數(shù)據(jù)編碼 課件

數(shù)據(jù)編碼課堂目標(biāo)了解各類數(shù)據(jù)采集的基本方法能夠解釋文本、音頻等數(shù)據(jù)的編碼原理理解數(shù)據(jù)編碼的意義和作用任務(wù)一：認(rèn)識(shí)智能公交系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)一、引入活動(dòng)1：辦理市民卡辦理市民卡的過(guò)程中，管理系統(tǒng)都收集了哪些數(shù)據(jù)？

表現(xiàn)形式實(shí)例采集該類數(shù)據(jù)的設(shè)備文本姓名,家庭住址,性別（也可以用數(shù)字表示）、手機(jī)號(hào)鍵盤(pán)手寫(xiě)輸入語(yǔ)音輸入數(shù)字身高、體重、肺活量、血壓,年齡鍵盤(pán)，各種數(shù)字化采集儀手寫(xiě)輸入圖像照片手機(jī)，相機(jī)，攝像頭，掃描儀聲音聲音，語(yǔ)音，音樂(lè)手機(jī)，錄音機(jī)（錄音筆），話筒（聲卡）視頻監(jiān)控視頻手機(jī)，攝像機(jī)，攝像頭二、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)模擬信號(hào)用傳感器直接獲得的信號(hào)一般為模擬信號(hào)，類似的還有溫度、壓強(qiáng)、電壓等。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)間的變化不是連續(xù)的，而是離散變化的，波形如臺(tái)階。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)制來(lái)表示，這樣方便計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理。數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)如何轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)？把模擬信號(hào)的曲線“精確地”存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中最容易想到的辦法，就是依次記下曲線中每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。但是，曲線中的點(diǎn)有無(wú)窮多個(gè)，我們卻只能記錄下有限的個(gè)點(diǎn)。怎么辦呢？模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)每間隔一段時(shí)間取一個(gè)點(diǎn)間隔多少時(shí)間取一個(gè)點(diǎn)為好呢？1秒？0.1，0.01秒？通常，我們把這種從連續(xù)的時(shí)間中每間隔一個(gè)時(shí)間段抽取一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)的操作稱為“采樣”。模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)--采樣這個(gè)時(shí)間間隔的倒數(shù)稱為采樣頻率，單位是赫茲，即秒-1。顯然采樣頻率越高（時(shí)間間隔越短），聲音還原的效果自然就越真實(shí)。模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)—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)，這種操作稱為量化。量化得到的整數(shù)，當(dāng)然要轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，并把它們用一定的格式存儲(chǔ)起來(lái)，有些還要按照一定的算法進(jìn)行壓縮處理后存儲(chǔ)為文件，這個(gè)過(guò)程稱為編碼。模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)—編碼時(shí)刻12345二進(jìn)制數(shù)值001010011100011時(shí)刻678910二進(jìn)制數(shù)值010010010011011知識(shí)補(bǔ)充：比特，字節(jié)，文件大小的單位計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的最小單位是二進(jìn)制位，稱為比特(bit,簡(jiǎn)寫(xiě)為b)。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基本單位是字節(jié)（Byte，簡(jiǎn)寫(xiě)為B），1B=8b因?yàn)橛?jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)的，所以文件大小的單位也是字節(jié)。但字節(jié)單位太小，常用的有KB,MB,GB等。1KB=210B=1024B1MB=210KB=220B=1,048,576B1GB=210MB=220KB=230B=1,073,741,824B遞進(jìn)倍數(shù)是210=1024，因此民間把10月24日戲稱為“程序員節(jié)”。數(shù)據(jù)量＝采樣頻率×量化位數(shù)×聲道數(shù)×?xí)r間（秒）1.一段時(shí)長(zhǎng)為1分鐘的雙聲道立體聲的無(wú)壓縮音頻（采樣頻率為44.1kHz，量化位數(shù)為16位），占用的存儲(chǔ)空間是多少M(fèi)B（精確到0.1）？2.一張CD光盤(pán)的容量大約為700MB，能容納多長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)壓縮雙聲道立體聲CD音頻（采樣頻率為44.1kHz，量化位數(shù)為16位）？參考解答：60*44.1*1000*16*2=84672000（位，比特）=10584000（B，字節(jié)）≈10.1MB參考解答：700/10.1≈69.3(分鐘)練習(xí)任務(wù)二：認(rèn)識(shí)查看存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)活動(dòng)1：卡片組合游戲無(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)組。把兩圖關(guān)聯(lián)起來(lái)看：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=10.三、二進(jìn)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換回頭看十進(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)于十進(jìn)制數(shù)的10~15。基本計(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

數(shù)制的這種規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了任何一個(gè)整數(shù)只有一種表示法，而且任何一種表示法只表示一個(gè)整數(shù)，即整數(shù)與表示法之間是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。在Python中，可使用函數(shù)int(num,R)將R進(jìn)制的整數(shù)num轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，這里num要使用字符型(常數(shù)兩端加上引號(hào))>>>int('11011010',2)#將二進(jìn)制整數(shù)11011010轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制218#返回結(jié)果為十進(jìn)制整數(shù)>>>int('2071',8)#將八進(jìn)制整數(shù)2071轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制1081#返回結(jié)果為十進(jìn)制整數(shù)>>>int('FF',16)#將十六進(jìn)制整數(shù)FF轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制255#返回結(jié)果為十進(jìn)制整數(shù)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為其他進(jìn)制數(shù)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）。1.仿照?qǐng)D3.1.7，將十進(jìn)制整數(shù)175轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制練習(xí)2.請(qǐng)將8進(jìn)制數(shù)2071轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。在Python中，可使用函數(shù)bin(num)，oct(num)，hex(num)，將十進(jìn)制整數(shù)num分別轉(zhuǎn)換為二、八、十六進(jìn)制，這里num為整數(shù)>>>bin(100)#將十進(jìn)制整數(shù)100轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制'0b1100100'#返回結(jié)果為字符串，前綴0b表示二進(jìn)制>>>oct(100)#將十進(jìn)制整數(shù)100轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制'0o144'#返回結(jié)果為字符串，前綴0o表示八進(jìn)制>>>hex(100)#將十進(jìn)制整數(shù)100轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制'0x64'#返回結(jié)果為字符串，前綴0x表示十六進(jìn)制文本數(shù)據(jù)的編碼文本數(shù)據(jù)是用來(lái)表示一定

意思的一系列字符，

包括字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、漢字等文本數(shù)據(jù)的編碼通過(guò)對(duì)其中每一個(gè)字符進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)。用于文本數(shù)據(jù)字符編碼的方案有多種類型。其中ASCII碼和Unicode是最為典型的。ASCII碼ASCII碼使用7位或8位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符。標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼字符集中定義了大小寫(xiě)英文字母、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)和數(shù)字等字符和符號(hào)，共128個(gè)。Unicode碼Unicode是為了解決傳統(tǒng)字符編碼方案的局限性而產(chǎn)生的。Unicode字符集，是全球可以共享的編碼字符集，涵蓋了世界上主要文字的字符，其中包括簡(jiǎn)繁體漢字，共計(jì)74686個(gè)漢字。在Python中，函數(shù)ord()返回的是字符的Unicode碼值，函數(shù)chr()返回Unicode碼對(duì)應(yīng)的字符。活動(dòng)2查看數(shù)據(jù)的編碼

>>>ord('1')#顯示字符“1”的編碼值49>>>ord('A')#顯示字符“A”的編碼值65>>>ord('男')