资源简介

(共27张PPT)
3.1数据编码
1.掌握按照取值特征可将信号分模拟信号和数字信号。
2.掌握从模拟数据到数字数据，要经过采样、量化、编码 三个过程。
3.理解二进制的基本原理。
4.掌握二进制、八进制、十六进制和十进制之间的相互转换；Python中数制之间的转换与运用。
5.了解编码：ASCII编码和unicode码编码。
学习目标：
市民在办理市民卡时，一般要到指定地点办理录入信息、拍照等手续。想一想，在办理市民卡的流程中，管理系统都收集了哪些数据？生活中还有哪些数据可以采集以及如何采集？请尝试分析这些问题，并将相关内容填入表3.1.1。
表现形式 实例 采集该数据的设备
文本 姓名、家庭住址、性别，手机号 键盘，手写输入，语音输入
数字 年龄，身高、体重、肺活量，血压、身份证号 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 讲话的声音、音乐、其他声音 手机，录音机（录音笔），话筒
视频 监控视频 手机、摄像机、摄像头
课堂导入
用传感器获得信号一般称为模拟信号，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。
模拟信号与数字信号
1
按照取值特征可将信号分为_____________、__________________
模拟信号 数字信号
数字信号随时间的变化是非连续的，数字信号可以有模拟信号转换得来。
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表示。
模拟信号与数字信号
1
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。
2
声音的数字化过程
在横轴上按一定的时间间隔，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。
2
声音的数字化过程
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。量化得到的整数，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，这个过程称为量化。
2
声音的数字化过程
（将样本值用二进制表示的过程称为编码。）
填写教科书中的表3.1.2，完成简单的进制转换。
学生活动
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
2、从模拟数据到数字数据，要经过______________________ 三个过程。
1、按照取值特征可将信号分为_____________、_______________。
模拟信号 数字信号
【知识要点】
采样、量化、编码
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：
44.1 * 1000 * 16 * 2 * 60 = 84672000(位，比特) = 10584000(B,字节) ≈ 10.1MB
【课后练习：】
声音存储空间=采样频率×量化位数×声道数×时间÷8
【玩】活动1 卡片组合游戏
计算机存储数据的最小单位是二进制位，用比特（bit）表示。
1比特能表示两种（21）状态（即0和1）；
2比特能表示00、01、10、11四种（22）状态；
3比特能表示八种（23）状态；
1字节能表示28（256）种状态。
计算机存储数据的基本单位是字节（Byte,简写为B）,8比特为一个字节。
字节单位太小，常用的存储单位有KB,MB,GB等。
1KB = 1024B
1MB = 1024KB
1GB = 1024MB
递进倍数是210=1024
一、数值型数据(非负整数)的编码
【学】比特，字节，文件大小的单位
计算机中的数制
数制 数码 基数 基本计数规则
二进制 0，1 2 逢二进一
八进制 0，1，2，3，4，5，6，7 8 逢八进一
十进制 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9 10 逢十进一
十六进制 0，1，……，8，9，A，B，C，D，E，F 16 逢十六进一
二进制转换成十进制
10010（2）=0×20+1×21+×0×22×0×23×1×24= 18（10）
在二进制数中，每一个数字在不同的位置上具有不同的权值，各位上的权值是基数2的若干次幂。
比如二进制10010，5个位置上的权值从右往左可以表示为20，21，22，23，24，将二进制数转换为十进制时，只要将该二进制数的每个位置上的数字与其对应位置的权值相乘，然后求和即可，即按权展开求和法。
任意进制都有这样类似的规律
把R（R为不小于2的整数)进制整数转换为十进制整数，使用上面的“按权展开求和法”即可。
练习：请将8进制数2071转换为十进制数。
【做】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
课堂活动
在Python中实现各进制数转十进制数
整数部分：除2取余法
例：29(10)=( )(2)
十进制数转换成二进制数
11101
2 9
1 4
7
3
1
2
2
2
2
2
……1
……0
0 ……1
……1
……1
（高位）
（低位）
将十进制整数29转换为16进制
2 9
1
0
16
16
……13
……1
（高位）
（低位）
29(10)=( )(16)
1d
【悟】将十进制整数29转换为8进制
2 9
3
0
8
8
……5
……3
（高位）
（低位）
余数
29(10)=( ) (8)
29
十进制非负数转换成R进制数（R≥2）采用“除R取余法”。
【学】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(29) #将十进制整数29转换为二进制
'0b11101' #返回结果为字符串，前缀0b表示二进制
>>> oct(29) #将十进制整数29转换为八进制
'0o35' #返回结果为字符串，前缀0o表示八进制
>>> hex(29) #将十进制整数29转换为十六进制
'0x1d' #返回结果为字符串，前缀0x表示十六进制
课堂活动
二、文本型数据(字符)的编码
【做】活动2 查看数据的编码
在Python中，通过ord()函数查看字符的编码
>>> 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'
>>>bin(65) #将十进制数65转换为二进制数
0b1000001
>>>chr(0b1000001) #将编码值转换为对应的字符
‘A’
【学】ASCII码
二、文本型数据(字符)的编码
【学】Unicode码
汉字编码之国家标准：
（1）GB 2312—1980字符集共收录6763个汉字
（2）GBK字符集，兼容GB 2312—1980标准，收入21003个汉字
（3）GB 18030—2000字符集，包含GBK字符集和CJK统一汉字扩充A的汉字，共计27533个汉字；
（4）GB 18030—2005字符集，在GB 18030—2000的基础上，增加了CJK统一汉字扩充B的汉字及其他汉字， 共计70244个汉字。
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。如汉字“男” 的Unicode编码为30007（十进制），用十六进制表示为7537，用二进制表示为0111010100110111。
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。
二、文本型数据(字符)的编码
【做】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”
二、文本型数据(字符)的编码
1.理解二进制的基本原理；
2.掌握二进制、八进制、十六进制和十进制之间的相互转换；
3.Python中数制之间的转换与运用。
4.了解编码：ASCII编码和unicode码编码。
小结：
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
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。
ord()函数查看字符的编码
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)
1. 请将8进制数2071转换为10进制数。
参考答案：2071(8)=1 80+7 81+0 82+2 83=1081
2. 完成教材83页第1题。
巩固练习
10110100(2) = ( )(10)
3D(16) = ( )(10)
255(10) = ( )(16)
100(10) = ( )(2)
E2(16) = ( )(2)
11100101(2) = ( )(16)
180
61
FF
1100100
11100010
E5

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