3.1数据编码 课件 2022—2023学年教科版（2019）高中信息技术必修1

3.1 数据编码（第1课时） 第3单元 认识数据 教科版（2019版） 信息技术（高中） 必修1 数据与计算 1. 了解各类数据采集的基本方法。 2. 能够解释文本、音频等数据的编码原理。 3. 理解数据编码的意义和作用。 学习目标 教学重点：模拟数据的数字化方法 教学难点：模拟数据的数字化方法 教学重难点 市民在办理市民卡时，一般要到指定地点办理录入信息、拍照等手续。想一想，在办理市民卡的流程中，管理系统都收集了哪些数据？生活中还有哪些数据可以采集以及如何采集？请尝试分析这些问题，并将相关内容填入表3.1.1。 表现形式 实例 采集该数据的设备 文本 姓名、家庭住址、性别，手机号 键盘，手写输入，语音输入 数字 年龄，身高、体重、肺活量，血压、身份证号 键盘、各种数字化采集仪、手写输入 图像 照片 手机、相机、摄像头、扫描仪 声音 讲话的声音、音乐、其他声音 手机，录音机（录音笔），话筒 视频 监控视频 手机、摄像机、摄像头 课堂导入 请同学们阅读课本50页，模拟信号和数字信号部分。 教科书中的图3.1.1是语音信号随时间变化的图像，可见它是随时间连续变化的，波形光滑，这种信号称为模拟信号。模拟信号的值称为模拟数据。 用传感器获得信号一般称为模拟信号，类似的还有温度、压强、电压等。 课堂活动 模拟信号与数字信号 1 教科书中的图3.1.2是语音信号数字化后的图像，可见时间及幅值不是连续变化的，而是离散变化的，这种信号称为数字信号。数字信号可以有模拟信号转换得来。 数字信号的值即数字数据，直接用计算机所能理解的二进制表示。 模拟信号与数字信号 1 我们有时在公交车上听到司机使用车载对讲系统与相关人员通话，现在的车载系统 都使用了数字模式的对讲机。与传统模拟对讲机相比，数字模式可以更顺畅，更清晰地传输语音，这些语音数据是通过对模拟数据的处理得来的。 声音的数字化过程 2 第一步 采样 。在时间轴上按照一定的时间间隔取一系列时刻，得到每个时刻对应的声波信号的振幅值。 声波的振幅反应波形从波峰到波谷压力变化的物理量。音量与振幅成正比 2 声音的数字化过程 在横轴上按一定的时间间隔，从信号中取一个瞬时值，这个过程称为采样。 从连续的时间中每间隔一个时间段抽取一个时刻点的操作称为采样，这个时间间隔的倒数称为采样频率，单位赫兹，秒的负一次方。实际上，间隔越短，频率越高，即连续的时间分成多少个时间段。如某个时间为1s，分成44K份，1s/44k,44k分之一秒，44k分之一的倒数是44k,频率。 录音设备在1秒内对声音信号的采样次数称为采样频率，如果1秒内采样44100次，则采样频率是44100Hz，即44.1kHz。 常用的CD音质的采样频率就是44.1kHz。 采样频率 第二步 量化。将第一步所得的振幅瞬时值往最接近的整数取整。 2 声音的数字化过程 将信号波形的纵轴划分为若干区间，落到某一区间的采样点按四舍五入的规则取整选值，这个过程称为量化。比如纵坐标分成4个区间，第一个时刻点落在了1和2的区间，按照四舍五入的规则，第一个采样点的振幅瞬时值为1，以此类推。 第三步 编码。 时刻 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 十进制 1 2 3 4 3 2 2 2 3 3 二进制数值 001 010 011 100 011 010 010 010 011 011 2 将样本值用二进制表示的过程称为编码。 量化位数：每个幅值用16个二进制位记录，CD音质的量化位数为16位， 即用16个二进制位记录一个数值，因此可记录216=65536种不同的数值。 16位，比如第一个采样点的值是001，那么用16位来存储001,变成了前面16个0，后面一个1， 这样的存储方式了。 声音的数字化过程 填写教科书中的表3.1.2，完成简单的进制转换。 学生活动 时刻 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 十进制 1 2 3 4 3 2 2 2 3 3 二进制数值 001 010 011 100 011 010 010 010 011 011 请计算对于5分钟双声道、16位采样位数、44.1kHz采样频率声音的不压缩数据量 是多少？ 根据公式： 数据量=（采样频率*采样位数*声到数*时间）/8 数据量MB=（44.1*1000*16*2*5m*60s）/(8*1024表示K*1024表示M）=50.47MB 练习： 一张CD光盘的容量大约为700MB，能容纳多次时间的无压缩双声道立体声CD音频 采样频率为44.1KHz,量化位数为16位 60*44.1*1000*16*2=84672000=10.1MB 700/10.1约等于69.3分钟 声道(Sound Channel) 是指声音在录制或播放时在不