3.1 数据编码 课件

数据编码 课堂目标 了解各类数据采集的基本方法 能够解释文本、音频等数据的编码原理 理解数据编码的意义和作用 2 任务一：认识智能公交系统中的数据 一、引入 活动1：办理市民卡 办理市民卡的过程中，管理系统都收集了哪些数据？  3 表现形式 实例 采集该类数据的设备 文本 姓名,家庭住址,性别（也可以用数字表示）、手机号 键盘 手写输入 语音输入 数字 身高、体重、肺活量、血压,年龄 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 声音，语音，音乐 手机，录音机（录音笔），话筒（声卡） 视频 监控视频 手机，摄像机，摄像头 4 二、模拟信号与数字信号 按照取值特征，可以将信号分为模拟信号和数字信号 5 模拟信号 用传感器直接获得的信号一般为模拟信号，类似的还有温度、压强、电压等。 模拟信号的值是随时间连续变化的，波形光滑，模拟信号的值称为模拟数据。 6 数字信号随时间的变化不是连续的，而是离散变化的，波形如台阶。 数字信号可以由模拟信号转换得来，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来表示，这样方便计算机对其进行处理。 数字信号 模拟信号如何转换成数字信号？ 7 把模拟信号的曲线“精确地”存储到计算机中最容易想到的办法，就是依次记下曲线中每个点的坐标。 但是，曲线中的点有无穷多个，我们却只能记录下有限的个点。怎么办呢？ 模拟信号转换数字信号 8 每间隔一段时间取一个点间隔多少时间取一个点为好呢？1秒？0.1，0.01秒？通常，我们把这种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”。 模拟信号转换数字信号--采样 这个时间间隔的倒数称为采样频率，单位是赫兹，即秒-1。显然采样频率越高（时间间隔越短），声音还原的效果自然就越真实。 但采样点也就越多，需要保存的数据也越多，所占存储空间也越大，计算机的工作量也越大。因此，需要在声音还原效果与存储数据量之间寻找一个平衡点。常用的CD音质的采样频率是44.1kHz，也就是把1秒的时间分成44100等份，每份取其对应的一个幅值。 9 模拟信号转换数字信号—量化 将第一步所得的振幅瞬时值往最接近的整数取整，每个样本所对应的整数值即为纵坐标，这种操作称为量化。 每个幅值用什么数据记录下来？精确到什么程度？这个问题同样关联到声音还原效果与存储数据量！ CD音质的量化位数为16位，即用16个二进制位记录一个幅值，因此可记录216=65536种不同的数值，即0～65535。 10 量化得到的整数，当然要转换为二进制数，并把它们用一定的格式存储起来，有些还要按照一定的算法进行压缩处理后存储为文件，这个过程称为编码。 模拟信号转换数字信号— 编码 时刻 1 2 3 4 5 二进制数值 001 010 011 100 011 时刻 6 7 8 9 10 二进制数值 010 010 010 011 011 1.从模拟数据到数字数据，要经过采样、量化、编码三个过程。 11 知识补充：比特，字节，文件大小的单位 计算机中数据的最小单位是二进制位，称为比特(bit,简写为b)。 计算机存储数据的基本单位是字节（Byte，简写为B），1B=8b 因为计算机内数据都是以二进制形式存储的，所以文件大小的单位也是字节。但字节单位太小，常用的有KB,MB,GB等。 1KB=210B=1024B 1MB=210KB=220B=1,048,576B 1GB=210MB=220KB=230B=1,073,741,824B 递进倍数是210=1024，因此民间把10月24日戏称为“程序员节”。 数据量＝采样频率×量化位数×声道数×时间（秒） 12 1.一段时长为1分钟的双声道立体声的无压缩音频（采样频率为44.1kHz，量化位数为16位），占用的存储空间是多少MB（精确到0.1）？ 2.一张CD光盘的容量大约为700MB，能容纳多长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）？ 参考解答： 60*44.1*1000*16*2= 84672000（位，比特）= 10584000（B，字节）≈10.1MB 参考解答： 700/10.1≈69.3(分钟) 练习 13 任务二：认识查看存储在计算机中的数据 活动1：卡片组合游戏 无论是数字、文字还是声音、视频等，编码后都以二进制的形式存储在计算机组。 14 把两图关联起来看： 二进制数01001所表示的数的含义就是 1*1+0*2+0*4+1*8+0*16=1*20+0*21+0*22+1*23+0*24=9 其中20，21，22，23，24，…，称为二进制整数从右到左各位的权值，2是二进制数的基数。二进制数有且仅有2种不同的数字：0和1，基本计数规