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数据编码
计算机存储单位
计算机中的所有数据都以二进制形式进行存储和处理。计算机中存储一个“0”或“1”占用一个二进制位，称为1比特（bit），比特是计算机存储数据的最小单位。8个二进制位组成一个字节（byte），字节是计算机中存储数据的基本单位。
1比特（bit）
1字节（byte）
计算机存储单位
存储单位 换算关系
B(byte)，字节 1B=8b(bit)
KB（kilobyte），千字节 1kB=1024B=210B
MB(megabyte)，兆字节 1MB=1024KB=210KB
GB(gigabyte)，吉字节 1GB=1024MB=210MB
TB(terabyte)，太字节 1TB=1024GB=210GB
PB(petabyte)，拍字节 1PB=1024TB=210TB
EB(exabyte)，爱字节 1EB=1024PB=210PB
计算机中常见的存储单位与换算关系
字符编码
字符是多种文字和符号的总称，是人和计算机交互过程中不可或缺的重要内容。
Hello 你好

0123456789
、 \ {} ()
, * $ % #
@ ~ &
文字字符
数字字符
特殊字符
字符编码
由于计算机只能识别二进制数据，所以在处理各种类型的字符数据时，需要将字符转换为计算机可以识别的二进制数据。计算机通过特定的字符编码来将字符转换为二进制数据。
所谓字符编码，即人为地制定常见字符和二进制编码之间的一一对应关系，形成字符编码标准，以实现字符数据的处理。
A
01000001
字符编码
美国信息交换标准码（America Standard for Information Interchange,ASCII）编码标准是最早的字符编码标准。ASCII编码包括英文字母、数字和特殊字符，使用一个字节（8位）来表示一个字符。
因为ASCII编码包含的字符不能显示其他语言的字符，为了支持显示更多字符，后来出现了其他的字符编码标准，如Unicode。Unicode可以表示几乎所有语言中的所有字符，包括英文、中文、日文、韩文等。
我国目前常用的字符编码标准是GB18030-2005，是强制性国家标准，采用单字节、双字节和4字节的变长编码。除此之外，UTF-8也是我国广泛使用的字符编码标准。
声音编码
振幅
时间
声音是一种波。
振幅反应声音响度的强弱
频率反应声音音调的高低
声音编码
为什么微信语音和现实中说话的声音听起来不一样呢？
模拟信号
数字信号
数字化
声音编码
声音数字化的基本方法是按照一定的时间间隔采集声波的振幅，并将其转换为二进制数序列。声音数字化的基本步骤是采样、量化和编码。
声音编码
采样：以相等的时间间隔来测得声音模拟信号的模拟量值，对其进行离散化提取。
采样频率指每秒声音被测量的次数，以Hz（赫兹）为单位。例如，高保真音乐采样频率一般为44.1kHz，即每秒采样44100次。
量化值
采样
采样频率越高，数字化后的声音质量越好，越接近原声。
6
2.3
5
9
10.5
7
15
9
14
12
声音编码
量化：将采样值变换到最接近的整数值，即用有限个数的数值近似地表示原来连续变化的值。
量化值
6
2
5
9
10
7
15
量化
9
14
12
图中共有 16 个量化级别（0 ～ 15），因此每个量化值可以用 4 位二进制数表示，即量化位数是4。量化位数越多，量化值就会越接近采样值，音频的精度就越高。
声音编码
编码：将量化值转换为二进制数据，形成二进制编码。
量化值
6
2
5
9
10
7
15
采样
量化
样本序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
量化值 6 2 5 9 10 7 9 15 14 12
二进制编码 0110 0010 0101 1001 1010 0111 1001 1111 1110 1100
编码
9
14
12
声音存储容量
音频所占的存储容量取决于采样频率、量化位数、声道数和时长，其计算公式为：
音频所占的存储容量 = 采样频率 × 量化位数 × 声道数 × 时长 /8
例 ：一首时长为 100 s 的双声道音乐，采样频率为 44.1 kHz，量化位数为 16，计
算该音乐的音频所占的存储容量。
音频所占的存储容量 =44 100 ×16×2×100 /8=17640000 B
=17640000/1024/1024 ≈ 17 MB
图像编码
一副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。
图像的数字化也要经过采样、量化、编码三个步骤。
图像编码
采样即采集图像的像素点，采样质量的高低用图像分辨率来表示，也就是图像在水平和垂直方向上的像素数量，即“水平像素数×垂直像素数”
750×500
200×133
50×33
分辨率越高，图像质量越高
图像编码
量化：用数值来表示图像每个像素点的颜色。量化的重要参数是图像能够容纳的颜色总数，由图像的量化位数决定。
量化位数：也叫做颜色深度，指图像中像素颜色所占的二进制位。比如图像中只有黑白两种颜色，用1个二进制位就能表示出图中的两种颜色，即该图像的颜色深度是1。
图像编码
量化位数：4
量化位数：6
量化位数：8
常见的彩色图像颜色深度有 8 位、16 位、24 位和 32 位等，颜色深度为 n，能表示的颜色就有 2n 种。一般来说，颜色深度越大，图像的色彩就越丰富，图像占用的存储空间也就越大。
图像编码
编码：将图像上的每个像素都用相应的二进制颜色编码来表示。
不同颜色深度的图像中，相同的颜色的二进制编码不同。比如在黑白图像中，白色用1位二进制表示，即白色的二进制编码为 1，但在颜色深度为8位的图像中，白色要用八位二进制来表示，即11111111。
图像编码
位图图像所占存储空间由该图像的水平像素数、垂直像素数以及颜色深度来决定，计算公式为：
图像所占的存储容量=水平像素数×垂直像素数×颜色深度/8
例：图像尺寸为 90×72 像素，颜色深度为 24 位，计算该图像所占的存储容量。
图像所占的存储容量 =90×72×24/8=19440B
=19440/1024 ≈ 19 KB
图像和视频编码
视频画面是由以一定的速度连续播放的一组静态图像形成的，这些静态图像被称为
帧。当连续的图像变化超过 24 帧/s 时，根据视觉暂留原理，就会形成比较流畅的视频画面。
通过智能手机、平板计算机和数字摄像机等设备可以直接录制数字视频。此外，通过视频采集卡的输入端口可以采集模拟视频信号，对其进行数字化处理后，就可生成数字视频文件。
文件格式和文件压缩
数据压缩：按照一定的编码规则对数据进行重新组合，以去除数据冗余以使文件更少地占用存储空间和缩短传输时间。
数据压缩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。
常用的无损压缩算法主要有 DEFLATE、LZMA 等算法，可以形成以ZIP和7Z为主流格式的压缩文件。压缩后所生成的文件称为压缩包，可能只有原来文件的几分之一，甚至更小。压缩包中的数据可以用压缩软件还原，即恢复到原始状态，这个过程称为解压缩。
常见音频文件格式
常见视频文件格式
常见图像文件格式
WAV格式：无损压缩格式
APE格式：无损压缩格式
AMR格式：有损压缩格式
MP3格式：有损压缩格式
AVI格式：有损压缩格式
WMV格式：有损压缩格式
MP4格式：有损压缩格式
BMP格式：无损压缩格式
PNG格式：无损压缩格式
GIF格式：无损压缩格式
JPEG格式：有损压缩格式
JPG格式：有损压缩格式
文件格式和文件压缩

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