.unpack('<f',struct.pack('4B', *data[4:8]))
(-4.698754650455297e+23,)

所以一个结果是 38 个数量级太小，另一个是 26 个数量级太高。在任何情况下，一旦你弄清楚为什么输入被弄乱了，你就可以使用上述方法将字节转换为浮点数。

最后用同样的过程为列表中的所有字节创建一个浮点列表。

[struct.unpack('<f',struct.pack('4B', *data[i:i+4]))[0] for i in range(0, len(data), 4)]

Answer 2

你可以使用data[:4]得到四个数字，bytes()转换成字节，然后你就可以用struct。之后你可以把这四个数字剪掉-data = data[4:]

import struct

def convert_from_byte(data):

    results = []

    while data:
        part = data[:4]
        value = struct.unpack('<f', bytes(part))
        results.append(value[0])
        data = data[4:]

    return results

data = [22, 132, 0, 0, 0, 0, 199, 230, 254, 255, 255, 0]
convert_from_byte(data)

# [4.738350627267936e-41, -4.698754650455297e+23, 2.3509884213848822e-38]

您也可以使用range(len()) 和data[i:i+4] 来使用可能更少的内存

def convert_from_byte(data):

    results = []

    for i in range(0, len(data), 4):
        part = data[i:i+4]
        value = struct.unpack('<f', bytes(part))
        results.append(value[0])

    return results

data = [22, 132, 0, 0, 0, 0, 199, 230, 254, 255, 255, 0]
convert_from_byte(data)

# [4.738350627267936e-41, -4.698754650455297e+23, 2.3509884213848822e-38]

这甚至可以写成列表推导式

def convert_from_byte(data):
    return [struct.unpack('<f', bytes(data[i:i+4]))[0] for i in range(0, len(data), 4)]

data = [22, 132, 0, 0, 0, 0, 199, 230, 254, 255, 255, 0]
convert_from_byte(data)

# [4.738350627267936e-41, -4.698754650455297e+23, 2.3509884213848822e-38]

Answer 3

为什么不用位运算符将 8 位推入 32 位浮点数

data_float += (byte_array[0] << 24)
data_float += (byte_array[1] << 16)
data_float += (byte_array[2] << 8)
data_float += (byte_array[3])
float_array[i] = data_float