數(shù)據(jù)編碼課件 課件 2022-2023學(xué)年高中信息技術(shù)教科版（2019）必修1

3.1數(shù)據(jù)編碼——模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字化及數(shù)制轉(zhuǎn)換在當(dāng)今信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)已成為數(shù)據(jù)處理的主要工具。那么，數(shù)據(jù)是如何進(jìn)入計(jì)算機(jī)中的？它們?cè)谟?jì)算機(jī)內(nèi)部是如何儲(chǔ)存的？3.1數(shù)據(jù)編碼德州市陵城區(qū)第一中學(xué)信息技術(shù)組崔怡心

——模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字化及數(shù)制轉(zhuǎn)換什么是編碼呢？理解數(shù)據(jù)編碼是我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)加工與處理的重要基礎(chǔ)。編碼是信息從一種形式或格式轉(zhuǎn)換為另一種形式或格式的過(guò)程。信息技術(shù)中的編碼是指用預(yù)先規(guī)定的方法將文字、數(shù)字或其他對(duì)象編成可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)里的數(shù)值。Eg：郵政編碼

電話區(qū)號(hào)

身份證號(hào)碼

摩斯密碼1010101010101011010111000111活動(dòng)ACTIVITIES回想一下，我們?cè)陂_學(xué)辦理校園卡、胸卡時(shí)，都收集了哪些數(shù)據(jù)？如何采集的？想一想生活中還有哪些數(shù)據(jù)可以采集？如何采集？表現(xiàn)形式實(shí)例采集該類型數(shù)據(jù)的設(shè)備用什么軟件處理文本姓名、鍵盤、數(shù)字年齡、圖像聲音講話的聲音、視頻監(jiān)控視頻、攝像機(jī)、錄像、手寫輸入、語(yǔ)音輸入、鍵盤、數(shù)字化采集儀、手機(jī)、相機(jī)、掃描儀、錄音機(jī)、話筒、攝像頭、各類數(shù)據(jù)的處理不僅需要硬件支持，而且離不開軟件的支持文字處理軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)電子表格、數(shù)據(jù)庫(kù)美圖秀秀、PS錄音機(jī)、CoolEditQQ影音、剪映、繪聲繪影家庭住址、身高、肺活量、照片音樂、活動(dòng)ACTIVITIES以聲音為例進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼輸入10101010101010110101110001111110101110001111010101101101模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)按照取值特征，可以將信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。用傳感器直接獲得的信號(hào)一般為模擬信號(hào)，如聲音、溫度、壓強(qiáng)等。模擬信號(hào)的值是隨時(shí)間連續(xù)變化的，波形光滑。模擬信號(hào)的值稱為模擬數(shù)據(jù)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)按照取值特征，可以將信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)隨時(shí)間的變化是非連續(xù)的。數(shù)字信號(hào)可以由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換得來(lái)，數(shù)字信號(hào)的值即數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，直接用計(jì)算機(jī)所能理解的二進(jìn)制表示，以方便計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理。用傳感器直接獲得的信號(hào)一般為模擬信號(hào)，如聲音、溫度、壓強(qiáng)等。模擬信號(hào)的值是隨時(shí)間連續(xù)變化的，波形光滑。模擬信號(hào)的值稱為模擬數(shù)據(jù)。數(shù)字信號(hào)隨時(shí)間的變化是非連續(xù)的。數(shù)字信號(hào)可以由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換得來(lái)，數(shù)字信號(hào)的值即數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，直接用計(jì)算機(jī)所能理解的二進(jìn)制表示，以方便計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理。聲音的數(shù)字化時(shí)間t聲波的振幅將語(yǔ)音模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)聲波的振幅是反映波形從波峰到波谷壓力變化的物理量。音量與振幅成正比第一步，采樣。在時(shí)間軸上按照一定的時(shí)間間隔取一系列時(shí)刻，得到每個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的聲波信號(hào)的瞬時(shí)振幅。如圖3.1.4所示，在橫軸上取n個(gè)時(shí)刻采集樣本，縱坐標(biāo)Xn即為每個(gè)樣本所對(duì)應(yīng)的聲波振幅的離散值，當(dāng)前n=10。聲音的數(shù)字化將語(yǔ)音模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)第二步，量化。將第一步所得的振幅瞬時(shí)值往最接近的整數(shù)取整，每個(gè)樣本所對(duì)應(yīng)的整數(shù)值即為縱坐標(biāo)，在圖中標(biāo)出這些整數(shù)值，如圖3.1.5所示。在橫軸上按照一定的時(shí)間間隔信號(hào)中取一個(gè)瞬時(shí)值，這個(gè)過(guò)程稱為采樣。錄音設(shè)備在1秒內(nèi)對(duì)聲音信號(hào)的采樣次數(shù)稱為采樣頻率，常用的CD音質(zhì)的采樣頻率是44.1kHZ。在一定的時(shí)間內(nèi)，采集的信號(hào)樣本越多，對(duì)縱軸的刻度劃分越細(xì)密，對(duì)信號(hào)波形的表示就越精確。第二步，量化。將第一步所得的振幅瞬時(shí)值往最接近的整數(shù)取整，每個(gè)樣本所對(duì)應(yīng)的整數(shù)值即為縱坐標(biāo)，在圖中標(biāo)出這些整數(shù)值，如圖3.1.5所示。第三步，編碼。請(qǐng)參照邊欄中的“十進(jìn)制與二進(jìn)制對(duì)應(yīng)表”將上一步標(biāo)出的整數(shù)值用二進(jìn)制數(shù)值表示，即可以得到一串二進(jìn)制數(shù)，將結(jié)果填入表3.1.2。我們可以將這些二進(jìn)制數(shù)值理解為該聲音信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。聲音的數(shù)字化將語(yǔ)音模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)將信號(hào)波形的縱軸劃分為若干個(gè)區(qū)間，落到某一區(qū)間的采樣點(diǎn)按四舍五入的規(guī)則取整選值，這個(gè)過(guò)程稱為量化。十進(jìn)制與二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)表十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)100120103011410012聲音的數(shù)字化將語(yǔ)音模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)刻12345678910二進(jìn)制數(shù)值001010011100011010010010011011我們不能把連續(xù)的音頻信號(hào)存放在計(jì)算機(jī)中，必須將模擬聲音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。將模擬聲音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的這一過(guò)程，稱為聲音的數(shù)字化。通常先對(duì)模擬聲音信號(hào)按給定的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，然后對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，最后將量化后的數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)能夠存儲(chǔ)和處理的二進(jìn)制數(shù)值表示，即編碼。十進(jìn)制與二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)表十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)1001201030114100無(wú)論是數(shù)字、文字，還是聲音、視頻等，編碼后都以二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。查看存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)卡片組合游戲168421查看存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)二進(jìn)制數(shù)01001所表示的數(shù)的含義就是1*1+0*2+0*4+1*8+0*16=1*20+0*21+0*22+1*23+0*24=9其中20，21，22，23，24，…，稱為二進(jìn)制整數(shù)從右到左各位的權(quán)值，2是二進(jìn)制數(shù)的基數(shù)。二進(jìn)制數(shù)有且僅有2種不同的數(shù)字：0和1，基本計(jì)數(shù)規(guī)則是逢二進(jìn)一，即1+1=10。01001比如二進(jìn)制數(shù)10100轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)為多少呢？答：20二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制（位權(quán)相加法）在二進(jìn)制數(shù)中，每一個(gè)數(shù)字在不同的位置上具有不同的權(quán)值，各位上的權(quán)值是基數(shù)2的若干次冪。比如二進(jìn)制數(shù)10010，5個(gè)位置上的權(quán)值從右往左可以表示為：20、21、22、23、24。將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)時(shí)，只要將該二進(jìn)制數(shù)的每個(gè)位置上的數(shù)字與其對(duì)應(yīng)位置的權(quán)值相乘，然后求和即可。比如，10010（2）=1×24+0×23+0×22+1×21+0×20=18。比如十進(jìn)制數(shù)21轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)為多少呢？答：10101十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制（除二取余法）（短除法）把十進(jìn)制非負(fù)整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，可使用短除法．即“除二取余”法。例如，把十進(jìn)制整數(shù)18轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的過(guò)程如圖3.1.7所示，結(jié)果為18(10)=10010(2)。00….….9910A11B12C13D14E15F回頭看十進(jìn)制數(shù)：如2019(10)=9*100+1*101+0*102+2*103=2019，十進(jìn)制數(shù)的基數(shù)是10，十進(jìn)制整數(shù)從右到左各位的權(quán)值依次是100，101，102，103，?，十進(jìn)制數(shù)有10種不同的數(shù)字：0,1，2，?,9，基本計(jì)數(shù)規(guī)則是逢十進(jìn)一，即9+1=10。同理，對(duì)于十六進(jìn)制數(shù)來(lái)講，其基數(shù)是16，要有16種不同的數(shù)字，除了0，1，2，?，9，還需補(bǔ)充6個(gè)符號(hào)，一般用A~F(a~f），分別相當(dāng)子十進(jìn)制數(shù)的10~15?；居?jì)數(shù)規(guī)則是逢十六進(jìn)一，即F+1=10．十六進(jìn)制整數(shù)從右到左各位的權(quán)值依次是160，161，162，163，…。例如十六進(jìn)制整數(shù)2F3D(16)=D(13）*160+3*161+F(15)*162+2*163=12093比如將十進(jìn)制75轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制是多少呢？答：4B十六進(jìn)制4A轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制是多少呢？答：7400….….9910A11B12C13D14E15F

一般地，十進(jìn)制非負(fù)整數(shù)轉(zhuǎn)換成R進(jìn)制數(shù)（R≥2）采用“除R取余法”，把R進(jìn)制非負(fù)整數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)采用“按權(quán)展開求和法”。四、總結(jié)1、計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)和處理采用______。2、聲音的數(shù)字化過(guò)程是通過(guò)____、____