數(shù)據(jù)編碼 【知識(shí)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(hào)與數(shù)字信號(hào)2編碼的基本方式CONTENT1.2.1模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)聲信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)計(jì)算機(jī)如何處理、轉(zhuǎn)換信號(hào)？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)的信息。其信號(hào)的幅度、頻率或相位隨時(shí)間作連續(xù)變化，如聲音信號(hào)、圖形信號(hào)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(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)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(hào)來傳遞信息的。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。例如，開關(guān)電路中輸出電壓和電流脈沖就是離散的信號(hào)。1.2.1模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)摩斯密碼1.2.1模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)航海燈語(yǔ)系統(tǒng)1.2.1模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)光信號(hào)是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)？手機(jī)播放的語(yǔ)音屬于模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)？為什么說航海燈語(yǔ)系統(tǒng)傳遞的是數(shù)字信號(hào)？1.2.1模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)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。盡管基于數(shù)字信號(hào)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(qiáng)，且數(shù)字信號(hào)有利于存儲(chǔ)、加密與糾錯(cuò)，從而具有較強(qiáng)的保密性和可靠性。因此在現(xiàn)代技術(shù)的信號(hào)處理中，數(shù)字信號(hào)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(hào)與數(shù)字信號(hào)名稱優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送時(shí)，用哪種信號(hào)比較好？1、信息密度高2、容易實(shí)現(xiàn)1、抗干擾能力差2、保密性差1、抗干擾能力強(qiáng)2、保密性強(qiáng)3、便于存儲(chǔ)、加密、糾錯(cuò)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(hào)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(hào)數(shù)字信號(hào)二進(jìn)制數(shù)編碼存儲(chǔ)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(guó)標(biāo)碼（GBK）、統(tǒng)一碼（Unicode）1個(gè)二進(jìn)制數(shù)位1個(gè)比特（bit）8個(gè)二進(jìn)制數(shù)位8個(gè)比特（bit）1個(gè)字節(jié)（Byte）16個(gè)二進(jìn)制數(shù)位2個(gè)字節(jié)（Byte）16個(gè)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(jì)算機(jī)的基本字符編碼系統(tǒng)，即ASCII碼，用8位二進(jìn)制碼為所有英文字母（大小寫共52個(gè)）、阿拉伯?dāng)?shù)字（10個(gè)）和常用的不可見控制符（33個(gè)）以及標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、運(yùn)算符號(hào)等（33個(gè)）建立了轉(zhuǎn)換碼，第一次將符號(hào)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(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制（01000001）2=1×26+1×20=（65）101.2.2編碼的基本方式2國(guó)標(biāo)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(guó)設(shè)計(jì)了用于處理漢字的簡(jiǎn)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(diǎn)）構(gòu)成矢量圖：一系列由線連接的點(diǎn)位圖采用位映射存儲(chǔ)格式，即將每一個(gè)像素映射為一個(gè)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(gè)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(gè)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(jìn)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(xiàng)+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(gè)字節(jié)。用于說明位圖的尺寸等信息，占40個(gè)字節(jié)。圖像x方向的像素?cái)?shù)×圖像y方向的像素?cái)?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(gè)像素點(diǎn)顏色的種數(shù)就越多，圖像的顏色就越豐富。顏色表項(xiàng)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(xiàng)+圖像分辨率×圖像量化位數(shù)÷814字節(jié)40字節(jié)像素?cái)?shù)每個(gè)像素點(diǎn)是幾位的二進(jìn)制數(shù)當(dāng)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(gè)顏色表項(xiàng)）占4個(gè)字節(jié)；當(dāng)量化位數(shù)為24時(shí)，沒有顏色表項(xiàng)。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(shí)際上，我們多取近似值1000進(jìn)行換算1.2.2編碼的基本方式聲音編碼模擬聲音信號(hào)數(shù)字聲音信號(hào)采樣量化編碼轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，二進(jìn)制位數(shù)越多，占存儲(chǔ)空間越大量化采樣采樣頻率越大，聲音越真實(shí)，但數(shù)據(jù)量也越大量化級(jí)數(shù)越大，聲音質(zhì)量越好，但占存儲(chǔ)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(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)奈奎斯特采樣定理，如果以一定時(shí)間間隔對(duì)某個(gè)信號(hào)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。對(duì)于音頻信號(hào)，常用的采樣頻率有三種：44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz。若某聲音信號(hào)最高頻率為xHz，則采樣頻率應(yīng)≥2xHz，即采樣的時(shí)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(hào)幅度劃分為若干量化等級(jí)（國(guó)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)數(shù)值。3編碼模擬信號(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。例如，采樣值48的二進(jìn)制編碼為00110000，-100的二進(jìn)制編碼為11100100。1.2.2編碼的基本方式聲音存儲(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(chǔ)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(hào)分類模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)編碼的基本方式兩者優(yōu)缺點(diǎn)的比較文字編碼單字節(jié)碼：ASCII