3.1 数据编码导学案2024-2025学年高一上学期高中信息技术必修1第2单元教科版（2019）

3.1 数据编码 【学习目标】 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。 【知识框架】 当下，计算机已经成了数据处理的主要工具，进一步学习数据加工与处理的重要基础是要学习好数据编码基本知识、熟悉编码思想和方法、认识到编码的重要性。 知识点1：数据编码和收集 1.编码：是信息从 转换为 的过程，是一种用预先规定的方法将文字、数字或其他对象编成可以存储在 中的数值。 2.数据收集：日常生活中，可以收集到包括文本、图像、数字、音频等多种多样的 。 知识点1：数字信号和模拟信号 按照取值特征：可将信号分为 和 。传感器获取的一般是 。模拟信号是值随着时间的变化是 的信号，波形 。模拟信号的值称为模拟数据。 数字信号是值随时间的变化是 的信号，数字信号可以由 转换得来。 知识点2：声音的数字化。 第一步： ，在 t上按一定的时间间隔从信号中取一个瞬时振幅值，这个过程称为 。在一定时间内，采集的信号样本越多、纵轴刻度划分越细密，对信号波形的表示就越精确。常见的CD的采样频率是44.1KHz。 第二步： ，将信号波形的纵轴划分为若干区，落到某一区的采样点按四舍五入的规则取整选值，这个过程称为 。 第三步： ，将样本值用计算机能够 和 的 数值表示的过程称为 。 【拓展】一段时长为1分钟，采样频率为44.1KHz，量化位数为16位，双声道立体声的无压缩音频，占用的存储空间是 10.1 MB（精确到0.1），计算过程如下： 60*44.1*1000*16*2 / 8 / 1024 / 1024 ≈ 10.1MB 将模拟声音信号转化为数字声音信号的这一过程，我们称为声音的数字化。 知识点3：进制：进制是一种数制表示方法，它规定了数的基数和每一位数的取值范围。在不同的进制中，基数不同，基数决定了每一位数可以使用的数字的个数。例如二进制的基数是2，每一位数只能取0或1。常见的进制包括二进制、 、十进制和 。计算机中存放的数据最终都是以 进制的形式。 知识点4：进制转换：数据经过采样、量化、编码后，都以 的形式存储在计算机中。二进制只有0和1两种数字符号，其特点是“ ”，即1+1=10。 计算机存储数据的最小单位是二进制位，用 表示，只有两种状态即 或 。计算机存储数据的基本单位是 ， 个比特构成 个字节，1字节表示 个状态。转换方法通常包括除基取余法和乘基取整法。 案例1：将十进制数156转换为二进制，采用“除2取余法”。 1. 156除以2，得商78余0，余数是最低位。 2. 78除以2，得商39余0。 3. 39除以2，得商19余1。 4. 19除以2，得商9余1。 5. 9除以2，得商4余1。 6. 4除以2，得商2余0。 7. 2除以2，得商1余0。 8. 1除以2，得商0余1，余数是最高位。 将得到的余数从最高位到最低位依次排列，得到二进制数为10011100。 案例2：将二进制数10011100转换为十进制，采用“乘基取整法” 从右到左，将每个位的数字乘以2的相应次方，然后求和。 1*2^7 + 0*2^6 + 0*2^5 + 1*2^4 + 1*2^3 + 1*2^2 + 0*2^1 + 0*2^0=128 + 16 + 8 + 4 = 156。 因此，二进制数10011100对应的十进制数是156。 十进制数 转化为二进制数 二进制数 31 案例3：程序员如何用5根蜡烛表示31岁生日？一个程序员马上就要过31岁的生日了，于是自己去给自己定了一个生日蛋糕。买回来发现只有五根蜡烛，立马想到了解决办法…… 【课堂练习1】 1.10110100(2)=( )(10) 2.100(10)=( )(2) 案例4：十六进制与十进制之间的转换：在十六进制中，除了阿拉伯数字0到9外，还用字母A到F表示（10到15）。十六进制逢16进1。 【课堂练习2】1. 3D(16)=( )(10) 2. 255(10)=( )(16) 3. E2(16)=( )(2) 4. 11100101(2)=( )(16) 【课堂练习3】Python中，可用函数bin()，oct()，hex()，将十进制整数num转换为二、八、十六进制。 >>> bin(29) >>> oct(29) >>> hex(29) 知识点5：文本数据的编码 1.ASCII码：美国信息交换标准码，用7位（标准ASCII码），表示128个字符。还可用8位（扩展ASCII码）二进制表示一个字符。例如A的ASCII码为01000001，即65。 2.Unicode码：为了解决传统字符编码方案的局限性而产生的。Unicode是全球可以共享的编码字符集，涵盖了全世界的主要文字的字符。Unicode码有16位二进制数据构成。计算机要处理汉字，必须对汉字进行Uncode编码，显然每个汉字至少需要两个字节。在Python中，函数ord()返回的是字符的Unicode码值，函数chr()返回Unicode码对应的字符。 扩展知识点1：图像的编码 图像的编码是指将图像数据转换成一种特定格式的过程，以便于存储和传输。常见的图像编码格式包括JPEG、PNG、GIF、BMP等。BMP是Windows系统中常见的图像格式，不进行压缩，保留了图像的所有原始数据。如涉及到计算的图像的编码，其表示的格式是BMP。 扩展知识点2：图像文件容量计算 未经压缩的位图图像的数据存储量= 图像分辨率×颜色深度÷8(字节) 例如：一幅分辨率为1920×1080像素的图像，保存格式为“24位位图”，则其数据存储量可按以下方法进行计算：数据存储量=1920×1080×24÷8(字节) 【课后练习】 1.一段时长为1分钟、采样频率为44.1 kHz、量化位数为16位、双声道的音频，该音频的存储容量约为（ ） A.10.3KB     B.172KB     C.10.1MB     D.80.7MB 2.关于数据编码的说法，错误的是( ) A.便于存储、加工    B.是一种形式上的转换 C.是计算机处理信息的关键  D.就是十进制数转化成二进制3.下列数据编码方案中，不包含汉字编码的方案是（ ） A.ASCII    B.GB2312-1980    C.GBK    D.GB18030-2000 4.对声音进行数据编码不需要经过哪个阶段（） A.采样    B.量化    C.编码    D.传输 5.下列有关数据编码的说法正确的是（） A.声音、图片、文字等数据存于计算机不一定转为二进制 B.编码是信息按某种规律与格式从一种形式转换为另一种形式的过程 C.解码是编码的另一种形式    D.声音数字化过程不需要编码 6.关于数据编码，下列说法正确的是（ ） A.数据编码是指按规定的方法将数据组合成可存储的数值 B.数据编码就是将模拟信号转换为数字信号 C.数据编码就是对数据进行压缩管理 D.数据编码就是将数据计算后重新组织 7.下列关于大数据及数据编码的说法中不正确的是(    ) A.大数据一般数据规模很大、而且价值密度也很高 B.该事件中，遭到泄露的数据都是数字化编码后的数据 C.计算机中存储的都是经过一定规则编码后的二进制数字 D.大数据技术给生活带来便利的同时，也带来新的社会问题 8.交通控制中心对信号灯状态进行数据编码，如题图一所示。若只允许左转一个车道通行，对应的编码是110101，如题图二所示。若不允许车辆左转，只允许车辆直行和右转，对应的编码是（   ） A.010111    B.111111    C.011111    D.100101 9.声音编码量化时将整个振幅划分为若干个量化级，把落入同一级的样本值赋予相同量化值。如图若a点、b点量化值是12，那么关于c点、d点量化值，以下叙述正确的是（ ） A.c点、d点都为12     B.c点、d点都为13 C.c点为13，d点为14 D.c点、d点都为14 10.下列编码方式中，属于图像编码的是（ ）。 A.ASCII码    B.GBK    C.图像压缩    D.统一码 11.下列编码标准中，属于图像编码标准的是（ ） A.ASCII    B.GB2312    C.Unicode    D.JPEG 12.一个中学高一年级有16门选修课程，每门课招收33人。如果用二进制数给参加选修课的学生进行编码，形式为英文字符S加若干位位二进制数（S口口口……口口），要求用两段二进制位分段记录课程编码和学生编码的信息，并尽可能减少编码长度。则以下二进制的分段方案中正确的是（ ） A.用3位二进制记录课程编码，4位二进制记录学生编码 B.用4位二进制记录课程编码，5位二进制记录学生编码 C.用4位二进制记录课程编码，6位二进制记录学生编码 D.用5位二进制记录课程编码，6位二进制记录学生编码 13.汉字的编码多种多样，如输入码、输出码和机内码等，其功能各异。用于存储汉字的编码称为（  ） A.区位码    B.输出码    C.字型码    D.机内码 14.汉字点阵是一种用黑白两色点阵来表示汉字字形的编码，一个8*8点阵字模的存储容量为（ ）字节 A.16    B.1    C.8    D.64 15.已知英文字母“o”的ASCII码是1101111，那么计算机内存储英文单词“mop”的二进制编码为（ ） A.1101101 1101111 1110000 B.01101101 01101111 01110000 C.1101110 1101111 1110000 D.01101110 01101111 01110000 16.已知8位的二进制编码“10110010”对应的二维图形如下图左所示。该二维图形的每一行按照从左到右编码，则下图右对应的二进制编码是（ ） A.10011001    B.01010101    C.10101010    D.10100101 17.下列关于计算机信息编码的描述，正确的是（ ） A.汉字输入码是唯一的    B.计算机内最基本存储单位是1b C.1个ASCII码仅占用7b    D.计算机内数据和指令都二进制形式存储 18.下列关于计算机信息编码的描述，不正确的是（ ） A.字符“z”的十六进制机内码是“80” B.图中字符共占16个字节，其中有8个ASCII码 C.“！” 的机内码为“A3 A1” D.汉字在计算机内部是用机内码表示的 19.1981年颁布的标准汉字编码，对我国计算机的普及与应用起到了非常重要的作用，这种编码属于( ) A.输入码    B.交换码    C.字形码    D.拼音码 20.十进制数78的二进制编码是( ) A.1001110    B.1001111    C.1101110    D.1000111 21.计算机编码是指( ) A.仅指对输入计算机中的文字用二进制数进行编码的方式 B.对输入计算机中的各种数据用二进制数进行编码的方式 C.仅指对输入计算机中的图像和声音用二进制数进行编码 D.仅指对输入计算机中的十进制数用二进制数进行编码 22.在ASCII码中，已知字母D的编码是68，转换成二进制编码是( ) A.1000100    B.1001000    C.1000110    D.1010100 23.下列关于计算机信息编码的描述，错误的是（ ） A.中文字符的 GB2312 编码是一种常见的汉字机内码 B.数据压缩本质上是对信息重新编码 C.半角英文采用7位二进制进行编码，标准为 ASCII 码 D.将学号制作成二维码，这一过程属于信息的编码 24.在计算机内部，采用二进制编码存储字符和汉字。关于信息的编码，以下表述错误的是（ ） A.ASCII编码从大到小排依次为：小写字母>大写字母>数字 B.汉字输入计算机用统一的汉字内码，并以二进制形式存储C.若用8位二进制表示一个字符，则可表示256个不同字符 D.一个字节有8位二进制，每个汉字内码只能占2个字节 25.下列有关信息和信息编码的说法，正确的是（ ） A.虚假的美容广告，说明信息具有真伪性 B.汉字在计算机内按照GB2312标准进行编码、存储和表示 C.信息一定采用二进制进行编码 D.语言、文字、图像和微信等都是信息的常用表达方式 26.学习了二进制编码后，小张突发奇想：如果为全班58个同学分别分配一个二进制的学号，那每个学生的号码至少是（ ）位二进制数。 A.2    B.6    C.7    D.5 27.目前计算机上使用的汉字编码主要有三种，以下哪一项不属于这三种之中的一种（ ） A.输入码 B.机内码 C.机外码 D.输出码 28.标准的ASCII码由7位二进行数来表示，共生成128种编码。下列十六进制数中能表示一个ASCII的是（ ） A.6B1H    B.61ADH    C.A6H    D.61H 29.模拟信号数字化的步骤是（ ） （1）采样（2）量化（3）编码 A.213    B.123    C.321    D.132 【学案答案】 1.一种形式 2.另一种形式 3.计算机 4.数据 5.模拟信号 6.数字信号 7.模拟信号 8.连续 9.光滑 10.非连续 11.采样 12.时间轴 13.采样 14.编码 15.编码 16.量化 17.存储 18.处理 19.量化 20.八进制 21.十六进制 22.二进制 23.逢二进一 24.byte 比特 25.0 26.1 27.字节 28.8 29.1 30.8 【课后答案】 1.答案：C解析：公式：44.1*1000*16*2*60/8=10584000(B)，转换为KB为10335.9KB，转换为MB为10.1MB，故选C。 2.答案：D解析：数据编码就成为计算机处理的关键。对数据进行编码在计算机的管理中非常重要，可以方便地进行信息分类、校核、合计、检索等操作。数据编码不仅仅对数字进行编码，故选项D错误。 3.答案：A解析：ASCII只有128种可能，不能表示汉字。 4.答案：D解析：声音数字化的过程：采样、量化、编码。 5.答案：B解析：计算机中都是二进制形式，A错；C是将信息从已编码形式恢复到编码前原状；D声音数字化过程是采样、量化和编码，故正确的是B。 6.答案：A解析：数据编码是按照一定规律，对数据进行组合或存储，并对其进行加密和解密处理的过程。数据编码除了对数据进行压缩管理，还对数据进行加密解密等安全处理。7.答案：A解析：大数据一般数据规模很大，但价值密度很低，故本题选A选项。 8.答案：C解析：图一可知，绿灯的编码是11，红灯的编码是01。如果不允许车辆左转，只允许车辆直行和右转，左转指示的编码应该为01，直行指示的编码为11，右转指示的编码为11，故对应的编码是011111。 9.答案：B解析：图中可知a点、b点落在12-13区域，取量化值12，c点、d点落在13-14区域，故取量化值应为13。10.答案：C解析：图像压缩是图像编码。 11.答案：D解析：JPEG是用于连续色调静态图像压缩的一种标准。故选D。 12.答案：C解析：16门选修课用4位二进制记录课程编码；每门课程计划招收33人故选6位二进制记录学生编码。 13.答案：D解析：汉字机内码，又称"汉字ASCII码"，简称"内码"，指计算机内部存储，处理加工和传输汉字时所用的由0和1符号组成的代码。故选项D正确。 14.答案：C解析：汉字点阵是一种用黑白两色点阵来表示汉字字形的编码，8*8点阵字模的存储容量为64位=8字节。15.答案：B解析：已知“o”的ASCII 码是1101111，可推出“p”的ASCII码1110000,“m”的ASCII码是1101101，因为一个字母占一个字节8位，最高位为0，故选项B正确。 16.答案：D解析：根据题干，已知8位的二进制编码“10110010”中白色格对应0，黑色格对应1，故右图对应的二进制编码是10100101。本题选D。 17.答案：D解析：计算机内数据和指令都以二进制形式存储，故本题选D选项。 18.答案：A解析：由图中可知“y”的十六进制内码为：79，故可以推出字符“z”的十六进制机内码是：7A，选项A错误；ASCII码的十六进制数不大于7F，由图中可知共有16字节，其中有8个不大于7F，即有8个ASCII码，选项B正确；由图中可知“！” 的机内码为“A3 A1”，选项C正确；汉字在计算机内部是用机内码表示的，选项D正确。 19.答案：B解析：汉字交换码是指不同的具有汉字处理功能的计算机系统之间在交换汉字信息时所使用的代码标准。故选B。 20.答案：A解析：本题考查进制转换相关知识。十进制转换为二进制采用除2取余的方法。可得1001110即为78转换的二进制数。故本题选A。 21.答案：B解析：对输入计算机中的各种数据用二进制数进行编码的方式，故选项B正确。 22.答案：A解析：十进制整数转换为二进制采用“除2取余，逆序排列”法。可得1000100，故本题选A。 23.答案：A解析：本题主要考查计算机信息编码。中文字符的 GB2312 编码属于区位码，故本题选A选项。 24.答案：D解析：一个字节由8位二进制数组成，汉字编码一般占两个字节，并不是只能占两字节。故应选D。 25.答案：A解析：虚假的美容广告，说明信息具有真伪性。 26.答案：B解析：2^6>58。故本题选B。 27.案：C解析：目前计算机上使用的汉字编码主要有三种：输入码、机内码、输出码，故本题选C选项。 28.答案：D解析：只有61H对应二进制是7位，能表示一个ASCII，故本题选D选项。 29.答案：B解析：模拟信号数字化的步骤是：采样—量化—编码。故选项B正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$