資源簡介

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3.1數據編碼——模擬數據的數字化及數制轉換
在當今信息時代，計算機已成為數據處理的主要工具。那么，數據是如何進入計算機中的？它們在計算機內部是如何儲存的？
3.1 數據編碼
——模擬數據的數字化及數制轉換
什么是編碼呢？
理解數據編碼是我們進一步學習數據加工與處理的重要基礎。
編碼是信息從一種形式或格式轉換為另一種形式或格式的過程。
信息技術中的編碼是指用預先規定的方法將文字、數字或其他對象編成可以存儲在計算機里的數值。
Eg：郵政編碼
電話區號
身份證號碼
摩斯密碼
10101010101010
11010111000111
活動
ACTIVITIES
回想一下，我們在開學辦理校園卡、胸卡時，都收集了哪些數據？如何采集的？
想一想 生活中還有哪些數據可以采集？如何采集？
表現形式 實例 采集該類型數據的設備 用什么軟件處理
文本 姓名、 鍵盤、
數字 年齡、
圖像
聲音 講話的聲音、
視頻 監控視頻、 攝像機、
錄像、
手寫輸入、
語音輸入、
鍵盤、
數字化采集儀、
手機、
相機、
掃描儀、
錄音機、
話筒、
攝像頭、
各類數據的處理不僅需要硬件支持，而且離不開軟件的支持
文字處理軟件、數據庫
電子表格、數據庫
美圖秀秀、PS
錄音機、CoolEdit
QQ影音、剪映、繪聲繪影
家庭住址、
身高、
肺活量、
照片
音樂、
活動
ACTIVITIES
以聲音為例進行數據編碼
輸入
10101010101010
11010111000111
11101011100011
11010101101101
模擬信號
數字信號
模擬信號與數字信號
按照取值特征，可以將信號分為模擬信號和數字信號。
用傳感器直接獲得的信號一般為模擬信號，如聲音、溫度、壓強等。模擬信號的值是隨時間連續變化的，波形光滑。模擬信號的值稱為模擬數據。
模擬信號與數字信號
按照取值特征，可以將信號分為模擬信號和數字信號。
數字信號隨時間的變化是非連續的。數字信號可以由模擬信號轉換得來，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表示，以方便計算機對其進行處理。
用傳感器直接獲得的信號一般為模擬信號，如聲音、溫度、壓強等。模擬信號的值是隨時間連續變化的，波形光滑。模擬信號的值稱為模擬數據。
數字信號隨時間的變化是非連續的。數字信號可以由模擬信號轉換得來，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表示，以方便計算機對其進行處理。
聲音的數字化
時間t
聲波的振幅
將語音模擬數據轉換為數字數據
聲波的振幅是反映波形從波峰到波谷壓力變化的物理量。音量與振幅成正比
第一步，采樣。在時間軸上按照一定的時間間隔取一系列時刻，得到每個時刻對應的聲波信號的瞬時振幅。如圖3.1.4所示，在橫軸上取n個時刻采集樣本，縱坐標Xn 即為每個樣本所對應的聲波振幅的離散值，當前n=10。
聲音的數字化
將語音模擬數據轉換為數字數據
第二步，量化。將第一步所得的振幅瞬時值往最接近的整數取整，每個樣本所對應的整數值即為縱坐標，在圖中標出這些整數值，如圖3.1.5所示。
在橫軸上按照一定的時間間隔信號中取一個瞬時值，這個過程稱為采樣。錄音設備在1秒內對聲音信號的采樣次數稱為采樣頻率，常用的CD音質的采樣頻率是44.1kHZ。在一定的時間內，采集的信號樣本越多，對縱軸的刻度劃分越細密，對信號波形的表示就越精確。
第二步，量化。將第一步所得的振幅瞬時值往最接近的整數取整，每個樣本所對應的整數值即為縱坐標，在圖中標出這些整數值，如圖3.1.5所示。
第三步，編碼。請參照邊欄中的“十進制與二進制對應表”將上一步標出的整數值用二進制數值表示，即可以得到一串二進制數，將結果填入表3.1.2。我們可以將這些二進制數值理解為該聲音信號的數字數據。
聲音的數字化
將語音模擬數據轉換為數字數據
將信號波形的縱軸劃分為若干個區間，落到某一區間的采樣點按四舍五入的規則取整選值，這個過程稱為量化。
十進制與二進制數對應表 十進制數 二進制數
1 001
2 010
3 011
4 100
1
2
聲音的數字化
將語音模擬數據轉換為數字數據
時刻 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
二進制數值 001
010
011
100
011
010
010
010
011
011
我們不能把連續的音頻信號存放在計算機中，必須將模擬聲音數據轉換為數字數據。將模擬聲音數據轉換為數字數據的這一過程，稱為聲音的數字化。通常先對模擬聲音信號按給定的時間間隔進行采樣，然后對采樣數據進行量化，最后將量化后的數據用計算機能夠存儲和處理的二進制數值表示，即編碼。
十進制與二進制數對應表 十進制數 二進制數
1 001
2 010
3 011
4 100
無論是數字、文字，還是聲音、視頻等，編碼后都以二進制的形式存儲在計算機中。
查看存儲在計算機中的數據
卡片組合游戲
16 8 4 2 1
查看存儲在計算機中的數據
二進制數01001所表示的數的含義就是
1*1+0*2+0*4+1*8+0*16=1*20+0*21+0*22+1*23+0*24=9
其中20，21，22，23，24，…，稱為二進制整數從右到左各位的權值，2是二進制數的基數。二進制數有且僅有2種不同的數字：0和1，基本計數規則是逢二進一，即1+1=10。
0 1 0 0 1
比如二進制數10100轉換為十進制數為多少呢？
答：20
二進制轉十進制（位權相加法）
在二進制數中，每一個數字在不同的位置上具有不同的權值，各位上的權值是基數2的若干次冪。比如二進制數10010，5個位置上的權值從右往左可以表示為：20、21、22、23、24。將二進制數轉換為十進制數時，只要將該二進制數的每個位置上的數字與其對應位置的權值相乘，然后求和即可。比如，
10010（2）=1×24+0×23+0×22+1×21+0×20=18。
比如十進制數21轉換為二進制數為多少呢？
答：10101
十進制轉二進制（除二取余法）（短除法）
把十進制非負整數轉換為二進制數，可使用短除法．即“除二取余”法。例如，把十進制整數18轉換為二進制數的過程如圖3.1.7所示，結果為18(10)=10010(2)。
0 0
…. ….
9 9
10 A
11 B
12 C
13 D
14 E
15 F
回頭看十進制數：
如2019(10)=9*100+1*101+0*102+2*103=2019，十進制數的基數是10，十進制整數從右到左各位的權值依次是100，101，102，103， ，十進制數有10種不同的數字：0,1，2， ,9，基本計數規則是逢十進一，即9+1=10。
同理，對于十六進制數來講，其基數是16，要有16種不同的數字，除了0，1，2， ，9，還需補充6個符號，一般用A~F(a~f），分別相當子十進制數的10~15。基本計數規則是逢十六進一，即F+1=10． 十六進制整數從右到左各位的權值依次是160，161，162，163，…。例如十六進制整數
2F3D(16)=D(13）*160+3*161+F(15)*162+2*163=12093
比如將十進制75轉換成十六進制
是多少呢？
答：4B
十六進制4A轉換成十進制是多少呢？
答：74
0 0
…. ….
9 9
10 A
11 B
12 C
13 D
14 E
15 F
一般地，十進制非負整數轉換成R進制數（R≥2）采用“除R取余法”，把R進制非負整數轉換成十進制數采用“按權展開求和法”。
四、總結
1、計算機內部存儲和處理采用______。
2、聲音的數字化過程是通過____、____、____來完成的。
3、二進制轉十進制所用的方法是________。
4、十進制非負整數轉換成R進制數（R≥2）采用 。
二進制
采樣 量化 編碼
位權相加法
除R取余法
課后作業：
今天我們以聲音為例學習了數據編碼的方式，也了解了計算機內部的存儲方式：二進制。
那么其他形式的數據：如文本數據，該如何編碼呢？
演示完畢，謝謝觀看

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