资源简介

1.2.2 编码的基本方式 学案
【学习目标】
1. 知道数据编码的基本方式，理解编码在计算机数据存储与传输中的重要作用。
2. 了解文字编码的基本方式，掌握ASCII码的编码规则，能够根据ASCII码表进行字符与编码的转换。
3. 了解图像编码的基本方式，理解位图与矢量图的区别，能够计算位图图像所占的存储空间。
4. 了解声音编码的基本方式，感受数据编码在多媒体信息处理中的广泛应用。
【重点和难点】
重点：
ASCII码的编码规则及常用字符的码值
位图图像的编码原理及存储空间的计算
声音编码的基本过程
难点：
位图图像存储空间的计算
理解不同类型数据编码的基本思想与方法
【学法提示】
自主探究，小组合作等
【课时安排】
1课时
【检查复习】
1. 什么是模拟信号？什么是数字信号？二者各有什么优缺点？
2. 计算机内部采用什么进制来存储和处理数据？
3. 为什么计算机只能直接处理数字信号？模拟信号要进入计算机需要经过什么过程？
【课堂探究】
科学探究一：文字编码
情境导入：
在现代技术的信号处理中，数据基本上是通过编码将模拟信号转换为数字信号进行存储和传输的。文字、图像、声音等类型的数据都可经过编码进行存储和传输。
观察以下两组数字：
073 032 076 086 069 032 067 072 073 078 065 033
问题1： 上面的数字是用ASCII码的十进制表示的，每三位数字表示一个字符。请通过查询ASCII码表，将数字转换成字符。
问题2： ASCII码表中包含了哪些字符？一个字符需要用几个二进制位来表示？
问题3： 汉字编码与英文字符编码有什么不同？请查阅资料了解国标码（GBK）的编码方式。
科学探究二：图像与声音编码
情境导入：
下面是一个8×8像素的黑白图像（如“大”字形状），每个像素只有黑、白两种颜色。
问题1： 如果用1代表黑色，0代表白色，请尝试将这幅图像用二进制编码表示出来。
问题2： 如果每个像素可以有256种颜色（即8位量化），这幅图像需要多少个二进制位来存储？请计算存储容量。
问题3： 声音是如何编码的？请查阅资料，了解声音信号数字化的基本过程。
【精讲点拨】
一、数据编码概述
数据编码是指将数据转换为计算机能够识别、存储和处理的二进制形式的过程。在现代技术的信号处理中，数据基本上是通过编码将模拟信号转换为数字信号进行存储和传输的。文字、图像、声音等类型的数据都可通过编码进行存储和传输。
二、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。
1. ASCII码（美国信息交换标准代码）
ASCII码采用单字节编码，用8位二进制码为英文字母、数字、不可见控制符、标点符号、运算符号等建立的转换码。一个ASCII码字符占用1个字节（8位），可表示2 =128个字符（最高位为0）。
常用字符的ASCII码值（十进制）：
字符'0'的码值为48
字符'A'的码值为65
字符'a'的码值为97
空格的码值为32
ASCII码中大小写字母间相差32
2. 国标码（GBK）与统一码（Unicode）
国标码（GBK）是我国设计的简体中文编码方式，采用双字节编码。统一码（Unicode）是一种国际通用的字符编码标准，可以表示世界上大多数文字系统的字符。
3. 文字编码的特点
| 编码方式 | 字节数 | 可表示字符数 | 适用范围 |
|||||
| ASCII码 | 单字节（8位） | 128个 | 英文及常用符号 |
| GBK | 双字节（16位） | 约2万多个 | 简体中文 |
| Unicode | 不定长 | 所有文字系统 | 国际通用 |
三、图像编码
1. 图像编码的概念
图像编码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的信息的技术。
2. 位图图像（点阵图/像素图）
位图又叫“点阵图像”，由像素点组成的图像。位图的最小单位为像素（光栅点）。
位图编码原理：
将图像划分为若干像素点
每个像素点用二进制数表示其颜色信息
通常以黑、白图像分别对应1和0而产生二进制代码串
位与颜色的关系：
1位像素可产生2个编码（0或1），可存2种可选颜色
2位像素可产生4个编码，可存4种颜色
N位像素可产生2 种颜色
2色图像称为1位图像，16色图像称为4位图像，256色图像称为8位图像
位图文件大小的计算：
位图文件大小 = 文件头 + 信息头 + 颜色表项 + 图像分辨率 × 图像量化位数 ÷ 8（字节）
文件头 = 14字节
信息头 = 40字节
颜色表项 = 当位数<24时，为颜色数×4；当位数=24时为0字节
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：图像中每个像素点记录颜色所用的二进制数的位数
例题： 有一幅24位的位图图像，像素为1024×800。试确定其文件的大小。
计算过程：
文件大小 = 14 + 40 + 0 + 1024×800×24÷8 = 2457654 B = 2400.05 KB ≈ 2.34 MB
3. 矢量图
矢量图由一组指令集合描述，可以用Flash、CorelDRAW等软件创建。矢量图与位图不同，它记录的是图形的几何特征，而不是像素点阵。
| 比较项目 | 位图 | 矢量图 |
||||
| 组成方式 | 像素点阵 | 几何指令 |
| 放大效果 | 失真（出现锯齿） | 不失真 |
| 文件大小 | 较大 | 较小 |
| 典型格式 | BMP、JPEG、PNG | SVG、AI、CDR |
四、声音编码
声音编码是将模拟的声音信号转换为数字信号的过程。模拟声音信号通过采样、量化、编码三个步骤转换为数字音频数据。
1. 采样：在连续的时间轴上等间隔地抽取声音信号的瞬时值。采样频率越高，声音还原越真实。
2. 量化：将采样得到的信号值归到有限的量化级别上。量化位数越高，声音质量越好。
3. 编码：将量化后的数值用二进制代码表示。
声音文件大小的计算：
声音文件大小 = 采样频率 × 量化位数 × 声道数 × 时间（秒）÷ 8（字节）
【拓展与延伸】
1. 数据编码的意义
数据编码是计算机处理各类信息的基础。通过编码，现实世界中的文字、图像、声音等各类信息都能被转换成计算机能够识别和处理的二进制数据。编码方式的选择直接影响数据的存储效率、传输速度和质量。
2. 存储容量单位换算
位（bit）：二进制中的一个0或1，是数据存储的最小单位
字节（Byte）：8个位组成1个字节，是数据存储容量的基本单位
1 KB = 2 B = 1024 B
1 MB = 2 KB = 1024 KB
1 GB = 2 MB = 1024 MB
1 TB = 2 GB = 1024 GB
3. 生活中的编码
编码在日常生活中无处不在：
商品条形码：用于商品信息的快速识别
二维码：可存储网址、文本等信息
车牌号码：对车辆进行编码管理
身份证号码：对公民身份信息进行编码
4. 编码与压缩
在实际应用中，为了节省存储空间和传输带宽，通常会对编码后的数据进行压缩。图像压缩（如JPEG）、音频压缩（如MP3）、视频压缩（如H.264）等都是常见的数据压缩技术。
【课堂练习】
一、选择题（每题6分，共60分）
1. ASCII码采用什么方式进行编码？（ ）
A. 单字节编码
B. 双字节编码
C. 三字节编码
D. 四字节编码
答案：A
解析： ASCII码采用单字节编码，用8位二进制码表示一个字符。
2. 以下关于ASCII码的说法，正确的是（ ）
A. ASCII码可以表示所有汉字
B. ASCII码中字符'A'的码值大于字符'a'的码值
C. ASCII码中字符'0'的码值为48
D. ASCII码采用双字节编码
答案：C
解析： ASCII码中字符'0'的码值为48。ASCII码不能表示汉字（A错）；ASCII码中'A'的码值为65，'a'的码值为97，'A'小于'a'（B错）；ASCII码采用单字节编码（D错）。
3. 字符'A'的ASCII码值是65，则字符'C'的ASCII码值是（ ）
A. 66
B. 67
C. 68
D. 69
答案：B
解析： ASCII码中字母按顺序排列，'A'为65，'B'为66，'C'为67。
4. 国标码（GBK）采用什么方式进行编码？（ ）
A. 单字节编码
B. 双字节编码
C. 三字节编码
D. 不定长编码
答案：B
解析： 国标码（GBK）是我国设计的简体中文编码方式，采用双字节编码。
5. 以下关于位图图像的说法，正确的是（ ）
A. 位图由几何指令组成
B. 位图放大后不会失真
C. 位图由像素点组成
D. 位图文件通常较小
答案：C
解析： 位图又叫“点阵图像”，由像素点组成的图像。位图由像素点组成，放大后会失真（A、B错）；位图文件通常较大（D错）。
6. 一幅分辨率为1024×768、量化位数为16位的位图图像，其图像数据部分所占的字节数为（ ）
A. 1024×768×16
B. 1024×768×16÷8
C. 1024×768÷16
D. 1024×768÷8
答案：B
解析： 图像数据大小 = 图像分辨率 × 量化位数 ÷ 8（字节）。注意要将位转换为字节。
7. 2位像素可以表示多少种颜色？（ ）
A. 2种
B. 4种
C. 8种
D. 16种
答案：B
解析： 2位像素可产生2 =4个编码，可存4种颜色。
8. 256色图像称为（ ）
A. 1位图像
B. 4位图像
C. 8位图像
D. 16位图像
答案：C
解析： 256 = 2 ，所以256色图像称为8位图像。
9. 以下关于矢量图的说法，正确的是（ ）
A. 矢量图由像素点组成
B. 矢量图放大后会出现锯齿
C. 矢量图由一组指令集合描述
D. 矢量图文件通常较大
答案：C
解析： 矢量图由一组指令集合描述。矢量图由几何指令组成，放大后不失真（A、B错）；矢量图文件通常较小（D错）。
10. 计算机存储容量的基本单位是（ ）
A. 位（bit）
B. 字节（Byte）
C. 千字节（KB）
D. 兆字节（MB）
答案：B
解析： 字节（Byte）是数据存储容量的基本单位。位（bit）是最小单位。
二、填空题（每空4分，共40分）
1. 在现代技术的信号处理中，数据基本上是通过________将模拟信号转换为数字信号进行存储和传输的。
答案： 编码
解析： 数据基本上是通过编码将模拟信号转换为数字信号进行存储和传输。
2. ASCII码中字符'0'的码值为________，字符'A'的码值为________，字符'a'的码值为________。
答案： 48；65；97
解析： 字符'0'的码值为48，'A'的码值为65，'a'的码值为97。
3. ASCII码采用________编码，国标码（GBK）采用________编码。
答案： 单字节；双字节
解析： ASCII码采用单字节编码，国标码（GBK）采用双字节编码。
4. 位图又叫“________”，由________组成。
答案： 点阵图像（或像素图）；像素点
解析： 位图又叫“点阵图像”，由像素点组成的图像。
5. 1位像素可表示________种颜色，8位像素可表示________种颜色。
答案： 2；256
解析： N位像素可产生2 种颜色。1位：2 =2种；8位：2 =256种。
6. 位图文件大小 = 文件头 + 信息头 + 颜色表项 + ________ × ________ ÷ 8（字节）。
答案： 图像分辨率；图像量化位数
解析： 位图文件大小 = 文件头 + 信息头 + 颜色表项 + 图像分辨率 × 图像量化位数 ÷ 8。
7. 计算机存储的最小单位是________，基本单位是________。
答案： 位（bit）；字节（Byte）
解析： 位是数据存储的最小单位，字节是数据存储容量的基本单位。
8. 1 KB = ________ B。
答案： 1024
解析： 1 KB = 2 B = 1024 B。
9. 声音编码的三个基本步骤是________、________和________。
答案： 采样；量化；编码
10. 矢量图由一组________集合描述，放大后________（填“会”或“不会”）失真。
答案： 指令；不会
解析： 矢量图由一组指令集合描述，放大后不会失真。
【课堂小结】
1. 数据编码的概念
将数据转换为计算机能够识别、存储和处理的二进制形式的过程
文字、图像、声音等类型的数据都可通过编码进行存储和传输
2. 文字编码
ASCII码：单字节编码，可表示128个字符
国标码（GBK）：双字节编码，用于简体中文
Unicode：国际通用字符编码标准
3. 图像编码
位图（点阵图）：由像素点组成，放大后失真
矢量图：由几何指令组成，放大后不失真
位图文件大小 = 文件头 + 信息头 + 颜色表项 + 图像分辨率 × 量化位数 ÷ 8
4. 声音编码
采样、量化、编码三个步骤
声音文件大小 = 采样频率 × 量化位数 × 声道数 × 时间 ÷ 8
5. 存储单位
位（bit）：最小单位
字节（Byte）：基本单位
1 B = 8 bit，1 KB = 1024 B

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