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第1章 數據與信息
信息技術 必修1
1.2 數據編碼
第1章 數據與信息
2
【了解】信號的基礎概念
信號是表示消息的物理量。比如：聲、光信號是人的感官所能識別和接收的信號。利用計算機將現實世界的事物現象符號化、數據化，需要有包含理解、抽象、推理的一個過程。
計算機將它們處理轉換成0和1組成的二進制編碼，進而采用基于二進制的算術運算和邏輯運算進行處理。
1.2.1 模擬信號與數字信號
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第1章 數據與信息\數據編碼
【了解】模擬信號
模擬信號是指用連續變化的物理量所表達的信息。
1.2.1 模擬信號與數字信號
4
第1章 數據與信息\數據編碼
模擬信號是傳導能量的一種方式，其幅度、頻率或相位隨時間作連續變化。常見的模擬信號應用：有線相連的電話和無線發送的廣播電視。
【理解】數字信號
數字信號是離散時間信號的數字化表示。其信號的自變量、因變量都是離散的。
1.2.1 模擬信號與數字信號
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第1章 數據與信息\數據編碼
在計算機中，數字信號的大小常用有限位的二進制數表示。常見的數字信號應用：開關電路中輸出電壓和電流脈沖的信號。
【理解】模擬信號與數字信號優缺點對比
1.2.1 模擬信號與數字信號
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第1章 數據與信息\數據編碼
名稱 優點 缺點
模擬信號 簡單容易實現 保密性差，抗干擾能力弱
數字信號 抗干擾能力強，保密性、可靠性強 技術實現復雜
進行遠距離傳輸時哪種信號比較好？ 模擬信號
1.在計算機網絡中使用MODEM時，它的功能是( )。
A、實現數字信號的編碼
B、把數字信號轉換為模擬信號
C、 把模擬信號轉換為數字信號
D、實現模擬信號與數字信號之間的相互轉換
課堂練習
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第1章 數據與信息\數據編碼
解調
調制
【答案】D【解析】在遠距離傳送時，為防止信號畸變，一般采用頻帶傳輸，即將數字信號變換成便于在通信線路中傳輸的交流信號進行傳輸。此時在發送端把數字信號轉換為模擬信號稱為調制，在接收端把模擬信號轉換為數字信號為解調，兼有這兩種功能的裝置稱為調制解調器(MODEM)。
【了解】編碼的概念
在現代技術的信號處理中，通過編碼將模擬信號轉換為數字信號進行存儲和傳輸。文字、圖像、聲音等類型數據也可進行編碼。
【理解】文字編碼
文字（字符）編碼是效率相對較低的編碼方式，有單字節碼和雙字節碼兩種。其中， ASCII碼、莫爾斯碼屬于單字節碼，國標碼（GBK）、統一碼（Unicode）屬于雙字節碼。
1.2.2 編碼的基本方式
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第1章 數據與信息\數據編碼
（1）莫爾斯碼
時斷時續的信號代碼，用點·（嘀）和橫—（嗒）（0/1）兩種狀態表示，通過不同的排列順序來表達英文字母、數字和標點符號。它發明于1837年，是一種早期的數字化通信顯示。
SOS
1.2.2 編碼的基本方式
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第1章 數據與信息\數據編碼
···一 一 一 ···
1.2.2 編碼的基本方式
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第1章 數據與信息\數據編碼
（2） ASCII碼
用8位二進制為所有的英文字母（大小寫52個）、阿拉伯數字（10個）、和常用的不可控制符（33個）以及標點符號、運算符號等（33個)建立了轉換碼，將符號轉換為0和1構成的編碼。
1.2.數據編碼
第1章 數據與信息\數據編碼
二進制 0000 0001 0010 0011 0100 1010 0110 0111
0000 NUL DLE 空格 0 @ P 、 p
0001 SOH DC1 ！ 1 A Q a q
0010 STX DC2 “ 2 B R b r
0011 ETX DC3 # 3 C S c s
0100 EOT DC4 $ 4 D T d t
0101 ENQ NAK % 5 E U e u
0110 ACK SYN & 6 F V f v
0111 BEL ETB ‘ 7 G W g w
列
行
先列后行
A 0100 0001
行
列
0二進制 0011 0000（十進制48）
A二進制 0100 0001（十進制65）
a二進制 0110 0001（十進制97）
A十進制65
D是多少？
68
1.2.2 編碼的基本方式
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第1章 數據與信息\數據編碼
ASCII碼表
1.已知“C”的ASCII碼值的十進制數是67，則“G”的ASCII碼值的十進制數是（ ） A 68 B 69 C 70 D 71
2.看P10-11頁ASCII碼表，其中字符 ！的ASCII碼是（ ）
3.ASCII碼數值最大的是（ ）
A D B a C b D 1
C
課堂練習
0010 0001
C
（3）國標碼（GBK）。
由于ASCII碼只包含英文、數字和一些控制符號，并不能表示漢字，因此我國設計了用于處理漢字的簡體中文GB碼和繁體中文BIG5碼。
1980年《信息交換用漢字編碼字符集》(GB 2312)一共7445個字符。 主要分為兩部分：編號127之前的符號跟ASCII 碼所表示的意義相同，屬于單字節碼；編號127之后的符號統一用兩個字節表示，包含了幾乎所有的簡體中文字。
1995年公布《漢字內碼擴展規范》(GBK 1.0)收錄了21886個字符，分為漢字區和圖形區，漢字區包含21003個字符。
1.2.2 編碼的基本方式
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第1章 數據與信息\數據編碼
（4）統一碼（Unicode）
統一碼，也叫萬國碼、單一碼（Unicode）是計算機科學領域里的一項業界標準，包括字符集、編碼方案等。Unicode 是為了解決傳統的字符編碼方案的局限而產生的，它為每種語言中的每個字符設定了統一并且唯一的二進制編碼，以滿足跨語言、跨平臺進行文本轉換、處理的要求
1.2.2 編碼的基本方式
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第1章 數據與信息\數據編碼
1.2數據編碼
在滿足一定保真度的條件下，對圖像（位圖、矢量圖）數據進行變換、編碼和壓縮，以較少比特數表示圖像或圖像中所包含的信息的技術。
圖像編碼——以位圖為例
矢量圖：用直線和曲線描述圖形，數據量小，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組成，數據量大，放大會失真，但色彩豐富。最小單位是光柵點（或稱像素）也叫作點陣圖（或像素圖）
1.2數據編碼
圖像編碼——以位圖為例
位圖采用映射存儲格式，即每個像素映射為一個數據，存放在以字節（Byte）為單位的矩陣中。
1
1
1
1
1
1
1
1
1
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0
0
0
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0
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0
0
0
0
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0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1字節（Byte）=8位（bit）
黑白像素分別映射為0和1，通常采用16進制編碼，表示為：FF,06,86,FF,81,63,7C,81
1.2數據編碼
圖像編碼——位圖圖像大小
在計算機二進制數系統中，每個0或1就是一個位（bit，數據存儲的最小單位），8個 位就稱為一個字節（Byte，數據存儲的基本單位）
210B=1024 B = 1KB (千字節)
1024KB = 1MB (兆字節)
1024MB = 1GB (吉字節)
1024GB = 1TB (太字節)
1B=8b
1.2數據編碼
圖像編碼——位圖圖像大小
一個位圖文件除了包含圖形數據，還包括文件頭、位圖信息頭、顏色信息等幾部分。
文件頭
包含文件的類型、大小和位圖起始位置等信息，共14個字節。
位圖信息頭
用于說明位圖的尺寸等信息，占40個字節。
顏色信息
用于說明位圖中的顏色，有若干個表項，每一個表項定義一種顏色。當圖像量化位數為1、4、8時，分別有2、16、256種顏色，每個顏色表項占4個字節；當圖像量化位數為24時，沒有顏色表項。
圖形數據
記錄位圖的每一個像素值，其記錄順序先從左到右，再從下到上。
文件的大小=文件頭+信息頭+顏色表項+圖像分辨率×圖像量化位數÷8
1.2數據編碼
圖像編碼——位圖圖像大小
圖像分辨率=圖像X方向的像素數*圖像Y方向的像素數
圖像量化位數，也叫圖像深度，是指圖像中每個像素點記錄顏色所用的二進制位數
由于文件頭+信息頭+顏色表項占用空間相對較小，很多時候計算的位圖大小僅僅指的是數據文件的大小
文件的大小=文件頭+信息頭+顏色表項+圖像分辨率×圖像量化位數÷8
圖像分辨率=16*16
圖像量化位數：4
數據文件的大小=圖像分辨率×圖像量化位數÷8
1.2數據編碼
圖像編碼——位圖圖像大小
練一練：有一幅8位的位圖圖像，像素為1024*800，試確定其數據文件的大小。
數據文件的大小=圖像分辨率×圖像量化位數÷8
文件大小=
文件大小約為800KB
1.有一幅24位的位圖圖像，像素為1024×800。其數據文件的大小
位圖數據文件大小=圖像分辨率×圖像量化位數÷8
2.若將上述圖像另存為256色位圖圖像，則文件大小為多大？（256=28 ）
文件的大小=文件頭+信息頭+顏色表項+圖像分辨率×圖像量化位數÷8
練習
22
第1章 數據與信息\數據編碼
=1024×800×24÷8（B）
=14+40+256*4+1024×800×8÷8 (B)
1.2數據編碼
聲音編碼
聲音編碼的三部曲：采樣、量化、編碼。
①采樣。采樣就是把輸入的模擬信號按適當的時間間隔得到各個時刻的樣本值， 使其轉換為時間上離散、幅度上連續的脈沖信號
常用采樣頻率：44.1kHz 22.05kHz 11.025kHz
采樣頻率越高聲音的還原就越真實越自然
采樣頻率對音質有何影響？
采樣
1.2數據編碼
聲音編碼--奈奎斯特采樣定理
奈奎斯特采樣定理：如果以一定時間間隔對某個信號f(t)進行采樣，并且采樣頻率高于該信號最高頻率的兩倍，則采樣值包含了原信號的全部信息。
1.2數據編碼
聲音編碼
②量化。量化是把樣值信號的無限多個可能的取值，近似地用有限個數的數值來 表示。
首先將采樣信號幅度劃分為若干量化等級（國際聲音量化等級分為256個，即28個），然后將采樣后的信號幅度與所劃分的各個量化等級進行比較，向下取最接近的量化等級的數值。
量化
1.2數據編碼
聲音編碼
③編碼。編碼是將量化后的采樣值用二進制數碼表示，并轉換為由二進制編碼0和 1組成的數字信號。
編碼
1.2數據 編碼
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第1章 數據與信息\數據編碼
聲音存儲空間=采樣頻率×量化位數×聲道數×時間÷8
聲道數： 單聲道/左聲道--1聲 雙聲道/右聲道/立體聲（2聲及以上）--2聲
采樣頻率單位khz：*1000 時間：秒(s)
【例】采樣頻率為44.1 kHz、量化位數為16位的立體聲，1秒聲音所需字節數為多少。
聲音存儲空間=采樣頻率×量化位數×聲道數×時間÷8
=44.1×1000×16×2×1÷8 ( B )
1.將模擬信號轉換為數字信號的過程包含采樣和( )
①解壓 ②量化 ③編碼 ④編譯
A ①② B ①④ C ②④ D ②③
2.采用以下哪種標準錄制的音頻其文件容量比較大 ( ）
A.采樣頻率為20.1KHz, 量化位數是8位，單聲道
B.采樣頻率為22.05KHz, 量化位數是16位，雙聲道
C.采樣頻率為44.1KHz, 量化位數是8位，雙聲道
D.采樣頻率為44.1KHz, 量化位數是16位，雙聲道
課堂練習
28
第1章 數據與信息\數據編碼
D
D
5.文件夾中存放了三個文件，一個文件是存放了3萬個漢字的純文本文件（編碼方式為GBK1.0）；
另一個文件是尺寸為1024 768像素、顏色深度為24位的如果想把這三個文件通過電子郵件一并發送（假設郵件附件總容量不能超過20MB）。分別計算這三個文件大小，并判斷它們能否一次性發送成功。
（注：忽略其他因素增加的文件存儲容量。BMP模式社團徽章圖像；
還有一個文件是一首時長為2分鐘的WAV格式的校歌，采樣頻率是44.1KHZ，量化位數為16位，雙聲道。
）
課堂練習
29
第1章 數據與信息\數據編碼
進制標識符
進制 基本數碼 進位規則 表示方法
下標，字母標識
二進制 0-1 逢二進一 (110)2、110B
八進制 0-7 逢八進一 (62)8、52O
十進制 0-9 逢十進一 65、95D
十六進制 0-9 , A-F 逢十六進一 (A9)16、B9H
進制（補充）
其他進制→十進制
例1 （11011.01）2=（ ）D
（1 1 0 1 1 .0 1）2
27.25
權值：24 23 22 21 20 2-1 2-2
=1*24+1*23+0*22+1*21+1*20+0*2-1+1*2-2
方法： 將二進制數的每個位置上的數字與其對應位置的權值 相乘，然后求和。
0 20+1 21+0 22+0 23+1 24=18
二進制數轉換為十進制數
二進制數： 1 0 0 1 0
從右到左20——24 即 20——2n-1 n為位數
方法： 將二進制數的每個位置上的數字與其對應位置的權值相乘，然后求和。
24 23 22 21 20
各位數的權值：
(10010)2=
二進制→十進制
（1）11010.1B=( )D
（2）101011B=（ ）D
（3）10111B=（ ）D
=1*24+1*23+0*22+1*21+0*20+1*2-1
=1*25+0*24+1*23+0*22+1*21+1*20
=1*24+0*23+1*22+1*21+1*20
26.5
43
23
56
2
28
商
余數
0
0
2
14
0
2
7
2
3
2
1
0
1
1
1
2
十進制→其他進制
方法：
除2，商至0，倒取余
例2 56D=( )B
111000
十進制→二進制
簡單方法：65D=( )B
拆分成2的次方，65=64+1=26+20=1000001B
23D=( )B
拆分成2的次方，23D=16+4+2+1=24+22+21+20=10111B
2的1~10次方
21 2
22 4
23 8
24 16
25 32
26 64
27 128
28 256
29 512
210 1024
十進制→二進制
(1)25D=( )B
(2)35D=( )B
(3)75D=( )B
11001
1001011
100011
工具：計算器
2的1~10次方
21 2
22 4
23 8
24 16
25 32
26 64
27 128
28 256
29 512
210 1024
1.十進制數15對應的二進制數是____。
A. 1111　　　　 　B. 1110 C. 1010　　 　　D. 1100
2. 將二進制數11011101轉化成十進制是_____。
A. 220　　 　 　B. 221 C. 251　　 　　D. 321
3.數值數據通常采用數制來表達。下列關于八進制數進位規則的描述，正確的是
A 逢一進八 B 逢二進一 C 逢十進一 D 逢八進一
課堂練習
37
第1章 數據與信息\數據編碼
A
B
D

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