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3.1数据编码——模拟数据的数字化及数制转换
在当今信息时代，计算机已成为数据处理的主要工具。那么，数据是如何进入计算机中的？它们在计算机内部是如何储存的？
3.1 数据编码
——模拟数据的数字化及数制转换
什么是编码呢？
理解数据编码是我们进一步学习数据加工与处理的重要基础。
编码是信息从一种形式或格式转换为另一种形式或格式的过程。
信息技术中的编码是指用预先规定的方法将文字、数字或其他对象编成可以存储在计算机里的数值。
Eg：邮政编码
电话区号
身份证号码
摩斯密码
10101010101010
11010111000111
活动
ACTIVITIES
回想一下，我们在开学办理校园卡、胸卡时，都收集了哪些数据？如何采集的？
想一想 生活中还有哪些数据可以采集？如何采集？
表现形式 实例 采集该类型数据的设备 用什么软件处理
文本 姓名、 键盘、
数字 年龄、
图像
声音 讲话的声音、
视频 监控视频、 摄像机、
录像、
手写输入、
语音输入、
键盘、
数字化采集仪、
手机、
相机、
扫描仪、
录音机、
话筒、
摄像头、
各类数据的处理不仅需要硬件支持，而且离不开软件的支持
文字处理软件、数据库
电子表格、数据库
美图秀秀、PS
录音机、CoolEdit
QQ影音、剪映、绘声绘影
家庭住址、
身高、
肺活量、
照片
音乐、
活动
ACTIVITIES
以声音为例进行数据编码
输入
10101010101010
11010111000111
11101011100011
11010101101101
模拟信号
数字信号
模拟信号与数字信号
按照取值特征，可以将信号分为模拟信号和数字信号。
用传感器直接获得的信号一般为模拟信号，如声音、温度、压强等。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
按照取值特征，可以将信号分为模拟信号和数字信号。
数字信号随时间的变化是非连续的。数字信号可以由模拟信号转换得来，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，以方便计算机对其进行处理。
用传感器直接获得的信号一般为模拟信号，如声音、温度、压强等。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。
数字信号随时间的变化是非连续的。数字信号可以由模拟信号转换得来，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，以方便计算机对其进行处理。
声音的数字化
时间t
声波的振幅
将语音模拟数据转换为数字数据
声波的振幅是反映波形从波峰到波谷压力变化的物理量。音量与振幅成正比
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瞬时振幅。如图3.1.4所示，在横轴上取n个时刻采集样本，纵坐标Xn 即为每个样本所对应的声波振幅的离散值，当前n=10。
声音的数字化
将语音模拟数据转换为数字数据
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，每个样本所对应的整数值即为纵坐标，在图中标出这些整数值，如图3.1.5所示。
在横轴上按照一定的时间间隔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，常用的CD音质的采样频率是44.1kHZ。在一定的时间内，采集的信号样本越多，对纵轴的刻度划分越细密，对信号波形的表示就越精确。
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，每个样本所对应的整数值即为纵坐标，在图中标出这些整数值，如图3.1.5所示。
第三步，编码。请参照边栏中的“十进制与二进制对应表”将上一步标出的整数值用二进制数值表示，即可以得到一串二进制数，将结果填入表3.1.2。我们可以将这些二进制数值理解为该声音信号的数字数据。
声音的数字化
将语音模拟数据转换为数字数据
将信号波形的纵轴划分为若干个区间，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。
十进制与二进制数对应表 十进制数 二进制数
1 001
2 010
3 011
4 100
1
2
声音的数字化
将语音模拟数据转换为数字数据
时刻 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
二进制数值 001
010
011
100
011
010
010
010
011
011
我们不能把连续的音频信号存放在计算机中，必须将模拟声音数据转换为数字数据。将模拟声音数据转换为数字数据的这一过程，称为声音的数字化。通常先对模拟声音信号按给定的时间间隔进行采样，然后对采样数据进行量化，最后将量化后的数据用计算机能够存储和处理的二进制数值表示，即编码。
十进制与二进制数对应表 十进制数 二进制数
1 001
2 010
3 011
4 100
无论是数字、文字，还是声音、视频等，编码后都以二进制的形式存储在计算机中。
查看存储在计算机中的数据
卡片组合游戏
16 8 4 2 1
查看存储在计算机中的数据
二进制数01001所表示的数的含义就是
1*1+0*2+0*4+1*8+0*16=1*20+0*21+0*22+1*23+0*24=9
其中20，21，22，23，24，…，称为二进制整数从右到左各位的权值，2是二进制数的基数。二进制数有且仅有2种不同的数字：0和1，基本计数规则是逢二进一，即1+1=10。
0 1 0 0 1
比如二进制数10100转换为十进制数为多少呢？
答：20
二进制转十进制（位权相加法）
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。比如二进制数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数时，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。比如，
10010（2）=1×24+0×23+0×22+1×21+0×20=18。
比如十进制数21转换为二进制数为多少呢？
答：10101
十进制转二进制（除二取余法）（短除法）
把十进制非负整数转换为二进制数，可使用短除法．即“除二取余”法。例如，把十进制整数18转换为二进制数的过程如图3.1.7所示，结果为18(10)=10010(2)。
0 0
…. ….
9 9
10 A
11 B
12 C
13 D
14 E
15 F
回头看十进制数：
如2019(10)=9*100+1*101+0*102+2*103=2019，十进制数的基数是10，十进制整数从右到左各位的权值依次是100，101，102，103， ，十进制数有10种不同的数字：0,1，2， ,9，基本计数规则是逢十进一，即9+1=10。
同理，对于十六进制数来讲，其基数是16，要有16种不同的数字，除了0，1，2， ，9，还需补充6个符号，一般用A~F(a~f），分别相当子十进制数的10~15。基本计数规则是逢十六进一，即F+1=10． 十六进制整数从右到左各位的权值依次是160，161，162，163，…。例如十六进制整数
2F3D(16)=D(13）*160+3*161+F(15)*162+2*163=12093
比如将十进制75转换成十六进制
是多少呢？
答：4B
十六进制4A转换成十进制是多少呢？
答：74
0 0
…. ….
9 9
10 A
11 B
12 C
13 D
14 E
15 F
一般地，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”。
四、总结
1、计算机内部存储和处理采用______。
2、声音的数字化过程是通过____、____、____来完成的。
3、二进制转十进制所用的方法是________。
4、十进制非负整数转换成R进制数（R≥2）采用 。
二进制
采样 量化 编码
位权相加法
除R取余法
课后作业：
今天我们以声音为例学习了数据编码的方式，也了解了计算机内部的存储方式：二进制。
那么其他形式的数据：如文本数据，该如何编码呢？
演示完毕，谢谢观看

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