数据采集与编码 课件-高中信息技术浙教版（2019）必修 1

1.3数据采集与编码数码相机是如何将景物拍摄为图像文件的？数据采集光信号电信号量化编码存储数据采集计算机技术、传感器的应用，使得数据的处理方式发生了巨大的改变，数据的处理效率也得到了极大的提高。什么叫数据的采集？即收集数据。数据的采集有哪些形式？阅读P12、P13数据采集的形式早期：观察、实验，人工输入计算机从传感器获取从互联网获取：网络爬虫、API等什么是网络爬虫、API？什么是传感器？数据采集：什么是传感器？传感器：获取来自自然信源的数据。一种能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。地感线圈采集交通数据生活中有哪些传感器的应用？2020年10月，图片拍摄于“智慧东昌”展览馆应用领域：传感器的应用领域非常的广泛，电子计算机、生产自动化、医疗、军事、交通、化学、环保、能源、海洋开发、遥感、宇航等。农业生产：记录农作物生长的环境温度、空气湿度、风力强度、土壤中的营养成分等，跟踪分析数据，提高农产品产量和质量。智能手机：获取声音、图像、地理位置、海拔高度、运动速度，丰富手机功能，改善了用户体验。运动手表：记录用户的运动步数、心率、睡眠等数据，将人们的日常行为量化为数据，为用户提供个性化服务。数据采集:传感器的应用数据的采集网络爬虫可在短时间内获取大量网络数据。网络爬虫也是通过网页中的超链接在网页间进行跳转，根据需求按获取某一方面的网页数据，然后用专门的软件进行处理分析。网络爬虫（网页蜘蛛）什么是网络爬虫？什么是API？各类设备又是如何将捕获到的声音、影像进行编码的？1、为什么要编码？——计算机只能存储和处理数字信息。为什么计算机只只能存储和处理数字信息？2、计算机是如何编码的？综上，信息必须转化为数字的形式才能被计算机存储和处理，所以需将日常事物用数字的形式来表示（广义：编码）。且为二进制。采样与量化：以声音信号的数字化为例在时间和幅度上都是连续的信号称为模拟信号。1、模拟信号数字信号在时间和幅度上都是离散的信号称为数字信号。

2．数字音频声波是随时间而连续变化的物理量，通过能量转换装置，可用随声波变化而改变的电压或电流信号来模拟。以模拟电压的幅度来表示声音的强弱。为使计算机能处理音频，必须对声音信号数字化。采样模拟音频是连续的；数字音频是离散的数字序列。把模拟音频转化成数字音频，需要进行“采样”。采样——在一定的采样周期的模拟音频波形上取点（幅度值）。采样周期——采样时所使用的时间间隔。量化量化位数:量化位数叫采样精度或采样位数,量化位数是对模拟音频信号的幅度轴进行数字化所采用的位数。借助于A/D或D/A转换器，模拟信号和数字信号可以互相转换

AnalogueDigital声音是如何数字化数字化音频的过程如下图所示。(a)模拟音频信号(b)音频信号的采样(c)采样信号的量化(1).采样和量化模拟信号的数字化过程采样与量化过程示例

以图4-1所示的原始模拟波形为例进行采样和量化。假设采样频率为1000次/秒，即每1/1000秒A/D转换器采样一次，其幅度被划分成09共10个量化等级，并将其采样的幅度值取最接近09之间的一个数来表示，如图4-2所示。图中每个长方形表示一次采样。

当D/A转换器从图4-2得到的数值中重构原来信号时，得到图4-3中蓝色(直线段)线段所示的波形。从图中可以看出，蓝色线与原波形(红色线)相比，其波形的细节部分丢失了很多。这意味着重构后的信号波形有较大的失真。

左图为采样率2000Hz，量化等级为20的采样量化过程右图为采样率4000Hz，量化等级为40的采样量化过程

当采样率和量化等级提高一倍，从图中可以看出，当用D/A转换器重构原来信号时（图中的轮廓线），信号的失真明显减少，信号质量得到了提高。

(2).影响数字音频质量的技术参数

对模拟音频信号进行采样量化编码后，得到数字音频。数字音频的质量取决于采样频率、量化位数和声道数三个因素。1).采样频率 采样频率是指一秒钟时间内采样的次数。在计算机多媒体音频处理中，采样频率通常采用三种：11.025KHz(语音效果)、22.05KHz(音乐效果)、44.1KHz(高保真效果)。常见的CD唱盘的采样频率即为44.1KHz。2).量化位数 量化位数也称“量化精度”，是描述每个采样点样值的二进制位数。例如，8位量化位数表示每个采样值可以用28即256个不同的量化值之一来表示，而16位量化位数表示每个采样值可以用216即65536个不同的量化值之一来表示。常用的量化位数为8位、12位、16位。3).声道数 声音通道的个数称为声道数，是指一次采样所记录产生的声音波形个数。记录声音时，如果每次生成一个声波数据，称为单声道；每次生成两个声波数据，称为双声道（立体声）。随着声道数的增加，所占用的存储容量也成倍增加。(3).数字音频文件的存储量

以字节为单位，模拟波形声音被数字化后音频文件的存储量(假定未经压缩)为：存储量=采样频率×量化位数×声道数×时间

例如，用44.1KHz的采样频率进行采样，量化位数选用16位，则录制1秒的立体声节目，其波形文件所需的存储量为：

44100×16／8×2×1=176400(字节)练习：1、在数字音频信息获取过程中，哪种顺序是正确的？A、采样、量化、压缩、存储B、采样、压缩、量化、存储C、采样、量化、存储、压缩D、量化、采样、压缩、存储5分钟立体声32位采样位数、44.1KZ采样频率的声音,不压缩的数据容量为多少MB?5*60*32*44.1*1000*2/8/1024/1024=0.4M数制1、什么是二进制、十六进制？2、十进制、二进制、十六进制间如何转换？数的进制进制是一种记数方式，亦称进位计数法或位值计数法。什么是二进制？

1.2.1二进制代码有哪些特征？1.只有两个基本数码：0，1；2.采用“逢二进一”的进位规则（满2就向前面一位进1）；3.每个数码在不同的数位上，对于不同的位权。十进制：（157）10=1×102+5×101+7×100二进制：（10010）2=1×24+0×23+0×22+1×21+0×20

其中每一位数字1代表的值：102、101、100、

23、

22、

21、

20为该位的权。通式：（111）a=1×a2+1×a1+1×a0某一位上的”1”所表示的数值的大小，称为该位的位权第n位的位权等于进制的(n-1)次方进位制的转换

二进制数不便于书写和记忆，人们经常采用十六进制数来表示他们，因为两种之间的转换非常方便。(……为什么？)十进制二进制十六进制0001112102311341004510156110671117810008910019101010A111011B121100C131101D141110E151111F讨论：二进制在表示和记忆等应用中有什么缺点？每4位二进制数可以用1位十六进制数字代替。什么是十六进制？逢16进1.2、十六进制数该怎样表示？（有哪些数字？）3、为什么要用到字符ABCDEF而不使用10、11、12……？十进制0123456789101112131415十六进制0123456789ABCDEF

多进制数表示方法小结：一、括号加下标：二、数的末位用字母标识

二进制：B十进制：D十六进制：H八进制：O 110B110D110H110O

进位制的标识：二进制、十进制、十六进制间是如何互转的？人类习惯于十进制计数、计算机易于采用二进制、十六进制处理数据，二进制、十进制、十六进制间是如何互转的？一、任何进制如何转十进制？

位权展开法：101101B=

D?二、十进制如何转其它进制？除n取余法十进制转二进制（除二取余法）

125D=

B?十进制多进制二进制十六进制二进制转换成十六进制方法一：根据它们在数位上的对应关系，将二进制数分别转换成十六进制，每四位一组构成一位十六进制数。从最右边开始，每四位二进制一组，当最后一位不够四位时，应在左侧添加“0”，凑足四位。例如：将二进制数11110000110111转换为十六进制111100001101110011110000110111C733(111100001100111)2

═(3C37)16

思考：二进制十六进制转换学案2方法二：数码对应表（8421法）十进制二进制十六进制0001112102311341004510156110671117810008910019101010A111011B121100C131101D141110E151111F二进制十六进制十六进制转换成二进制16进制转二进制 A2H=

B?算一算：+学案3A5H=

D？1111111B=

D？64D

=

B？F5BH=B?10010100001B=H?作业

学案：二、巩固练习作业本P64、5、6相机又是如何将捕获到的影像进行编码的？1、为什么要编码？——计算机只能存储和处理数字信息。为什么计算机只只能存储和处理数字信息？2、计算机是如何给图像编码的？2、计算机是如何给图像编码的？图像模拟图像：在二维坐标系中连续变化的图像，即图像的像点是无限稠密，且具有灰度值。如通过光学透镜系统获取的图像。数字图像矢量图形用点、直线或者多边形等基于数学方程的几何图元表示的图像位图图像又称栅格图像或点阵图图像：人对视觉感知的物质再现课堂任务：对比观察矢量图与位图的特征，完成下表：色彩、结构、细节丰富程度放大是否会失真文件大小比较位图矢量图矢量图矢量图特点：1、任意放大不会丢失细节或影响清晰度；2、色彩、结构、细节一般不如位图丰富；3、文件大小一般小于位图。位图可由相机拍摄获取图像由不同颜色的像素点构成点阵图。特点：1、放大会失真；2、色彩、结构、细节丰富；3、存储容量一般较矢量图大。图像文件常用格式：BMP、JPEG、GIF、PNG什么是像素？图像的采样：把一张图像分解成一个一个大小相同的点，这些点称作像素，是组成位图的基本单位。假如我是计算机专家，如何给下图编码？

（如何用数字表示该图？）一、思考：需要使用多大范围的数值来表示图像采样之后所有像素的颜色信息？图像的量化一般用二进制数来表示，其长度也称为颜色的位深度。位深度为n可以表示2n种色。比如2种颜色的图像，位深度为1位。位深度：图像每个像素需占用的存储空间假如我是计算机专家，如何给下图编码？思考：该方阵图像占用多大的存储空间？二、进行编码：黑色：0白色：1讨论：如何给彩色的图像编码？讨论：如何给彩色的图像编码？一、量化：思考：若每个像素都具有表现4种颜色的能力，则每像素需占用多少存储空间？二、记录每一像素的颜色对应的编码3333333