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第一章 数据与信息
1.3 数据采集与编码3
DATA ACQUISITION AND CODING
昌化中学 应彤鑫
《数据与计算》
传统方式
数据采集
纸笔方式等记录，再手工方式输入计算机，适用于数据量较小的数据采集。
传 感 器
是一种能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
互 联 网
互联网上有许多向公众开放的数据服务，用户可以通过应用程序接口API采集数据，常见有网络爬虫等。
1. 数 据 采 集
2. 数 字 化
什么是模拟信号（模拟量）？
汽车的速度、钟摆的位置和水流量这些连续、平滑变化的量。
在计算机中用两种物理状态来表示0和1的，离散的量。
什么是数字信号（数字量）？
图1
图2
2. 数 字 化
模拟信号 数字信号
模数转换（A/D转换）
采样、量化、编码
模拟信号 数字信号
数模转换器
数模转换（D/A转换）
传感器
1
采样
定 义：将信号从连续时间(空间)域上的模拟信号转换到离散时间(空间)域上的离散信号的过程
采样频率：每秒的采样样本数，用赫兹(Hz)来表示，采样频率越高，声音的保真度越好。
CD 采样频率：44.1kHz，每秒钟采样441,00次。
3. 声 音 数 字 化
2
量化
定 义：将信号的连续取值近似为有限个离散值的过程。就是将采样到的信号用数字表示出来。
量化位数：指可以将模拟信号分成多少个等级，量化位数越大，音质越好。
3. 声 音 数 字 化
3
编码
模拟信号 数字信号
2
量化
1
采样
关系：
采样频率越高，数字化声音的保真程度
量化位数越多，数字化声音的保真程度
越 好
越 好
用到的工具：音频卡
科普小卡片
音频卡：又名声卡，声卡从话筒中获取声音模拟信号，通过模数转换器(ADC)，将声波振幅信号采样转换成一串数字信号，存储到计算机中。重放时，这些数字信号送到数模转换器(DAC)，以同样的采样速度还原为模拟波形，放大后送到扬声器发声，这一技术称为脉冲编码调制技术(PCM)。
3. 声 音 数 字 化
思考：
音频文件还有哪些格式？
大小是怎么计算的？
可能和什么有关？
音频格式：mp3，WMA、MIDI、WAVE、CD……
3. 声 音 数 字 化
未经压缩的WAVE格式音频数据量计算：
声音存储量=采样频率×量化位数×声道数×时间/8（字节B）
声道有哪些？
3. 声 音 数 字 化
未经压缩的WAVE格式音频数据量计算：
3. 声 音 数 字 化
文件格式
量化位数
采样频率
声道数
时 长
声音存储量=44100×16×2×161/8（字节B）
4. 图 像 数 字 化
位 图
矢 量 图
4. 图 像 数 字 化
图像数字化的基本思想是把一幅图像看成由许许多多彩色或各种级别灰度的点组成的，这些点按纵横排列起来构成一幅画，这些点称为像素。
4. 图 像 数 字 化
50*50像素
100*100像素
600*600像素
分辨率：像素的多少。
像素越多，图像越清晰。
4. 图 像 数 字 化
黑白位图图像存储空间计算
采样
4. 图 像 数 字 化
黑白位图图像存储空间计算
1个像素用1位二进制数表示
11×12×1
=16.5B
(b)
/8
量化
4. 图 像 数 字 化
黑白位图图像存储空间计算
1个像素用1位二进制数表示
800 × 600的黑白图像需要多少存储空间？
480000b/8=60000B≈58.6KB
800×600 =480000像素
480000像素需要存储空间为480000b
800×600×1/8/1024≈58.6KB
4. 图 像 数 字 化
彩色位图图像存储空间计算
规定：白色：0；黑色：1；红色：2；绿色：3；(十进制)
规定：白色：00；黑色：01；红色：10；绿色：11；(二进制)
1个像素用2位二进制数表示
4. 图 像 数 字 化
彩色位图图像存储空间计算
800 × 600的16色图像需要多少存储空间？
(800×600 ×4)/8=240000B
黑白（2色）：
1个像素用1位二进制数表示
彩色（4色）：
1个像素用2位二进制数表示
彩色（16色）：
1个像素用4位二进制数表示
RGB（ 色）：
1个像素用24位二进制数表示
位图图像存储空间计算方法：
水平像素×垂直像素×每个像素量化位数/8 (单位：B)
5.视频数字化
视频是由静态图像连续播放形成的。
5.视频数字化
彩色电视制式：
NTSC （30帧每秒）
采用这种制式的国家有:美国,加拿大,日本,韩国等
PAL（25帧每秒）
采用这种制式的国家有:中国,德国,西欧国家等
5.视频数字化
如果一段10秒钟长的视频的分辨率为720×576的PAL制式的24位彩色视频，存储容量大约多少？
(720×576×24)/8×25×10 = 296.6MB
视频存储空间计算方法：
(水平像素×垂直像素×每个像素量化位数/8)×帧频×时间 (单位：B)
视频容量太大？
课堂小结
位图图像存储空间计算方法：
水平像素×垂直像素×每个像素量化位数/8 (单位：B)
视频存储空间计算方法：
(水平像素×垂直像素×每个像素量化位数/8)×帧频×时间 (单位：B)
我国使用的彩色电视制式是（ ），特点是每秒（ ）
PAL制
25帧
Wave格式音频存储空间计算方法：
采样频率×量化位数×声道数×时长/8 (单位：B)

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