1.2数字化与编码　课件　2022—2023学年高中信息技术人教_中图版（2019）必修1（51张PPT）

(共51张PPT)
数字化与编码
学习目标
了解数字化的意义与作用，感受数字技术对生活的影响。
理解数据编码的基本方式，合理选用数字化工具解决问题，感受数字化工具的优势。
体验探索
体验数字化生活
信息技术的发展与普及为我们创造了一个全新的数字化生活环境。例如，共享单车、在线购物、网络通信和远程医疗等，它们在给我们带来生活便利的同时，也在逐渐地改变着我们的生活方式。
体验探索
1.数字化及其作用
模拟信号和数字信号
一般来说，通信系统中有两种主要的信息传输形式：一种是模拟信号，其信号波形可以表示为时间的连续函数；另一种是数字信号，它在取值上是离散的、不连续的，例如以“0”和“1” 来表示二进制数字信号。模拟信号和数字信号虽然是两种不同形式的信号，但它们在传输过程中是可以相互转换的。
值
0
1
数字信号
时间
值
0
模拟信号
时间
1.数字化及其作用
采样、量化、编码
转换设备
1.数字化及其作用
生活在数字世界
数字化是将复杂多样的事物属性或特征转化为计算机可处理对象的过程。这些信息被数字化后可以更方便地在数字设备中存储、处理和传输。
数字化的应用
虚拟游览
将实物特征数字化并进行3D处理后，加上相应的文字和配音，让游客实现远程的“沉浸”式游览。
1.数字化及其作用
1.数字化及其作用
计算机中存储一个“0”或“1”占用1个二进制位，称为一个比特（bit），是计算机中存储数据的最小计量单位。
8个二进制位组成一个字节（byte）。字节是计算机中存储数据的基本计量单位。
数据在计算机内部都是以二进制方式进行存储和处理的。
2.二进制与数制转换
数的进制：
数制的基本要素
基数：组成该数制的数码个数。
位权：每一个数位上的1 对应的数值。
数码：组成该数制的基本数字。
2.二进制与数制转换
十进制数
基数：10
位权：从右向左依次是100、101、102 ……
数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9
1 2 5
102 101 100
十进制数：
位权：
125=1×102+2×101+5×100
2.二进制与数制转换
2.二进制与数制转换
二进制的基数为2，两个基本数码是0和1；
采用逢二进一的进位规则，例如1+1=10；
不同的数位对应不同的权值，权值用基数的幂表示。
二进制基本规则：
二进制数
基数：2
位权：从右向左依次是20、21、22 ……
数码：0、1
数制 十六进制 十进制 八进制 二进制
基数 16 10 8 2
数码 0~F 0~9 0~7 0、1
位权 16的若干次幂 10的若干次幂 8的若干次幂 2的若干次幂
进位规则 逢十六进一 1+F=10 逢十进一 1+9=10 逢八进一 1+7=10 逢二进一
1+1=10
下标表示 （1E）16 （5）10 （6）8 (101)2
字母表示 1EH 5D 6O 101B
2.二进制与数制转换
将十进制整数除以2，得到商和余数，用商再除以2，依次类推直到商为0为止，将每次得到的余数按照逆序排列，即为换算的二进制的结果。
十进制转二进制：
除2反向取余法
17
2
8
2
4
2
1
2
2
2
余数
1
0
0
0
1
(17)10=(10001)2
17D=10001B
例1：将十进制数17转换为二进制数。
0
(5)10
(12)10
(50)10
=(1100)2
=(110010)2
=(101)2
5
2
2
2
1
0
2
余数
1
0
1
练习1：请将下面几个十进制数转换为二进制数。
按权展开求和法
（1 0 0 1 1 )2
2 0
2 1
22
24
23
二进制转十进制：
1 2 5
102 101 100
十进制数：
位权：
125=1×102+2×101+5×100
例2：将二进制数10010转换为十进制数。
（10010)2=1×24+ 0×23+0×22+1×21+0×20
=16+0+0+2+0
=(18)10
= (4)10
= (15)10
= (21)10
(100)2
(1111)2
(10101)2
(100)2 = 1×22+0×21+0×20
= (4)10
练习2：请将下面几个二进制数转换为十进制数。
不同位数的二进制数，能表示的十进制数的范围是多少？
二进制位数 能表示的十进制数的范围
1位
2位
3位
0~1
0~3
0~7
n位
0~2n-1
十进制转八进制：除8反向取余法
12
1
8
余数
4
8
1
0
(12)10 =(14)8
19
1
16
余数
3
16
1
0
(19)10 =(13)16
十进制转十六进制：除16反向取余法
八进制转十进制：按权展开求和法
81 80
（17)8=1×81 +7×80=(15) 10
( 1 7 )8
161 160
（13)16=1×161 +3×160=(19) 10
十六进制转十进制：按权展开求和法
（1 3)16
十进制与R进制（R可以是任何一个数值），之间的转换方法是什么？
请思考：
通常，十进制整数转换成R进制数采用“除R反向取余法”。R进制数转换成十进制数采用“按权展开求和法”。
已知十进制与二进制、八进制、十六进制的转换方法，那么二进制与八进制、十六进制如何转换？
二进制与八进制、十六进制的换算方法：
八进制的基数为8，逢八进一，1位八进制数可以用3位二进制数表示。
十六进制的基数为16，逢十六进一，1位十六进制数可以用4位二进制数表示。
例一：将下列数换成二进制
(16)8
(16)16
=（001110)2
=（00010110)2
数字化与数制转换
数字化
数制转换
概 念
过程
十进制与二进制相互转换
十进制与其他进制相互转换
应 用
二进制概念
3.数据编码
通过数据编码，人们可以方便地存储、检索和使用数据。生活中有许多数据编码的实例，例如居民身份证号码、车辆的车牌号、电影院的座位号等。计算机作为数据处理的一种工具，无论处理的是字符、图像、声音，还是其他形式的内容，都需要转换成二进制形式的编码，这样才能够处理。
你遇到过这些问题吗？
文档网页
出现乱码
3.数据编码-字符编码
字符编码
字符是人与计算机交互过程中不可或缺的重要内容，它是多种文字和符号的总称，由于计算机只识别0和1，因此在处理各种字符时，就需要将字符转换为计算机可以识别的二进制数据。
字符
（文字、符号等）
数字
（二进制等）
预先确定的规则
每个字符拥有对应的数字编码
便于不同计算机系统间交换信息
交换码
编码方案
3.数据编码-字符编码
1. 英文字符编码
ASCII编码
美国信息交换标准代码 (American Standard Code for Information Interchange)
字符集：大小写字母、数字、常用符号等128个字符
字符编码：利用1个字节对128个字符进行数字编码
3.数据编码-字符编码
2. 中文字符编码
《信息交换用汉字编码字符集——基本集》
收录6763个汉字，及包括数字、拉丁字母等在内的682个字符
字符编码：兼容ASCII编码；1个字节表示ASCII规定的英文字符，采用2个字节表示1个汉字以及其他字符。
GB2312-1980
3.数据编码-字符编码
2. 中文字符编码
GB2312-1980
GBK
GB18030-2005
收录7万多个汉字
兼容GB2312-1980、GBK、ASCII等
采用多字节编码，包括1个、2个、4个字节
3.数据编码-字符编码
3. 通用字符编码方案
unicode字符集与编码方案
致力于纳入世界上所有字符
国际化标准组织和Unicode组织联合制定
unicode字符集
字符编码方案
UTF-8
UTF-16
UTF-32
……
不同语言的人
使用计算机
3.数据编码-字符编码
二、计算机处理字符的过程
存储、操作、
传输等
处理
显示屏输出、
打印输出等
输出
利用键盘等
输入字符
输入
输入码
机内码
输出码/字形码
问题1：如何解决显示乱码？
解决方法：选择合适的字符编码方案
txt文本文档
另存为—>选择编码
网页：
右击—>选择编码
字符
编码
字符编码概念
计算机处理汉字的编码过程
含义：字符转换成二进制
组成：字符集和编码方式等
常见字符编码方案
作用：便于不同系统交换信息
英文：ASCII编码
通用：unicode字符集与编码方案(UTF-8等)
中文：GB2312-1980、GBK、GB18030-2005
输入：输入码（拼音、五笔等）
输出：字型码（点阵&矢量）
处理：机内码（基于交换码计算而得）
3.数据编码-字符编码
计算机中存储一个“0”或“1”占用1个二进制位（bit），8个二进制位组成1字节（byte），ASCI编码用1字节表示英文字母、数字和常见字符。在GB 18030-2005中，大部分常用汉字采用2字节编码。
3.数据编码-声音编码
声音编码
声波的振幅反映了声音响度的强弱，声波的频率反映了声音音调的高低。应用计算机处理声音时，需要将声波的模拟信号转换为数字信号，也就是声音的数字化，编码是其中重要的一步。通常，声音数字化的基本方法是按照一定的时间间隔采集声波的振幅，并将其转换为二进制数序列，即通过采样、量化和编码来实现。
3.数据编码-声音编码
声音编码
对于采样所获得的量值，要进行分级量化，就是将采样值变换到最接近的数字值，即用有限个数的数值近似地表示原来连续变化的值。
3.数据编码-声音编码
声音编码
通常，音频所占的存储容量取决于采样频率、量化位数、声道数和时长，其计算公式为：
音频所占的存储容量=采样频率×量化位数×声道数×时长/8
声音
编码
声音数字化的过程
音频文件
计算与格式
采样：确定采样点
编码：确定编码规则
量化：确定量化值
采样频率
压缩方式（文件格式）
音频质量影响因素
音频文件存储容量的计算
常见音频文件格式
量化位数
声道数
3.数据编码-声音编码
3.数据编码-图像与视频编码
一幅图像可以看作由许多彩色或各种级别灰度的点组成的，这些点按横纵进行排列，被称为像素。图像尺寸（分辨率）可以用像素个数来表示，即“水平像素数x垂直像素数”。图像所占存储容量可用所有像素的字节数来表示，计算公式为：
图像所占的存储容量=水平像素数×垂直像素数×颜色深度/8
颜色深度：图像中每像素的颜色所占的二进制位。
举个例子，如果一个图片支持256种颜色（如GIF格式），那么就需要256个不同的值来表示不同的颜色，也就是从0到255。用二进制表示就是从00000000到11111111，总共需要8位二进制数。所以颜色深度是8。
如果是BMP格式，则最多可以支持红、绿、蓝各256种，不同的红绿蓝组合可以构成256的3次方种颜色，就需要3个8位的2进制数，总共24位。所以颜色深度是24。
还有PNG格式，这种格式除了支持24位的颜色外，还支持alpha通道（就是控制透明度用的），总共是32位。
颜色深度越大，图片占的空间越大。
颜色深度简单说就是最多支持多少种颜色。一般是用“位”来描述的。
4.数据压缩
常用的压缩方法分为无损压缩和有损压缩。无损压缩指对压缩后的数据进行还原后，得到的数据与压缩前完全相同。相对于无损压缩，有损压缩指在压缩过程中会损失一定的信息，压缩后的数据无法还原成压缩前的样子。
数据压缩的目的：使文件更少地占用存储空间和缩短传输时间。
4.数据压缩
压缩包：压缩后所生成地文件。
解压缩：压缩包中的数据可以用压缩软件还原，即恢复到原始状态。
无损压缩的应用：zip压缩算法、rar压缩算法、7z压缩算法。
有损压缩的应用：音频、图像、视频文件。例如：MP3（音频数据压缩格式）、JPEG（图像数据压缩格式）、MPEG（视频数据压缩格式）。
数据压缩
无损压缩
有损压缩
zip
7z
rar
MP3
JPEG
MPEG
谢谢