數(shù)據(jù)編碼 【知識精講+能力提升】 高一信息技術(shù) 精講課件（粵教版2019必修1）

1.2數(shù)據(jù)編碼1模擬信號與數(shù)字信號2編碼的基本方式CONTENT1.2.1模擬信號與數(shù)字信號聲信號光信號電信號計算機如何處理、轉(zhuǎn)換信號？1.2.1模擬信號與數(shù)字信號模擬信號模擬信號是指用連續(xù)變化的物理量所表達的信息。其信號的幅度、頻率或相位隨時間作連續(xù)變化，如聲音信號、圖形信號等。多頻率組合波形示意圖單一頻率波形示意圖1.2.1模擬信號與數(shù)字信號模擬信號是傳導(dǎo)能量的一種方式，如聲波通過空氣等介質(zhì)傳播，能量被不斷損耗而逐漸衰減。無論是有線相連的電話，還是無線發(fā)送的廣播電視，都是通過模擬信號來傳遞信息的。1.2.1模擬信號與數(shù)字信號數(shù)字信號數(shù)字信號是離散時間信號的數(shù)字化表示。其信號的自變量、因變量都是離散的。例如，開關(guān)電路中輸出電壓和電流脈沖就是離散的信號。1.2.1模擬信號與數(shù)字信號摩斯密碼1.2.1模擬信號與數(shù)字信號航海燈語系統(tǒng)1.2.1模擬信號與數(shù)字信號光信號是模擬信號還是數(shù)字信號？手機播放的語音屬于模擬信號還是數(shù)字信號？為什么說航海燈語系統(tǒng)傳遞的是數(shù)字信號？1.2.1模擬信號與數(shù)字信號在計算機中，數(shù)字信號的大小常用有限位的二進制數(shù)表示。盡管基于數(shù)字信號的數(shù)據(jù)通信才出現(xiàn)幾十年，但因其抵抗電路本身干擾和環(huán)境干擾的能力強，且數(shù)字信號有利于存儲、加密與糾錯，從而具有較強的保密性和可靠性。因此在現(xiàn)代技術(shù)的信號處理中，數(shù)字信號發(fā)揮的作用越來越大，覆蓋的范圍越來越廣。1.2.1模擬信號與數(shù)字信號名稱優(yōu)點缺點模擬信號數(shù)字信號進行遠距離傳送時，用哪種信號比較好？1、信息密度高2、容易實現(xiàn)1、抗干擾能力差2、保密性差1、抗干擾能力強2、保密性強3、便于存儲、加密、糾錯1、技術(shù)要求高2、模數(shù)轉(zhuǎn)換可能帶來量化誤差數(shù)字信號1.2.2編碼的基本方式文字、圖像、聲音、視頻等類型的數(shù)據(jù)模擬信號數(shù)字信號二進制數(shù)編碼存儲和傳輸1.2.2編碼的基本方式文字編碼單字節(jié)碼雙字節(jié)碼ASCII碼、莫爾斯碼國標碼（GBK）、統(tǒng)一碼（Unicode）1個二進制數(shù)位1個比特（bit）8個二進制數(shù)位8個比特（bit）1個字節(jié)（Byte）16個二進制數(shù)位2個字節(jié)（Byte）16個比特（bit）1.2.2編碼的基本方式1ASCII碼1960年，香農(nóng)創(chuàng)立了數(shù)字計算機的基本字符編碼系統(tǒng)，即ASCII碼，用8位二進制碼為所有英文字母（大小寫共52個）、阿拉伯數(shù)字（10個）和常用的不可見控制符（33個）以及標點符號、運算符號等（33個）建立了轉(zhuǎn)換碼，第一次將符號轉(zhuǎn)換為“0”和“1”構(gòu)成的編碼。48-57：數(shù)字0-965-90：大寫字母A-Z97-122：小寫字母a-z1.2.2編碼的基本方式先列后行二進制轉(zhuǎn)十進制（01000001）2=1×26+1×20=（65）101.2.2編碼的基本方式2國標碼（GBK）ASCII碼能不能編碼漢字？編碼漢字能不能用單字節(jié)碼？我國設(shè)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。1.2.2編碼的基本方式圖像編碼圖像位圖：由像素（光柵點）構(gòu)成矢量圖：一系列由線連接的點位圖采用位映射存儲格式，即將每一個像素映射為一個數(shù)據(jù)，存放在以字節(jié)為單位的矩陣中。1.2.2編碼的基本方式每一個像素只有兩種可能性的黑白圖像如上圖所示的黑白圖像中，共有32×2個像素，如果將黑、白分別映射為1、0，則表示為：11111111，00000110，10000110，11111111，10000001，01100011，01111100，10000001。通常圖像編碼采用十六進制編碼，則表示為：FF，06，86，F(xiàn)F，81，63，7C，81。11111111000001101000011011111111100000010110001101111100100000011.2.2編碼的基本方式位圖文件的大小=文件頭+信息頭+顏色表項+圖像分辨率×圖像量化位數(shù)÷8包含文件的類型、大小和位圖起始位置等信息，共14個字節(jié)。用于說明位圖的尺寸等信息，占40個字節(jié)。圖像x方向的像素數(shù)×圖像y方向的像素數(shù)1.2.2編碼的基本方式1位圖像2色圖像（21=2）4位圖像16色圖像（24=16）8位圖像256色圖像（28=256）24位圖像224色量化位數(shù)顏色種數(shù)量化位數(shù)越大，記錄每個像素點顏色的種數(shù)就越多，圖像的顏色就越豐富。顏色表項2×4字節(jié)16×4字節(jié)256×4字節(jié)01.2.2編碼的基本方式位圖文件的大小=文件頭+信息頭+顏色表項+圖像分辨率×圖像量化位數(shù)÷814字節(jié)40字節(jié)像素數(shù)每個像素點是幾位的二進制數(shù)當圖像量化位數(shù)為1、4、8，分別有2、16、256種顏色，每一種顏色（即每個顏色表項）占4個字節(jié)；當量化位數(shù)為24時，沒有顏色表項。有一幅24位的位圖圖像，像素為1024×800，試確定其數(shù)據(jù)文件的大小。14+40+1024×800×24÷8=2457654B≈2.45M1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB算一算實際上，我們多取近似值1000進行換算1.2.2編碼的基本方式聲音編碼模擬聲音信號數(shù)字聲音信號采樣量化編碼轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)，二進制位數(shù)越多，占存儲空間越大量化采樣采樣頻率越大，聲音越真實，但數(shù)據(jù)量也越大量化級數(shù)越大，聲音質(zhì)量越好，但占存儲空間也越大1.2.2編碼的基本方式1采樣采樣就是把輸入的模擬信號按適當?shù)臅r間間隔得到各個時刻的樣本值，使其轉(zhuǎn)換為時間上離散、幅度上連續(xù)的脈沖信號。根據(jù)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。對于音頻信號，常用的采樣頻率有三種：44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz。若某聲音信號最高頻率為xHz，則采樣頻率應(yīng)≥2xHz，即采樣的時間間隔應(yīng)≤1/2x。1.2.2編碼的基本方式2量化將采樣信號幅度劃分為若干量化等級（國標聲音量化等級分為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數(shù)值。3編碼模擬信號采樣后可用8位二進制數(shù)表示，最高位表示符號，正數(shù)為0，負數(shù)為1。例如，采樣值48的二進制編碼為00110000，-100的二進制編碼為11100100。1.2.2編碼的基本方式聲音存儲空間=采樣頻率×量化位數(shù)×聲道數(shù)×?xí)r間÷8有一段1分鐘的立體聲，其采樣頻率為44.1kHz，量化位數(shù)為16位，這段聲音所占的存儲空間是多少？單位：Hz44.1×1000×16×2×60÷8=10584000B≈10.5MB算一算單位：s總結(jié)數(shù)據(jù)編碼信號分類模擬信號數(shù)字信號編碼的基本方式兩者優(yōu)缺點的比較文字編碼單字節(jié)碼：ASCII