1-3数据采集与编码 课件 2022—2023学年高中信息技术浙教版(2019)必修 1 数据与计算(52张PPT)

文档属性

名称 1-3数据采集与编码 课件 2022—2023学年高中信息技术浙教版(2019)必修 1 数据与计算(52张PPT)
格式 pptx
文件大小 5.7MB
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 2022-09-30 12:55:20

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文档简介

(共52张PPT)
必修1《数据与计算》
第一章 数据与信息
内容总览
必修1《数据与计算》
第一章 数据与信息
1.3 数据采集与编码
1.3数据采集与编码(一)
数据采集
数制
数字化
1.3.1 数据采集
机器获取
人工方式(观察、实验)
传感器(自然信源)
(敏感元件+转换元件)
网络爬虫(互联网)
你是如何采集生活中的各种数据的?
传感器
手机横竖/屏幕切换
重力感应传感器
微信摇一摇
加速度传感器
自动调整屏幕亮度
光线感应器
射击游戏
三轴陀螺仪
电子地图、导航
GPS/电子罗盘
……
建立物理世界与数字世界的联系
知识讲解
信号数据可用于表示任何信息,如符号、文字、语音、图像等,
从表现形式上可归结为两类:模拟信号和数字信号。
模拟信号与数字信号的区别可根据幅度取值是否离散来确定。
计算机只能处理二进制数据(数字信号)
数据需要转换
模拟信号
平时我们听到的声音、看到的电视图像都是模拟信号。
知识讲解
从模拟信号转换到数字信号一般要经过采样、量化和编码这样三个过程,
最终变成由一连串由0和1来代表的脉冲数字信号。
声音数字化
模拟数据 → 数字数据
模数转换
(A/D)
模拟量
数字量
电流电压
采样”和“量化
声音
声音文件
话筒
声卡
模拟音频信号数字化过程
1、采样:在时间轴上对信号数字化。也就是,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。采样频率越高,保真度越好,存储容量也越大。
连续信号经过采样成为离散信号。
模拟音频信号数字化过程
2、量化:在幅度轴上对信号数字化。也就是,用有限个幅度值近似还原原来连续变化的幅度值,把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。连续信号经过采样成为离散信号,离散信号经过量化后可以用数值表示。
纵坐标划分得越细,量化就越精细,与实际数据也越接近。如下图乙和图丙
模拟音频信号数字化过程
3、编码:用二进制数表示每个采样的量化值(十进制数)。
数的进制
1、生活中常见进制:
十进制
十二进制(十二个月为一年)
六十进制(六十分钟为一小时)
2、任何一种数制都包含两个基本要素:基数和权值。基数是组成该数制的数码个数,K进制的基数就是K,包含K个数字;权值可以表示为基数的若干次幂。
例:十进制数的基数为10,十进制数234中的2的权值是102,3的权值是101,4的权值是100,所以十进制数234还可表示为:2×102+3×101+4×100
数的进制
进位制 二进制 八进制 十进制 十六进制
规则 逢二进一 逢八进一 逢十进一 逢十六进一
基数 R=2 R=8 R=10 R=16
基本符号 0,1 0,1,2,…,7 0,1,2,…,9 0,1,..,9,A,..,F
权值 2i 8i 10i 16i
形式表示 B O D H
计算机常用的各种进制数的表示
二进制binary,十进制decimalism,十六进制Hexadecimal,八进制Octal
二进制、十六进制
二进制、十六进制、十进制的关系
二进制转十进制
方法:按权展开相加法,每个数位乘上对应的权值,最后相加。
(1010 )2=1× 23 + 0× 22 + 1× 21 + 0× 20 = (10)10
十六进制转十进制
十六进制每个数位乘上对应的权值,最后相加。
(F2A)16=15×162+2×161+10×160
(2A)16=( )10
十进制转二进制
“除2取余”法
例:(28)10=( )2
11100
除数
被除数
余数
28
2
14
0
2
0
7
2
1
3
2
1
1
2
1
0
除到商为零
倒序取余
十进制转十六进制
“除16取余”法
例:(28)10=( )2
1C
除数
被除数
余数
28
16
1
12
16
1
0
除到商为零
倒序取余
二进制转十六进制
方法:从右侧开始,每4位二进制数转为一个十六进制数﹐左侧高位不足用0补足
( 1000111011 )2=( )16
1011
0011
0010
2
3
11→B
23B
反之:16进制转2进制的方法是,每一位16进制数转为4位2进制数
思考:
十进制 (标识D) 二进制 (标识B) 十六进制
(标识H)
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
(110)2 可以表示成 110B
(110)10 可以表示成 110D
(110)16 可以表示成 110H
思考1:110B、110D、110H 大小相等吗? 为什么?
思考2:(2D)16 可以表示成 2DH,那 2DH 和 2D 一样吗? 为什么?
思考3:11B + 1 = ? 19H + 1 = ? 1FH + 1 = ?
练习
例1: 将(10010)2转换为十进制数
(10010) 2=( )10
例2:二进制转换为十六进制
(0100 1011) 2= ( ) 16
进制转换
十进制
二进制
十六进制
除2倒取余
除16倒取余
位权展开相加
位权展开相加
4位转1位
1位转4位
小结
数据采集
数字化
数制及数制转换
1.3.4 编码
1
编码
编码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。
生活中的编码:邮政编码、身份证、电话号码……
计算机中的编码:字符编码、条形码、二维码、声音编码、图像编码、视频编码
数据表现形式可以是文本、图形、图像、声音、视频等,但不管哪种形式的数据,最终存储在计算机中的都是经过一定规则编码后的二进制数字。
(文本、图形、图像、声音、视频 ……)
人类可理解的抽象符号(数据)
计算机能处理的
(0、1数字串即二进制数字)
编码
练习1
练习2
某军舰上有需要28种不同的信号状态,拥有的信号灯只有“开”和“关”两种状态,如果包括信号灯的全关状态,则最少需要的信号灯数是____。
A.4个 B.5个
C.6个 D.7个
(问:以上5盏信号灯能表示的十进制数的范围是多少)
计算机中的信息存储容量单位
计算机中存储信息的最小单位:位 (b) (bit)
计算机中存储信息的基本单位:字节(B) (byte)
常用单位间的换算关系:
1B=8 bit
1KB=1024B
1MB=1024KB
1GB=1024MB
1TB=1024GB
字符编码
为保证编码的正确性,编码要规范化、标准化,即需有标准的编码格式。常见的编码格式有ASCII、 Unicode及各种汉字编码(、ANSI、GBK、GB2312、UTF-8、GB18030等)。
1.字符编码——ASCII码(美国信息交换标准码)
3. 7位二进制编码
如:“A” 1000001
4.计算机用一个字节存放 ASCII码
0 1 0 0 0 0 0 1
1.表示128个字符(0-127)
2. 0~ 9
48~57
A~Z
65~90
a~z
97~122
<
<
ASCII码编码特点
ASCII码的第一位都为0
练习3:
大写字母X的ASCII码为88,则大写字母V的ASCII值是( )
A 85 B 86 C87 D 88
练习4:
ASCII码表中的大写字母Z后有6个其他字符,接着便是小写字母。现在已知:字母Y的ASCII码为(1011001)2,则字母a的ASCII码用十六进制表示是( )
A.61H B.62H C.63H D.64H
1.字符编码——汉字编码(外码、交换码、机内码、字形码)
早期的GB2312字符集规定:一个汉字用两个字节表示。
ASCII码占一个字节,GB2312字符占两个字节,
一般来说,汉字内码以字母开头,ASCII码以数字开头。
编码是人为的,可以有各种各样的编码方案,但为了便于信息的交换,必须采用标准化编码。
字符编码
1 汉字输入码(外码)
汉字编码:GB2312(国标)、GBK(包含生僻字)、BIG5(繁体)
汉字输入
汉字存储
汉字显示
汉字打印
汉字传输
1
2
3
3
4
2 处理码(内码)
3 字形码
4 区位码(交换码)
练习5. 用UltraEdit软件观察字符内码,结果如下图所示:
则其中内码“32 30”表示的字符为( )
(A)2010 (B)20
(C)10 (D)假
练习6.用UltraEdit软件观察字符内码,结果如下图所示:
将其前两个字节数据“B8 FC”删除后,则右侧的“更上一层楼”
五字将变成( )
(A)上一层楼 (B)更上一层
(C)楼层一上 (D)楼上一层
条形码和二维码
声音编码
采样、量化
模拟信号(连续)
数字信号(0、1)
采样频率:每秒所采样的次数,单位为HZ(赫兹)。
量化位数:每个采样点所需的二进制位数。
声音编码
1111
1110
1101
1100
1011
1010
1001
1000
0111
0110
0101
0100
0011
0010
0001
0000
量化位数=4
量化位数=3
量化位数:对模拟音频信号的幅度轴进行数字化所采用的二进制位数 。
思考:量化位数的大小,对音质及编码的容量有何影响?
量化位数越大,其量化值就越接近采样值,即精度越高,但存储容量也越大。
111
110
101
100
011
010
001
000
声音容量计算
练习:数字激光唱片的标准采样频率为44.lkHz,量化位数为16位,立体声,计算一分钟CD音乐需要的存储量?
44100×l6×2×60/8 =10584000B=10.584MB
Wave格式的音频存储容量=采样频率(HZ)×量化位数(bit)×声道数×时长(s)(单位:位)
声音编码
在GoldWave软件中录制了一段10分钟的Wave格式音频,状态信息如图所示:
请计算该音频的存储容量。
方法一:10*60*44100*16*2/8/1024/1024MB
方法二:10*60*1411/8/1024 MB
图像编码
图像
图像文件
扫描仪
数码相机
摄像头
图像编码
矢量图形和位图图像
思考:1. 文件大小 2.清晰度
分辨率为300 dpi
分辨率越高,图像显示越清晰。
分辨率为 72 dpi
图像分辨率
图像分辨率是指单位面积(或长度)的像素数。其单位是DPI(dots per inch),意思是每英寸上的像素数。
图像数字化
可以看出:点越多,图像越真实,越能体现细节,同时也需要更多的存储空间
图像的存储容量
存储黑白两色图像的一个像素需要( ) bit
存储16色彩色图像的一个像素需要( ) bit
存储256色彩色(或256级灰度)图像的一个像素需要( ) bit
存储24位真彩色图像的一个像素需要( ) bit
1
8
24
未经压缩的BMP图像存储容量= 水平像素*垂直像素*每个像素所需的位数/8(B)
4
二进制数表示的信息量
1
0
2个信息单元
4个信息单元
00
01
10
11
1位
2位
3位
000 001 010 011
100 101 110 111
8个信息单元
4位
0000 0001 0010 0011
0100 0101 0110 0111
1000 1001 1010 1011
1100 1101 1110 1111
16个信息单元
当有n个二进制位,可以表示的最多不同的信息单元的个数为 。
图像编码
0 1 0 1 0
1 0 1 0 1
1 0 1 0 0
1 1 0 1 1
1 0 1 0 1
图像的存储空间 = 总的像素点个数 × 每个像素点所占的位数
① 像素点个数 →水平像素点的个数×垂直像素点的个数。
② 每个像素点所占的位数 → 图像的颜色数
5×5
黑白图像:1位 2种颜色
图像的存储空间 = 5×5×1位
图像编码
11 11 11 11 11 11 11 11
11 10 10 10 10 10 10 11
11 10 01 01 01 01 10 11
11 10 01 00 00 01 10 11
11 10 01 00 00 01 10 11
11 10 01 01 01 01 10 11
11 10 10 10 10 10 10 11
11 11 11 11 11 11 11 11
图像的存储空间 = 总的像素点个数 × 每个像素点所占的位数
① 像素点个数 →水平像素点的个数×垂直像素点的个数。
② 每个像素点所占的位数 → 图像的颜色数
8×8
2位 4种颜色
图像的存储空间 = 8×8×2位
3 3 3 3 3 3 3 3
3 2 2 2 2 2 2 3
3 2 1 1 1 1 2 3
3 2 1 0 0 1 2 3
3 2 1 0 0 1 2 3
3 2 1 1 1 1 2 3
3 2 2 2 2 2 2 3
3 3 3 3 3 3 3 3
十进制数 → 二进制数
图像编码
位图色彩模式
色彩
模式
黑白
只有黑和白两种颜色(1位)
灰度
黑到白之间256级亮度(8位)
RGB
以红绿蓝为三原色构成其它颜色
由十进制0~255表示
RGB(0,0,0) 黑色
RGB(255,255,255) 白色
RGB(255,0,0) 红色
RGB(0,255,0) 绿色
RGB(0,0,255) 蓝色
视频编码
视频是由一连串的图像连续播放而形成的,每一幅图像称为一帧
我国使用的是PAL制,每秒显示25帧 ;NTSC制式:每秒30帧
常见视频编码方式:avi、mpeg、MP4
视频存储空间=水平像素×垂直像素×每个像素所需位数×帧频×时间
如果一段10秒钟长的视频的分辨率为720×576的PAL制式的彩色视频(3B),它包含约300MB的数据。(720*576*3*25*10/1024/1024)
OK