粤教版（2019）必修一 1.2 数据编码 课件

1.2数据编码 普通高中教科书（粤教版）必修1数据与计算 1 数据编码 作为信息的载体，数据记录的形式是多样的、可看的、可听的、可感知的，如图像、视频、音频、文本等，并且在计算机中，数据以二进制的形式存储、加工。 那么计算机是如何将它们转换成0和1组成的二进制码呢？ 数据 2 数据编码 将现实世界的事物现象符号化、数据化，需要有一个理解、抽象、推理的过程。 数据 3 声、光信号 模拟信号与数字信号 众所周知，声、光信号是人的感官所能识别、接收的信号，而计算机是一种采用电信号进行运作的机器。要将人的感官所能识别的信号，转换为计算机能识别的信号，实现人机交互，就必须清楚计算机是如何处理这些信号的。 电信号 一般来说，通信系统中有两种主要的信息传输形式：分别是模拟信号和数字信号。 那么。在通信应用中这两种信号有哪些优劣之处吗？ 模拟信号与数字信号 5 比较模拟信号与数字信号 模拟信号是传导能量的一种方式。 在传播的过程中，能量会不断被损耗而逐渐衰减。 比较模拟信号与数字信号 其信号的自变量、因变量都是离散的。 数字信号是离散时间信号的数字化表示。 比较模拟信号与数字信号 在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示。如： 字长为2位的二进制数可表示00、01、10和11四种数字信号。 DO RE MI FA 00 01 10 11 比较模拟信号与数字信号 分 析 分析、比较模拟信号与数字信号在通信应用中的优劣，用简洁的文字将结论填入表中。 比较模拟信号与数字信号 尽管基于数字信号的数据通信才出现几十年，但因其抵抗电路本身干扰和环境干扰的能力强，且数字信号有利于存储、加密与纠错，从而具有较强的保密性和可靠性。因此在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，覆盖范围越来越广。 数据编码 模拟信号如何转换为数字信号呢？ 11 文字编码 文字编码中的“文字”包含： 符号、控制符、字母、汉字。 文字编码是效率相对较低的编码方式，有单字节和双字节两种。 文字编码 文字编码是指将“文字”转换为进制数表示。 A a 65 97 01000001 01100001 字母 十进制数 二进制数 文字编码 探 ASCII码是1960年由香农创立的、用8位二进制码表示的基本字符编码系统。 33个标点符号、运算符号 10个阿拉伯数字 26个大写字母 26个小写字母 文字编码 文字编码 因此，由N位二进制数组成的编码，最多可以表示2N个字符。 文字编码必须保证唯一性，即一个码只能表示一个字符。 0 1 2 3 1位 2位 0 ……………………………………15 4位 3位 2位 1位 练习：员工ID分配 某公司想为每个员工分配一个唯一的二进制位ID，以便计算机管理。如果有500名员工，则最少需要多少位来表示？如果又增加了200名员工，则是否需要调整位数？如果需要调整，应该调整到多少位合适？ 提示： 28=256 29=512 210=1024 答案： 9位 需要 10位 图像编码 18 问题：如何估算存储一张图片所需空间大小？ 像素（光珊点） 位图（点阵图） 分辨率为9*8 映射为1 映射为0 000010000 000010000 011111110 010010010 011111110 000010000 000010000 000010000 问题：如何估算存储一张图片所需空间大小？ 每个0或1是一个位（bit） 8个位就成为1个字节（Byte） 黑白图像包含的图形数据 =分辨率/8（个字节） 9*8/8=9(个字节） 问题：如何估算存储一张图片所需空间大小？ 黑白图像 有2种（2=21）可选颜色 图像量化位数为1 16色图像 有16种（16=24）可选颜色 图像量化位数为4 256色图像 有256种（256=28）可选颜色 图像量化位数为8 问题：如何估算存储一张图片所需空间大小？ 位图文件的大小（字节数）= 图像分辨率*图像量化位数/8 + 颜色表项（4*颜色种数） 信息头（共40个字节） 文件头（共14个字节） + + + 量化位数为24时，没有颜色表项 练习：估算位图文件大小 有一幅8位的位图图像，像素为1024*800，试估算其数据文件的大小。 1024*800*8/8+4*256+40+14=820278 文件大小约为820KB 声音编码 数据采样 数据量化 -125，-124，……，0,1，……，127 数据编码 00110000, 11100100， …… 时间上离散、幅度上连续 24 声音编码 根据奈奎斯特采样定理，如果以一定时间间隔对某个信号进行采样，并且采样频率高于该信号最高频率的两倍，则采样值包含了原信号的全部信息。对于音频信号，常用的采样频率有三种：44.1kHz 、22.05kHz、 11.025kHz 25 声音编码 采样完成后，接着是进行数据量化。首先将采样后的信号幅度划分为若干量化等级，然后将采样后的信号幅度与所划分的各个量化等级进行比较，向下取最接近的量化等级的数值。国标声音量化等级分为256个，即2的8次方个。 26 声音编码 编码是将量化后的采样值用二进制数码表示。 可用8位二进制数表示，最高位表示符号，正数位0，负数位1。 27 编码时采用的二进制位数 ，数据量 ，占用的存储空间也 。 声音编码 声音存储空间=采样频率×量化位数×声道数×时间÷8 如：采样频率为44.1kHz、量化位数为16位的立体声，1秒声音所需字节数为： 44.1 ×1000 ×16 ×2 ×1÷8=176.4（KB） 28 练习：如何提高声音保真度 用数字设备进行录音时，如何能减少声音信号还原时的失真，提高声音的保真度。 提示：声音存储空间=采样频率×量化位数×声道数×时间÷8 采样频率 量化位数 29 课堂小结 30 数据编码 模拟信号与数字信号 模拟信号 数字信号 编码的基本方式 文字编码 图像编码 声音编码 $$