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第一章 數(shù)據(jù)與信息
數(shù)據(jù)編碼：文字、圖像、聲音、視頻
粵教版普通高中教科書
信息技術(shù) 必修1
問題導(dǎo)入
前不久，我收到好友發(fā)過來的短信。
01000,00101,01100,10000
01000,00101,01100,10000
我想起我們?cè)?jīng)給字母編過表，如下：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
A B C D E F G H I J K L M
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
N O P Q R S T U V W X Y Z
你知道這條短信的內(nèi)容是什么
HELP
——這就是編碼的過程
1.2 數(shù)據(jù)編碼
1.2.1 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)
【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)的信號(hào)。
模擬信號(hào)是傳導(dǎo)能量的一種方式，其幅度、頻率或相位隨時(shí)間作連續(xù)變化。
常見的模擬信號(hào)應(yīng)用：有線相連的電話和無線發(fā)送的廣播電視。
1.2 數(shù)據(jù)編碼
1.2.1 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)
【模擬信號(hào)】模擬信號(hào)的波形可以是簡單的，也可以是復(fù)雜的。其波形可以是僅僅包括一個(gè)單一頻率，也可以是復(fù)雜波形，包含了許多不同頻率的組合。模擬信號(hào)是傳導(dǎo)能量的一種方式。例如，聲波通過空氣等介質(zhì)來向遠(yuǎn)處傳送能量，在傳播的過程中，能量會(huì)不斷被損耗而逐漸衰減。
多頻率組合波形示意圖
模擬信號(hào)的衰減示意圖
單一頻率波形示意圖
1.2 數(shù)據(jù)編碼
1.2.1 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)
【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。
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)制數(shù)表示。
【例】字長為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)。
常見的數(shù)字信號(hào)應(yīng)用：開關(guān)電路中輸出電壓和電流脈沖的信號(hào)。
補(bǔ)充數(shù)據(jù)的單位：
位（bit）：b 存儲(chǔ)的最小單位，可存放一個(gè)0或1.
字節(jié)（Byte）：B 存儲(chǔ)容量基本單位； 1B=8b
一個(gè)英文1個(gè)字節(jié) 一個(gè)漢字2個(gè)字節(jié)
1KB=1024B
1MB=1024KB
1GB=1024MB
1.2 數(shù)據(jù)編碼
1.2.1 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)
【模擬信息與數(shù)字信號(hào)的優(yōu)缺點(diǎn)】
名稱 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)
模擬信號(hào)
數(shù)字信號(hào)
簡單容易實(shí)現(xiàn)
保密性差，抗干擾能力弱
抗干擾能力強(qiáng)，保密性、可靠性強(qiáng)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，占用頻帶寬
試一試
1．把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，就可以用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行編輯處理。“在取值上是離散的、不連續(xù)的信號(hào)”描述的是_________信號(hào)的特征。
3．相對(duì)于數(shù)字信號(hào)，下面哪個(gè)選項(xiàng)是模擬信號(hào)的優(yōu)勢？（ ）
A．抗干擾能力強(qiáng) B．技術(shù)簡單 C．保密性好 D．可靠性強(qiáng)
2．2022年4月初，太原市各中學(xué)再次開啟了“停課不停學(xué)、離校不離教”線上教學(xué)。釘釘在線課堂教學(xué)過程中，老師運(yùn)用思維導(dǎo)圖軟件結(jié)束課堂，再一次對(duì)教學(xué)內(nèi)容概括和歸納，幫助學(xué)生理清知識(shí)脈絡(luò)，把握重點(diǎn)，運(yùn)用釘釘答題卡功能當(dāng)堂檢測每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，進(jìn)而有針對(duì)性、更精準(zhǔn)的輔導(dǎo)。課后學(xué)生使用手機(jī)將作業(yè)拍照上傳給老師，這一過程是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。( )
數(shù)字
錯(cuò)誤
B
1.2 數(shù)據(jù)編碼
1.2.2 編碼的基本方式
計(jì)算機(jī)中所有的信息都是用“0”和“1”來表示的。
在實(shí)際中信息的形式是多種多樣的，最常見的是文字、聲音、圖片等等。要用計(jì)算機(jī)來處理信息，就需要先把這些信息轉(zhuǎn)化為“0”和“1”的數(shù)據(jù)形式，即信息數(shù)字化。
計(jì)算機(jī)中的文字、數(shù)字、聲音、視頻都是通過二進(jìn)制編碼來
表示的。只是表示信息類型不同，編碼方案也不同。
1.2 數(shù)據(jù)編碼
1.2.2 編碼的基本方式
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。
ASCII碼、莫爾斯碼屬于單字節(jié)碼
國標(biāo)碼（GBK）、統(tǒng)一碼（Unicode）屬于雙字節(jié)碼。
【文字編碼】
A
0100
0001
1.2 數(shù)據(jù)編碼
1.2.2 編碼的基本方式
【文字編碼】：ASCII碼
65
記住幾個(gè)常見字符的ASCII碼值：
A的編碼為 01000001（十進(jìn)制數(shù)65）
a 的編碼為 01100001（十進(jìn)制數(shù)97）
0 的編碼為 00110000（十進(jìn)制數(shù)48）
ASCII碼是美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼、用8位二進(jìn)制碼表示的基本字符編碼系統(tǒng)
ASCII碼是美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼、用8位二進(jìn)制碼表示的基本字符編碼系統(tǒng)
常用的不可見控制符（33個(gè)）
ASCII碼（英文字符編碼）
以及標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、運(yùn)算符號(hào)等33個(gè)
阿拉伯?dāng)?shù)字（10個(gè)）
英文字母（大小寫52 個(gè)）
共27=128個(gè)字符
1.2.2 編碼的基本方式
ASCII碼練習(xí)題
第1題 已知“A”的ASCII碼值的十進(jìn)制數(shù)是65，則“D”的ASCII碼值的十進(jìn)制數(shù)是（ ）
A 66 B 67 C 68 D 69
第2題 已知“C”的ASCII碼值的十進(jìn)制數(shù)是67，則“F”的ASCII碼值的十進(jìn)制數(shù)是( )
A 68 B 69 C 70 D 71
C
C
1.2 數(shù)據(jù)編碼
1.2.2 編碼的基本方式
【文字編碼】：國際碼
為了使每個(gè)漢字有一個(gè)全國統(tǒng)一的代碼而頒布了漢字編碼的國家標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)漢字有個(gè)二進(jìn)制編碼，叫漢字國標(biāo)碼。 每個(gè)漢字使用2個(gè)字節(jié)，主要分為兩部分：編號(hào)127之前的符號(hào)跟ASCII 碼所表示的意義相同，屬于單字節(jié)碼；編號(hào)127之后的符號(hào)統(tǒng)一用兩個(gè)字節(jié)表示，包含了幾乎所有的簡體中文字（中文編碼高字節(jié)的最高位不為0）。
【文字編碼】：漢字編碼
輸入碼
又叫“外碼”，按照漢字的讀音進(jìn)行編碼，例如：雙拼、
智能ABC、微軟拼音輸入法、紫光拼音輸入法；
按照形狀進(jìn)行編碼，例如：五筆、二筆、鄭碼、
表形碼；
機(jī)內(nèi)碼
用于存儲(chǔ)漢字的編碼
GB2312-80——簡稱GB碼，由兩個(gè)字節(jié)組成
（16位二進(jìn)制數(shù)），即存儲(chǔ)一個(gè)漢字2個(gè)字節(jié)，如：
11010100 11000110——云
11000100 11001111——南
含6763個(gè)漢字。
港臺(tái)地區(qū)的BIG5碼——繁體字。
近來我國用的GB1300編碼，含20902個(gè)漢字。
字形碼
又叫輸出碼或字模，是描述每個(gè)漢字形狀的編碼，即漢字顯示的代碼，如：點(diǎn)陣法和矢量法
16*16，24*24，32*32，48*48點(diǎn)陣
10*10編碼
1.2 數(shù)據(jù)編碼
1.2.2 編碼的基本方式
【文字編碼與進(jìn)制數(shù)的關(guān)系】
文字編碼必須保證唯一性，即一個(gè)“碼”只能表示一個(gè)“字符”。因此，由N位二進(jìn)制數(shù)組成的編碼，最多可以表示2N個(gè)字符。
例：兩位二進(jìn)制數(shù)編碼最多能表示的字符數(shù)為22個(gè)字符，即4個(gè)字符
00 01 10 11
思考：GB碼使用十六位二進(jìn)制數(shù)編碼，最多能表示多少個(gè)字符？
216個(gè)字符，即65536個(gè)字符
試一試
1．為了理解二進(jìn)制的編碼方式，用紅、黃二極管分別來模擬0、1，如圖表示：00111，若圖中所示五個(gè)二極管的位置可任意調(diào)整，請(qǐng)你分析最多可表示( )種不同信號(hào)。
A．10 B．4 C．6 D．32
2．字母“k”的ASCII 碼二進(jìn)制數(shù)是1101011，十進(jìn)制數(shù)是107；那么字母“h”的ASCII 碼二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)分別是（ ）
A．1101001、105 B．1101000、104
C．1101000、105 D．1101001、104
D
B
試一試
3．根據(jù)國家漢字編碼標(biāo)準(zhǔn) GB18030—2005，大部分常用漢字用二進(jìn)制數(shù)（ ）個(gè)字節(jié)表示。
A．1 B．2 C．3 D．4
4．16×16點(diǎn)陣漢字就是用16行、每行16個(gè)點(diǎn)來表示漢字，其中一個(gè)點(diǎn)用一個(gè)二進(jìn)制位表示，那么16×16點(diǎn)陣的一個(gè)漢字要用_______個(gè)字節(jié)來表示。
B
32
1.2.2 編碼的基本方式
【圖像編碼】
1.2 數(shù)據(jù)編碼
圖片
圖形
圖像
是真實(shí)物體的模型化、抽象化和線條化的表現(xiàn)方式。
真實(shí)地再現(xiàn)了一個(gè)物體的原形
位圖
矢量圖
位圖，最小單位為光柵點(diǎn)（或稱像素），也叫作點(diǎn)陣圖（或像素圖）。可以用“畫圖”軟件創(chuàng)建、數(shù)碼相機(jī)獲取等。
由一組指令集合描述，可以用“Flash、CorelDRAW”等軟件創(chuàng)建。
位圖與矢量圖的區(qū)別：位圖縮放以后會(huì)失真， 矢量圖縮放以后不會(huì)失真。
1.2.2 編碼的基本方式
【圖像編碼】：位圖文件大小
1.2 數(shù)據(jù)編碼
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
文件頭 ：14個(gè)字節(jié) 信息頭 ：40個(gè)字節(jié)
顏色表項(xiàng) ：每一個(gè)表項(xiàng)定義一種顏色，每種顏色表項(xiàng)占4個(gè)字節(jié)
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)：（圖像深度）記錄顏色所用二進(jìn)制的位數(shù)
因?yàn)槲募^，位圖信息頭 ，顏色表項(xiàng)占用空間相對(duì)較小，很多時(shí)候計(jì)算的位圖大小僅僅指的是數(shù)據(jù)文件的大小=圖像分辨率×圖像量化位數(shù)÷8
【例】有一幅16位的位圖圖像，像素為1024×800。其數(shù)據(jù)文件的大小
位圖數(shù)據(jù)文件大小=圖像分辨率×圖像量化位數(shù)÷8
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(xiàng)+圖像分辨率×圖像量化位數(shù)÷8
1.2.2 編碼的基本方式
=1024×800×16÷8（B）
=14+40+256*4+1024×800×8÷8 (B)
1.2.2 編碼的基本方式
【聲音編碼】：采樣
1.2 數(shù)據(jù)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， 使其轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散、幅度上連續(xù)的脈沖信號(hào)。
根據(jù)奈奎斯特（Harry Nyquist，物理學(xué)家，1889—1976）采樣定理，如果以一定時(shí)間間隔對(duì)某個(gè)信號(hào)f（t） 進(jìn)行采樣，并且采樣頻率高于該信號(hào)最高頻率的兩倍，則采樣值包含了原信號(hào)的全部信息。
常用的采樣頻率有三種：44.1 kHz、22.05 kHz和11.025 kHz。
1.2.2 編碼的基本方式
【聲音編碼】：量化
1.2 數(shù)據(jù)編碼
量化是把樣值信號(hào)的無限多個(gè)可能的取值，近似地用有限個(gè)數(shù)的數(shù)值來表示。首先是將采樣信號(hào)幅度劃分為若干量化等級(jí)（國標(biāo)聲音量化等級(jí)分為256個(gè)，即28個(gè)），然后將采樣后的信號(hào)幅度與所劃分的各個(gè)量化等級(jí)進(jìn)行比較，向下取最接近的量化等級(jí)的數(shù)值。
1.2.2 編碼的基本方式
【聲音編碼】：編碼
1.2 數(shù)據(jù)編碼
編碼是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)。模擬信號(hào)采樣后可用8位二進(jìn)制數(shù)表示，最高位表示符號(hào)，正數(shù)為0， 負(fù)數(shù)為1。
模擬量 26 45 48 40 14
編碼 00011010 00101101 00110000 00101000 00001110
模擬量 -51 -100 -50 44 127
編碼 10110011 11100100 10110010 00101100 01111111
模擬量 125 105 90 78 65
編碼 01111101 01101001 01011010 01001110 01000001
聲音信號(hào)的數(shù)據(jù)編碼表
1.2.2 編碼的基本方式
【聲音編碼】：聲音存儲(chǔ)空間
1.2 數(shù)據(jù)編碼
編碼時(shí)采用的二進(jìn)制位數(shù)越多，數(shù)據(jù)量越大，占用的存儲(chǔ)空間也越大。以聲音信息為例，其存儲(chǔ)空間遵循如下公式：
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44.1×1000×16×2×1÷8=176400（B）。
編碼后的信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。
數(shù)字信號(hào)的傳送圖
1.2.2 編碼的基本方式
【視頻編碼】？
1.2 數(shù)據(jù)編碼
討論一下視頻的編碼方式
1.2.2 編碼的基本方式
【視頻編碼】幀的概念&幀頻率
1.2 數(shù)據(jù)編碼
　幀——就是影像動(dòng)畫中最小單位的單幅影像畫面，相當(dāng)于電影膠片上的每一格鏡頭。 一幀就是一副靜止的畫面，連續(xù)的幀就形成視頻和動(dòng)畫。
視覺暫留：
人眼在觀察景物時(shí)，光信號(hào)傳人大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時(shí)間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失。
1.2.2 編碼的基本方式
1.2 數(shù)據(jù)編碼
1.2.2 編碼的基本方式
31
第1章 數(shù)據(jù)與信息\數(shù)據(jù)編碼
視頻存儲(chǔ)空間=總幀數(shù)×一幀的存儲(chǔ)量
總幀數(shù)=幀頻×?xí)r長
單幀存儲(chǔ)量=像素總數(shù)×像素的位數(shù)÷8
第1題 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過程包含采樣和（ ）
①編碼 ②量化 ③壓縮 ④加密
A ①② B ①④ C ②④ D ②③
第2題 一張未經(jīng)壓縮、分辨率為30×15、色彩深度為8位的位圖圖像，其存儲(chǔ)容量為（ ）
A 3600B B 450B C 900B D 1024B
課堂練習(xí)
32
第1章 數(shù)據(jù)與信息\數(shù)據(jù)編碼
A
B

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