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(共18张PPT)
1.2 数据编码
1.2.1 模拟信号与数字信号
1.2.2 编码的基本方式
第一章 数据与信息
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2023/9/23 Saturday
文字编码
图像编码
声音编码
本节内容：
2
2023/9/23 Saturday
图像编码
02
2023/9/23 Saturday
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矢量图 采用直线和曲线描述的图形，通过数学公式计算获得
优点：
1. 无论放大、缩小或旋转等都不会失真
2. 文件的储存空间较小
缺点：
1.难以表现色彩层次丰富的逼真图像效果
位图 也称“点阵图”或“像素图”，最小单位为光栅点（或像素），当放大图像时，可以看到构成整个图像的无数个点。
优点：
1.色彩层次丰富，图像效果逼真
缺点
1. 放大会失真
2. 文件的储存空间较大，位图图像常见格式：psd、bmp、jpg、gif
图像编码也称图像压缩，是指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，以较少比特数表示图像或图像中所包含信息的技术。
图像编码
颜色
编码
0
1
黑白2种颜色
分辨率：8×7
21=2
在计算机二进制数系统中，每个0或者1就是一个位（bit）。
黑白图像用1位二进制数表示1个像素的信息，称为1位图像，每一个像素有2种可选颜色（黑、白）。
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0
0 1 1 1 1 1 0
0 1 0 1 0 1 0
0 1 0 1 0 1 0
0 1 1 1 1 1 0
0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
二进制编码
位图图像编码
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颜色
编码
4种颜色
分辨率：8×7
22=4
用2位二进制数表示1个像素的信息，称为2位图像。
00 00 00 00 00 00 00
00 00 00 11 00 00 00
00 01 01 11 01 01 00
00 10 00 11 00 10 00
00 10 00 11 00 10 00
00 01 01 11 01 01 00
00 00 00 11 00 00 00
00 00 00 00 00 00 00
二进制编码
00 01 10 11
位图图像编码
2023/9/23 Saturday
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颜色
编码
8种颜色
分辨率：8×7
23=8
用3位二进制数表示1个像素的信息，称为3位图像。
000 000 000 000 000 000 000
000 000 000 001 000 000 000
000 010 010 001 011 011 000
000 110 000 111 000 100 000
000 110 000 111 000 100 000
000 110 101 001 101 100 000
000 000 000 001 000 000 000
000 000 000 000 000 000 000
二进制编码
000 100 110 001
010 011 111 101
位图图像编码
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如图所示，由16种不同的颜色组成，需要_4_位二进数表示一个像素的信息，被称为4位图像。
24=16
4
位图图像编码
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8
9
位图图像编码
2色图像 4色图像 8色图像 16色图像 256色图像 16777216色图像 2N色图像
21=2 22=4 23=8 24=16 28=256 224=16777216
1位图像 2位图像 3位图像 4位图像 8位图像 24位图像 2N位图像
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位图储存空间
位图图像存储空间（Byte）=图像分辨率X图像量化位数（bit）÷8
图像分辨率=水平方向的像素数X垂直方向的像素数
问：一幅分辨率为1024*768的256色位图大小是多少？
256色图像 28=256
8位二进制数表示一个像素的颜色信息，称为8位图像。
1024 * 768 * 8÷8 = 786432Byte
单位转换：
1GB(吉字节)=1024MB(兆字节)
1MB = 1024KB（千字节）1KB=1024B(字节)
1B=8b（位）
B=Byte
b=bit
2023/9/23 Saturday
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位图文件储存空间
文件大小（Byte）=文件头（Byte）+信息头（Byte）+颜色表项（Byte）+位图图像存储空间（Byte）
位图图像存储空间（Byte）=图像分辨率X图像量化位数（bit）÷8
文件头：包含文件类型、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：用于说明位图中的颜色，有若干个表项，每一项定义一种颜色。当图像量化位数为1、4、8时，分别有2、16、256种颜色，每个颜色表项占4个字节；当图像量化位数为24时，没有颜色表项。
问：一幅分辨率为1024*768的256色位图，文件大小是多少？
14+40+256*4+1024 * 768 * 8÷8 =787510 Byte
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位图图像编码
2023/9/23 Saturday
声音编码
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声音编码
采样：
把输入的模拟信号按适当的时间间隔（通常为1秒）得到各个时刻的样本值。
采样频率：
每秒采样的次数 CD的采样频率：44.1KHz
单位：Hz 每秒采集：44100次
常用的采样频率有三种：44.1 kHz、22.05 kHz和11.025 kHz。
采样频率达到多少情况下，采样值包含原信号的全部信息？
根据奈奎斯特（Harry Nyquist，物理学家，1889—1976）采样定理，如果以一定时间间隔对某个信号f（t） 进行采样，并且采样频率高于该模拟信号最高频率的两倍，则采样值包含了原信号的全部信息。模拟信号的最高频率是指信号中最高频率的分量,通常用赫兹(Hz)表示。
每秒1次，8个采样点
每秒2次，16个采样点
采样频率越高，采样点数越多，存储数据越多，所得到的离散幅值的数据点就越逼近于模拟信号波形。
采样间隔
最高频率： xHz
采样频率2xHzz
时间t
0s
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
8s
幅度y
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声音编码
量化：
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。首先是将采样信号幅度划分为若干量化等级（国标声音量化等级分为256个，即28个），然后将采样后的信号幅度与所划分的各个量化等级进行比较，向下取最接近的量化等级的数值。
量化位数：
存一个采样点样值所用的二进制位位数
23=8 量化位数为3时，量化等级为8
时间t
0s
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
8s
幅度y
6
7
4
3
2
5
1
8
9
10
4
6
5
10
7
4
3
1
0
1
2
3
4
5
6
量化等级越高，量化取值越精确，声音音质越还原
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量化值 4 6 5 10 7 4 3 1
二进制 100 110 101 1010 111 100 011 001
8位编码 00000100 00000110 00000101 00001010 00000111 00000100 00000011 00000001
. . . . . . . . . . 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1
. . . . . . . . . .
传送方向
编码：
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。
声音编码
01
07
04
03
2023/9/23 Saturday
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声音存储空间
声音存储空间（Byte）=采样频率（Hz）×量化位数（bit）×声道数×时间（s）÷8
声道数：一次采样所记录产生的声音波形个数，分为单声道和双声道。
问：采样频率为44.1kHz、量化位数为16的立体声，1秒声音所需字节数为
44.1×1000 ×16 ×2 × 1÷8 = 176400B
176400B=176400÷1024=172.27KB
2023/9/23 Saturday
17
感谢各位的观看
2023/9/23 Saturday
18

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