-2021-2022学年高中信息技术浙教版（2019）必修1 1.3 数据采集与编码 课件（36张PPT）
文档属性
| 名称 | -2021-2022学年高中信息技术浙教版（2019）必修1 1.3 数据采集与编码 课件（36张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 10.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 浙教版（2019） | ||
| 科目 | 信息技术（信息科技） | ||
| 更新时间 | 2021-10-12 15:30:44 | ||
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文档简介
(共36张PPT)
1.3数据采集与编码（1）
1
1.3.1数据采集
2
1.3.2数字化
目录 Contents
3
1.3.3数制
1.3.1数据采集
获取信息的方法
确定信息需求
确定信息来源
采集信息
保存信息
获取信息的基本过程：
1.3.1数据采集
传感器
传感器是一种能感受被测量量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。在科研、生产和日常生活中，常需要利用传感器对环境中的物理量、化学量和生物量等进行感知与测量，并转换成电信号，进行适当处理后形成数据。
1.3.1数据采集
传感器随时从自然信源获取数据
光线传感器(Ambient Light Sensor)
距离传感器(proximity sensor)
重力传感器(G-Sensor)
磁(场)传感器(Magnetism Sensor)
陀螺仪(Gyroscope)
GPS
指纹传感器
气压传感器(气压计，barometer)
心率传感器
紫外线传感器
1.3.1数据采集
传感器随时从自然信源获取数据
PPG光反射心率传感器
1.3.1数据采集
传感器随时从自然信源获取数据
1.3.1数据采集
互联网已成为人们日常所需数据的主要来源
因特网有四个基本功能：
远程登录(Telnet)
文件传输(FTP，可以下载更多、容量更大的资源)
电子邮件（E-mail）
万维网浏览(www)
1.3.1数据采集
互联网已成为人们日常所需数据的主要来源
通常所说的“上网”就是浏览万维网。万维网：World Wide Web意思是世界范围的网，简写WWW或Web。
万维网是因特网其中的一个基本功能，也是我们最常用的一个功能。
1.3.1数据采集
互联网已成为人们日常所需数据的主要来源
补充：网络的相关知识
1、网页三大要素：文字、图片、超链接
2、超文本编辑语言（html）：编写制作网页
3、统一资源定位器（URL）：网址
4、环球信息网：万维网、www、web
5、各种协议：超文本传输协议（http）
文件传输协议（ftp）
……
1.3.2数字化
数字化的定义
将模拟信号转换为数字信号的过程称为数字化。
模拟信号(Analog)：连续变化的物理量
数字信号(Digital)：离散的、不连续的量
（二进制 0和1形式）
1.3.2数字化
数字化的理论依据
数字化的理论依据是采样定理，采样定理的基本内容：在一定的条件下，用离散的序列可以完全代表一个连续函数。
1.3.2数字化
模拟信号数字化过程
1.3.2数字化
采样
采样：每隔一段时间在模拟音频波形上取一个幅度值。
产生一组离散的数值序列
单位时间采样次数称为采样频率，单位Hz。
1.3.2数字化
量化
量化：将各个采样结果提升或降低到级数值。
形成一组二进制数字序列
级数值
1.3.2数字化
例：对如图原始模拟波形（红色曲线）进行采样和量化。
假设采样频率为1000Hz，被划分成0 9共10个量化等级，得到如图所示采样结果。
思考：声音的数字化过程中，声音信号会不会失真？
用什么方法可以提高数字音频质量，减小失真？
1.3.2数字化
采样率4000Hz 量化级40
采样率和量化等级提高一倍，信号的失真明显减少，信号质量得到了提高
采样率2000Hz 量化级20
1.3.2数字化
① 采样频率
采样频率常用三种：11.025KHz(语音效果)、22.05KHz(音乐效果)、44.1KHz(高保真效果)
CD立体声音乐的采样频率为44.1KHz。
② 量化位数
数字信号幅值被划分为2N个级数，N称为量化位数，是描述每个采样点值的二进制位数。
常用的量化位数为8位、16位。
影响数字音频质量的技术参数
1.3.2数字化 例题
模拟信号的数字化过程是（ ）
连续信号 数值 离散信号 B.连续信号 数值 离散信号
C. 连续信号 离散信号 数值 D.数值 连续信号 离散信号
2. 对某个信号采样时，3秒内采集到的样本数量为180，则采样频率为（ ）
A.30 Hz B. 40 Hz C. 50 Hz D. 60Hz
C
D
1.3.3数制
数的进制
名词 概念
进制（计数法或位置计数法） 一种记数方式。
基（基数） 组成该数制的数码个数
权（权值） 每一个数位上的1对应的数值，
可以表示为基数的若干次幂
2 3 4
1.3.3数制
常用计数制：二进制、八进制、十进制、十六进制
不同进制数的基本特点：
组成：0 1 (2 3 4 5 6 7 (8 9 (A B C D E F)))
进位基数：N（是几进制就是几）
加减运算规则：逢N进一，借一当N
两种表示方法：
脚标： (100)2 (11)8 (56)10 (4F)16
字母： 100B 11O 34D 4FH
数的进制
1.3.3数制
十进制 二进制（4位） 十六进制
0 0000 0
1 0001 1
2 0010 2
3 0011 3
4 0100 4
5 0101 5
6 0110 6
7 0111 7
8 1000 8
9 1001 9
10 1010 A
11 1011 B
12 1100 C
13 1101 D
14 1110 E
15 1111 F
16 1 0000 10
二-十六-十进制对照表
1.3.3数制
十进制转其他进制：
除该种进制取余数，至商为0，余数逆序输出
1.3.3数制
如：十进制37D分别转换为二进制B、十六进制H、八进制O等等
答案：100101B 25H 45O
1.3.3数制
其他进制转换为十进制：
按位权展开相加
进制数的值都表示各位数本身的值与其权的乘积之和。
如：1011B= D 19H= D
1011B=1*23+0*22+1*21+1*20=11D
19H=1*161+9*160=25D
1.3.3数制
二进制转十六进制
（10010001101011）2= （ ）16
B
6
4
2
由于十进制与十六进制进制只是9以上的数有所不同，故10以下数时我们可以直接把十六进制当成十进制来处理
（0010010001101011）2= （ ）16
从右往左，每4位二进制转换为1位十六进制，位数不够补0凑足
1.3.3数制
（B6AC）16=（ ） 2
十六进制转二进制
1100
1010
0110
1011
每1位十六进制转换为4位二进制，
转换为二进制后可把最左边的0省略不写
1011011010101100
1.3.3数制 例题
考题1：10D+A1H=（ ）
A、171H B、AAH
C、10101011B D、161D
考题2：十进制数81D对应的十六进制数为（ ）
A、51D B、51H C、33H D、129H
C
B
1.3.3数制
二进制 十进制 十六进制 八进制
字母表示 B D H O
数字范围 0,1 0~9 0~9,A~F 0~7
运算规则 “逢二进一” “逢十进一” “逢十六进一” “逢八进一”
归纳整理
1.3.3数制
课堂小结
转换过程 转换方法
十进制转换成二进制 除2倒取余数法
二进制转换成十进制 按权值2n展开后相加
十六进制转换成二进制 利用8421码将一个十六进制转换成四个二进制
二进制转换成十六进制 利用8421码将四个二进制转换成一个十六进制
1.3.1数据采集
光线传感器类似于手机的眼睛。人类的眼睛能在不同光线的环境下，调整进入眼睛的光线，例如进入电影院，瞳孔会放大来让更多光线进入眼睛。而光线传感器则可以让手机感测环境光线的强度，用来调节手机屏幕的亮度。而因为屏幕通常是手机最耗电的部分，因此运用光线传感器来协助调整屏幕亮度，能进一步达到延长电池寿命的作用。光线传感器也可搭配其他传感器一同来侦测手机是否被放置在口袋中，以防止误触。
光线传感器(Ambient Light Sensor)
1.3.1数据采集
透过红外线LED灯发射红外线，被物体反射后由红外线探测器接受，藉此判断接收到红外线的强度来判断距离，有效距离大约在10米左右。它可感知手机是否被贴在耳朵上讲电话，若是则会关闭屏幕来省电;距离传感器也可以运用在部分手机支持的手套模式中，用来解锁或锁定手机。
距离传感器(proximity sensor)
1.3.1数据采集
透过压电效应来实现。重力传感器内部有一块重物与压电片整合在一起，透过正交两个方向产生的电压大小，来计算出水平的方向。运用在手机中时，可用来切换横屏与直屏方向，运用在赛车游戏中时，则可透过水平方向的感应，将数据运用在游戏里，来转动行车方向。
重力传感器(G-Sensor)
作用原理与重力传感器相同，但透过三个维度来确定加速度方向，功耗小但精度低。运用在手机中可用来计步、判断手机朝向的方向。
加速度传感器(Accelerometer Sensor)
1.3.1数据采集
测量电阻变化来确定磁场强度，使用时需要摇晃手机才能准确判断，大多运用在指南针、地图导航当中。
磁(场)传感器(Magnetism Sensor)
1.3.1数据采集
陀螺仪能够测量沿一个轴或几个轴动作的角速度，是补充MEMS加速度计(加速度传感器)功能的理想技术。事实上，如果结合加速度计和陀螺仪这两种传感器，系统设计人员可以跟踪并捕捉3D空间的完整动作，为终端用户提供更真实的用户体验、精确的导航系统及其他功能。手机中的「摇一摇」功能(例如摇动手机就能抽签…)、体感技术，还有VR视角的调整与侦测，都是运用到陀螺仪的作用。
陀螺仪(Gyroscope)
1.3.1数据采集
地球上方特定轨道上运行着24颗GPS卫星，它们会不停的向全世界各地广播自己的位置坐标与时间戳(timestamp，指格林威治 奔 1970年01月01日00 00分00秒到现在为止的总秒数)，手机中的GPS模块透过卫星的瞬间位置来起算，以卫星发射坐标的时间戳与接收时的时间差来计算出手机与卫星之间的距离。可运用在定位、测速、测量距离与导航等用途。
GPS
1.3数据采集与编码（1）
1
1.3.1数据采集
2
1.3.2数字化
目录 Contents
3
1.3.3数制
1.3.1数据采集
获取信息的方法
确定信息需求
确定信息来源
采集信息
保存信息
获取信息的基本过程：
1.3.1数据采集
传感器
传感器是一种能感受被测量量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。在科研、生产和日常生活中，常需要利用传感器对环境中的物理量、化学量和生物量等进行感知与测量，并转换成电信号，进行适当处理后形成数据。
1.3.1数据采集
传感器随时从自然信源获取数据
光线传感器(Ambient Light Sensor)
距离传感器(proximity sensor)
重力传感器(G-Sensor)
磁(场)传感器(Magnetism Sensor)
陀螺仪(Gyroscope)
GPS
指纹传感器
气压传感器(气压计，barometer)
心率传感器
紫外线传感器
1.3.1数据采集
传感器随时从自然信源获取数据
PPG光反射心率传感器
1.3.1数据采集
传感器随时从自然信源获取数据
1.3.1数据采集
互联网已成为人们日常所需数据的主要来源
因特网有四个基本功能：
远程登录(Telnet)
文件传输(FTP，可以下载更多、容量更大的资源)
电子邮件（E-mail）
万维网浏览(www)
1.3.1数据采集
互联网已成为人们日常所需数据的主要来源
通常所说的“上网”就是浏览万维网。万维网：World Wide Web意思是世界范围的网，简写WWW或Web。
万维网是因特网其中的一个基本功能，也是我们最常用的一个功能。
1.3.1数据采集
互联网已成为人们日常所需数据的主要来源
补充：网络的相关知识
1、网页三大要素：文字、图片、超链接
2、超文本编辑语言（html）：编写制作网页
3、统一资源定位器（URL）：网址
4、环球信息网：万维网、www、web
5、各种协议：超文本传输协议（http）
文件传输协议（ftp）
……
1.3.2数字化
数字化的定义
将模拟信号转换为数字信号的过程称为数字化。
模拟信号(Analog)：连续变化的物理量
数字信号(Digital)：离散的、不连续的量
（二进制 0和1形式）
1.3.2数字化
数字化的理论依据
数字化的理论依据是采样定理，采样定理的基本内容：在一定的条件下，用离散的序列可以完全代表一个连续函数。
1.3.2数字化
模拟信号数字化过程
1.3.2数字化
采样
采样：每隔一段时间在模拟音频波形上取一个幅度值。
产生一组离散的数值序列
单位时间采样次数称为采样频率，单位Hz。
1.3.2数字化
量化
量化：将各个采样结果提升或降低到级数值。
形成一组二进制数字序列
级数值
1.3.2数字化
例：对如图原始模拟波形（红色曲线）进行采样和量化。
假设采样频率为1000Hz，被划分成0 9共10个量化等级，得到如图所示采样结果。
思考：声音的数字化过程中，声音信号会不会失真？
用什么方法可以提高数字音频质量，减小失真？
1.3.2数字化
采样率4000Hz 量化级40
采样率和量化等级提高一倍，信号的失真明显减少，信号质量得到了提高
采样率2000Hz 量化级20
1.3.2数字化
① 采样频率
采样频率常用三种：11.025KHz(语音效果)、22.05KHz(音乐效果)、44.1KHz(高保真效果)
CD立体声音乐的采样频率为44.1KHz。
② 量化位数
数字信号幅值被划分为2N个级数，N称为量化位数，是描述每个采样点值的二进制位数。
常用的量化位数为8位、16位。
影响数字音频质量的技术参数
1.3.2数字化 例题
模拟信号的数字化过程是（ ）
连续信号 数值 离散信号 B.连续信号 数值 离散信号
C. 连续信号 离散信号 数值 D.数值 连续信号 离散信号
2. 对某个信号采样时，3秒内采集到的样本数量为180，则采样频率为（ ）
A.30 Hz B. 40 Hz C. 50 Hz D. 60Hz
C
D
1.3.3数制
数的进制
名词 概念
进制（计数法或位置计数法） 一种记数方式。
基（基数） 组成该数制的数码个数
权（权值） 每一个数位上的1对应的数值，
可以表示为基数的若干次幂
2 3 4
1.3.3数制
常用计数制：二进制、八进制、十进制、十六进制
不同进制数的基本特点：
组成：0 1 (2 3 4 5 6 7 (8 9 (A B C D E F)))
进位基数：N（是几进制就是几）
加减运算规则：逢N进一，借一当N
两种表示方法：
脚标： (100)2 (11)8 (56)10 (4F)16
字母： 100B 11O 34D 4FH
数的进制
1.3.3数制
十进制 二进制（4位） 十六进制
0 0000 0
1 0001 1
2 0010 2
3 0011 3
4 0100 4
5 0101 5
6 0110 6
7 0111 7
8 1000 8
9 1001 9
10 1010 A
11 1011 B
12 1100 C
13 1101 D
14 1110 E
15 1111 F
16 1 0000 10
二-十六-十进制对照表
1.3.3数制
十进制转其他进制：
除该种进制取余数，至商为0，余数逆序输出
1.3.3数制
如：十进制37D分别转换为二进制B、十六进制H、八进制O等等
答案：100101B 25H 45O
1.3.3数制
其他进制转换为十进制：
按位权展开相加
进制数的值都表示各位数本身的值与其权的乘积之和。
如：1011B= D 19H= D
1011B=1*23+0*22+1*21+1*20=11D
19H=1*161+9*160=25D
1.3.3数制
二进制转十六进制
（10010001101011）2= （ ）16
B
6
4
2
由于十进制与十六进制进制只是9以上的数有所不同，故10以下数时我们可以直接把十六进制当成十进制来处理
（0010010001101011）2= （ ）16
从右往左，每4位二进制转换为1位十六进制，位数不够补0凑足
1.3.3数制
（B6AC）16=（ ） 2
十六进制转二进制
1100
1010
0110
1011
每1位十六进制转换为4位二进制，
转换为二进制后可把最左边的0省略不写
1011011010101100
1.3.3数制 例题
考题1：10D+A1H=（ ）
A、171H B、AAH
C、10101011B D、161D
考题2：十进制数81D对应的十六进制数为（ ）
A、51D B、51H C、33H D、129H
C
B
1.3.3数制
二进制 十进制 十六进制 八进制
字母表示 B D H O
数字范围 0,1 0~9 0~9,A~F 0~7
运算规则 “逢二进一” “逢十进一” “逢十六进一” “逢八进一”
归纳整理
1.3.3数制
课堂小结
转换过程 转换方法
十进制转换成二进制 除2倒取余数法
二进制转换成十进制 按权值2n展开后相加
十六进制转换成二进制 利用8421码将一个十六进制转换成四个二进制
二进制转换成十六进制 利用8421码将四个二进制转换成一个十六进制
1.3.1数据采集
光线传感器类似于手机的眼睛。人类的眼睛能在不同光线的环境下，调整进入眼睛的光线，例如进入电影院，瞳孔会放大来让更多光线进入眼睛。而光线传感器则可以让手机感测环境光线的强度，用来调节手机屏幕的亮度。而因为屏幕通常是手机最耗电的部分，因此运用光线传感器来协助调整屏幕亮度，能进一步达到延长电池寿命的作用。光线传感器也可搭配其他传感器一同来侦测手机是否被放置在口袋中，以防止误触。
光线传感器(Ambient Light Sensor)
1.3.1数据采集
透过红外线LED灯发射红外线，被物体反射后由红外线探测器接受，藉此判断接收到红外线的强度来判断距离，有效距离大约在10米左右。它可感知手机是否被贴在耳朵上讲电话，若是则会关闭屏幕来省电;距离传感器也可以运用在部分手机支持的手套模式中，用来解锁或锁定手机。
距离传感器(proximity sensor)
1.3.1数据采集
透过压电效应来实现。重力传感器内部有一块重物与压电片整合在一起，透过正交两个方向产生的电压大小，来计算出水平的方向。运用在手机中时，可用来切换横屏与直屏方向，运用在赛车游戏中时，则可透过水平方向的感应，将数据运用在游戏里，来转动行车方向。
重力传感器(G-Sensor)
作用原理与重力传感器相同，但透过三个维度来确定加速度方向，功耗小但精度低。运用在手机中可用来计步、判断手机朝向的方向。
加速度传感器(Accelerometer Sensor)
1.3.1数据采集
测量电阻变化来确定磁场强度，使用时需要摇晃手机才能准确判断，大多运用在指南针、地图导航当中。
磁(场)传感器(Magnetism Sensor)
1.3.1数据采集
陀螺仪能够测量沿一个轴或几个轴动作的角速度，是补充MEMS加速度计(加速度传感器)功能的理想技术。事实上，如果结合加速度计和陀螺仪这两种传感器，系统设计人员可以跟踪并捕捉3D空间的完整动作，为终端用户提供更真实的用户体验、精确的导航系统及其他功能。手机中的「摇一摇」功能(例如摇动手机就能抽签…)、体感技术，还有VR视角的调整与侦测，都是运用到陀螺仪的作用。
陀螺仪(Gyroscope)
1.3.1数据采集
地球上方特定轨道上运行着24颗GPS卫星，它们会不停的向全世界各地广播自己的位置坐标与时间戳(timestamp，指格林威治 奔 1970年01月01日00 00分00秒到现在为止的总秒数)，手机中的GPS模块透过卫星的瞬间位置来起算，以卫星发射坐标的时间戳与接收时的时间差来计算出手机与卫星之间的距离。可运用在定位、测速、测量距离与导航等用途。
GPS