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(共37张PPT)
一、模拟信号与数字信号
二、编码的基本方式
文字编码
图像编码
声音编码
第二节 数据编码
信号是表示消息（信息）的物理量，是运载消息的工具，是消息的载体。
2.1
模拟信号与数字信号
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
案例 信息
街道的红绿灯，通过灯光传递给人们不同的颜色信息，这是属于光信号 “停”、“行”
当我们说“你好”，声波传递到他人的耳朵，使他人了解我们的意图，这属于声信号； “你好”
汽车行驶的速度 说话的声音
水滴的波纹 太阳运动的轨迹
共同特征：
随着时间推移会连续发生变化
模拟信号：是指用连续变化的物理量所表达的信息
特点： 1.存在于自然 2.连续的
什么是模拟信号？
2.1
模拟信号与数字信号
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
模拟信号的电学表示：
2.1
模拟信号与数字信号
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
1.温度变化的模拟信号图 2.采样：在一定时间内采集数据
数字信号的形成：
3.读取数据，并转换为二进制
4.进行编码，得到离散的脉冲信号
数字信号：
离散时间的数字化表示称为数字信号
特点：
1.离散（间隔时间采样数据）
2.数字（二进制表示）
2.1
模拟信号与数字信号
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
光、声信号可不可以也划分为模拟信号与数字信号呢？
对于自然界的信号，我们根据信号在时间上是否连续，
也可以分为模拟信号与数字信号。
比如：
太阳散发的光是连续变化的，属于模拟信号
红绿灯是随着时间分别变化的，属于数字信号。
2.1
模拟信号与数字信号
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
牛刀小试：
请回答出以下信号是模拟信号还是数字信号
电子时钟
电压表
万用表
2.1
模拟信号与数字信号
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
数字信号
模拟信号
数字信号
练一练
1、以下信号中和其他不是一样的是（ ）
A、温度信号
B、红绿灯信号
C、心电图信号
D、储蓄罐压力信号
2、在自然界中有各种各样变化的信息量，在电子控制系统中，通常把连续变化的信息量称为模拟信号，把非连续变化的信息量称为数字信号，下列各种变化的量中属于数字信号的是（ ）
A.一天中的气温变化 B.海豚发出的声音
C.汽车在高速路上行驶 D.海洋上船只与船只之间的灯光联络信号
2.1
模拟信号与数字信号
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
B
D
模拟信号VS数字信号
模拟信号缺点：
1、模拟信号是传导能量的一种方式，在传播过程中，能量会不断被损耗而逐渐减弱。
2、模拟信号抗干扰能力与保密性差
模拟信号优点：
1.模拟信号的信息密度更高，它可以对自然界物理量的真实值进行尽可能逼近的描述。
2.模拟信号的处理过程更简单
传统的有线相连的电话、无线发送的广播电视都是通过模拟信号传递信息的。
数字信号缺点：数字信号的算法复杂，处理起来比模拟信号复杂
数字信号优点：
1.数字信号的抗干扰能力强，有利于存储、加密与纠错
2.数字信号的保密性与可靠性强
现代数字电视、现代计算机网络都是通过数字信号传递信息的。
2.1
模拟信号与数字信号
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
数字信号
模拟信号
调制
解调
调制解调器
（modem)
2.1
模拟信号与数字信号
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
计算机确实只能处理数字信号，无法处理模拟信号。
如果要处理模拟信号，需要经过模数转换将模拟信号转化为数字信号再进行处理
第二节 数据编码
一、模拟信号与数字信号
二、编码的基本方式
文字编码
图像编码
声音编码
三、数据压缩
1.2.2
编码的基本方式
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
编码：
是信息从一种形式转换为另一种形式的过程。
(01011010)2
180D
数字：
那文字、图片、声音呢？？？？
在计算机中：编码一般是用预先规定的方法将数字、文字、图像、声音等对象编成二进制代码的过程
一、模拟信号与数字信号
二、编码的基本方式
文字编码
图像编码
声音编码
第二节 数据编码
1.2.2
文字编码
文字编码是效率相对较低的编码方式，有单字节码和双字节码。
①单字节码：ASCII码和莫尔斯码
②双字节码：国标码（GBK）、统一码（Unicode）
1字节=8位 或 1B=8b Byte（字节） bit(比特）
位（b）
1个字节（B） 8位
0 1 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 0 1
单字节
0 1 0 0 0 0 0 1
双字节
0 1 0 0 0 0 0 1
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
认识ASCII码
ASCII码（American Standard Code for Information Interchange)（美国信息交换标准代码）
33个标点符号，运算符号
10个阿拉伯数字
26个大写字母
26个小写字母
33个常用的不可见控制符
0 1 0 0 0 0 0 1
单字节
28=256
27=128
使用了7位
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
某公司想为每个员工分配一个唯一的二进制位ID，以便计算机管理。如果有500名员工，则最少需要多少位来表示？如果又增加了200名员工，则是否需要调整位数？如果需要调整，应该调整到多少位合适？
探究活动
思
考
提示：28=256 29=512 210=1024
答案：9位 需要 10位
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
国标码：汉字的国家标准编码
由于ASCII码只包含英文、数字和一些控制符号，并不能表示汉字，因此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（大五码）。
1980年发布的《信息交换用汉字编码字符集》（GB 2312）一共收录了7445个字符，包括6763个汉字和682个其他符号。
1995年公布的《汉字内码扩展规范》（GBK 1.0）收录了21 886个符号，分为汉字区和符号区，汉字区包括21 003个字符。
0 1 0 0 0 0 0 1
双字节
0 1 0 0 0 0 0 1
216=65536
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
一、模拟信号与数字信号
二、编码的基本方式
文字编码
图像编码
声音编码
第二节 数据编码
图像编码
图像编码：在满足一定保真度的条件下，对图像（位图、矢量图）数据进行变换、编码和压缩，以较少比特数表示图像或图像中所包含的信息的技术。
我们以矢量图和位图为例，一起来学习图像编码的原理与方法，以及图像文件大小的计算方法
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
图像编码
一、矢量图
优点 缺点
图片放大、缩小不失真；存储空间小 色彩单一
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
图像编码
二、位图:由许多像素点组成
优点 缺点
色彩丰富 图片放大会失真
为什么位图放大后会看见一个个点呢？
跟位图的编码有关系
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
常见格式：JPG/JPEG GIF PNG BMP
图像编码
分辨率越高，像素越多，排列越紧密，图像越清晰
三、位图的编码
每一个像素信息在计算机中是如何用二进制表示？？
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
位图是把一副图按行、列分割成许多的点，
每一个称为一个像素
图像编码
三、位图的编码
黑白两种颜色
二进制编码
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
图像编码
三、位图的编码
四种颜色
二进制编码
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
图像编码
三、位图的编码
八种颜色
二进制编码
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
图像编码
练习：
如下图所示：由16种不同的颜色组成，若用二进制数表示这些颜色，需要（ ）位
16个颜色
4
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
24=16
图像编码
二进制位数与颜色数之间的关系：
二进制数位数 颜色信息数量
1 21=2
2 22=4
3 23=8
4 24=16
5 25=32
n 2n
二进制位数越多，颜色就越多，图像就越丰富
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
位图文件的大小
位图文件的大小（字节）=
图像分辨率*图像量化位数/8
+
颜色表项（4*颜色总数）
+
信息头（共40个字节）
+
文件头（共14个字节）
+
量化位数为24时，没有颜色表项
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
有一幅8位的位图图像，像素为1024*800，试确定其数据文件的大小。
探究活动
实
践
= 1024*800 * 8÷8 + 4*256 + 40 + 14
= 820278B
提示：文件的大小（B）
=图像分辩率 ×（图像量化位数 ÷ 8）+ 颜色表项 + 信息头 + 文件头
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
一、模拟信号与数字信号
二、编码的基本方式
文字编码
图像编码
声音编码
第二节 数据编码
声音编码
数据采样
时间上离散，幅度上连续
数据量化
-125，-124，......,0,1......,127
数据编码
00110000,11100100,......
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
声音编码
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
采样频率：每秒钟采样点的次数
知识点：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。
音频信号常用的采样频率44.1kHz
22.05kHz
11.025kHz
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
采样频率越大，存储空间越大，音质越好
声音编码
国标声音量化等级分为256级，即28个，因此量化位数就是8位。量化级数越大，量化位数就越多，声音质量就更好，占存储空间也越大
量化
是把样值信号的无限多个可能的取值，近似地用有限个数的数值来表示
首先是将采样信号幅度划分为若干量化等级(课本右图划了256级)，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的数值。
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
声音编码
量化位数为8：可用8位二进制数表示，最高位表示符号，正数位0，负数位1。
编码
将量化后的采样值用二进制数码表示，并转换为由二进制编码0和1组成的数字信号。
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
声音编码
编码时采用的二进制位数越多，数据量越大，占用的存储空间也越大。
声音存储空间(B)=采样频率(HZ)*量化位数*声道数*时间(S)/8
如：采样频率为44.1kHz，量化位数为16位的立体声，
1秒声音所需字节数为多少？
44.1*1000*16*2*1/8=176400(B)
第一章 数据与信息
1.2 数据编码
谢谢大家

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