資源簡介

(共37張PPT)
一、模擬信號與數字信號
二、編碼的基本方式
文字編碼
圖像編碼
聲音編碼
第二節 數據編碼
信號是表示消息（信息）的物理量，是運載消息的工具，是消息的載體。
2.1
模擬信號與數字信號
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
案例 信息
街道的紅綠燈，通過燈光傳遞給人們不同的顏色信息，這是屬于光信號 “停”、“行”
當我們說“你好”，聲波傳遞到他人的耳朵，使他人了解我們的意圖，這屬于聲信號； “你好”
汽車行駛的速度 說話的聲音
水滴的波紋 太陽運動的軌跡
共同特征：
隨著時間推移會連續發生變化
模擬信號：是指用連續變化的物理量所表達的信息
特點： 1.存在于自然 2.連續的
什么是模擬信號？
2.1
模擬信號與數字信號
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
模擬信號的電學表示：
2.1
模擬信號與數字信號
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
1.溫度變化的模擬信號圖 2.采樣：在一定時間內采集數據
數字信號的形成：
3.讀取數據，并轉換為二進制
4.進行編碼，得到離散的脈沖信號
數字信號：
離散時間的數字化表示稱為數字信號
特點：
1.離散（間隔時間采樣數據）
2.數字（二進制表示）
2.1
模擬信號與數字信號
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
光、聲信號可不可以也劃分為模擬信號與數字信號呢？
對于自然界的信號，我們根據信號在時間上是否連續，
也可以分為模擬信號與數字信號。
比如：
太陽散發的光是連續變化的，屬于模擬信號
紅綠燈是隨著時間分別變化的，屬于數字信號。
2.1
模擬信號與數字信號
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
牛刀小試：
請回答出以下信號是模擬信號還是數字信號
電子時鐘
電壓表
萬用表
2.1
模擬信號與數字信號
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
數字信號
模擬信號
數字信號
練一練
1、以下信號中和其他不是一樣的是（ ）
A、溫度信號
B、紅綠燈信號
C、心電圖信號
D、儲蓄罐壓力信號
2、在自然界中有各種各樣變化的信息量，在電子控制系統中，通常把連續變化的信息量稱為模擬信號，把非連續變化的信息量稱為數字信號，下列各種變化的量中屬于數字信號的是（ ）
A.一天中的氣溫變化 B.海豚發出的聲音
C.汽車在高速路上行駛 D.海洋上船只與船只之間的燈光聯絡信號
2.1
模擬信號與數字信號
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
B
D
模擬信號VS數字信號
模擬信號缺點：
1、模擬信號是傳導能量的一種方式，在傳播過程中，能量會不斷被損耗而逐漸減弱。
2、模擬信號抗干擾能力與保密性差
模擬信號優點：
1.模擬信號的信息密度更高，它可以對自然界物理量的真實值進行盡可能逼近的描述。
2.模擬信號的處理過程更簡單
傳統的有線相連的電話、無線發送的廣播電視都是通過模擬信號傳遞信息的。
數字信號缺點：數字信號的算法復雜，處理起來比模擬信號復雜
數字信號優點：
1.數字信號的抗干擾能力強，有利于存儲、加密與糾錯
2.數字信號的保密性與可靠性強
現代數字電視、現代計算機網絡都是通過數字信號傳遞信息的。
2.1
模擬信號與數字信號
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
數字信號
模擬信號
調制
解調
調制解調器
（modem)
2.1
模擬信號與數字信號
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
計算機確實只能處理數字信號，無法處理模擬信號。
如果要處理模擬信號，需要經過模數轉換將模擬信號轉化為數字信號再進行處理
第二節 數據編碼
一、模擬信號與數字信號
二、編碼的基本方式
文字編碼
圖像編碼
聲音編碼
三、數據壓縮
1.2.2
編碼的基本方式
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
編碼：
是信息從一種形式轉換為另一種形式的過程。
(01011010)2
180D
數字：
那文字、圖片、聲音呢？？？？
在計算機中：編碼一般是用預先規定的方法將數字、文字、圖像、聲音等對象編成二進制代碼的過程
一、模擬信號與數字信號
二、編碼的基本方式
文字編碼
圖像編碼
聲音編碼
第二節 數據編碼
1.2.2
文字編碼
文字編碼是效率相對較低的編碼方式，有單字節碼和雙字節碼。
①單字節碼：ASCII碼和莫爾斯碼
②雙字節碼：國標碼（GBK）、統一碼（Unicode）
1字節=8位 或 1B=8b Byte（字節） bit(比特）
位（b）
1個字節（B） 8位
0 1 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 0 1
單字節
0 1 0 0 0 0 0 1
雙字節
0 1 0 0 0 0 0 1
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
認識ASCII碼
ASCII碼（American Standard Code for Information Interchange)（美國信息交換標準代碼）
33個標點符號，運算符號
10個阿拉伯數字
26個大寫字母
26個小寫字母
33個常用的不可見控制符
0 1 0 0 0 0 0 1
單字節
28=256
27=128
使用了7位
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
某公司想為每個員工分配一個唯一的二進制位ID，以便計算機管理。如果有500名員工，則最少需要多少位來表示？如果又增加了200名員工，則是否需要調整位數？如果需要調整，應該調整到多少位合適？
探究活動
思
考
提示：28=256 29=512 210=1024
答案：9位 需要 10位
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
國標碼：漢字的國家標準編碼
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的GB碼和用于繁體中文的BIG5碼（大五碼）。
1980年發布的《信息交換用漢字編碼字符集》（GB 2312）一共收錄了7445個字符，包括6763個漢字和682個其他符號。
1995年公布的《漢字內碼擴展規范》（GBK 1.0）收錄了21 886個符號，分為漢字區和符號區，漢字區包括21 003個字符。
0 1 0 0 0 0 0 1
雙字節
0 1 0 0 0 0 0 1
216=65536
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
一、模擬信號與數字信號
二、編碼的基本方式
文字編碼
圖像編碼
聲音編碼
第二節 數據編碼
圖像編碼
圖像編碼：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。
我們以矢量圖和位圖為例，一起來學習圖像編碼的原理與方法，以及圖像文件大小的計算方法
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
圖像編碼
一、矢量圖
優點 缺點
圖片放大、縮小不失真；存儲空間小 色彩單一
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
圖像編碼
二、位圖:由許多像素點組成
優點 缺點
色彩豐富 圖片放大會失真
為什么位圖放大后會看見一個個點呢？
跟位圖的編碼有關系
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
常見格式：JPG/JPEG GIF PNG BMP
圖像編碼
分辨率越高，像素越多，排列越緊密，圖像越清晰
三、位圖的編碼
每一個像素信息在計算機中是如何用二進制表示？？
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
位圖是把一副圖按行、列分割成許多的點，
每一個稱為一個像素
圖像編碼
三、位圖的編碼
黑白兩種顏色
二進制編碼
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
圖像編碼
三、位圖的編碼
四種顏色
二進制編碼
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
圖像編碼
三、位圖的編碼
八種顏色
二進制編碼
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
圖像編碼
練習：
如下圖所示：由16種不同的顏色組成，若用二進制數表示這些顏色，需要（ ）位
16個顏色
4
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
24=16
圖像編碼
二進制位數與顏色數之間的關系：
二進制數位數 顏色信息數量
1 21=2
2 22=4
3 23=8
4 24=16
5 25=32
n 2n
二進制位數越多，顏色就越多，圖像就越豐富
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
位圖文件的大小
位圖文件的大小（字節）=
圖像分辨率*圖像量化位數/8
+
顏色表項（4*顏色總數）
+
信息頭（共40個字節）
+
文件頭（共14個字節）
+
量化位數為24時，沒有顏色表項
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
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。
探究活動
實
踐
= 1024*800 * 8÷8 + 4*256 + 40 + 14
= 820278B
提示：文件的大小（B）
=圖像分辯率 ×（圖像量化位數 ÷ 8）+ 顏色表項 + 信息頭 + 文件頭
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
一、模擬信號與數字信號
二、編碼的基本方式
文字編碼
圖像編碼
聲音編碼
第二節 數據編碼
聲音編碼
數據采樣
時間上離散，幅度上連續
數據量化
-125，-124，......,0,1......,127
數據編碼
00110000,11100100,......
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
聲音編碼
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
采樣頻率：每秒鐘采樣點的次數
知識點：奈奎斯特采樣定理：如果以一定時間間隔對某個信號進行采樣，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。
音頻信號常用的采樣頻率44.1kHz
22.05kHz
11.025kHz
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
采樣頻率越大，存儲空間越大，音質越好
聲音編碼
國標聲音量化等級分為256級，即28個，因此量化位數就是8位。量化級數越大，量化位數就越多，聲音質量就更好，占存儲空間也越大
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
首先是將采樣信號幅度劃分為若干量化等級(課本右圖劃了256級)，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。
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
聲音編碼
量化位數為8：可用8位二進制數表示，最高位表示符號，正數位0，負數位1。
編碼
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。
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
聲音編碼
編碼時采用的二進制位數越多，數據量越大，占用的存儲空間也越大。
聲音存儲空間(B)=采樣頻率(HZ)*量化位數*聲道數*時間(S)/8
如：采樣頻率為44.1kHz，量化位數為16位的立體聲，
1秒聲音所需字節數為多少？
44.1*1000*16*2*1/8=176400(B)
第一章 數據與信息
1.2 數據編碼
謝謝大家

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