3.1数据编码课件-2025-2026学年教科版高中信息技术必修一

必修一 数据编码 第3单元 认识数据 数据采集 想一想，在校园一卡通/银行卡的办理过程中，管理系统都收集了哪些数据？ ？ 文本 数字 图像 声音 视频 生活中还有哪些数据可以采集？ ？ 数据采集 表现形式 实例 采集该类数据的设备 用什么软件处理 文本 姓名、 键盘、 数字 年龄、 图像 Photoshop、 声音 讲话的声音、 视频 监控视频、 摄像机、 QQ影音、 计算机处理的数据 活动1：请尝试分析以下数据如何采集，并将相关内容填入表中。 表现形式 实例 采集该类数据的设备 用什么软件处理 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 文字处理软件、电子表格、数据库、OCR识别语音识别 数字 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 电子表格、数据库 图像 照片 手机、相机、摄像头、扫描仪 PS、美图秀秀、用软件从视频中抓帧 声音 声音、语音、音乐 手机、录音机（录音笔）、话筒（声卡） 录音机、CoolEdit、从有声视频中分离音轨 视频 监控视频 手机、摄像机、摄像头 QQ影音、绘声绘影、Camtasia 编码 ？ 这些数据计算机能直接处理吗？ 编码就是信息从一种形式或格式转换成另一种形式或格式的过程。 指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计算机里的数值。 编码 模拟信号与数字信号 模拟信号 模拟信号一般用传感器直接获得，如声音、温度、压强等。 模拟信号的值随时间而连续变化，波形光滑 数字信号 数字信号一般随时间而产生非连续的变化。数字信号可以由模拟信号转化而来，数字信号的值即数字数据，可直接用计算机所能理解的二进制表示，方便计算机对其处理。波形如台阶 模拟信号：连续变化，温度可以自己估读出来，可以是区间里的任何一个数字 数字信号：离散，不连续，只能是固定的数字 课堂练习 练习1 关于模拟信号和数字信号，下列说法正确的是（ ） A、模拟信号和数字信号都能传递信号，在传递方式上没有区别 B、数字信号可以被计算机直接处理 C、数字信号随时间的变化是连续的 D、数字信号用十进制值存储和表述 B 8 声音的数字化 如何将如下的模拟声音信号用计算机“忠实地”记录下来呢？ ？ 声音的数字化 采样 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瞬时振幅值。 1秒内对声音信号的采样次数，单位是赫兹（Hz）。 采样频率 声音的数字化 采样 不同的采样频率对音频的声音质量有什么影响？ 采样频率 采样频率越高（时间间隔越短），声音还原的效果就越真实，但采样点越多，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。 声音的数字化 采样 每个幅值用什么数据记录下来？ ？ 声音的数字化 量化 第二步，量化 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，这个过程叫做量化。 声音的数字化 量化 量化位数越大，可记录的数值越多，音频的声音质量越好，但相对应存储的数据量越大。 标准CD音频的量化位数为16位。 量化位数 3 8 16 32 可记录的数据范围 23=8 28=256 216=65536 232=4294967296 不同的量化位数对音频的声音质量有什么影响？ 量化位数 声音的数字化 编码 第三步，编码 量化得到的整数值用计算机能够存储和处理的二进制数值表示，这个过程称为编码。 声音的数字化 编码 活动2：请参照下图及十进制与二进制数对应表，把量化得到的整数值所对应的二进制数值填入P52表3.1.2。 时刻 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 二进制数值 001 101 011 100 010 110 111 1000 1001 1010 声音的数字化 3.1 数据编码 模拟数据 数字数据 第一步，采样 对模拟声音信号按给定的时间间隔进行采样。 第二步，量化 对采样数据进行量化。 第三步，编码 将量化后的数据用二进制数值表示。 时刻 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 二进制数值 001 101 011 100 010 110 111 1000 1001 1010 声音的数字化 3.1 数据编码 课堂练习 练习2 1.采样频率和量化位数是数字音频系统中的两个基本指标，下列叙述正确的是( ) B A、48kHz是量化位数 B、16bit是量化位数 C、量化位数少的质量高 D、采样频率低的质量高 2.下面选项中属于数字信号的是（ ） A、胶卷上记录的照片 B、电话线中传输的信号 C、录音磁带上记录的信号 D、计算机中的图片文件 D 19 拓展知识——声道与立体声 3.1 数据编码 声道 声道是指声音在录制或播放时在不同空间位置采集或回放的相互独立的音频信号，声道数也就是声音录制时的音源数量或回放时相应的扬声器数量。 双声道 /立体声 双声道就是有两个声音通道。声卡所支持的声道数是衡量声卡档次的重要指标之一。 存储单位 计算机存储数据的最小单位是二进制位，用比特（bit）表示。 计算机存储数据的基本单位是字节（Byte,简写为B）,8比特为一个字节。 字节单位太小，常用的存储单位有KB,MB,GB等。 1KB = 210B = 1024B 1MB = 210KB = 220B = 1048576B 1GB = 210MB = 220KB = 230B = 1073741824B 无压缩音频存储空间计算 无压缩音频所需存储空间（B/s） =（采样频率（Hz）x 量化位数（bit）x 声道数x时间（s））÷8 活动3 一段时长为1分钟的双声道立体声的无压缩音频的采样频率为44.1kHz、量化位数为16位，其占用的存储空间是多少MB?（精确到0.1） =44.1X1000X16X2x60÷8 =10584000（B/s） 故：1分钟的无压缩音频存储空间 =10584000（B） ÷1024÷1024 ≈10.1MB 1Byte=8bit 1MB=1024KB 1KB=1024B 1.一张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）？ （m*2*16*44.1*1000）/8=700*1024*1024 m/60≈69.3(分钟) 课堂练习 练习3 23 图像的类型 计算机中常见的图像类型有位图和矢量图。 位图 矢量图 5 放大后 位图图像（bitmap），亦称为点阵图像或栅格图像，是由称作像素（图片元素）的单个点组成的。这些点可以进行不同的排列和染色以构成图样。当放大位图时，可以看见赖以构成整个图像的无数单个方块。扩大位图尺寸的效果是增大单个像素，从而使线条和形状显得参差不齐。用数码相机拍摄的照片、扫描仪扫描的图片以及计算机截屏图等都属于位图。加工位图图像的软件有Photoshop、画图等。 图像的类型 5 放大后 矢量图，就是使用直线和曲线来描述的图形，构成这些图形的元素是一些点、线、矩形、多边形、圆和弧线等，它们都是通过数学公式计算获得的，具有编辑后不失真的特点。例如一幅画的矢量图形实际上是由线段形成外框轮廓，由外框的颜色以及外框所封闭的颜色决定画显示出的颜色。 图像的类型 5 像素 可以将像素视为整个图像中不可分割的单位或者是元素。不可分割的意思是它不能够再切割成更小单位抑或是元素，它是以一个单一颜色的小格存在。每一个点阵图像包含了一定量的像素，这些像素决定图像在屏幕上所呈现的大小。 分辨率 图像分辨率指的是图像中存储的信息量，通常为单位英寸中包含的像素点数。分辨率大小使用乘积表示，如1920×1080。 颜色深度 在计算机图形学领域表示在位图或者视频帧缓冲区中存储每一像素的颜色所用的位数。色彩深度越高，可用的颜色就越多。 扩展名 特点 BMP 最典型的应用BMP格式的程序就是Windows的画笔。文件不压缩，占用磁盘空间较大，它的颜色存储格式有 1位、4位、8位及24位，该格式是当今应用比较广泛的一种格式。 GIF 该图形格式却在Internet上被广泛地应用，原因主要是256种颜色已经较能满足主页图形需要，而且文件较小，适合网络环境传输和使用。 JPEG 可以用不同的压缩比例对这种文件压缩，其压缩技术十分先进，对图像质量影响不大，因此可以用最少的磁盘空间得到较好的图像质量。由于它优异的性能，所以应用非常广泛，而在Internet上，它更是主流图形格式。 PNG PNG（Portable Network Graphics）是一种新兴的网络图形格式，结合了GIF和JPEG的优点，具有存储形式丰富的特点。PNG最大色深为48bit，采用无损压缩方案存储。著名的Macromedia公司的Fireworks的默认格式就是PNG。 PSD Adobe公司开发的图像处理软件Photoshop中自建的标准文件格式就是PSD格式，在该软件所支持的各种格式中，PSD格式存取速度比其它格式快很多，功能也很强大。 TIFF TIFF格式具有图形格式复杂、存储信息多的特点。3DS、3DS MAX中的大量贴图就是TIFF格式的。TIFF最大色深为32bit，可采用LZW无损压缩方案存储。 SVG SVG是Scalable Vector Graphics 的首字母缩写，含义是可缩放的矢量图形。它是一种开放标准的矢量图形语言，可让你设计激动人心的、高分辨率的 Web图形页面。 图像的格式 5 图形图像的存储空间计算 图形图像大小 =（水平方向像素量*垂直方向像素量*颜色深度）÷8 活动4 小明同学处理一张2048像素X1024像素的照片，原照片颜色深度是24位真彩色，处理成颜色深度是8位的照片，不经过压缩的情况下，处理后的照片节约了_____存储空间。 原照片存储空间 =（2048*1024*24）/8/1024/1024 =6MB 现照片存储空间 =（2048*1024*8）/8/1024/1024 =2MB 6MB-2MB=4MB 进制转换 什么是十进制？ 什么是二进制？ 由0-9的数字构成 进数规则：逢十进一 由0、1两个数字构成 进数规则：逢二进一 逢十六进1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 16进制： 10进制： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 什么是十六进制？ 5 进制转换 10010（2）=0*20+1*21+0*22+0*23+1*24=18（10） 权值 R进制数（R≥2）转换为十进制数:按权展开求和法 进制转换 2 18 余数 2 9 0 低位 2 4 1 2 2 0 2 1 0 0 1 高位 十进制数转换为R进制数:短除法(除R取余法) 1.将十进制整数175转换为16进制 2.请将8进制数2071转换为十进制。 课堂练习 练习4 AF 1081 34 A B C 文本数据包括字母、数字、标点符号、汉字等 ASCII码和Unicode码是最经典的两种编码方案 文本数据的编码通过对其中每一个字符进行编码实现 文本数据编码 35 5 美国信息交换标准代码 (American Standard Code for Information Interchange) 字符集：大小写字母、数字、常用符号等128个字符 ASCII码（十进制） 字符 0~31 控制字符或通信专用字符（不可见）） 32 空格 48~57 数字0~9 65~90 大写英文字母A~Z 97~122 小写英文字母a~z 其他 英文标点符号、运算符号、括号等 玲玲思爸爸（0——48） 66大顺吧（B——66） 小舅吧（b——98） 5 Unicode码：在原来的ASCII码前加上8个0， Unicode码为了解决传统字符编码方案的局限性而产生。 Unicode码字符集是全球可以共享的编码字符集，涵盖了世界上主要的文字符号，其中包括简繁体汉字，共74686汉字。 计算机要处理汉字，必须对每个汉字进行编码，每个汉字至少需要2个字节。 5 课堂总结 课堂练习 练习5 A．模拟信号 B．声音压缩 C．编码 D．采样 E．选择声音录制软件 E A B C D 40 课堂练习 练习5 2.声音信息数字化的三个主要过程是( ) 3.6MB的存储空间，若要存储大小为1024KB的照片，最多能存放( ) A、编码、存储、量化 B、压缩、采样、编码 C、采样、量化、编码 D、量化、压缩、编码 A、4张 B、5张 C、6张 D、7张 C C 41 $