資源簡介

(共26張PPT)
數據編碼
課堂目標
了解各類數據采集的基本方法
能夠解釋文本、音頻等數據的編碼原理
理解數據編碼的意義和作用
任務一：認識智能公交系統中的數據
一、引入
活動1：辦理市民卡
辦理市民卡的過程中，管理系統都收集了哪些數據？
表現形式 實例 采集該類數據的設備
文本 姓名,家庭住址,性別（也可以用數字表示）、手機號 鍵盤
手寫輸入
語音輸入
數字 身高、體重、肺活量、血壓,年齡 鍵盤，各種數字化采集儀
手寫輸入
圖像 照片 手機，相機，攝像頭，掃描儀
聲音 聲音，語音，音樂 手機，錄音機（錄音筆），話筒（聲卡）
視頻 監控視頻 手機，攝像機，攝像頭
二、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
模擬信號
用傳感器直接獲得的信號一般為模擬信號，類似的還有溫度、壓強、電壓等。
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不是連續的，而是離散變化的，波形如臺階。
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來表示，這樣方便計算機對其進行處理。
數字信號
模擬信號如何轉換成數字信號？
把模擬信號的曲線“精確地”存儲到計算機中最容易想到的辦法，就是依次記下曲線中每個點的坐標。
但是，曲線中的點有無窮多個，我們卻只能記錄下有限的個點。怎么辦呢？
模擬信號轉換數字信號
每間隔一段時間取一個點間隔多少時間取一個點為好呢？1秒？0.1，0.01秒？通常，我們把這種從連續的時間中每間隔一個時間段抽取一個時刻點的操作稱為“采樣”。
模擬信號轉換數字信號--采樣
這個時間間隔的倒數稱為采樣頻率，單位是赫茲，即秒-1。顯然采樣頻率越高（時間間隔越短），聲音還原的效果自然就越真實。
模擬信號轉換數字信號—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，這種操作稱為量化。
量化得到的整數，當然要轉換為二進制數，并把它們用一定的格式存儲起來，有些還要按照一定的算法進行壓縮處理后存儲為文件，這個過程稱為編碼。
模擬信號轉換數字信號— 編碼
時刻 1 2 3 4 5
二進制數值 001 010 011 100 011
時刻 6 7 8 9 10
二進制數值 010 010 010 011 011
知識補充：比特，字節，文件大小的單位
計算機中數據的最小單位是二進制位，稱為比特(bit,簡寫為b)。
計算機存儲數據的基本單位是字節（Byte，簡寫為B），1B=8b
因為計算機內數據都是以二進制形式存儲的，所以文件大小的單位也是字節。但字節單位太小，常用的有KB,MB,GB等。
1KB=210B=1024B
1MB=210KB=220B=1,048,576B
1GB=210MB=220KB=230B=1,073,741,824B
遞進倍數是210=1024，因此民間把10月24日戲稱為“程序員節”。
數據量＝采樣頻率×量化位數×聲道數×時間（秒）
1.一段時長為1分鐘的雙聲道立體聲的無壓縮音頻（采樣頻率為44.1kHz，量化位數為16位），占用的存儲空間是多少MB（精確到0.1）？
2.一張CD光盤的容量大約為700MB，能容納多長時間的無壓縮雙聲道立體聲CD音頻（采樣頻率為44.1kHz，量化位數為16位）？
參考解答：
60*44.1*1000*16*2= 84672000（位，比特）= 10584000（B，字節）≈10.1MB
參考解答：
700/10.1≈69.3(分鐘)
練習
任務二：認識查看存儲在計算機中的數據
活動1：卡片組合游戲
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組。
把兩圖關聯起來看：
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.
三、二進制與數制轉換
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)，分別相當于十進制數的10~15?；居嫈狄巹t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
數制的這種規律，實現了任何一個整數只有一種表示法，而且任何一種表示法只表示一個整數，即整數與表示法之間是一一對應關系。
在Python中，可使用函數int(num,R)將R進制的整數num轉換為十進制，這里num要使用字符型(常數兩端加上引號)
>>> int('11011010',2) #將二進制整數11011010轉換為十進制
218 #返回結果為十進制整數
>>> int('2071',8) #將八進制整數2071轉換為十進制
1081 #返回結果為十進制整數
>>> int('FF',16) #將十六進制整數FF轉換為十進制
255 #返回結果為十進制整數
十進制整數轉換為其他進制數
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）。
1.仿照圖3.1.7，將十進制整數175轉換為16進制
練習
2.請將8進制數2071轉換為十進制。
在Python中，可使用函數bin(num)，oct(num)，hex(num)，將十進制整數num分別轉換為二、八、十六進制，這里num為整數
>>> bin(100) #將十進制整數100轉換為二進制
'0b1100100' #返回結果為字符串，前綴0b表示二進制
>>> oct(100) #將十進制整數100轉換為八進制
'0o144' #返回結果為字符串，前綴0o表示八進制
>>> hex(100) #將十進制整數100轉換為十六進制
'0x64' #返回結果為字符串，前綴0x表示十六進制
文本數據的編碼
文本數據是用來表示一定 意思的一系列字符， 包括字母、數字、標點符號、漢字等
文本數據的編碼通過對其中每一個字符進行編碼實現。用于文本數據字符編碼的方案有多種類型。其中ASCII碼和Unicode是最為典型的。
ASCII碼
ASCII碼使用7位或8位二進制數表示一個字符。標準ASCII碼字符集中定義了大小寫英文字母、標點符號和數字等字符和符號，共128個。
Unicode碼
Unicode是為了解決傳統字符編碼方案的局限性而產生的。
Unicode字符集，是全球可以共享的編碼字符集，涵蓋了世界上主要文字的字符，其中包括簡繁體漢字，共計74686個漢字。
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。
活動2 查看數據的編碼
>>> ord('1') #顯示字符“1”的編碼值
49
>>> ord('A') #顯示字符“A”的編碼值
65
>>> ord('男') #顯示字符“男”的編碼值
30007
>>> chr(30007) #顯示編碼值為30007的字符
'男'
在Python中，通過ord()函數查看字符的編碼
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
>>> chr(24352)+chr(39134)
'張飛' #返回“張飛”
練習
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