資源簡介

(共44張PPT)
粵教版普通高中教科書
信息技術 必修2
1.2 數據編碼
靈璧縣第二中學 王鳳龍
回顧-數據的二進制特征
在計算機中，數據是以二進制的形式存儲、加工和傳輸的
文本、數字、圖形
圖像、視頻、音頻
編碼
0、1
數據
二進制
文字編碼
圖像編碼
聲音編碼
數據編碼就是將各種類型的數據轉換為二進制0和1的過程
解碼
回顧-數據的二進制特征
在計算機中，數據是以二進制的形式存儲、加工和傳輸的
文本、數字、圖形
圖像、視頻、音頻
編碼
0、1
數據
二進制
解碼
二進制
編碼
解碼
圖像數據
二進制
存儲器
數據編碼、解碼示意圖
圖像數據
存
取
學習內容
模擬信號
模擬信號是指用連續變化的物理量所表達的信息。如聲音信號、圖像信號、電信號等。
常見的模擬信號
濕度
溫度
光照度
聲音
電壓
圖像
模擬信號示意圖
時間
值
時間和取值都是連續的
模擬信號
模擬信號是指用連續變化的物理量所表達的信息。如聲音信號、圖像信號、電信號等。
優點：直觀且容易實現
缺點：易受干擾、保密性差
應用：有線電話、無線廣播電視等
聲波
常見的模擬信號
溫度
濕度
光照度
聲音
電壓
圖像
數字信號
數字信號是離散時間信號的數字化表示。在計算機中，數字信號的大小常用有限位的二進制數表示。
模擬信號
數字信號
時間
值
時間和取值都是連續的
數字信號
數字信號是離散時間信號的數字化表示。在計算機中，數字信號的大小常用有限位的二進制數表示。
時間
值
時間和取值都是離散的
0
147
10010010
采樣
量化
編碼
模擬信號轉為數字信號的過程
優點：抗干擾能力強、傳輸距離長、質量高
便于存儲、加密和糾錯，具有較強的保密性和可靠性
缺點：需要專門的模數和數模轉換器
應用：計算機、移動終端、網絡傳輸等
數字信號如何傳遞？
電信號
高電平
低電平
光源亮
光源暗
高頻率
低頻率
光信號
無線信號
無線電波
學習內容
先學習
數據大小的表示與單位換算
10101011
00101011
01001101
1個二進制數稱為1個位(bit)，位是最小的數據單位。
8個二進制位稱為1個字節(Byte)，字節是最基本的數據單位。
24bit
3Byte
“右擊”→“屬性”可查看文件數據的大小
KB、MB、GB……
數據大小的表示與單位換算
單位 換算關系 備注
b（bit）位 最小單位
B（Byte）字節 1B = 8b 最基本單位
KB 千字節 1KB = 210B = 1024B
MB 兆字節 1MB = 210KB = 1024KB
GB 吉字節 1GB = 210MB = 1024MB
TB 太字節 1TB = 210GB = 1024GB
PB、EB…… 更多單位均以1024即210為最基本進率 計算機中常見的數據存儲單位與換算關系
數據大小的表示與單位換算
10101011
00101011
01001101
1個二進制數稱為1個位(bit)，位是最小的數據單位。
8個二進制位稱為1個字節(Byte)，字節是最基本的數據單位。
24bit
3Byte
b
B
KB
MB
GB
TB
……
1024(210)
8
簡易換算關系表（抄寫）
數據單位練習
A. 位bit
B. 字節Byte
C. 千字節KB
D. 兆字節MB
1、在計算機中，數據存儲的基本單位是 ( )
B
A. 8，8
B. 1024，1024
C. 8，1000
D. 8，1024
2、在計算機中，1字節= ( )位，1GB = ( )MB
A. 100
B. 128
C. 500
D. 512
3、若一張圖片的大小約為4MB，則一個2GB的U盤理論上可以保存這樣的圖片大概( ) 張
C
D
探討二進制位數與其可表示不同二進制數之間的關系
位數 可表示的不同二進制數 個數
1 0、1 2
2 00、01、10、11 4
3 000、001、010、011 100、101、110、111 8
n ……
高中數學選擇性必修三第六章 計數原理
2×2×2×……×2
n
2n
n個二進制位數可以表示2n個不同二進制數
000、001、010、011
100、101、110、111
00、01、10、11
0、1
2
4
8
……
？
探討二進制位數與其可表示不同二進制數之間的關系
2個二進制位
可表示
4個二進制數
可對應
4個字母、漢字、顏色等
二進制 表示字母 表示漢字 表示顏色
00 A 趙 紅■
01 B 錢 黃■
10 C 孫 藍■
11 D 李 綠■
思考：若想要表示52個大小寫英文字母，則至少需要多少個二進制位
2n≥52 → n=6
2個二進制位
4個二進制數
4個字母、漢字、顏色等
可表示
可對應
二進制 表示字母 表示漢字 表示顏色
00 A 趙 紅■
01 B 錢 黃■
10 C 孫 藍■
11 D 李 綠■
恭喜你，你已掌握文字編碼和圖像編碼的核心
使用一定位數的二進制數來表示文字和顏色
探討二進制位數與其可表示不同二進制數之間的關系
① 文字編碼
美國信息交換標準代碼（ASCII碼）、國標碼（GBK）、統一碼/萬國碼（Unicode）
英文字母
阿拉伯數字
常見符號
ASCII碼所有文字
中文漢字、符號
世界各國文字符號
UTF-8、UTF-16、UTF32
ASCII碼
ASCII碼是美國信息交換標準代碼，用8位二進制位 (1個字節) 碼為所有的英文字母（大小寫52個）、阿拉伯數字（10個）和常用的不可見控制符（33個）以及標點符號、運算符號等（33個）共計128個文字符號建立了轉換碼，將符號轉換為“0”和“1”構成的編碼。
我使用9位二進制表示字符，其中“10000001”代表字母“A”……
用戶B
我使用7位二進制表示字符，其中“0010001”代表字母“A”……
用戶A
計算機
我懵了，我亂碼了
28=256
表1-3 ASCII碼表
高四位
低四位
英文字母A的二進制編碼為01000001，轉換為十進制數是65。
英文字母d的二進制編碼是01100001，轉換為十進制數是97。
(01000001)2 = 1×20 + 1×26
= 1 + 64 = (65)10
(01100100)2 = 1×22 + 1×25 + 1×26
= 4 + 32 + 64 = (97)10
01100100
97
國標碼
由于ASCII碼只包含英文、數字和一些控制符號，并不能表示漢字，因此，我國設計了用于處理漢字的簡體中文的GB碼和用于繁體中文的BIG5碼（大五碼）。
1980年發布的《信息交換用漢字編碼字符集》（GB 2312）一共收錄了7445個字符，包括6763個漢字和682個其他符號。GB 2312主要分為兩部分：編號127之前的符號跟ASCII碼所表示的意義相同，使用單個字節表示；編號127之后的符號包含了幾乎所有的簡體中文字，統一使用兩個字節表示。并且為了區分中文字符和ASCII碼字符，規定了中文編碼高字節的最高位不為0。
010000010100100111010110110100001011100111111010
A
I
中
國
漢字字符集編碼查詢鏈接：https://www./bianma/zifuji.php
去答題
216=65536
粵教版普通高中教科書
信息技術 必修2
1.2 數據編碼（第二課時）
靈璧縣第二中學 王鳳龍
圖像編碼
矢量圖 位圖
組成 利用數學公式生成的點、線、多邊形等幾何元素 若干像素點
優點 放大不會失真、文件體積較小 色彩豐富、細節豐富、效果逼真、應用廣泛
缺點 顏色不豐富、色彩不細膩、 只能處理簡單圖像、不適合表現真實細節 放大到一定程度會失真，文件體積較大
應用場景 插圖、logo、圖標、標志等 照片、海報、網絡圖片等大多數場景
矢量圖
圖片失真
位圖
位圖圖像編碼
放大若干倍
位圖圖像放大到一定程度后會失真
位圖圖像有若干橫縱排列的像素組成，每個像素有著唯一的顏色。因此只要將每個像素的顏色值對應一個二進制數即可完成位圖圖像的編碼。
00
01
10
11
位圖圖像大小計算
2、圖像量化位數（圖像深度）
圖像中每個像素點記錄顏色所用二進制數的位數
（量化位數越多，可使用的顏色越多，色彩越豐富）
1、分辨率
圖像水平方向的像素數×圖像垂直方向的像素數
（分辨率越高，包含的像素越多，圖像越清晰）
2量化位數 = 顏色個數
1位 = 2色
8位 = 256色
24位 = 16777216色
分辨率 = 8 × 8
拓展：RGB色彩模式
RGB色彩模式是工業界的一種顏色標準，是通過對紅（R）、綠（G）、藍（B）三種顏色的不同比例相互疊加從而形成各種顏色。
00000000~11111111
00000000~11111111
00000000~11111111
24位二進制
十進制范圍：0~255
R
G
B
8位二進制
RGB(160，32，240)
101000000010000011110000
#A020F0
紫
111111111111111100000000
RGB(255，255，0)
#FFFF00
黃
在電腦“畫圖”軟件中可體驗RGB配色
RGB色彩模式的二進制表示
位圖圖像大小計算
圖像分辨率×圖像量化位數÷8 (B)
問：若右側圖片的量化位數為24位，則該圖片所占用的空間大小是多少？
分辨率
量化位數
8 × 8 × 24 ÷ 8 = 192(B)
位圖圖像大小計算
圖像分辨率×圖像量化位數÷8 (B)
問：一副1024×768像素、16位色的圖像所占用存儲容量是 ( ) MB
A. 0.8
A. 1.5
A. 2.4
A. 3.7
1MB = 1024KB
1KB = 1024B
解：圖像大小
= 1024×768×16/8 (B)
= 1024×768×16÷8÷1024(KB)
= 1024×768×16÷8÷1024÷1024(MB)
= 1.5MB
B
拓展：視頻編碼
視頻畫面是由以一定的速度連續播放的一組靜態圖像形成的，這些靜態圖像被稱為幀。當連續的圖像變化超過24幀/s時，根據視覺暫留原理，就會形成比較流暢的視頻畫面了。因此視頻數據的編碼就可以看做多張圖像的編碼。
視頻文件大小 = 單張圖像大小 × 總張數
分辨率 × 量化位數 × 幀速率 × 時間(s) ÷ 8 (B)
聲音編碼
采樣
時間t
幅度y
量化
編碼
聲音模擬信號
1、采樣
采樣就是把輸入的模擬信號按適當的時間間隔得到各個時刻的樣本值，對其進行離散化提取。其中每秒內對聲音信號的采樣次數稱為采樣頻率，單位是赫茲 (Hz)，采樣頻率越高，聲音還原度越高，音質就就越好。
奈奎斯特采樣定理：如果以一定時間間隔對某個信號進行采樣，并且采樣頻率高于該信號最高頻率的兩倍，則采樣值包含了原信號的全部信息。
44.1 kHz、22.05 kHz和11.025 kHz
每秒采集44100次
常用
人的聲音頻率是約為85Hz~1100H
2、量化
量化是把樣值信號的無限多個可能的取值，近似地用有限個數的數值來表示。首先是將采樣信號幅度劃分為若干量化等級，然后將采樣后的信號幅度與所劃分的各個量化等級進行比較，向下取最接近的量化等級的數值。
量化位數：是指每個采樣點值的二進制位數。量化位數越多，量化等級越多，量化值就會越接近采樣值，聲音的準確性和保真度就越好。
如量化位數=4，則分為24即16個等級，而量化位數=8，則分為28即256個等級。
3、編碼
編碼是將量化后的采樣值用二進制數碼表示，并轉換為由二進制編碼0和1組成的數字信號。模擬信號采樣后可用8位二進制數表示，最高位表示符號，正數為0，負數為1。
計算機→“程序員”模式
聲音信號的數據編碼
聲音大小計算
采樣頻率(Hz)×量化位數×聲道數×時間(s)÷8 (B)
音頻處理軟件GoldWave
左聲道
右聲道
問：采樣頻率為44.1 kHz、量化位數為16位的立體聲，1秒聲音所需字節數為？
= 44.1×1000×16×2×1÷8
= 176400(B)
解：聲音大小
總結
總結
單位 換算關系 備注
b（bit）位 最小單位
B（Byte）字節 1B = 8b 最基本單位
KB 千字節 1KB = 210B = 1024B
MB 兆字節 1MB = 210KB = 1024KB
GB 吉字節 1GB = 210MB = 1024MB
TB 太字節 1TB = 210GB = 1024GB
PB、EB…… 更多單位均以1024即210為最基本進率 計算機中常見的數據存儲單位與換算關系
真題練習（1/2)
A. 數字信號
B. 模擬信號
C. 聲音信號
D. 溫度信號
1、使用二進制0和1表示的信號是 ( )
A
A. 10
B. 100
C. 1000
D. 1024
2、在計算機中，1KB= ( )B
A. “a”
B. “9”
C. “學”
D. “+”
3、ASCII碼表中不包含以下哪個字符 ( )
C
C
真題練習（2/2)
A. 1
B. 2
C. 4
D. 8
4、國標碼(GB2312)中規定，一個漢字是由 ( ) 個字節組成
B
A. 8
B. 64
C. 128
D. 256
5、若圖像的量化位數是8，則表示該圖像最多可使用的顏色數量是 ( ) 種
A. 采樣、量化和編碼
B. 量化、采樣和編碼
C. 編碼、采樣和量化
6、聲音數字化的的三個步驟按順序是 ( )
D
A
拓展
為什么我們購買U盤的標注容量總比電腦實際顯示的容量要小？
8GB
16GB
≈7.45GB
≈14.9GB
購買的標注容量
電腦實際顯示的容量
主要原因：制造商和計算機系統的計算方式不一樣
制造商：16GB = 16× 1000 × 1000 × 1000 B = 16000000000B
計算機：16000000000B ÷ 1024 ÷ 1024 ÷ 1024 ≈ 14.90GB
1GB = 1024 MB
1MB = 1024KB
1KB = 1024B
作業
利用思維導圖軟件整理本節課知識
第一章 數據與信息
電信號傳輸
0 → 燈滅
1 → 燈亮
15引腳
led燈
（發光二極管）
≈5V
≈0V
光信號傳輸
光纖的傳輸原理——光的全反射
無線電波傳輸
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