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第1章 数据与信息
信息技术 必修1
1.2 数据编码
第1章 数据与信息
2
【了解】信号的基础概念
信号是表示消息的物理量。比如：声、光信号是人的感官所能识别和接收的信号。利用计算机将现实世界的事物现象符号化、数据化，需要有包含理解、抽象、推理的一个过程。
计算机将它们处理转换成0和1组成的二进制编码，进而采用基于二进制的算术运算和逻辑运算进行处理。
1.2.1 模拟信号与数字信号
3
第1章 数据与信息\数据编码
【了解】模拟信号
模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息。
1.2.1 模拟信号与数字信号
4
第1章 数据与信息\数据编码
模拟信号是传导能量的一种方式，其幅度、频率或相位随时间作连续变化。常见的模拟信号应用：有线相连的电话和无线发送的广播电视。
【理解】数字信号
数字信号是离散时间信号的数字化表示。其信号的自变量、因变量都是离散的。
1.2.1 模拟信号与数字信号
5
第1章 数据与信息\数据编码
在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示。常见的数字信号应用：开关电路中输出电压和电流脉冲的信号。
【理解】模拟信号与数字信号优缺点对比
1.2.1 模拟信号与数字信号
6
第1章 数据与信息\数据编码
名称 优点 缺点
模拟信号 简单容易实现 保密性差，抗干扰能力弱
数字信号 抗干扰能力强，保密性、可靠性强 技术实现复杂
进行远距离传输时哪种信号比较好？ 模拟信号
1.在计算机网络中使用MODEM时，它的功能是( )。
A、实现数字信号的编码
B、把数字信号转换为模拟信号
C、 把模拟信号转换为数字信号
D、实现模拟信号与数字信号之间的相互转换
课堂练习
7
第1章 数据与信息\数据编码
解调
调制
【答案】D【解析】在远距离传送时，为防止信号畸变，一般采用频带传输，即将数字信号变换成便于在通信线路中传输的交流信号进行传输。此时在发送端把数字信号转换为模拟信号称为调制，在接收端把模拟信号转换为数字信号为解调，兼有这两种功能的装置称为调制解调器(MODEM)。
【了解】编码的概念
在现代技术的信号处理中，通过编码将模拟信号转换为数字信号进行存储和传输。文字、图像、声音等类型数据也可进行编码。
【理解】文字编码
文字（字符）编码是效率相对较低的编码方式，有单字节码和双字节码两种。其中， ASCII码、莫尔斯码属于单字节码，国标码（GBK）、统一码（Unicode）属于双字节码。
1.2.2 编码的基本方式
8
第1章 数据与信息\数据编码
（1）莫尔斯码
时断时续的信号代码，用点·（嘀）和横—（嗒）（0/1）两种状态表示，通过不同的排列顺序来表达英文字母、数字和标点符号。它发明于1837年，是一种早期的数字化通信显示。
SOS
1.2.2 编码的基本方式
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第1章 数据与信息\数据编码
···一 一 一 ···
1.2.2 编码的基本方式
10
第1章 数据与信息\数据编码
（2） ASCII码
用8位二进制为所有的英文字母（大小写52个）、阿拉伯数字（10个）、和常用的不可控制符（33个）以及标点符号、运算符号等（33个)建立了转换码，将符号转换为0和1构成的编码。
1.2.数据编码
第1章 数据与信息\数据编码
二进制 0000 0001 0010 0011 0100 1010 0110 0111
0000 NUL DLE 空格 0 @ P 、 p
0001 SOH DC1 ！ 1 A Q a q
0010 STX DC2 “ 2 B R b r
0011 ETX DC3 # 3 C S c s
0100 EOT DC4 $ 4 D T d t
0101 ENQ NAK % 5 E U e u
0110 ACK SYN & 6 F V f v
0111 BEL ETB ‘ 7 G W g w
列
行
先列后行
A 0100 0001
行
列
0二进制 0011 0000（十进制48）
A二进制 0100 0001（十进制65）
a二进制 0110 0001（十进制97）
A十进制65
D是多少？
68
1.2.2 编码的基本方式
12
第1章 数据与信息\数据编码
ASCII码表
1.已知“C”的ASCII码值的十进制数是67，则“G”的ASCII码值的十进制数是（ ） A 68 B 69 C 70 D 71
2.看P10-11页ASCII码表，其中字符 ！的ASCII码是（ ）
3.ASCII码数值最大的是（ ）
A D B a C b D 1
C
课堂练习
0010 0001
C
（3）国标码（GBK）。
由于ASCII码只包含英文、数字和一些控制符号，并不能表示汉字，因此我国设计了用于处理汉字的简体中文GB码和繁体中文BIG5码。
1980年《信息交换用汉字编码字符集》(GB 2312)一共7445个字符。 主要分为两部分：编号127之前的符号跟ASCII 码所表示的意义相同，属于单字节码；编号127之后的符号统一用两个字节表示，包含了几乎所有的简体中文字。
1995年公布《汉字内码扩展规范》(GBK 1.0)收录了21886个字符，分为汉字区和图形区，汉字区包含21003个字符。
1.2.2 编码的基本方式
14
第1章 数据与信息\数据编码
（4）统一码（Unicode）
统一码，也叫万国码、单一码（Unicode）是计算机科学领域里的一项业界标准，包括字符集、编码方案等。Unicode 是为了解决传统的字符编码方案的局限而产生的，它为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码，以满足跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求
1.2.2 编码的基本方式
15
第1章 数据与信息\数据编码
1.2数据编码
在满足一定保真度的条件下，对图像（位图、矢量图）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的信息的技术。
图像编码——以位图为例
矢量图：用直线和曲线描述图形，数据量小，图形放大或缩小不失真，但色彩不丰富。
位图：图形是由许多像素点组成，数据量大，放大会失真，但色彩丰富。最小单位是光栅点（或称像素）也叫作点阵图（或像素图）
1.2数据编码
图像编码——以位图为例
位图采用映射存储格式，即每个像素映射为一个数据，存放在以字节（Byte）为单位的矩阵中。
1
1
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0
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0
0
1字节（Byte）=8位（bit）
黑白像素分别映射为0和1，通常采用16进制编码，表示为：FF,06,86,FF,81,63,7C,81
1.2数据编码
图像编码——位图图像大小
在计算机二进制数系统中，每个0或1就是一个位（bit，数据存储的最小单位），8个 位就称为一个字节（Byte，数据存储的基本单位）
210B=1024 B = 1KB (千字节)
1024KB = 1MB (兆字节)
1024MB = 1GB (吉字节)
1024GB = 1TB (太字节)
1B=8b
1.2数据编码
图像编码——位图图像大小
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
用于说明位图中的颜色，有若干个表项，每一个表项定义一种颜色。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。
图形数据
记录位图的每一个像素值，其记录顺序先从左到右，再从下到上。
文件的大小=文件头+信息头+颜色表项+图像分辨率×图像量化位数÷8
1.2数据编码
图像编码——位图图像大小
图像分辨率=图像X方向的像素数*图像Y方向的像素数
图像量化位数，也叫图像深度，是指图像中每个像素点记录颜色所用的二进制位数
由于文件头+信息头+颜色表项占用空间相对较小，很多时候计算的位图大小仅仅指的是数据文件的大小
文件的大小=文件头+信息头+颜色表项+图像分辨率×图像量化位数÷8
图像分辨率=16*16
图像量化位数：4
数据文件的大小=图像分辨率×图像量化位数÷8
1.2数据编码
图像编码——位图图像大小
练一练：有一幅8位的位图图像，像素为1024*800，试确定其数据文件的大小。
数据文件的大小=图像分辨率×图像量化位数÷8
文件大小=
文件大小约为800KB
1.有一幅24位的位图图像，像素为1024×800。其数据文件的大小
位图数据文件大小=图像分辨率×图像量化位数÷8
2.若将上述图像另存为256色位图图像，则文件大小为多大？（256=28 ）
文件的大小=文件头+信息头+颜色表项+图像分辨率×图像量化位数÷8
练习
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第1章 数据与信息\数据编码
=1024×800×24÷8（B）
=14+40+256*4+1024×800×8÷8 (B)
1.2数据编码
声音编码
声音编码的三部曲：采样、量化、编码。
①采样。采样就是把输入的模拟信号按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
常用采样频率：44.1kHz 22.05kHz 11.025kHz
采样频率越高声音的还原就越真实越自然
采样频率对音质有何影响？
采样
1.2数据编码
声音编码--奈奎斯特采样定理
奈奎斯特采样定理：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信号最高频率的两倍，则采样值包含了原信号的全部信息。
1.2数据编码
声音编码
②量化。量化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。
首先将采样信号幅度划分为若干量化等级（国际声音量化等级分为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
1.2数据编码
声音编码
③编码。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。
编码
1.2数据 编码
27
第1章 数据与信息\数据编码
声音存储空间=采样频率×量化位数×声道数×时间÷8
声道数： 单声道/左声道--1声 双声道/右声道/立体声（2声及以上）--2声
采样频率单位khz：*1000 时间：秒(s)
【例】采样频率为44.1 kHz、量化位数为16位的立体声，1秒声音所需字节数为多少。
声音存储空间=采样频率×量化位数×声道数×时间÷8
=44.1×1000×16×2×1÷8 ( B )
1.将模拟信号转换为数字信号的过程包含采样和( )
①解压 ②量化 ③编码 ④编译
A ①② B ①④ C ②④ D ②③
2.采用以下哪种标准录制的音频其文件容量比较大 ( ）
A.采样频率为20.1KHz, 量化位数是8位，单声道
B.采样频率为22.05KHz, 量化位数是16位，双声道
C.采样频率为44.1KHz, 量化位数是8位，双声道
D.采样频率为44.1KHz, 量化位数是16位，双声道
课堂练习
28
第1章 数据与信息\数据编码
D
D
5.文件夹中存放了三个文件，一个文件是存放了3万个汉字的纯文本文件（编码方式为GBK1.0）；
另一个文件是尺寸为1024 768像素、颜色深度为24位的如果想把这三个文件通过电子邮件一并发送（假设邮件附件总容量不能超过20MB）。分别计算这三个文件大小，并判断它们能否一次性发送成功。
（注：忽略其他因素增加的文件存储容量。BMP模式社团徽章图像；
还有一个文件是一首时长为2分钟的WAV格式的校歌，采样频率是44.1KHZ，量化位数为16位，双声道。
）
课堂练习
29
第1章 数据与信息\数据编码
进制标识符
进制 基本数码 进位规则 表示方法
下标，字母标识
二进制 0-1 逢二进一 (110)2、110B
八进制 0-7 逢八进一 (62)8、52O
十进制 0-9 逢十进一 65、95D
十六进制 0-9 , A-F 逢十六进一 (A9)16、B9H
进制（补充）
其他进制→十进制
例1 （11011.01）2=（ ）D
（1 1 0 1 1 .0 1）2
27.25
权值：24 23 22 21 20 2-1 2-2
=1*24+1*23+0*22+1*21+1*20+0*2-1+1*2-2
方法： 将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。
0 20+1 21+0 22+0 23+1 24=18
二进制数转换为十进制数
二进制数： 1 0 0 1 0
从右到左20——24 即 20——2n-1 n为位数
方法： 将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。
24 23 22 21 20
各位数的权值：
(10010)2=
二进制→十进制
（1）11010.1B=( )D
（2）101011B=（ ）D
（3）10111B=（ ）D
=1*24+1*23+0*22+1*21+0*20+1*2-1
=1*25+0*24+1*23+0*22+1*21+1*20
=1*24+0*23+1*22+1*21+1*20
26.5
43
23
56
2
28
商
余数
0
0
2
14
0
2
7
2
3
2
1
0
1
1
1
2
十进制→其他进制
方法：
除2，商至0，倒取余
例2 56D=( )B
111000
十进制→二进制
简单方法：65D=( )B
拆分成2的次方，65=64+1=26+20=1000001B
23D=( )B
拆分成2的次方，23D=16+4+2+1=24+22+21+20=10111B
2的1~10次方
21 2
22 4
23 8
24 16
25 32
26 64
27 128
28 256
29 512
210 1024
十进制→二进制
(1)25D=( )B
(2)35D=( )B
(3)75D=( )B
11001
1001011
100011
工具：计算器
2的1~10次方
21 2
22 4
23 8
24 16
25 32
26 64
27 128
28 256
29 512
210 1024
1.十进制数15对应的二进制数是____。
A. 1111　　　　 　B. 1110 C. 1010　　 　　D. 1100
2. 将二进制数11011101转化成十进制是_____。
A. 220　　 　 　B. 221 C. 251　　 　　D. 321
3.数值数据通常采用数制来表达。下列关于八进制数进位规则的描述，正确的是
A 逢一进八 B 逢二进一 C 逢十进一 D 逢八进一
课堂练习
37
第1章 数据与信息\数据编码
A
B
D

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