资源简介

(共28张PPT)
第1章
认识数据与大数据
人教版（2019版）
信息技术（高中）
必修1
数据与计算
1.2
数字化与编码
学习目标
1
2
了解数字化的意义和作用，体验数字技术对日常学习、生活的重要影响。
理解并掌握数据编码的基本方式，熟练掌握二进制与十进制之间的相互转换。
能够合理选用数字化工具解决问题，感受数字化工具的优势。
3
1
2
重点难点
重点：模拟信号与数字信号，二进制与数制转换，数据编码。
难点：二进制与数制转换，图像与视频编码。
课堂导入
1.2.1
数字化及其作用
1.2.2
二进制与数制转换
1.2.3.数据编码
1.2.4.数据压缩
本
节
内
容
目
录
课堂导入
举例说明在日常生活和学习中自已经常使用哪些数字化工具，说说他们对你生活与学习的影响。
1.2.1
数字化及其作用
模拟信号：
用连续变化的物理量所表达的信息
如：声音信号、图形信号等
无论是有线相连的电话，还是无线发送的广播电视等，都是通过模拟信号来传递的
数字信号:它在取值上是离散的，不连续的
两种信号在传输过程中是可以相互转换的，例如，用录音设备采集到的语音最初为模拟信号，通过采样、量化、编码可转换为数字信号，并以二进制方式存储在计算机中。
计算机中的音频文件通过转换设备可将数字信号转换为模拟信号，并通过播放设备
播放出来。
第一步
采样
。在时间轴上按照一定的时间间隔取一系列时刻，得到每个时刻对应的声波信号的振幅值。
声音的数字化过程
在横轴上按一定时间间隔，从信号中取一个瞬时值，这个过程称为采样。
录音设备在1秒内对声音信号的采样次数称为采样频率，如果1秒内采样44100次，则采样频率是44100Hz，即44.1kHz。
常用的CD音质的采样频率就是44.1kHz。
采样频率
第二步
量化。将第一步所得的振幅瞬时值往最接近的整数取整。
将信号波形的纵轴划分为若干区间，落到某一区间的采样点按四舍五入的规则取整选值，这个过程称为量化。
第三步
编码。
时刻
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
十进制
1
2
3
4
3
2
2
2
3
3
二进制数值
001
010
011
100
011
010
010
010
011
011
将样本值用二进制表示的过程称为编码。
量化位数：每个幅值用16个二进制位记录，CD音质的量化位数为16位，即用16个二进制位记录一个数值，因此可记录216=65536种不同的数值。
声道(Sound
Channel)
是指声音在录制或播放时在不同空间位置采集或回放的相互独立的音频信号，所以声道数也就是声音录制时的音源数量或回放时相应的扬声器数量。声卡所支持的声道数是衡量声卡档次的重要指标之一。
拓展：1、声道与立体声
频率是单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量，常用符号f或ν表示，单位为秒分之一，符号为s-1。为了纪念德国物理学家赫兹的贡献，人们把频率的单位命名为赫兹，简称“赫”，符号为Hz。每个物体都有由它本身性质决定的与振幅无关的频率，叫做固有频率。
频率概念不仅在力学、声学中应用，在电磁学、光学与无线电技术中也常使用。
频
率
从模拟数据到数字数据，要经过采样、量化、编码三个过程。
采样是时间的离散化数字化。
量化是赋值的离散化数字化。
编码是数据的格式与文件化。
一段时长1分钟的双声道立体声的无压缩音频的采样频率为44.1Kz、量化位数为16位，其占用的存储空间是多少MB (精确到0.1)
参考答案：
60
44.1
1000
16
2
=
84672000(位，比特)
=
10584000(B,字节)
≈
10.1MB
1.2.2
二进制与数制转换
二进制的基数为2，两个基本数码是0和1；
采用逢二进一的进位规则，例如1+1=10；
不同的数位对应不同的权值，权值用基数的幂表示。
2.二进制与数制转换
由于计算机中的操作需要通过二进制来实现，因此计算机中的数值计算就需要将十进制数转换成二进制数。十进制整数转换为二进制数可采用除2反向取余法，即将十进制整数除以2，得到商数和余数，用商数再除以2，依此类推直到商数为0为止，将每次得到的余数按照逆序排列，即为换算的二进制数的结果。
2.二进制与数制转换
通常，十进制整数转换成R进制数采用“除R反向取余法”。R进制数转换成十进制数采用“按权展开求和法”。
权
值
10010=0x20+1x21+0x22+0x23x1x24=18
权值
十进制数转换为二进制数
十六进制
我国古代曾经在重量单位上使用十六进制，如规定16两为1斤。
十六进制需要使用16个不同的基本数字，除了0到9外，一般用字母A到F依次表示
后续数字，（相当于十进制数中的10~15）.基本计数规则是逢十六进1，即F+1=10.
1.2.3.数据编码
通过数据编码，人们可以方便地存储、检索和使用数据。生活中有许多数据编码的实例，例如居民身份证号码、车辆的车牌号、电影院的座位号等。计算机作为数据处理的一种工具，无论处理的是字符、图像、声音，还是其他形式的内容，都需要转换成二进制形式的编码，这样才能够处理。
字符编码
字符是人与计算机交互过程中不可或缺的重要内容，它是多种文字和符号的总称，由于计算机只识别0和1，因此在处理各种字符时，就需要将字符转换为计算机可以识别的二进制数据。
计算机中存储一个“0”或“1”占用1个二进制位（bit），8个二进制位组成1字节（byte），ASCI编码用1字节表示英文字母、数字和常见字符。在GB
18030-2005中，大部分常用汉字采用2字节编码。
图像与视频编码
一幅图像可以看作由许多彩色或各种级别灰度的点组成的，这些点按横纵进行排列，被称为像素。
图像所占的存储容量=水平像素数×垂直像素数×颜色深度/8
1.2.4.数据压缩
常用的压缩方法分为无损压缩和有损压缩。无损压缩指对压缩后的数据进行还原后，得到的数据与压缩前完全相同。
有损压缩指在压缩过程中会损失一定的信息，压缩后的数据无法还原成压缩前的样子。
谢谢
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