资源简介

(共26张PPT)
数据编码
课堂目标
了解各类数据采集的基本方法
能够解释文本、音频等数据的编码原理
理解数据编码的意义和作用
任务一：认识智能公交系统中的数据
一、引入
活动1：办理市民卡
办理市民卡的过程中，管理系统都收集了哪些数据？
表现形式 实例 采集该类数据的设备
文本 姓名,家庭住址,性别（也可以用数字表示）、手机号 键盘
手写输入
语音输入
数字 身高、体重、肺活量、血压,年龄 键盘，各种数字化采集仪
手写输入
图像 照片 手机，相机，摄像头，扫描仪
声音 声音，语音，音乐 手机，录音机（录音笔），话筒（声卡）
视频 监控视频 手机，摄像机，摄像头
二、模拟信号与数字信号
按照取值特征，可以将信号分为模拟信号和数字信号
模拟信号
用传感器直接获得的信号一般为模拟信号，类似的还有温度、压强、电压等。
模拟信号的值是随时间连续变化的，波形光滑，模拟信号的值称为模拟数据。
数字信号随时间的变化不是连续的，而是离散变化的，波形如台阶。
数字信号可以由模拟信号转换得来，数字信号的值即数字数据，直接用计算机所能理解的二进制来表示，这样方便计算机对其进行处理。
数字信号
模拟信号如何转换成数字信号？
把模拟信号的曲线“精确地”存储到计算机中最容易想到的办法，就是依次记下曲线中每个点的坐标。
但是，曲线中的点有无穷多个，我们却只能记录下有限的个点。怎么办呢？
模拟信号转换数字信号
每间隔一段时间取一个点间隔多少时间取一个点为好呢？1秒？0.1，0.01秒？通常，我们把这种从连续的时间中每间隔一个时间段抽取一个时刻点的操作称为“采样”。
模拟信号转换数字信号--采样
这个时间间隔的倒数称为采样频率，单位是赫兹，即秒-1。显然采样频率越高（时间间隔越短），声音还原的效果自然就越真实。
模拟信号转换数字信号—量化
将第一步所得的振幅瞬时值往最接近的整数取整，每个样本所对应的整数值即为纵坐标，这种操作称为量化。
量化得到的整数，当然要转换为二进制数，并把它们用一定的格式存储起来，有些还要按照一定的算法进行压缩处理后存储为文件，这个过程称为编码。
模拟信号转换数字信号— 编码
时刻 1 2 3 4 5
二进制数值 001 010 011 100 011
时刻 6 7 8 9 10
二进制数值 010 010 010 011 011
知识补充：比特，字节，文件大小的单位
计算机中数据的最小单位是二进制位，称为比特(bit,简写为b)。
计算机存储数据的基本单位是字节（Byte，简写为B），1B=8b
因为计算机内数据都是以二进制形式存储的，所以文件大小的单位也是字节。但字节单位太小，常用的有KB,MB,GB等。
1KB=210B=1024B
1MB=210KB=220B=1,048,576B
1GB=210MB=220KB=230B=1,073,741,824B
递进倍数是210=1024，因此民间把10月24日戏称为“程序员节”。
数据量＝采样频率×量化位数×声道数×时间（秒）
1.一段时长为1分钟的双声道立体声的无压缩音频（采样频率为44.1kHz，量化位数为16位），占用的存储空间是多少MB（精确到0.1）？
2.一张CD光盘的容量大约为700MB，能容纳多长时间的无压缩双声道立体声CD音频（采样频率为44.1kHz，量化位数为16位）？
参考解答：
60*44.1*1000*16*2= 84672000（位，比特）= 10584000（B，字节）≈10.1MB
参考解答：
700/10.1≈69.3(分钟)
练习
任务二：认识查看存储在计算机中的数据
活动1：卡片组合游戏
无论是数字、文字还是声音、视频等，编码后都以二进制的形式存储在计算机组。
把两图关联起来看：
二进制数01001所表示的数的含义就是
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，…，称为二进制整数从右到左各位的权值，2是二进制数的基数。二进制数有且仅有2种不同的数字：0和1，基本计数规则是逢二进一，即1+1=10.
三、二进制与数制转换
回头看十进制数：
如2019(10)=9*100+1*101+0*102+2*103=2019，十进制数的基数是10，十进制整数从右到左各位的权值依次是100，101，102，103，…，十进制数有10种不同的数字：0，1，2，…，9，基本计数规则是逢十进一，即9+1=10.
同理，对于十六进制数来讲，其基数是16，要有16种不同的数字，除了0，1，2，…，9，还需补充6个符号，一般用A~F(a~f)，分别相当于十进制数的10~15。基本计数规则是逢十六进一，即F+1=10. 十六进制整数从右到左各位的权值依次是160，161，162，163，….例如十六进制整数2F3D(16)=D(13)*160+3*161+F(15)*162+2*163=12093
数制的这种规律，实现了任何一个整数只有一种表示法，而且任何一种表示法只表示一个整数，即整数与表示法之间是一一对应关系。
在Python中，可使用函数int(num,R)将R进制的整数num转换为十进制，这里num要使用字符型(常数两端加上引号)
>>> int('11011010',2) #将二进制整数11011010转换为十进制
218 #返回结果为十进制整数
>>> int('2071',8) #将八进制整数2071转换为十进制
1081 #返回结果为十进制整数
>>> int('FF',16) #将十六进制整数FF转换为十进制
255 #返回结果为十进制整数
十进制整数转换为其他进制数
把十进制非负整数转换为二进制数，可使用短除法，即“除二取余”法。例如，把十进制整数18转换为二进制数的过程如图3.1.7所示，结果为18（10）=10010（2）。
1.仿照图3.1.7，将十进制整数175转换为16进制
练习
2.请将8进制数2071转换为十进制。
在Python中，可使用函数bin(num)，oct(num)，hex(num)，将十进制整数num分别转换为二、八、十六进制，这里num为整数
>>> bin(100) #将十进制整数100转换为二进制
'0b1100100' #返回结果为字符串，前缀0b表示二进制
>>> oct(100) #将十进制整数100转换为八进制
'0o144' #返回结果为字符串，前缀0o表示八进制
>>> hex(100) #将十进制整数100转换为十六进制
'0x64' #返回结果为字符串，前缀0x表示十六进制
文本数据的编码
文本数据是用来表示一定 意思的一系列字符， 包括字母、数字、标点符号、汉字等
文本数据的编码通过对其中每一个字符进行编码实现。用于文本数据字符编码的方案有多种类型。其中ASCII码和Unicode是最为典型的。
ASCII码
ASCII码使用7位或8位二进制数表示一个字符。标准ASCII码字符集中定义了大小写英文字母、标点符号和数字等字符和符号，共128个。
Unicode码
Unicode是为了解决传统字符编码方案的局限性而产生的。
Unicode字符集，是全球可以共享的编码字符集，涵盖了世界上主要文字的字符，其中包括简繁体汉字，共计74686个汉字。
在Python中，函数ord()返回的是字符的Unicode码值，函数chr()返回Unicode码对应的字符。
活动2 查看数据的编码
>>> ord('1') #显示字符“1”的编码值
49
>>> ord('A') #显示字符“A”的编码值
65
>>> ord('男') #显示字符“男”的编码值
30007
>>> chr(30007) #显示编码值为30007的字符
'男'
在Python中，通过ord()函数查看字符的编码
在Python中输出自己的姓名，但表达式中不得直接出现这些汉字
>>> chr(24352)+chr(39134)
'张飞' #返回“张飞”
练习
谢谢观看！THANKS

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