数据编码 【知识精讲+能力提升】 高一信息技术 精讲课件（粤教版2019必修1）

1.2数据编码1模拟信号与数字信号2编码的基本方式CONTENT1.2.1模拟信号与数字信号声信号光信号电信号计算机如何处理、转换信号？1.2.1模拟信号与数字信号模拟信号模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息。其信号的幅度、频率或相位随时间作连续变化，如声音信号、图形信号等。多频率组合波形示意图单一频率波形示意图1.2.1模拟信号与数字信号模拟信号是传导能量的一种方式，如声波通过空气等介质传播，能量被不断损耗而逐渐衰减。无论是有线相连的电话，还是无线发送的广播电视，都是通过模拟信号来传递信息的。1.2.1模拟信号与数字信号数字信号数字信号是离散时间信号的数字化表示。其信号的自变量、因变量都是离散的。例如，开关电路中输出电压和电流脉冲就是离散的信号。1.2.1模拟信号与数字信号摩斯密码1.2.1模拟信号与数字信号航海灯语系统1.2.1模拟信号与数字信号光信号是模拟信号还是数字信号？手机播放的语音属于模拟信号还是数字信号？为什么说航海灯语系统传递的是数字信号？1.2.1模拟信号与数字信号在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示。尽管基于数字信号的数据通信才出现几十年，但因其抵抗电路本身干扰和环境干扰的能力强，且数字信号有利于存储、加密与纠错，从而具有较强的保密性和可靠性。因此在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，覆盖的范围越来越广。1.2.1模拟信号与数字信号名称优点缺点模拟信号数字信号进行远距离传送时，用哪种信号比较好？1、信息密度高2、容易实现1、抗干扰能力差2、保密性差1、抗干扰能力强2、保密性强3、便于存储、加密、纠错1、技术要求高2、模数转换可能带来量化误差数字信号1.2.2编码的基本方式文字、图像、声音、视频等类型的数据模拟信号数字信号二进制数编码存储和传输1.2.2编码的基本方式文字编码单字节码双字节码ASCII码、莫尔斯码国标码（GBK）、统一码（Unicode）1个二进制数位1个比特（bit）8个二进制数位8个比特（bit）1个字节（Byte）16个二进制数位2个字节（Byte）16个比特（bit）1.2.2编码的基本方式1ASCII码1960年，香农创立了数字计算机的基本字符编码系统，即ASCII码，用8位二进制码为所有英文字母（大小写共52个）、阿拉伯数字（10个）和常用的不可见控制符（33个）以及标点符号、运算符号等（33个）建立了转换码，第一次将符号转换为“0”和“1”构成的编码。48-57：数字0-965-90：大写字母A-Z97-122：小写字母a-z1.2.2编码的基本方式先列后行二进制转十进制（01000001）2=1×26+1×20=（65）101.2.2编码的基本方式2国标码（GBK）ASCII码能不能编码汉字？编码汉字能不能用单字节码？我国设计了用于处理汉字的简体中文的GB码和用于繁体中文的BIG5码。1.2.2编码的基本方式图像编码图像位图：由像素（光栅点）构成矢量图：一系列由线连接的点位图采用位映射存储格式，即将每一个像素映射为一个数据，存放在以字节为单位的矩阵中。1.2.2编码的基本方式每一个像素只有两种可能性的黑白图像如上图所示的黑白图像中，共有32×2个像素，如果将黑、白分别映射为1、0，则表示为：11111111，00000110，10000110，11111111，10000001，01100011，01111100，10000001。通常图像编码采用十六进制编码，则表示为：FF，06，86，FF，81，63，7C，81。11111111000001101000011011111111100000010110001101111100100000011.2.2编码的基本方式位图文件的大小=文件头+信息头+颜色表项+图像分辨率×图像量化位数÷8包含文件的类型、大小和位图起始位置等信息，共14个字节。用于说明位图的尺寸等信息，占40个字节。图像x方向的像素数×图像y方向的像素数1.2.2编码的基本方式1位图像2色图像（21=2）4位图像16色图像（24=16）8位图像256色图像（28=256）24位图像224色量化位数颜色种数量化位数越大，记录每个像素点颜色的种数就越多，图像的颜色就越丰富。颜色表项2×4字节16×4字节256×4字节01.2.2编码的基本方式位图文件的大小=文件头+信息头+颜色表项+图像分辨率×图像量化位数÷814字节40字节像素数每个像素点是几位的二进制数当图像量化位数为1、4、8，分别有2、16、256种颜色，每一种颜色（即每个颜色表项）占4个字节；当量化位数为24时，没有颜色表项。有一幅24位的位图图像，像素为1024×800，试确定其数据文件的大小。14+40+1024×800×24÷8=2457654B≈2.45M1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB算一算实际上，我们多取近似值1000进行换算1.2.2编码的基本方式声音编码模拟声音信号数字声音信号采样量化编码转化为二进制数，二进制位数越多，占存储空间越大量化采样采样频率越大，声音越真实，但数据量也越大量化级数越大，声音质量越好，但占存储空间也越大1.2.2编码的基本方式1采样采样就是把输入的模拟信号按适当的时间间隔得到各个时刻的样本值，使其转换为时间上离散、幅度上连续的脉冲信号。根据奈奎斯特采样定理，如果以一定时间间隔对某个信号进行采样，并且采样频率高于该信号最高频率的两倍，则采样值包含了原信号的全部信息。对于音频信号，常用的采样频率有三种：44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz。若某声音信号最高频率为xHz，则采样频率应≥2xHz，即采样的时间间隔应≤1/2x。1.2.2编码的基本方式2量化将采样信号幅度划分为若干量化等级（国标声音量化等级分为256个，即28个），然后将采样后的信号幅度与所划分的各个量化等级进行比较，向下取最接近的量化等级数值。3编码模拟信号采样后可用8位二进制数表示，最高位表示符号，正数为0，负数为1。例如，采样值48的二进制编码为00110000，-100的二进制编码为11100100。1.2.2编码的基本方式声音存储空间=采样频率×量化位数×声道数×时间÷8有一段1分钟的立体声，其采样频率为44.1kHz，量化位数为16位，这段声音所占的存储空间是多少？单位：Hz44.1×1000×16×2×60÷8=10584000B≈10.5MB算一算单位：s总结数据编码信号分类模拟信号数字信号编码的基本方式两者优缺点的比较文字编码单字节码：ASCII