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中物理
第一章 数据与信息
粤教版（2019） 信息技术（高中）
1.2.2 编码的基本方式（图像编码和声音编码）
（必修一）
1
课堂导入
写在前面
上一节课我们了解了文字编码和ASCII码，这节课一起来了解图像编码和声音编码。
1
学习目标
知识目标:
1、了解图像和音频等类型数据编码的方式。
2、能够根据图像属性确定数据文件的大小。
1
学习目标
素养目标:
1、在运用数字化工具的学习活动中，认识到大数据对人们日常生活的影响。
2、能够提出改进方案减少声音信号还原时的失真，提高声音的保真度。
一
图像编码
我们平时在使用微信聊天发图片的过程中，图片总是被压缩，这是为什么呢？
思考？
图像编码
一
图像编码
图像编码是在满足一定保真度的条件下，对图像数据进行变换、编码和压缩，比较少比特数表示图像或图像中所包含的信息的技术。
探究活动
一
图像编码
请打开图片“女生.bmp”,放大眼睛部分，观察是否出现模糊和格锯齿状。
图像编码——图像的像素
一
图像编码
根据图的表示和存储方式不同，除矢量图外还有另外一种由许多点组成的点阵图，我们称它为位图（Bitmap），构成位图的点称为像素（Pixel）。
图像编码——位图
一
图像编码
位图，最小单位为光栅点（或称为像素），因而也叫做点阵图（或像素图）。
图像编码——位图的分辨率
一
图像编码
位图采用位映射存储格式，即将每一个像素映射为一个数据，存放在以字节为单位的矩阵中。
图像分辩率：是指图像的水平方向和垂直方向的像素个数。
例如右图中，分辨率为9*8=72。
图像编码——位图的二进制编码
一
图像编码
将黑、白像素分别映射为1和0，就表示为：
000010000
000010000
011111110
010010010
011111110
000010000
000010000
000010000
映射为1
映射为0
图像编码——位图文件大小
一
图像编码
在计算机为二进制系统中，每个0或1就是一个位（bit），位是数据存储的最小单位。
8个位称为一个字节（Byte）。
图像编码——黑白位图文件大小
一
图像编码
右图是一个黑白图像，每一个像素有2中可选颜色（黑和白），称为1位图像。
所以，右图需要用9*8=72位，即72/8=9个字节来存储。
图像编码——彩色位图文件大小
一
图像编码
对于彩色位图来说，每个像素用1 位存储显然不够。
比如16 种颜色的位图，需要用16 个不同的二进制数与每一种颜色对应，因此，最少用4 位二进制数表示，即0000、0001、0010......1111 共16 （即24）个二进制数。
这样，每个像素需要用4 位存储，因此，16 种颜色的9*8像素的位图，需要用9*8*4=288 位，即288/8=36 个字节来存储。
图像编码——彩色位图文件大小
一
图像编码
依此类推，256 种颜色的位图，至少需要8 个二进制位（即1 个字节）来存储1 个像素。
由此看来，同样大小的位图，其最大颜色数越大，所占用的存储空间也越多。
图像编码——色彩深度
一
图像编码
我们将位图所能达到的最大颜色数，称为色彩深度。
色彩深度是描述图像质量的重要参数，也可以用一个像素的存储位数来表示，如：256色图像也可以称为8 位色图像。随着色彩深度的增大，位图表达的颜色越来越丰富，越来越接近自然界的真实颜色。因此，位图多用于表达真实的景物和创作富于层次、色彩和光感的作品。
图像编码——色彩深度
一
图像编码
需要说明的是，位图的放大和缩小都会引起像素的增加和减少，这样会使得原有图像的线条和形状变得参差不齐，与原图像相比出现失真，这是位图的一个缺陷。
位图的另一个缺点是数据量太大。
位图的数据量不仅与色彩深度有关，还与图像的分辨率有关。
图像编码——色彩深度
一
图像编码
图像辨率是指数字化图像的大小，即：用水平的像素点和垂直的像素点来表示和存储一幅图像。
因此，由图像分辨率和图像的色彩深度可决定该图像的文件大小。例如：长和宽分别为1024像素和768像素的24位色彩深度的图像，就需要1024*768*24/8=2359296个字节。
图像编码——图像量化位数
一
图像编码
图像中每个像素点记录颜色所用二进制数的位数，它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数，或者灰度图像中的最大灰度等级数。（同色彩深度联系起来理解）
图像编码——位图大小的计算方法
一
图像编码
一个位图文件除了包含图形数据，还包括文件头、位图信息头、颜色信息、图形数据等几部分。
文件头：包含文件的类型、大小和位图起始位置等信息，共14个字节。
位图信息头：用于说明位图的尺寸等信息，占40个字节。
颜色信息：用于说明位图的颜色，有若干个表项，每一个表象定义一种颜色。当图像量化位数位1、4、8时，分别有2、16、256种颜色，每一个颜色表象占4个字节；当图像量化位数为24时，没有颜色表项。
图形数据：记录位图的每一个像素值，其记录顺序从左到右，再从下到上。
图像编码——位图大小的计算方法
一
图像编码
文件的大小=文件头+信息头+颜色表象+图像分辨率*图像量化位数/8
14B
40B
4B/0B
量化位数：一个像素的颜色要多少个位表示。
像素可以呈现的颜色数=2量化位数
课堂练习1
一
图像编码
有一幅24位的位图图像，像素位1024*800，请计算其数据文件的大小。
课堂练习1
一
图像编码
有一幅24位的位图图像，像素位1024*800，请计算其数据文件的大小。
图像量化位数为24位时，没有颜色表象，所以，文件的大小为：
14+40+0+1024*800*24/8=2457654B
课堂练习2
一
图像编码
将练习1的图像另存为256色位图图像，则文件大小为多大？
课堂练习2
一
图像编码
将练习1的图像另存为256色位图图像，则文件大小为多大？
图像为256色位图，那么图像量化位数为8，颜色表象为4个字节，所以，文件的大小为：
14+40+4+1024*800*8/8=819258B
声音编码
二
声音编码
对声音进行数据编码，必须经过前期的数据采样和数据量化。
数据采样：就是把输入的模拟信号按照适当的时间间隔得到各个时刻的样本值，使其转换为时间上离散、幅度上连续的脉冲信号。
采样频率有三种：44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz。
奈奎斯特采样定理示意图
声音编码
二
声音编码
数据量化：就是把样值信号的无限多个可能的取值，近似地用有限个数的数值来表示。
脉冲幅度调制信号的量化
声音编码
二
声音编码
编码：就是将量化后的采样值用二进制数码表示，并转换为由二进制编码0和1组成的数字信号。模拟信号采样后可用8位二进制数表示，最高位表示符号，正数为0，负数为1。
编码时采用的二进制位数越多，数据量越大，占用的存储空间也越大。
声音存储空间=采样频率×量化位数×声道数×时间÷8
声音编码
二
声音编码
声音存储空间=采样频率x量化位数x声道数x时间÷8
例如：采样频率为44.1kHz、量化位数为16位的立体声，1秒声音所需字节数为：
44.1×1000×16×2×1÷8=176400B
声音编码
二
声音编码
编码后的信号可以实现无差错的数据传输。
数字信号的传送
THANKS
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