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(共18張PPT)
1.2 數(shù)據(jù)編碼
1.2.1 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)
1.2.2 編碼的基本方式
第一章 數(shù)據(jù)與信息
1
2023/9/23 Saturday
文字編碼
圖像編碼
聲音編碼
本節(jié)內(nèi)容：
2
2023/9/23 Saturday
圖像編碼
02
2023/9/23 Saturday
3
矢量圖 采用直線和曲線描述的圖形，通過數(shù)學(xué)公式計(jì)算獲得
優(yōu)點(diǎn)：
1. 無論放大、縮小或旋轉(zhuǎn)等都不會(huì)失真
2. 文件的儲(chǔ)存空間較小
缺點(diǎn)：
1.難以表現(xiàn)色彩層次豐富的逼真圖像效果
位圖 也稱“點(diǎn)陣圖”或“像素圖”，最小單位為光柵點(diǎn)（或像素），當(dāng)放大圖像時(shí)，可以看到構(gòu)成整個(gè)圖像的無數(shù)個(gè)點(diǎn)。
優(yōu)點(diǎn)：
1.色彩層次豐富，圖像效果逼真
缺點(diǎn)
1. 放大會(huì)失真
2. 文件的儲(chǔ)存空間較大，位圖圖像常見格式：psd、bmp、jpg、gif
圖像編碼也稱圖像壓縮，是指在滿足一定保真度的條件下，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、編碼和壓縮，以較少比特?cái)?shù)表示圖像或圖像中所包含信息的技術(shù)。
圖像編碼
顏色
編碼
0
1
黑白2種顏色
分辨率：8×7
21=2
在計(jì)算機(jī)二進(jìn)制數(shù)系統(tǒng)中，每個(gè)0或者1就是一個(gè)位（bit）。
黑白圖像用1位二進(jìn)制數(shù)表示1個(gè)像素的信息，稱為1位圖像，每一個(gè)像素有2種可選顏色（黑、白）。
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0
0 1 1 1 1 1 0
0 1 0 1 0 1 0
0 1 0 1 0 1 0
0 1 1 1 1 1 0
0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
二進(jìn)制編碼
位圖圖像編碼
2023/9/23 Saturday
5
顏色
編碼
4種顏色
分辨率：8×7
22=4
用2位二進(jìn)制數(shù)表示1個(gè)像素的信息，稱為2位圖像。
00 00 00 00 00 00 00
00 00 00 11 00 00 00
00 01 01 11 01 01 00
00 10 00 11 00 10 00
00 10 00 11 00 10 00
00 01 01 11 01 01 00
00 00 00 11 00 00 00
00 00 00 00 00 00 00
二進(jìn)制編碼
00 01 10 11
位圖圖像編碼
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顏色
編碼
8種顏色
分辨率：8×7
23=8
用3位二進(jìn)制數(shù)表示1個(gè)像素的信息，稱為3位圖像。
000 000 000 000 000 000 000
000 000 000 001 000 000 000
000 010 010 001 011 011 000
000 110 000 111 000 100 000
000 110 000 111 000 100 000
000 110 101 001 101 100 000
000 000 000 001 000 000 000
000 000 000 000 000 000 000
二進(jìn)制編碼
000 100 110 001
010 011 111 101
位圖圖像編碼
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如圖所示，由16種不同的顏色組成，需要_4_位二進(jìn)數(shù)表示一個(gè)像素的信息，被稱為4位圖像。
24=16
4
位圖圖像編碼
2023/9/23 Saturday
8
9
位圖圖像編碼
2色圖像 4色圖像 8色圖像 16色圖像 256色圖像 16777216色圖像 2N色圖像
21=2 22=4 23=8 24=16 28=256 224=16777216
1位圖像 2位圖像 3位圖像 4位圖像 8位圖像 24位圖像 2N位圖像
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位圖儲(chǔ)存空間
位圖圖像存儲(chǔ)空間（Byte）=圖像分辨率X圖像量化位數(shù)（bit）÷8
圖像分辨率=水平方向的像素?cái)?shù)X垂直方向的像素?cái)?shù)
問：一幅分辨率為1024*768的256色位圖大小是多少？
256色圖像 28=256
8位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)像素的顏色信息，稱為8位圖像。
1024 * 768 * 8÷8 = 786432Byte
單位轉(zhuǎn)換：
1GB(吉字節(jié))=1024MB(兆字節(jié))
1MB = 1024KB（千字節(jié)）1KB=1024B(字節(jié))
1B=8b（位）
B=Byte
b=bit
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位圖文件儲(chǔ)存空間
文件大小（Byte）=文件頭（Byte）+信息頭（Byte）+顏色表項(xiàng)（Byte）+位圖圖像存儲(chǔ)空間（Byte）
位圖圖像存儲(chǔ)空間（Byte）=圖像分辨率X圖像量化位數(shù)（bit）÷8
文件頭：包含文件類型、大小和位圖起始位置等信息，共14個(gè)字節(jié)
位圖信息頭：用于說明位圖的尺寸等信息，占40個(gè)字節(jié)
顏色信息：用于說明位圖中的顏色，有若干個(gè)表項(xiàng)，每一項(xiàng)定義一種顏色。當(dāng)圖像量化位數(shù)為1、4、8時(shí)，分別有2、16、256種顏色，每個(gè)顏色表項(xiàng)占4個(gè)字節(jié)；當(dāng)圖像量化位數(shù)為24時(shí)，沒有顏色表項(xiàng)。
問：一幅分辨率為1024*768的256色位圖，文件大小是多少？
14+40+256*4+1024 * 768 * 8÷8 =787510 Byte
2023/9/23 Saturday
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位圖圖像編碼
2023/9/23 Saturday
聲音編碼
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2023/9/23 Saturday
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聲音編碼
采樣：
把輸入的模擬信號(hào)按適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔（通常為1秒）得到各個(gè)時(shí)刻的樣本值。
采樣頻率：
每秒采樣的次數(shù) CD的采樣頻率：44.1KHz
單位：Hz 每秒采集：44100次
常用的采樣頻率有三種：44.1 kHz、22.05 kHz和11.025 kHz。
采樣頻率達(dá)到多少情況下，采樣值包含原信號(hào)的全部信息？
根據(jù)奈奎斯特（Harry Nyquist，物理學(xué)家，1889—1976）采樣定理，如果以一定時(shí)間間隔對(duì)某個(gè)信號(hào)f（t） 進(jìn)行采樣，并且采樣頻率高于該模擬信號(hào)最高頻率的兩倍，則采樣值包含了原信號(hào)的全部信息。模擬信號(hào)的最高頻率是指信號(hào)中最高頻率的分量,通常用赫茲(Hz)表示。
每秒1次，8個(gè)采樣點(diǎn)
每秒2次，16個(gè)采樣點(diǎn)
采樣頻率越高，采樣點(diǎn)數(shù)越多，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)越多，所得到的離散幅值的數(shù)據(jù)點(diǎn)就越逼近于模擬信號(hào)波形。
采樣間隔
最高頻率： xHz
采樣頻率2xHzz
時(shí)間t
0s
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
8s
幅度y
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聲音編碼
量化：
把樣值信號(hào)的無限多個(gè)可能的取值，近似地用有限個(gè)數(shù)的數(shù)值來表示。首先是將采樣信號(hào)幅度劃分為若干量化等級(jí)（國標(biāo)聲音量化等級(jí)分為256個(gè)，即28個(gè)），然后將采樣后的信號(hào)幅度與所劃分的各個(gè)量化等級(jí)進(jìn)行比較，向下取最接近的量化等級(jí)的數(shù)值。
量化位數(shù)：
存一個(gè)采樣點(diǎn)樣值所用的二進(jìn)制位位數(shù)
23=8 量化位數(shù)為3時(shí)，量化等級(jí)為8
時(shí)間t
0s
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
8s
幅度y
6
7
4
3
2
5
1
8
9
10
4
6
5
10
7
4
3
1
0
1
2
3
4
5
6
量化等級(jí)越高，量化取值越精確，聲音音質(zhì)越還原
2023/9/23 Saturday
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量化值 4 6 5 10 7 4 3 1
二進(jìn)制 100 110 101 1010 111 100 011 001
8位編碼 00000100 00000110 00000101 00001010 00000111 00000100 00000011 00000001
. . . . . . . . . . 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1
. . . . . . . . . .
傳送方向
編碼：
是將量化后的采樣值用二進(jìn)制數(shù)碼表示，并轉(zhuǎn)換為由二進(jìn)制編碼0和1組成的數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)采樣后可用8位二進(jìn)制數(shù)表示，最高位表示符號(hào)，正數(shù)為0， 負(fù)數(shù)為1。
聲音編碼
01
07
04
03
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聲音存儲(chǔ)空間
聲音存儲(chǔ)空間（Byte）=采樣頻率（Hz）×量化位數(shù)（bit）×聲道數(shù)×?xí)r間（s）÷8
聲道數(shù)：一次采樣所記錄產(chǎn)生的聲音波形個(gè)數(shù)，分為單聲道和雙聲道。
問：采樣頻率為44.1kHz、量化位數(shù)為16的立體聲，1秒聲音所需字節(jié)數(shù)為
44.1×1000 ×16 ×2 × 1÷8 = 176400B
176400B=176400÷1024=172.27KB
2023/9/23 Saturday
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感謝各位的觀看
2023/9/23 Saturday
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