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(共42张PPT)
课时03 数字化与编码
一、数据采集
1. 早期一般是通过观察、测量、实验、调查等人工方式得到数据。
2.现在数据的获取方法已逐渐以　　　　为主。
（1）通过　　　　 随时获取来自自然信源的数据。
（2）　　　　可在短时间内获取大量网络数据。
（3）通过互联网直接获取数据，如用户可以通过应用程序接口（API）采集数据。
机器获取
网络爬虫
传感器
1.　　　　以连续变化的物理量存在。
2. 数字信号在取值上是　　　　 、不连续的信号，在信息技术中，这种信号表示的数据是指可被计算机存储、处理的　　　　数据。
3. 将模拟信号转换成数字信号的过程称为数字化，一般需要经过采样、　　　　与编码，用到的主要设备是模数转换器（ADC）。
4. 采样定理：在一定条件下，用离散的序列可以完全代表一个连续　　　　。在数字信号处理领域，　　　　是将连续信号（模拟信号）转换成离散信号（数字信号）的理论依据。
模拟信号
离散的
二、数字化
二进制
量化
函数
采样定理
5.采样。
（1）在信号处理领域，采样是将信号从连续时间（空间）域上的模拟信号转换到离散时间（空间）域上的离散信号的过程，通过采样器实现。
（2）每秒的采样样本数叫作　　　　，单位用赫兹（Hz）表示。在相同的时间内，采样频率越高，采集的样本数量越多。一般而言，提高采样频率能提高　　　　。
（3）对于基于时间域的模拟信号（例如如图所示的声音模拟信号），采样其实就是按一定的　　　　（横坐标）取值。
采样频率
保真度
时间间隔
6.量化。
（1）在数字信号处理领域，量化是指将信号的连续取值近似为有限个离散值的过程，就是将采样到的信号用数字表示出来，即将模拟信号的波形转换为数字。
（2）量化的过程：将整个幅度划分成有限个小幅度的集合，把落入某个范围内的样值归为一类，并赋予　　　　量化值。
（3）对于上图中的声音模拟信号，量化就是在　　　　上进行划分。其中M和N点都在5~6范围内，它们的量化值是相同的。
（4）量化值一般用　　　　数表示，上图中量化值取值范围是0~7这8个数，需要用3位二进制表示，即量化位数为3位（bit）。量化位数越高，量化越精细，与实际数据越接近。
相同的
纵坐标
二进制
7.编码。
（1）　　　　是信息按照某种规则或格式，从一种形式转换为另一种形式的过程。解码是编码的逆过程。
（2）不管是哪种形式的数据，最终存储在计算机中的都是经过一定规则编码后的
　　　　数字。
编码
二进制
1.常见的字符编码有ASCII、Unicode及各种汉字编码。
2.ASCII码。
（1）ASCII又称美国信息交换标准代码，是现今最通用的单字节编码系统。
（2）基本的ASCII码共有　　　　个，用1个字节中的低7位编码。二进制范围为 00000000~01111111，即十六进制的　　　　。
128
00～7F
三、字符编码
3.汉字编码。
（1）计算机中的汉字也是采用　　　　进行编码的。
（2）汉字编码分为外码、交换码、机内码和字形码。
（3）使用UltraEdit或WinHex工具软件观察字符内码时，1个ASCII码字符（半角字符）只占　　　　个字节，1个GB2312编码字符（如汉字、中文输入法下输入的全角字符）占　　　　个字节。
4.数据的存储容量单位。
（1）计算机中存储容量最小的单位是比特（bit），实际上计算机中以　　　　为一个基本单位，称为　　　　（Byte）。
（2）1TB=1024GB；1GB=1024MB；1MB=1024KB；1KB=1024B；1B=8bit。
二进制
1
2
8bit
字节
1. 条形码是将宽度不等的多个黑条和白条，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。我国普遍采用　　　　条形码，如图所示。
2. 二维条码/二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面上（二维方向）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息。
3. 相对于一维的条形码，二维码的信息存储量更大，功能也更加强大。
EAN13
四、条形码和二维码
1. 声音的频率一般以赫兹（Hz）表示，指每秒周期性振动的次数。人耳可以感知到的声音，其频率范围在20~20000Hz。
2. 对语音进行数字化时，声音信号通过麦克风转换成电流信号，通过声卡上的模数转换器（ADC）将电流信号转换成一串　　　　，采样、量化后按一定的方式对其进行编码，以文件的形式存储到计算机中。重放时，这些数字信号送到声卡上的数模转换器（DAC）还原为　　　　，放大后送到扬声器发声。
3. 采样频率越高，量化位数越大，声音保真度越好，存储容量越　　　　。
4. 根据声音的　　　　可分为不同的文件类型，常见的声音文件类型有Wave、MP3、WMA、WAV等。
5.Wave格式音频文件的存储容量公式：存储容量=采样频率（Hz）×量化位数（bit）×声道数×时长（s）（单位：位），立体声的声道数为2。
数字信号
五、声音编码
模拟信号
大
存储格式
1. 数字图像包括　　　　图形与　　　　图像。
2. 在计算机图形学中，矢量图形是指用点、直线或者多边形等基于数学方程的几何图元表示的图像。矢量图形保存的文件大小一般比位图要小，并且文件大小与图形的大小无关，在图像处理软件中任意放大矢量图形，不会丢失细节或影响清晰度。
3. 位图图像又称栅格图或点阵图，是通过　　　　来描述图像的，适合表现层次和色彩比较丰富的图像，所需的存储空间较大，放大后会影响其清晰度。
矢量
六、图像编码
位图
像素
4.位图图像数字化。
（1）采样：把一张图像分解成一个一个大小相同的　　　　（像素），点越多，图像越真实。
（2）量化：指要使用多大范围的数值来表示图像采样之后每个像素的颜色信息。一般用二进制数来表示，其长度称为颜色的　　　　。
（3）编码：对量化后的数据按一定规则进行编码后，数字图像将以文件方式存储于计算机中。根据不同的编码方式，可分为多种图像文件格式，如BMP、JPEG、GIF、PNG等。
5. 未经压缩的图像存储容量公式：存储容量=水平像素×垂直像素×颜色位深度（单位：位）。
点
位深度
1. 静态的图像连续播放就形成视频。PAL制式的视频每秒播放　　　　帧图像，NTSC制式的视频每秒播放　　　　帧图像。
2. 数字电视采用了数字传输和存储技术，具有高清晰度、双向交互、多功能多业务等优势。
3. 视频的编码一般是指通过特定的压缩技术对视频进行　　　　 。常见的视频编码方式有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。
4. 常见的视频数据格式主要有AVI、MPEG、MOV等。
5. 未经压缩的视频存储容量计算公式：存储容量=帧图像存储容量×帧频（fps）×时长（s）（单位：位）。
25
七、视频编码
30
压缩
典例 1 下列关于数据采集的说法，正确的是（　　）
A.个人不能使用中国气象局网站的气象数据API服务，只有相关机构可以
B.研究员早期通过观察、实验等人工方式获得数据
C.网络爬虫虽然可以获取大量的数据，但是一般耗时较长
D.环境空气颗粒取样器只能在污染严重时检测大气中PM2.5的浓度变化
B
√
胜券点拨1
明考向 本题主要考查数据采集等相关知识点
审关键 只有、耗时较长、只能
考场思维快闪 A 个人可以根据API调用规则采集中国气象局网站提供的气象数据
C 网络爬虫可在短时间内获取大量的网络数据
D 环境空气颗粒取样器可以实时监测大气中PM2.5的浓度变化
题型导向一　数据采集
典例 2 下列关于数据采集与数字化的说法，正确的是 （　　）
A.文件的压缩、解压缩，都是对信息的编码
B.用手机拍摄视频的过程经历了数模转换
C.提高声音的音量，通常不会改变该声音的采样频率
D.为了节省存储空间，应将图片以BMP的格式存储
C
√
胜券点拨2
明考向 本题主要考查数据采集与数字化的知识
审关键 编码、数模转换、采样频率、BMP格式
考场思维快闪 A 解压缩是编码的逆过程
B 拍摄视频的过程中是由光信号转为数字信号，即“模数转换”
D BMP格式不压缩，通常占用较多存储空间，JPEG等压缩格式更节省存储空间
题型导向二　数字化
典例 3 ［2025浙江S9联盟］某声音模拟信号的采样及量化函数模型如图所示，下列说法正确的是 （　　）
A.图中纵坐标划分得越细表示采样频率越高，保真度
越高
B.图中纵坐标分为0~7级，其量化位数至少为3位
C.若10秒内有100个取样点，则采样频率为100Hz
D.将模拟声音数字化需要经过采样、量化两个主要过程
B
√
胜券点拨3
明考向 本题主要考查对数字化过程的理解
审关键 保真度、采样频率、量化位数
考场思维快闪 A 图中横坐标划分得越细表示采样频率越高，保真度越高
C 若10秒内有100个取样点，则采样频率为10Hz
D 将模拟声音数字化需要经过采样、量化、编码三个主要过程
典例 4 ［2025.1浙江选考］某地区有100家连锁餐厅，每家餐厅安装有5台AI抓拍设备。若使用二进制对这些设备进行编码，二进制码的前几位表示餐厅号，其余位表示设备号，则所需的二进制位数最少是 （　　）
A.10 B.9 C.8 D.7
A
√
胜券点拨4
明考向 本题主要考查信息编码的知识
审关键 二进制、编码、二进制位数
考场思 维快闪 n位二进制数可以对2n种信息进行编码。27>100>26，因此100家连锁餐厅最少需要用7位二进制数进行编码。23>5>22，因此5台AI抓拍设备最少需要用3位二进制数进行编码。故所需的二进制位数最少是10
题型导向三　编码
典例 5 若某区域计划投放1000台无人售货机，现对每台机器的设备ID（例如EA07631）采用数字0~9及字母A~F进行编码，则需要的位数最少是
（　　）
A.2 B.3 C.5 D.7
B
√
胜券点拨5
明考向 本题主要考查信息编码的知识
审关键 进制、编码、位数
考场思 维快闪 采用数字0~9及字母A~F进行编码，则共有16个不同的字符参与编码，假设编码位数为n，若某区域计划投放1000台无人售货机，则至少需要1000个编码，16n≥1000，故n的最小值为3
典例 6 下列关于字符编码的说法，正确的是（　　）
A.字符“0”的ASCII码值是0H
B.字符“10”的ASCII码值是3AH
C.每个汉字的外码是唯一的
D.全角字符“！”的内码占用2个字节
D
√
胜券点拨6
明考向 本题主要考查字符编码
审关键 ASCII码值、外码、全角字符
考场思维快闪 A 字符“0”的ASCII码值是30H
B 字符“10”是两个字符“1”和“0”，其ASCII码值是31 30H
C 外码也叫输入码，是用来将汉字输入计算机中的一组键盘符号，常用的输入码有拼音码、五笔字型码等，每个汉字的外码不唯一
D 全角字符的内码占2个字节，半角字符的内码占1个字节
题型导向四　字符编码
典例 7 ［2025浙江Z20联盟］某书籍大约有87万个字，将其按GB2312标准进行编码后，需要的存储空间约为 （　　）
A.0.83MB
B.1.66MB
C.6.64MB
D.13.28MB
B
√
胜券点拨7
明考向 本题主要考查字符编码
审关键 GB2312标准
考场思 维快闪 已知共有870000个汉字，1个汉字用2个字节表示，共需要1740000B，即1740000÷1024÷1024≈1.66（MB）
典例 8 ［2024.1浙江选考］图像F为图a所示的200×100像素、256色位图，图像G为图b所示的200×100像素、16色位图，则图像F与G的存储容量之比为 （　　）
A.1∶2 B.1∶1
C.2∶1 D.16∶1
C
√
胜券点拨8
明考向 本题主要考查图像文件的存储容量计算
审关键 像素、色
考场思 维快闪 位图图像容量=总像素×颜色位深度。图像F为256（28）色位图，其位深度为8，图像G为16（24）色位图，其位深度为4，故图像F的存储容量∶图像G的存储容量=(200×100×8)∶(200×100×4)=2∶1
题型导向五　声音、图像与视频编码
典例 9 ［2025.6浙江选考］将车载终端采集的声音存储为未经压缩的Wave格式音频文件，下列说法不正确的是 （　　）
A.声音采集实现了从模拟信号到数字信号的转换
B.音频采集模块的采样频率会影响音频的音质
C.现场声音越嘈杂，得到的音频文件存储容量越大
D.为了节省存储空间，可将Wave格式音频转换为MP3格式
C
√
胜券点拨9
明考向 本题主要考查声音数字化
审关键 音频文件存储容量
考场思维快闪 Wave格式音频文件的存储容量与采样频率、量化位数、声道数、时间有关，与音频内容无关，故声音嘈杂对存储容量无影响
典例 10 下列关于编码的说法，正确的是 （　　）
A.矢量图能够保证不论放大多少倍都清晰，说明其保存的信息量足够多，因此容量
较大
B.图像A为5120×2880像素、位深度为24位的位图，将其转换为2560×1440
像素、16色的位图图像B，则图像A与图像B的存储容量之比为24∶1
C.JPEG图片作为未压缩格式，保留了图片原始内容，适合在互联网传播
D.在音频数字化过程中，量化位数与声音保真度成反比
B
√
胜券点拨10
明考向 本题主要考查图像、声音编码
审关键 矢量图、存储容量、图片格式、保真度
考场思维快闪 A 矢量图放大后依然清晰，不是因为保存的信息量大，而是其存储结构不同，矢量图缩放后会重新计算生成图像
C JPEG属于有损压缩，图像原始内容会有损失
D 音频数字化过程中，量化位数越大，声音保真度也越高，二者成正比关系
1.如图所示，所有字符共占16个字节，其中字符“ASCII,”是ASCII码，每个字符占1个字节；字符“汉字编码！”是GB2312编码，每个字符占2个字节。
2.在内码观察软件中，所有的编码都以十六进制表示。其中，ASCII码（半角字符）的每个字节都小于等于7FH，而汉字内码（全角字符）的每个字节都大于等于A0H。
3.在内码观察软件中，字符“A”的内码是41H，字符“a”的内码是61H，字符“0”的内码是30H。
4.对应的大小写字母的ASCII码，其十进制之间相差32D，十六进制之间相差20H。
通法一　UltraEdit软件查看字符内码
颜色 每个像素点所占的位数 计算过程
黑白图像 1位 21=2
256级灰度 8位 28=256
16色彩色 4位 24=16
16位彩色 16位
24位真彩色 24位
结论：颜色数≤2n（其中n表示每个像素点的存储位数）
通法二　常见的颜色位深度计算
1.下列关于数据采集的说法，正确的是 （　　）
A.人工获取数据的方式已经被机器获取完全替代
B.“运动手环”不可以用于数据的采集
C.古人一般通过人工方式获取数据
D.传感器采集的数据，计算机可以直接使用
数据的获取方式以机器获取为主，但并没有完全取代人工获取数据的方式。“运动手环”可以检测、采集使用者的心率、运动步数等数据。传感器采集的数据需要经过处理才能被计算机使用。
C　
√
一、数据采集
2.声音的数字化是通过采样、量化与编码来实现的，如图所示，图a和图b分别表示的是对同一段声音采用不同频率进行采样的示意图。下列说法正确的是 （　　）
A.图a的采样频率高，数字化后的数据量小
B.图b的采样频率高，数字化后的数据量小
C.图a的采样频率高，数字化后的数据量大
D.图b的采样频率高，数字化后的数据量大
通过观察发现图a的采样样本数比图b多，因此图a的采样频率高，采样频率越高，数据量越大。
C　
√
二、数字化
3.［2023.6浙江选考］对某段声音进行数字化，量化值的范围是0~200，则量化位数最少是 （　　）
A.7 B.8 C.16 D.200
量化值一般用二进制数表示，其二进制位数决定了量化的精度，也称作量化位数。量化值的范围取决于量化位数n，2n>量化值范围最大值，27=128<200，28=256>200。所以量化位数最少是8。
B　
√
4.［2026金华十校联考］停车场分4个区，每个区有120个车位，每个车位有2个传感器，若使用二进制对这些传感器进行编码，则最少需要的二进制位数是 （　　）
A.8 B.9 C.10 D.11
传感器的数量=4×120×2=960，210>960>29，故最少需要的二进制位数是10。
C　
√
三、编码
5.某字符编码规则如下：
（1）将每3个字符的ASCII码各自转换成8位二进制数，不足8位的高位补“0”，连接后得到24位二进制数。
（2）将得到的24位二进制数按每6位1组分为4组。
（3）在每组数字后面加2个“0”，得到4个字节的二进制数。
已知字符“d”“i”“y”的十六进制内码分别为64，69，79，将这3个字符按上述规则进行编码并用十六进制表示，则后2位是 （　　）
A.E4　94 B.94　E4 C.18　64 D.64　18
3个字符的8位二进制数连接后得到的24位二进制数为011001000110100101111001B，将其分为4组并补“0”以后得到的4个8位二进制数分别为01100100B，00011000B，10010100B，11100100B，后2个转换成十六进制数分别为94H和E4H。
B　
√
四、字符编码
6.［2026湖丽衢模拟］某张作业图片，格式为未经压缩的BMP，分辨率为1920×1080像素，量化位数为24位，则该图片的存储容量约为 （　　）
A.2MB B.6MB
C.18MB D.56MB
未经压缩的BMP图片存储容量=总像素×颜色位深度=1920×1080×24/8/1024/1024≈6MB。
B　
√
五、声音、图像与视频编码
7.［2026精诚联盟］录制一段采样频率为44.1kHz，量化位数为16位，立体声的Wave格式音频45秒，该音频文件所需的磁盘空间大约为 （　　）
A.5MB B.7.6MB
C.10MB D.12.5MB
Wave格式音频存储容量=采样频率×量化位数×声道数×时长=44100×16×2×45/8/1024/1024≈7.6MB。
B　
√
8.［2026浙东北联盟］某创作者要上传1张3840×2160像素，位深度为24位的BMP格式4K高清原创图片，但平台规定单张图片上传容量需控制在3MB以内，图片采用JPG格式，则压缩比至少需达到 （　　）
A.60∶1 B.20∶1
C.10∶1 D.8∶1
未经压缩的BMP图片存储容量=总像素×颜色位深度=3840×2160×24/8/1024/1024≈24MB，压缩比至少需达到24∶3，即8∶1。
D　
√
9.［2026宁波模拟］某BMP图像甲的每个像素颜色均不同，若甲为256×256像素的BMP图像，则图像甲的颜色位深度至少为 （　　）
A.8位 B.16位 C.24位 D.32位
256×256个像素的颜色均不同，则至少有256×256=216种颜色，颜色位深度至少为16位。
B　
√
10.［2026杭州模拟］系统拍摄的某张照片为600×800像素、256色、BMP图像格式，经下列操作后，图像存储容量改变的是 （　　）
A.将图像转换成8位灰度模式并保存
B.将图像转换并保存为JPEG格式
C.将图像旋转90°并保存
D.降低图像亮度并保存
未经压缩的BMP图片存储容量与像素和颜色位深度有关。将图像转换成8位灰度模式、将图像旋转90°、降低图像亮度均没有改变像素或颜色位深度，存储容量不会改变。JPEG是一种有损压缩格式，转换后会显著减少存储容量。
B　
√
11.［2025绍兴联考］下列关于信息编码的说法，正确的是 （　　）
A.ASCII码共表示127个字符
B.二维码相对于条形码信息存储量更大
C.汉字“中国”在计算机中存储时占用4bit
D.声音的量化值范围是0~7，编码时需要8位
ASCII码共表示128个字符。汉字“中国”在计算机中存储时占用4B。声音的量化值范围为0~7的情况下，只需要3位二进制编码来表示。
B　
√
12.［2026.1浙江选考］某256色、BMP格式的位图图像由扫描照片获得，下列关于该图像的说法，不正确的是 （　　）
A.扫描照片是图像数字化的过程
B.每个像素至少用32位二进制数表示
C.图像存储容量与像素数量有关
D.该图像可以存储为JPEG格式
256色对应的颜色数量为28，每个像素需用8位二进制数表示。
B　
√
13.下列关于信息编码的说法，正确的是 （　　）
A.编码128种情况最少需要8位二进制数
B.根据ASCII码标准，“AI”两字的内码共占4个字节
C.已知小写字母“i”的ASCII码值为69H，则小写字母“j”的ASCII码值为70H
D.将未经压缩的像素值为1024×768的彩色BMP图像，转换为黑白图像后，该图像容量为96KB
27>=128，故最少需要7位二进制数。“AI”占2个字节。“i”的ASCII码值为69H，则“j”的ASCII码值为6AH。
D　
√
14.［2026江浙皖发展共同体］下列关于数字化及信息编码的说法，正确的是 （　　）
A.模拟信号转换为数字信号的过程中不会产生失真
B.录制数字音频时，音量越大，音频文件的容量也越大
C.在未经压缩的位图图像中添加文字，图像文件容量会变大
D.将Wave格式音频转换成MP3格式的过程属于信息的编码
模拟信号转换为数字信号的过程中会产生失真。音频文件的容量与音量无关。位图图像的容量与图像内容无关。
D　
√
15.［2024.6浙江选考］某校基于线下校史馆创建在线数字校史馆，将学校发展历史及校友的代表性成果、活动影像等资料，以文本、图像、视频等格式存储。校友可以用手机、电脑等终端登录数字校史馆查阅资料，也可以向在线问答机器人咨询学校相关信息。下列对校史馆资料的处理方式，不合理的是 （　　）
A.为了方便预览，为高清图像生成缩略图
B.为了节省存储空间，将JPEG格式的图像转换成BMP格式
C.为了方便传输，对高清视频进行压缩
D.为了便于检索，将纸质文稿扫描成图像后识别出文字一并保存
BMP是一种原始的无损位图格式，可以保留大量细节，图像质量高，因此存储容量较大。JPEG是一种静态图像的压缩标准，因此存储容量较小。将BMP格式的图像转换成JPEG格式，可以节省存储空间。
B　
√
阅读下列材料，回答第16至17题：
某智能交通监控系统通过道路上方的高清摄像头，实时拍摄过往车辆画面，并自动识别车辆类型（如小轿车、卡车、公交车等）和车牌信息。系统首先对图像进行预处理，然后提取车辆的外形特征和车牌区域，再利用深度学习模型对车辆类型进行分类，并通过字符识别技术读取车牌号码。
16.［2026浙江六校联考］下列关于拍摄图像进行数字化的说法，正确的是 （　　）
A.静态图像和动态图像的编码方式一致
B.16位未经压缩的位图图像颜色位深度为4位
C.图像数字化过程中，若想提高图像质量，可拍摄像素量更大的照片
D.数字图像根据不同的编码方式，可分为多种格式，如BMP、WAV、MPEG-1等
静态图像（如JPEG、PNG）和动态图像（如MPEG、AVI）使用不同的编码方式。“16位”指颜色位深度为16位。BMP是图像格式，WAV是音频格式，MPEG-1是视频格式。
C　
√
阅读下列材料，回答第16至17题：
某智能交通监控系统通过道路上方的高清摄像头，实时拍摄过往车辆画面，并自动识别车辆类型（如小轿车、卡车、公交车等）和车牌信息。系统首先对图像进行预处理，然后提取车辆的外形特征和车牌区域，再利用深度学习模型对车辆类型进行分类，并通过字符识别技术读取车牌号码。
17.［2026浙江六校联考］现在7条道路上安装此款摄像头，每条道路配备5～9个摄像头，若统一使用二进制对这些终端进行编码，则所需的二进制位数最少是 （　　）
A.9 B.8 C.7 D.6
最多有7×9=63个摄像头需要编码，26>63>25，则最少需要6位二进制编码。
D　
√

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