(共21张PPT)
复习
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加法
二进制加法有四种情况：
0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10(0
进位为1)
。
乘法
二进制乘法有四种情况：
0×0=0，1×0=0，0×1=0，1×1=1
。
减法
二进制减法有四种情况：0－0=0，1－0=1，1－1=0，0－1=1
。
除法
二进制除法有两种情况(除数只能为1)：0÷1=0，1÷1=1
。
二进制运算
2
0
1
9
1
10
100
1000
十进制
由0-9十个数字组成
二进制
由0和1两个数字组成
1
0
0
1
20
21
22
23
1×20+0×21+0×22+1×23
9
十进制
100
101
102
103
位权
位权：数制中每一固定位置对应的单位值称为位权。
十进制转二进制
方法：除2反序取余法
例：(29)10=(?)2
结果：29D=11101B
2
9
1
4
7
3
1
2
2
2
2
2
……1
……0
0
……1
……1
……1
（高位）
（低位）
复习
计算：将十进制数37转换成二进制数
37D=
B
在航海灯语系统中，灯语是一种通信手段，用灯光一明一暗的间歇做出长短不同的信号来传递信息。
灯语通信需要双方约定的明暗表达方式，这就是灯语编码，目前国际上流行的灯语编码是莫尔斯码。
202X
1.2数据编码
模拟信号与
数字信号
图像编码
文字编码
声音及视频编码
02
01
03
04
Contents
202X
目
录
一、模拟信号与数字信号
声、光信号是人的感官所能识别和接收的信号，而计算机是一种采用电信号进行运作的机器。要将人的感官所能识别的信号转换为计算机能够识别的信号，实现人机交互，就必须清楚计算机是如何处理这些信号的？
1.模拟信号
模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息。其信号的幅度、频率或相位随时间作连续变化，如声音信号、图形信号等。模拟信号的波形可以是简单的，也可以是复杂的。例如，由单一钢琴定音器产生的声波，就是简单波形，仅仅包括一个单一频率；人类或管风琴的声音产生的声波，就是复杂波形，包含了许多不同频率的组合。
单一频率波形示意图
多频率组合波形示意图
模拟信号是传导能量的一种方式。例如，声音通过空气等介质来向远处传送能量，在传播的过程中，能量会不断被损耗而逐渐衰减。
模拟信号是传导能量的一种方式。例如，声音通过空气等介质来向远处传送能量，在传播的过程中，能量会不断被损耗而逐渐衰减。
模拟信号的衰减示意图
无论是有线相连的电话，还是无线发送的广播电视，都是通过模拟信号来传递信息的。
2.数字信号
数字信号是离散时间信号的数字化表示。其信号的自变量、因变量都是离散的。例如，开关电路中输出电压和电流脉冲就是离散的信号。
在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示。例如，字长为2位的二进制数可表示00、01、10和11共四种数字信号。
尽管基于数字信号的数据通信才出现几十年，但因其抵抗电路本身干扰和环境干扰的能力强，且数字信号有利于存储、加密与纠错，从而具有较强的保密性和可靠性。因此在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，覆盖的范围越来越广
思考：两种信号各有什么优点和缺点？
模拟信号与数字信号比较
模拟信号
优点：1.模拟信号的主要优点是其精确的分辨率，在理想情况下，它具有无穷大的分辨率。与数字信号相比，模拟信号的信息密度更高。由于不存在量化误差，它可以对自然界物理量的真实值进行尽可能逼近的描述。2.模拟信号的另一个优点是，当达到相同的效果，模拟信号处理比数字信号处理更简单。模拟信号的处理可以直接通过模拟电路组件（例如运算放大器等）实现，而数字信号处理往往涉及复杂的算法，甚至需要专门的数字信号处理器。
缺点：模拟信号的主要缺点是它总是受到杂讯（信号中不希望得到的随机变化值）的影响。信号被多次复制，或进行长距离传输之后，这些随机噪声的影响可能会变得十分显著。噪声效应会使信号产生有损。有损后的模拟信号几乎不可能再次被还原，因为对所需信号的放大会同时对噪声信号进行放大。
数字信号
优点：
1.抗干扰能力强、无噪声积累。在模拟通信中，为了提高信噪比，需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大，信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大。随着传输距离的增加，噪声累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限个离散值(通常取两个幅值)，在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即在适当的距离采用判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长距离高质量的传输。
2.便于加密处理。信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。
3.便于存储、处理和交换。数字通信的信号形式和计算机所用信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。
4.设备便于集成化、微型。数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小、功耗低。
5.便于构成综合数字网和综合业务数字网。采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。另外，电话业务和各种非话业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网。
缺点：占用信道频带较宽。一路模拟电话的频带为4kHz带宽，一路数字电话约占64kHz。随着宽频带信道(光缆、数字微波)的大量利用(一对光缆可开通几千路电话)以及数字信号处理技术的发展(可将一路数字电话的数码率由64kb/s压缩到32kb/s甚至更低的数码率)，数字电话的带宽问题已不是主要问题了。
实验
在航海灯语系统中，灯语是一种通信手段，用灯光一明一暗的间歇做出长短不同的信号来传递信息。在古代，灯语对人们之间的交流起到很大的帮助。随着科技的发展，灯语已经通过计算机网络实现了灯光信号的自动发送、获取和识别。
实验名称：用手电筒传递信息。
实验目的：了解灯语的使用场景，理解数据编码的必要性。)
实验步骤：
a.两人一组，一人控制手电筒开关，按照莫尔斯码发送一组字母，另一人观察手电筒发出的光信号，记录数据，并使用莫尔斯码译出这组字母。
b.双方核对信息，多次重复实验。
c.通过分析实验数据，总结该方法传递信息的利弊，提出改进方法。
d.设计一套自己的灯语，用“密码”传送信息。
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，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。
感谢您的观看
单击此处编辑副标题1.2数据编码练习及答案
选择
模拟信号是指用（
）的物理量所表达的信息。
连续变化
不连续变化
间隔变化
离散时间变化
数字信号的大小常用有限位的（
）数表示
十进制
二进制
八进制
十六进制
人类或管风琴的声音产生的声波，属于（
）信号
模拟信号
数字信号
（多选）数字信号的优点是（
）
抗干扰能力强、无噪声积累。
便于存储、处理和交换。
便于加密处理。
占用信道频带较宽。
5、大写字母A的ASCII码值是65，字母D的ASCII码值是（?）
A．66
B．67
C．68
D．69
6、小明在电脑上保存了一张有
32
种颜色的图片，其颜色位深度是（
）位。
A．32
B．5
C．4
D．8
7、采集频率
22.05KHz
表示每秒钟采集（
）个样本。
A．220.5
B．2205
C．22050
D．220500
一张像素为512
400的8位图像占用（
）字节的存储空间。
A.1600
B．1654
C．200
D．254
采样频率为44.1
kHz、量化位数为8位的立体声，2秒声音所需字节数为（
）
A.176.KB
B．165.4KB
C．177KB
D．254KB
中文编码高字节的最高们是（
）
A.1
B.0
C.
1或0
二、填空
1.半角状态下输入的英文字母占
字节大小（1）
2.全角状态下输入的英文字母占
字节大小（2）
3.GB2312一共收录了
个汉字（6763）
4.程序设计
（属于、不属于）编码（属于）
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A
B
A
ABC
C
B
C
D
A
B(共31张PPT)
1.2数据编码
第二课时
复习
1、什么是模拟信号？它有哪些优点、缺点？
2、什么是数字信号？它有哪些优点、缺点？
有线电话、电台广播电视是通过什么信号传递信息？
数字电视、计算机网络是通过什么信号传递信息？
模拟信号与
数字信号
图像编码
文字编码
声音及视频编码
02
01
03
04
Contents
202X
目
录
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，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。
编码的基本方式
文
本
图形图像
音
频
视
频
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（单字节码）
1960年，香农创立了数字计算机的基本字符编码系统，简称ASCII码（美国标准信息交换码）。
文
本
图形图像
音
频
视
频
探究活动：ASCII码
073032076079086069032067072073078065033
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。
请相邻两位同学合作，完成以下任务：
请通过网络查询出ASCII码表
对照ASCII码表将数字转换成字符，将结果写入表格中
ASCII码表中包含了哪些字符？
一个字符需要几个二进制位表示？
将转换结果翻译成中文
设计一套编码系统，将中文编码成数字
ASCII
码
使用
7位二进制码对字符进行编码，
一共包含27=128个字符
用于表示英文字母、数字和符号
包含
：
大小写英文字母
52个
阿拉伯数字
10个
常用不可见控制符
33个
标点符号、运算符
33个
文
本
图形图像
音
频
视
频
思考：那么中文如何表示呢？
文
本
图形图像
音
频
视
频
2、国标码（双字节码）
1980
《信息交换用汉字编码字符集（GB2312）
收录了7445个字符6763个汉字
682个其他字符
编号127之前与ASCII码相同
编号127后用16位二进制数表示
包含了大部分常用汉字
1995
《汉字内码扩展方案》
GBK
收录了21886个字符
汉字区包含21003个字符
文
本
图形图像
音
频
视
频
2、国标码（双字节码）
文
本
图形图像
音
频
视
频
1、位图图像编码
文
本
图形图像
音
频
视
频
每个像素包含1种颜色信息
光栅点
（像素）
探究活动：图像的编码
下面是两个经典的游戏角色，请设计一种编码方式将他们编码。
（图二仅写出黄圈处2行编码即可）
文
本
图形图像
音
频
视
频
位图图像编码
每个像素只有黑、白两种可能性，所以用1代表黑色，0代表白色。整个图片有8×8个像素
11100111
11000011
10000001
00100100
00000000
11011011
10100101
01011010
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
文
本
图形图像
音
频
视
频
位图图像编码
每个像素颜色4可能性，整个图片有16×16个像素
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
3
3
3
2
2
3
2
0
0
0
0
0
颜色
十进制
二进制
0
00
1
01
2
10
3
11
00
00
00
00
00
01
01
01
01
01
00
00
00
00
00
00
00
00
00
00
01
01
01
01
01
01
01
01
01
00
00
00
00
00
00
00
11
11
11
10
10
11
10
00
00
00
00
00
文
本
图形图像
音
频
视
频
探究活动：图像的编码
下面是两个经典的游戏角色，请设计一种编码方式将他们编码。
（图二仅写出前3行的编码即可）
图1
图2
文
本
图形图像
音
频
视
频
文
本
图形图像
音
频
视
频
1位图像
8位图像
24位图像
每一像素
有黑白两种可选颜色
黑白像素分别映射1和0，每个1或0就是一个比特位bit
每一像素
有28=256种可选颜色
每一像素
有224种可选颜色
达到了人眼识别的极限
位图，最小单位为光栅点（或称像素），因而也叫作点阵图（或像素图）
文
本
图形图像
音
频
视
频
二进制与存储容量单位及其换算
位：在计算机二进制数系统中，每个0或1就是一个位（bit，数据存储的最小单位）
字节：8个位就称为一个字节（Byte，是数据存储容量的基本单位，简称B）
1KB=210
B=1024B
1MB=210KB=220B
1GB=210MB=230B
1TB=210GB=240B
文
本
图形图像
音
频
视
频
图形数据的大小
图像分辨率：16×16
图像量化位数：2位
一共有16×16个像素，每个像素2位，所以：包含了16×16×2=512位图形数据。
左图的图形数据大小为
16×16×2÷8=64字节
1字节（Byte）=8位（bit）
图形数据大小=图像分辨率×图像量化位数÷8
文
本
图形图像
音
频
视
频
01
02
03
04
文件头
文件类型、大小、位图起始位置等信息
共14字节
颜色信息
位图信息头
图像分辨率等信息
共40字节
图形数据
文件的大小=文件头+信息头+颜色表项+图像分辨率×图像量化位数÷8
位图文件大小
文
本
图形图像
音
频
视
频
位图文件的大小
图像分辨率：16×16
图像量化位数：2位
文件的大小=文件头+信息头+颜色表项+图像分辨率×图像量化位数÷8
=
14
+
40
+
2×4
+
16×16×2÷8
=
126
字节
练习：有一幅24位的位图图像，像素为1024
800。试确定其数据文件的大小
文
本
图形图像
音
频
视
频
采样
量化
编码
声音编码
文
本
图形图像
音
频
视
频
文
本
图形图像
音
频
视
频
1、采样
采样就是把输入的模拟信号按适当的时间间隔得到各个时刻的样本值，
使其转换为时间上离散、幅度上连续的脉冲信号。常用的采样频率有三种：44.1
kHz、22.05
kHz和11.025
kHz。
根据奈奎斯特（Harry?Nyquist，物理学家，1889—1976）采样定理，如果以一定时间间隔对某个信号f（t）
进行采样，并且采样频率高于该信号最高频率的两倍，则采样值包含了原信号的全部信息。
文
本
图形图像
音
频
视
频
2、量化
量化是把样值信号的无限多个可能的取值，近似地用有限个数的数值来表示。首先是将采样信号幅度划分为若干量化等级（国标声音量化等级分为256个，即28个），然后将采样后的信号幅度与所划分的各个量化等级进行比较，向下取最接近的量化等级的数值。
文
本
图形图像
音
频
视
频
3、编码
编码是将量化后的采样值用二进制数码表示，并转换为由二进制编码0和1组成的数字信号。模拟信号采样后可用8位二进制数表示，最高位表示符号，正数为0，
负数为1。
模拟量
26
45
48
40
14
编码
00011010
00101101
00110000
00101000
00001110
模拟量
-51
-100
-50
44
127
编码
10110011
11100100
10110010
00101100
01111111
模拟量
125
105
90
78
65
编码
01111101
01101001
01011010
01001110
01000001
声音信号的数据编码表
文
本
图形图像
音
频
视
频
编码时采用的二进制位数越多，数据量越大，占用的存储空间也越大。以声音信息为例，其存储空间遵循如下公式：
声音存储空间=采样频率×量化位数×声道数×时间÷8
【例】采样频率为44.1
kHz、量化位数为16位的立体声，1秒声音所需字节数为44.1×1000×16×2×1÷8=176.4（KB）。
编码后的信号可以实现无差错的数据传输。
数字信号的传送图
文
本
图形图像
音
频
视
频
探究
视频
声音
画面
声音的编码方式
图像
分解成多幅连续的静态图像
图像的编码方式
其实，程序设计简称编程，也属于编码。
感谢您的观看
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