資源簡介

(共37張PPT)
3.1數據編碼
121%
0
Learning Objectives
學習目標
01
02
03
04
了解數據采集的基本方法
了解文本數據的編碼
掌握二進制與其他進制的轉換
理解數據編碼的意義與作用
在辦理身份證的流程中,管理系統都收集了哪些數據？
該數據如何進行采集？
思考：
模擬信號
數字信號
采集信息
存儲數據
1
模擬信號與數字信號
Analog Signal and Digital Signal
模擬信號與數字信號
A
信號
按取值特征
用傳感器直接獲得的信號
如聲音、溫度、壓強。
用連續變化的物理量來表示信息。值隨時間連續變化，波形光滑
01
模擬信號
模擬信號與數字信號
A
信號
按取值特征
02
可由模擬信號轉換得來
是離散變化的，波形如臺階，
數字信號的值即數字數據
直接用計算機所能理解的二進制（0、1）表示
數字信號
分析、比較模擬信號與數字信號在通信應用中的優劣
名稱 優點 缺點
模擬信號 1.信息密度高 2.容易實現 1.抗干擾能力差
2.保密性差
數字信號 1.抗干擾能力強 2.保密性強 3.便于存儲、加密、糾錯 1.技術要求高
2.模數轉換可能帶來量化誤差
數字化：將文字、圖像、聲音、視頻等數據轉換成手機或計算機中可以
保存、處理、傳輸、發布的對象即數字化過程。
模擬信號的數字化
模擬數據
數字數據
①采樣 ②量化 ③編碼
第一步：采樣
時間
振幅
模擬信號的數字化——以音頻為例
第一步：采樣
時間
振幅
采樣頻率=時間間隔的倒數
常用的CD音質的采樣頻率是44.1kHz，也就是把1秒的時間分成44100等份，
平衡點
模擬信號的數字化——以音頻為例
模擬信號的數字化——以音頻為例
第二步：量化
時間
振幅
將所得的振幅瞬時值往最接近的整數（四舍五入）取整。
將量化的整數二進制數值表示的過程
模擬信號的數字化——以音頻為例
第三步：編碼
樣本序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
量化值 （十進制） 1 2 3 4 3 2 2 2 3 3
二進制編碼
001 010 011 100 011 010 010 010 011 011
2
數制轉換
數制轉換
二進制(Binary)
數碼：每位上可能的基本數字。
0、1
基數：每位上可能的數碼個數2。
位權：每位上的1所表示的數值大小。
從右向左依次是：20、21、22、23 ···
規則：逢二進一（1+1=10）
1 0 1 1
23 22 21 20
10010（2）
0b10010
0B10010
(10010)b
數制轉換
十進制(Decimal)
數碼：每位上可能的基本數字。
基數：每位上可能的數碼個數10。
位權：每位上的1所表示的數值大小。
從右向左依次是：100、101、102、103 ···
規則：
0、1、2、3、4、5、6、7、8、9
逢十進一（1+9=10）
100（10）
0d100
0D100
數制轉換
八進制(octal)
數碼：每位上可能的基本數字。
基數：每位上可能的數碼個數8。
位權：每位上的1所表示的數值大小。
從右向左依次是：80、81、82、83 ···
規則：
0、1、2、3、4、5、6、7
逢八進一（1+7=10）
23（8）
0o23
0O23
數制轉換
十六進制(Hexadecimal)
數碼：每位上可能的基本數字。
基數：每位上可能的數碼個數16。
位權：每位上的1所表示的數值大小。
從右向左依次是：160、161、162、163 ···
規則：
0~9、A、B、C、D、E、F
逢十六進一（1+F=16）
1E（16）
0x1E
0X1E
進制轉換方法：8421法
95%
20%
數制轉換
十進制轉二進制：
2
2
2
2
2
18
9
4
2
1
0
十進制轉二進制：
例：十進制18→二進制數
0
1
0
0
1
低位
高位
余數
18(10) = 10010(2)
除2反向取余法
將十進制轉換成R進制（R>=2），采用除R取余法；
短除法
18(10) = (8)
18(10) = (16)
22
12
數制轉換
二進制轉十進制：
例：二進制10010
十進制數
( 1 0 0 1 0)2
24
23
22
21
20
= 0×20+1×21+0×22+0×23+1×24
= 0+2+0+0+16=18
按權展開求和：：數字與對應權值相乘的和；
22（8）= （10）
10010（2）=18（10）
12（16）= （10）
數制轉換
小練習
11100(2) = ( )(10)
3D(16) = ( )(10)
29(10) = ( )(16)
100(10) = ( )(8)
E2(16) = ( )(2)
11100101(2) = ( )(16)
28
61
1D
144
11100010
E5
int（“ ”，R）
將R進制轉十進制
十進制轉換
二進制用bin()函數
八進制用oct()函數
十六進制用hex()函數
數制轉換函數
程序體驗
bin( ) 轉二進制 0b前綴
oct( ) 轉八進制 0o前綴
hex( ) 轉十六進制 0x前綴
dec 代表十進制
注：結果顯示均為字符串
hex(0o100)
bin(0x100)
oct(0b100)
bin(100)
oct(100)
hex(100)
int(num,R) :將R進制的整數num轉十進制，
這里num要使用字符型(常數兩端加上引號)
也可直接在給num帶上前綴計算
int('11011010',2)
int('2071',8)
int('FF',16)
int(0b11011010)
int(0o2071)
int(0xff)
二八數制轉換
18(10) = 10010(2)
18(10) = 22(8)
010 010
2 2
二進制轉八進制：從右往左，3位一組，不夠補0
123（8）= （2）
1010011
二與十六進制轉換
18(10) = 10010(2)
0001 0010
1 2
二進制轉十六進制：從右往左，4位一組，不夠補0
18(10) = 12(16)
（110110111）2=（ ）16
1B7
二進制單位與范圍
比特（bit），計算機中存儲數據的最小單位。1比特表示兩種狀態，0或1。21
2比特表示四種狀態，00、01、10、11。22種狀態
3比特八種狀態，000、001、010、011、100、101、110、111。即23
8比特=1字節，計算機存儲數據的基本單位（Byte,簡寫B），1字節二進制數表示28(256)
n比特 表示2n種狀態。
單位換算關系
存儲單位 換算關系
B（byte），字節 1B = 8b（bit，位）
KB（kilobyte），千字節 １KB = 210B = 1024B
MB（megabyte），兆字節 1MB = 210KB = 1024 KB
GB（gigabyte），吉字節 1GB =210MB = 1024MB
字節單位太小，常用的存儲單位有KB,MB,GB等。
更高的還有TB太字節、PB拍字節、EB艾字節
5.3GB=（ ）B=（ ）b
Wave格式音頻文件的存儲容量計算公式：
存儲容量(位)=采樣頻率(Hz) X 量化位數(bit) X 聲道數 X 時長(s)
在GoldWave軟件中錄制了一段10分鐘的Wave格式音頻，狀態信息如圖所示：
請計算該音頻的存儲容量。
存儲容量（bit）=44100*16*2*10*60 （bit）
存儲容量（B） =44100*16*2*10*60/8 （B）
聲音的編碼
聲音文件大小的計算
一段時長1分鐘，采樣頻率為44.1KHz，量化位數為16位，雙聲道立體聲的無壓縮音頻，其占用的存儲空間是 MB (精確到0.1)
聲音文件大?。▎挝唬築,字節）
= 時長(秒) * 采樣頻率(Hz) * 量化位數 * 聲道數 / 8
= 60 * 44.1 * 1000 * 16 * 2 / 8
= 10584000B
≈ 10335.9KB
≈ 10.1MB
一幅圖像可以看作有許多彩色或各種級別灰度的點組成的，這些點按橫縱進行排列，被稱為像素
圖像的編碼
①圖像采樣：單位長度內像素的個數（分辨率）
②圖像量化：確定色塊的精度（顏色深度）
③圖像編碼：每一個像素色塊對應的二進制編碼
通常，圖像所占的存儲容量的計算公式為：
圖像所占的存儲容量（bit）：水平像素數 x 垂直像素數 x 顏色深度
例如：圖像尺寸為90 x 72像素，顏色深度為1，計算該圖像所占的存儲容量B
圖像所占的存儲容量=90 x 72 x 1 /8=810B
圖像的編碼
圖像所占的存儲容量（B）：水平像素數 x 垂直像素數 x 顏色深度/8
3
文本數據的編碼
Text Encoding of the data
Python文本的編碼——ASCII碼
字符串就是文本，可以是字母、數字、下劃線。
用7位或8位二進制，數表示一個字符，集中定義大小寫英文字母，標點符號和數字等符號和字符，27共128個,28可存放256個.
計算機內部用一個字節來存放一個字符，最高位用0表示。
“A”→
1
0
1
0
0
0
0
0
“65”→
1、筆記：（閱讀、課堂學習、面試、演講、研討會、會議記錄等，需記錄要點時）接收訊息時，用思維導圖作記錄，將要點以詞語形式記下，把相關的想法用線連上加以組織，方便記憶。使用思維導圖的好處是無論信息表達的次序如何，都能放在適當的位置上，在畫思維導圖的過程中，還可以幫助了解和總結信息及想法。
2、復習：（預備考試、預備演說……需加深記憶時）將已知的資料或想法從記憶中以思維導圖畫出來，或將以往畫的思維導圖重復再畫出，能加深記憶，思維導圖也能幫助組織想法，令想法更清楚。
3、小組學習：（頭腦風暴、小組討論、家庭或小組計劃……需共同思考時）
小組共同創作思維導圖。首先由各人自己畫出自己的想法，然后將各人的思維導圖合并并討論，決定哪些較為重要，再加入新想法，最后重組成為一個共同的思維導圖。在這個過程中，每個組員的意見都被考慮，提升了團隊歸屬感及合作。共同思考時，也可產生更多創意和有用的想法，最后的思維導圖是小組共同的結晶，各組員有共同的方向和結論。
4、創作：（寫作、學科研習、水平思維、新計劃……需創新時）
首先將所有環繞主題的想法都寫下來，包括新的、不可能發生的，不用理會對或錯。然后再將想法組織合并，重新畫出思維導圖，不要將不可能的劃去，讓大腦放松，這時候創意可能產生，然后將思維導圖改寫。在這個過程中，思維導圖幫助我們將大量的想法聯系起來，產生新的想法，而且中心目標十分清楚。
5、選擇：（決定個人行動、團體議決、設定先后次序、解決問題……需做出決定時）
當有多個想法要求我們去選擇并做出決定時，思維導圖可以幫助我們更全面更清晰地明白這個問題。首先將需要考慮的因素、目標、限制、后果及其它可行性用思維導圖畫出來，再將所有因素以重要程度或喜惡加權，最后嘗試做出決定。
6、展示：（演講、教學、推銷、解說、報告書……需向別人說出自己的想法時）
當我們需要向別人講解自己的想法時，思維導圖可以協助我們在預備時清楚自己的構思，令我們的演說更具組織性，更容易記憶。在演說時利用思維導圖可令聽眾容易明白，不用閱讀長篇大論的文字，演說者也不用將預備好的句字讀出來，讓演說更能配合聽眾的需要，增加雙方的交流。如果有發問時，演說者可靈活地在思維導圖上擴張處理，不會迷失在其它思路上。
7、計劃：（個人計劃、行動計劃、研究計劃、問卷設計、寫作、預備會議……需行動前思考時） 當我們要進行計劃時，思維導圖可幫助我們將所有要留意的想法寫出來，再組織成清楚、具目標的計劃。設計思維導圖時，是環繞主題進行思考的，不會迷失方向，完成設計后很容易組織并寫出報告，別人閱讀計劃時也很容易了解計劃脈絡，容易跟進。
I→ASCII碼
Unicode碼→漢字的編碼
GB 2312-1980 字符集，收錄 6763 個漢字
GBK 字符集，兼容GB 2312-1980 標準，收錄21003個漢字
GB 18030-2005 字符集，收錄70244個漢字
GB 18030-2000 字符集，收錄27533個漢字
計算機要處理漢字，但一個漢字至少需要兩個字節，16位。
216（65526）種編碼。
在Python中，函數ord()返回的是字符的Unicode碼值，函數chr()返回Unicode碼對應的字符。
Unicode碼
【做】在Python中輸出自己的姓名，但表達式中不得直接出現這些漢字
二、文本型數據(字符)的編碼
通過ord()函數查看字符的編碼（十進制顯示）
通過chr()函數返回對應的字符
Python查看數據的編碼(實操)
課堂小結
121%
0
拜拜！

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