资源简介

(共48张PPT)
信
息
技
术
数据编码
Data encoding
3月
数据是什么
目录
01
模拟信号与数字信号
02
声音的数字化
03
二进制与数据转换
04
05
文本数据的编码
数据是什么
01
What is the data
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我们的名字
诗人创造的诗句
奥运会的主题曲
它们是数据吗
数据是什么
01
数据是什么
01
数据的表现形式多种多样，除了数字以外，还有文字、图形、图像、声音和视频等
我们的姓名
诗人的诗句
奥运主题曲
视频
文字
文字
声音
图形、图像
诗人的诗句
文字
模拟信号与数字信号
02
Analog signals and digital signals
模拟信号：用传感器直接获得的信号，如声音、温度、压强等
值随时间连续变化，波形光滑。
模拟信号特点：随时间连续变化的，波形光滑
模拟信号缺点：抗干扰性差
数字信号：随时间的变化是非连续的，可以由模拟信号转换而来，用二进制表示
数字音频的价值：
（1）语言信息交流
（2）移动支付语言播报
（3）地图语言导航
（4）语音控制智能家居
（5）纪录、保留与再生文化
名称 优点 缺点
模拟信号 1.信息密度高 2.容易实现 1.抗干扰能力差
2.保密性差
数字信号 1.抗干扰能力强 2.保密性强 3.便于存储、加密、纠错 1.技术要求高
2.模数转换可能带来量化误差
分析、比较模拟信号与数字信号在通信应用中的优劣
声音的数字化
03
Digitalization of sound
数字化：将文字、图像、声音、视频等数据转换成手机或计算机中可以
保存、处理、传输、发布的对象即数字化过程。
数字化是将复杂多样的事物属性或特征转化为计算机可以
处理对象的过程。
优势：便于在数字设备中存储、处理和传输。
真实声音VS微信语音
思考:为什么同一个人说话声音听起来不一样了？
声音的表示
时间
振幅
●振幅：反应响声的强弱
●频率：反应音调的高低
人耳能听到声波频率范围是20-20000Hz
声音的表示
传输过程中易受干扰
失真、噪音
连续变化
声音的表示
多次传输失真严重，不易保存
声音数字化的过程（一）---采样
采样频率
每秒采样声音的次数，单位为赫兹（Hz)。
采样频率越高声音还原度越好，但记录数据越多，存储容量越高。
高保真音乐的采样频率至少为44.1KHZ，即每秒采集44100次。
声音数字化的过程（二）---量化
在音频信号数字化过程中，声音的保真度不仅受到采样频率的影响，也依赖于量化值。
思考：量化位数越高越好吗
●量化：用有限整数近似表示原来连续变化的值
●将采样点的值分级量化，变换到最接近的数字
●量化位数越多，声音越接近原始信号，音频的质量越好；但所占存储容量也越大
声音数字化的过程（二）---量化
声音数字化的过程（三）---编码
样本序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
量化值 （十进制） 1 2 3 4 3 2 2 2 3 3
二进制编码 001 010 011 100 011 010 010 010 011 011
声音数字化的过程（三）---编码
声音编码
●确定编码规则，优化数据排列
●常见方式：未压缩、无损压缩、有损压缩
AAAEEEEEEEE
优化数据排列方式
A03E08
声音数字化的过程（三）---编码
声音编码
● 确定编码规则，优化数据排列
● 未压缩、无损压缩、有损压缩
● 生成音频文件格式
类型 音频文件格式
未压缩 WAN
无损压缩 APE
有损压缩 MP3、AMR
实践小活动
WAN与MP3
将原始音频另存为MP3格式，保存后查看两者的大小
思考：大小为什么不一样了呢？
声音数字化的过程（三）---编码
【未压缩】音频文件存储容量=采样频率*量化位数*声道数*时间（秒） 单位：b（位）
【未压缩】音频文件存储容量=采样频率*量化位数*声道数*时间（秒）/8 单位：B（字节）
声音数字化实现的过程
模拟信号
声音采样
声音量化
声音编码
数字信号
采集模拟值
采样频率
分级量化
量化位数
确定编码规则
数据压缩
（文件格式）
影响音频质量的因素----声道数
声道数：声音录制时的音源数量或回放时相应的扬声器数量
单声道、双声道、环绕声
二进制与数值转换
04
Binary and numeric conversion
数制的基本要素：
数码：每位上可能的基本数字。
基数：每位上可能的数码个数。
位权：每位上的1所表示的数值大小。
十进制数125： 1 2 5
位权：
125 = 1×102 + 2×101 + 5×100
102
100
101
举例
位权：二进制中，每个数字在不同位置上具有不同的权值，是基数2的若干次幂。
例：10010（2），从右往左权值依次为20、21、22、23、24
数码：二进制只有1与0两个数字符号
计数特点：逢二进一，即1+1=10
存储单位：计算机存储数据最小单位是二进制位，用比特（bit）表示，
n比特 表示2n种状态。
计算机存储数据的基本单位是字节，用B表示。
8比特构成1字节。
二进制
数制转换----二进制→十进制
二进制转十进制：
按权展开求和
例：二进制10010
十进制数
( 1 0 0 1 0)2
24
23
22
21
20
= 1×24+0×23+0×22+1×21+0×20
= 16+0+0+2+0=18
数制转换----十进制→二进制
十进制转二进制：
例：十进制18→二进制数
余数
18(10) = 10010(2)
除2反向取余法
2
2
2
2
9
4
2
1
0
0
1
0
0
1
高位
2
18
低位
不同位数的二进制数，能表示几种状态？又能表示的十进制数的范围是多少？
二进制
比特，计算机中存储数据的最小单位。1比特表示两种状态，0或1。
2比特表示四种状态，00、01、10、11。
3比特八种状态，000、001、010、011、100、101、110、111
字节，计算机存储数据的基本单位（Byte,简写B），1字节二进制数表示28(256)
存储单位 换算关系
B（byte），字节 1B = 8b（bit，位）
KB（kilobyte），千字节 １KB = 210B = 1024B
MB（megabyte），兆字节 1MB = 210KB = 1024 KB
GB（gigabyte），吉字节 1GB =210MB = 1024MB
字节单位太小，常用的存储单位有KB,MB,GB等。
更高的还有TB太字节、PB拍字节、EB艾字节
拓展----存储单位
数制转换----十进制→十六进制
因二进制书写不便，采用十六进制表示，
用数字和字母0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F 代表0-16
逢十六进一，即F+1=10
十进制非负整数转换成R进制数（R≥2）采用“除R取余法”
把R进制非负整数转换成十进制数采用“按权展开求和法”
175
10
0
16
16
余 数
15
10
低位
高位
175（10）=af（16）
例如，把十进制整数175转换成16进制
18
2
0
十进制转R进制：除R反向取余法
例：十进制18→八进制数
2
2
低位
高位
余数
18(10) = 22(8)
8
8
数制转换----十进制→八进制
数制转换----二进制 十六进制
二进制→十六进制
从右往左，4位一组，不够补0
例：（110110111）2=（1B7）16
0001 1011 0111
20*1+21*0+22*0+23*0
20*1+21*1+22*0 +23*1
20*1+21*1+22*1+23*0
1 11 7
十六进制→二进制
1位十六进制数转换为4位二进制
2
1
0
1
2
2
1
0
2
3
1
1
2
2
0
0
1
1
1->1->0001
2->10->0010
3->11->0011
(123)16=(100100011)2
1 B 7
数制转换----二进制 八进制
二进制→八进制
从右往左，3位一组，不够补0
例：（10110111）2=（267）8
010 110 111
20*0+21*1+22*0
20*0+21*1+22*1
20*1+21*1+22*1
2 6 7
八进制→二进制
1位八进制数转换为3位二进制
2
1
0
1
2
2
1
0
2
3
1
1
2
2
0
0
1
1
1->1->001
2->10->010
3->11->011
(123)8=(1010011)2
十进制
R进制
除R取余法
按权展开求和法
总结
巩固练习
十进制 二进制 十六进制
1100110
123
101100000
285
10011010
十进制 二进制 十六进制
102 1100110 66
123 1111011 7b
352 101100000 160
285 100011101 11d
154 10011010 9a
巩固练习
文本数据的编码
05
Encoding of text data
文本数据：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
字符
（文字、符号）
数字
（二进制等）
预先确定的规则
编码方案
每个字符拥有对应的数字编码,便于不同计算机系统间交换信息
字符编码
英文字母（大小写）
数字
英文标点符号
共128个
美国国家信息标准协会制定 ASCII 美国信息交换标准代码
因此，计算机内部用一个字节（8位）即可存放一个ASCII字符，最高位用 0 表示
注：一个字节 = 8位，1位可存放2个字符，27可存放128个，28可存放256个
ASCII码
ASCII码字符集
ASCII码（十进制） 字符
0~31 控制字符或通信专用字符（不可见）
32 空格
48~57 数字0~9
65~90 大写英文字母A~Z
97~122 小写英文字母a~z
其他 英文标点符号、运算符号、括号
汉字的编码
GB 2312-1980 字符集，收录 6763 个汉字
GBK 字符集，兼容GB 2312-1980 标准，收录21003个汉字
GB 18030-2005 字符集，收录70244个汉字
GB 18030-2000 字符集，收录27533个汉字
ASCII 用一个字节表示。每个汉字至少需要两个字节，16位。
Unicode字符集
产生：为了解决传统字符编码方案的局限性，用2个字节表示一个
符号。
Unicode码是在原来ASCLL码前加8个0
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。
例：汉字“男”，Unicode编码为30007（10）/7573（16）/0111010100110111(2)
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信息技术
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