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(共27張PPT)
1.2 數(shù)據(jù)編碼
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模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)
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編碼的基本方式
CONTENTE
模擬信號(hào)：
模擬信號(hào)：是指用連續(xù)變化的物理量所表達(dá)的信息。其信號(hào)的幅度、頻率或相位隨時(shí)間作連續(xù)變化，如聲音信號(hào)、圖形信號(hào)等。
模擬信號(hào)：是傳導(dǎo)能量的一種方式。例如，聲波通過(guò)空氣等介質(zhì)來(lái)向遠(yuǎn)處傳送能量，在傳播的過(guò)程中，能量會(huì)不斷被損耗而逐漸衰減。
數(shù)字信號(hào)：
數(shù)字信號(hào)：是離散時(shí)間信號(hào)的數(shù)字化表示。其信號(hào)的自變量、因變量都是離散的。例如：開(kāi)關(guān)電路中輸出信號(hào)和電壓脈沖都是離散的信號(hào)。
在計(jì)算機(jī)中，數(shù)字信號(hào)的大小常用有限位的二進(jìn)制表示。例如：字長(zhǎng)為2位的二進(jìn)制數(shù)可表示00、01、10和11四種數(shù)字信號(hào)
分組探究：
名稱(chēng) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)
模擬信號(hào)
數(shù)字信號(hào)
遠(yuǎn)距離傳送時(shí)哪種更好？ 保密性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性強(qiáng)
保密性差、傳輸距離短、抗干擾能力弱
價(jià)格低，直觀，容易實(shí)現(xiàn)
成本高，技術(shù)復(fù)雜，要求高
數(shù)字信號(hào)
編碼的基本方式
吉A 88888
在現(xiàn)代技術(shù)的信號(hào)處理中，數(shù)據(jù)基本上是通過(guò)編碼將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸，文字、圖像、聲音等類(lèi)型的數(shù)據(jù)都可經(jīng)過(guò)編碼進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸 。
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文字編碼
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圖像編碼
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聲音編碼
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文字編碼
文字（字符）編碼是效率相對(duì)較低的編碼方式，有單字節(jié)碼和雙字節(jié)碼兩種，其中ASCII碼和莫爾斯碼屬于單字節(jié)碼，國(guó)標(biāo)碼（GBK）、統(tǒng)一碼（Unicode）屬于雙字節(jié)碼。
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文字編碼
ASCII碼（美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼）
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文字編碼
漢字國(guó)標(biāo)碼，創(chuàng)建于1980年，目的為了使每個(gè)漢字有一個(gè)全國(guó)統(tǒng)一的代碼而頒布了漢字編碼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)漢字有個(gè)二進(jìn)制編碼，叫漢字國(guó)標(biāo)碼。 在我國(guó)漢字代碼標(biāo)準(zhǔn)GB2312-80中有6763個(gè)常用漢字規(guī)定了二進(jìn)制編碼。國(guó)標(biāo)碼是一個(gè)4位十六進(jìn)制數(shù)。
實(shí)踐：
通過(guò)以下網(wǎng)址查詢(xún)自己名字對(duì)應(yīng)的國(guó)標(biāo)碼https://www./bianma/guobiaoma.php
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圖像編碼
在滿足一定保真度的條件下，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、編碼和壓縮，以較少比特?cái)?shù)表示圖像或圖像中所包含的信息的技術(shù)。
矢量圖：用直線和曲線描述圖形，數(shù)據(jù)量小，圖形放大或縮小不失真，但色彩不豐富。
位圖：圖形是由許多像素點(diǎn)組成，數(shù)據(jù)量大，放大會(huì)失真，但色彩豐富。
放大后的位圖和矢量圖
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圖像編碼
位圖
位圖（bitmap），最小單位為光柵點(diǎn)（或稱(chēng)像素），因而也叫點(diǎn)陣圖（像素圖）。每個(gè)像素由深淺不同的顏色，像素越多，排列越緊密，圖像就越清晰。用數(shù)碼相機(jī)拍攝的照片、掃描儀掃描的圖片以及計(jì)算機(jī)截屏圖等都屬于位圖
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圖像編碼
位圖采用位映射存儲(chǔ)格式，即將每一個(gè)像素映射為一個(gè)數(shù)據(jù)，存放在以字節(jié)為單位 的矩陣中。
每一個(gè)像素只有兩種可能性的黑白圖像
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圖像編碼
位圖文件大小： 在計(jì)算機(jī)二進(jìn)制數(shù)系統(tǒng)中，每個(gè)0或1就是一個(gè)位（bit，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的最小單位），8個(gè) 位就稱(chēng)為一個(gè)字節(jié)（Byte）。
黑白圖像，每一個(gè)像素有2種可選顏色（黑、白），稱(chēng)為1位圖像。
圖中所包含的圖形數(shù)據(jù)為
6×16÷8=12個(gè)字節(jié)
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圖像編碼
①文件頭：包含文件的類(lèi)型、大小和位圖起始位置等信息，共14個(gè)字節(jié)。
②位圖信息頭：用于說(shuō)明位圖的尺寸等信息，占40個(gè)字節(jié)。
③顏色信息：用于說(shuō)明位圖中的顏色，有若干個(gè)表項(xiàng)，每一個(gè)表項(xiàng)定義一種顏色。當(dāng) 圖像量化位數(shù)為1、4、8時(shí)，分別有2、16、256種顏色，每個(gè)顏色表項(xiàng)占4個(gè)字節(jié)；當(dāng)圖像 量化位數(shù)為24時(shí)，沒(méi)有顏色表項(xiàng)。
④圖形數(shù)據(jù)：記錄位圖的每一個(gè)像素值，其記錄順序先從左到右，再?gòu)南碌?br/>位圖文件所占用的空間可按以下公式計(jì)算：
文件的大小=文件頭+信息頭+顏色表項(xiàng)+圖像分辨率×圖像量化位數(shù)÷8
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圖像編碼
實(shí)踐：
有一幅24位的位圖圖像，像素為1024×800。試確定其數(shù)據(jù)文件的大小。
注：圖像分辨率=圖像X方向的像素?cái)?shù)×圖像y方向的像素?cái)?shù)。
圖像量化位數(shù)，也叫圖像深度，是指圖像中每個(gè)像素點(diǎn)記錄顏色所用二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，如8個(gè)字節(jié)的灰度圖像和索引圖像的顏色數(shù)為256種。
采樣
量化
編碼
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聲音編碼
采樣
就是把輸入的模擬信號(hào)按適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔得到各個(gè)時(shí)刻的樣本值
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聲音編碼
奈奎斯特采樣定理示意圖
量化
是把樣值信號(hào)的無(wú)限多個(gè)可能的取值，近似地用有限個(gè)數(shù)的數(shù)值來(lái)表示
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聲音編碼
編碼
將量化后的采樣值用二進(jìn)制數(shù)碼表示，并轉(zhuǎn)換為由二進(jìn)制編碼0和1組成的數(shù)字信號(hào)。
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聲音編碼
聲音信號(hào)的數(shù)據(jù)編碼
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聲音編碼
聲音存儲(chǔ)空間=采樣頻率×量化位數(shù)×聲道數(shù)×?xí)r間÷8
【例】采樣頻率為44.1 kHz、量化位數(shù)為16位的立體聲，1秒聲音所需字節(jié)數(shù)為多少？
44.1×1000×16×2×1÷8=176.4（KB）
鞏固練習(xí)
一首時(shí)長(zhǎng)為2分鐘的雙聲道音樂(lè)，采樣頻率為44.1kHz，量化位數(shù)為16，試計(jì)算該音樂(lè)的音頻所占的存儲(chǔ)容量。
課后討論
1.如何減少聲音信號(hào)還原時(shí)的失真，提高聲音的保真度？
2.采樣頻率對(duì)音質(zhì)有何影響？

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