高中信息技术人教版(2019)必修1---1.2数字化与编码.pptx
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1.2数字化与编码,学习目标,1.了解数字化的意义和作用,体验数字技术对日常学习、生活的重要影响。
2.理解并掌握数据编码的基本方式,熟练掌握二进制与十进制之间的相互转换。
3.能够合理选用数字化工具解决问题,感受数字化工具的优势。
体验探索,体验数字化生活信息技术的发展与普及为我们创造了一个全新的数字化生活环境。
例如,共享单车、在线购物、网络通信和远程医疗等,它们在给我们带来生活便利的同时,也在逐渐地改变着我们的生活方式。
举例说明在日常生活和学习中自己经常使用哪些数字化工具,体验探索,信息技术的发展与普及为我们创造了一个全新的数字化生活环境。
例如,共享单车、在线购物、网络通信和远程医疗等,它们在给我们带来生活便利的同时,也在逐渐地改变着我们的生活方式。
思考:
1.从使用方式、应用工具、时间效率和操作流程等方面对实体超市购物和在线购物、个人单车和共享单车、书信交流和网络交流等进行比较,分别说出它们的异同。
2.举例说明在日常生活和学习中自已经常使用哪些数字化工具,分析它们如何改变自己的生活与学习方式。
体验探索,数字化及其作用,在自然环境中,人们可以感知各种各样的信息。
例如,水流速度快慢、环境温度变化、空气污染状况等。
这些信息可以通过连续的状态表示出来,也可以通过离散的状态表示出来。
例如,水银体温计是通过水银连续移动的状态来表示体温信息的;数字体温计以离散的状态给出体温信息。
模拟信号和数字信号一般来说,通信系统中有两种主要的信息传输形式:
一种是模拟信号,其信号波形可以表示为时间的连续函数,如图(a)所示;另一种是数字信号,它在取值上是离散的、不连续的,例如以“0”和“1”来表示二进制数字信号,如图(b)所示。
模拟信号和数字信号虽然是两种不同形式的信号,但它们在传输过程中是可以相互转换的。
数字化及其作用,无论是有线相连的电话,还是无线发送的广播电视等,都是通过模拟信号来传递的,数字化及其作用,数字信号:
离散时间信号的数字化表示。
例如:
开关电路中输出电压和电流脉冲就是数字信号。
数字化及其作用,思考活动:
录像带中视频的数字化查找资料,指出将录像带中的视频转换为计算机中存储和处理的视频文件的工具与方法有哪些。
数字化及其作用,数字化数字化是将复杂多样的事物属性或特征转化为计算机可处理对象的过程。
这些信息被数字化后可以更方便地在数字设备中存储、处理和传输。
数字化让人们的生活、学习和工作变得更加便捷。
数字化及其作用,我们生活在数字世界,阅读拓展数字图书馆,数字化的应用当今,社会中复杂多样的信息也可以用数字化形式表达。
例如,网络商城的卖家需要通过数字化方式来呈现商品信息:
商品的说明书、商品的外观图片、商品的操作视频等。
借助数字化设备我们可以方便地获取身边事物的相关数据。
例如,借助温度传感装置可以方便地采集空气温度的数据。
通过网络还可以实现物物相连,并能把所获取的数据进行及时的处理和应用。
可以说,信息技术的广泛应用已把整个世界变成了一个数字世界。
数字化及其作用,二进制与数制转换,二进制的基数为2,两个基本数码是0和1;采用逢二进一的进位规则,例如1+1=10;不同的数位对应不同的权值,权值用基数的幂表示。
由于计算机中的操作需要通过二进制来实现,因此计算机中的数值计算就需要将十进制数转换成二进制数。
十进制整数转换为二进制数可采用除2反向取余法,即将十进制整数除以2,得到商数和余数,用商数再除以2,依此类推直到商数为0为止,将每次得到的余数按照逆序排列,即为换算的二进制数的结果。
二进制与数制转换,110011,1001010,二进制基本规则:
基数为2,两个数码是0和1逢二进一,如1+1=10不同的数位对应不同的权值,权值用基数的幂表示。
二进制与数制转换,二进制与数制转换,十进制转二进制:
除2取余倒序法,即将十进制整数除以2,得到商数和余数,用商数再除以2,依此类推直到商数为0为止,将每次得到的余数按照逆序排列,即为换算的二进制数的结果。
例1:
将十进制数19转换成二进制数,(19)10=(10011)2,二进制转十进制:
按权展开求和法即将二进制数的每一位数码乘以这位的权值后求和。
例2:
将二进制数10011转换成十进制数,(10011)2=124+023+022+121+120=16+0+0+2+1=(19)10,其他进制的规则在计算机科学中,除了使用二进制外,人们还经常使用八进制和十六进制。
其基本规则如下:
R进制的基数就是R,通常在数的右下角标明,遵循“逢R进一”原则。
八进制数和十六进制数还可以分别用O和H表示。
八进制的基数为8,逢八进一,1位八进制数可以用3位二进制数表示。
十六进制的基数为16,逢十六进一,1位十六进制数可以用4位二进制数表示。
十进制整数转换成R进制数采用“除R取余倒序法”。
R进制数转换成十进制数采用“按权展开求和法”。
例3:
(226)8=()2,10010110,例4:
(10010110)2=()8,226,例5:
(12C)16=()2,100101100,例6:
(100101100)2=()16,12C,数据编码,通过数据编码,人们可以方便地存储、检索和使用数据。
生活中有许多数据编码的实例,例如居民身份证号码、车辆的车牌号、电影院的座位号等。
计算机作为数据处理的一种工具,无论处理的是字符、图像、声音,还是其他形式的内容,都需要转换成二进制形式的编码,这样才能够处理。
数据编码,字符是人与计算机交互过程中不可或缺的重要内容,它是多种文字和符号的总称,由于计算机只识别0和1,因此在处理各种字符时,就需要将字符转换为计算机可以识别的二进制数据。
字符编码,字符编码,字符编码:
ASCII编码(美国信息交换标准码),计算机中存储一个“0”或“1”占用1个二进制位(bit),8个二进制位组成1字节(byte),ASCI编码用1字节表示英文字母、数字和常见字符。
在GB18030-2005中,大部分常用汉字采用2字节编码。
字符编码,表1.2.1计算机中常见的存储单位与换算关系,3.数据编码,声音编码声波的振幅反映了声音响度的强弱,声波的频率反映了声音音调的高低。
应用计算机处理声音时,需要将声波的模拟信号转换为数字信号,也就是声音的数字化,编码是其中重要的一步。
通常,声音数字化的基本方法是按照一定的时间间隔采集声波的振幅,并将其转换为二进制数序列,即通过采样、量化和编码来实现。
声音编码,声音是人们用来表达和传递信息的一种重要方式,从物理学上看,声音是一种波。
声波的振幅反映了声音响度的强弱,声波的频率反映了声音音调的高低。
应用计算机处理声音时,需要将声波的模拟信号转换为数字信号,也就是声音的数字化,编码是其中重要的一步。
通常,声音数字化的基本方法是按照一定的时间间隔采集声波的振幅,并将其转换为二进制数序列,即通过采样、量化和编码来实现。
采样采样是以相等的时间间隔来测得声音模拟信号的模拟量值,对其进行离散化提取,如下图所示。
采样频率指每秒声音被测量的次数,以Hz(赫兹)为单位。
例如,高保真音乐采样频率一般为44.1kHz,即44100次/s。
声音编码,量化对于采样所获得的量值,要进行分级量化,就是将采样值变换到最接近的数字值,即用有限个数的数值近似地表示原来连续变化的值。
图1.2.8中共有16个量化级别(015),因此每个量化值可以用4位二进制数表示。
量化位数越多,量化值就会越接近采样值,音频的精度就越高。
如果对一段音乐用256个量化级别进行量化,则每个量化值可以用8位二进制数表示。
声音编码,编码通过采样和量化,将一个连续的波形转换成由一系列二进制数表示的数据,形成二进制编码。
表1.2.2是对图1.2.8中的量化值用4位二进制数表示的记录。
声音编码,音频所占的存储容量取决于采样频率、量化位数、声道数和时长,其计算公式为:
音频所占的存储容量=采样频率量化位数声道数时长/8,例7:
一首时长为100s的双声道音乐,采样频率为44.kHz,量化位数为16,计算该音乐的音频所占的存储容量。
解析:
音频所占的存储容量=44100162100/8=17640000B17640000/1024/102417MB,声音编码,WA格式:
是声音经过数字化后的文件格式。
这种格式记录了经过离散化的声音波形数据。
其优点是与原声基本一致,声音质量较高;缺点是文件相对较大。
MP3格式:
是一种通过有损压缩存储声音的文件格式。
其原理是去除了人耳不敏感的高频部分声音,特点是声音失真较小,文件较小。
AMR格式:
主要用于移动设备的音频压缩,压缩比例较大,相对其他的压缩格式质量较差。
该格式传输量较小,实时性较强,因此多用于语音通话。
APE格式:
是一种无损压缩格式,以更精炼的记录方式来缩减体积,还原后数据可与原始数据保持一致,但压缩比例通常较小。
常见的音频文件格式,一幅图像可以看作由许多彩色或各种级别灰度的点组成的,这些点按横纵进行排列,被称为像素,如下图所示。
图像中每个像素的颜色值都用一个或多个二进制位来存储。
图像编码,图像所占的存储容量=水平像素数垂直像素数颜色深度/8,例1:
图像尺寸为9072像素,颜色深度为1,计算该图像所占的存储容量。
图像所占的存储容量=90721/8=810B,例2:
图像尺寸为9072像素,颜色深度为24位,计算该图像所占的存储容量。
图像所占的存储容量=907224/8=19440B19440/102419KB,图像编码,常见的彩色图像颜色深度有8位、16位、24位和32位等,颜色深度为n,能表示的颜色就有2n种。
一般来说,颜色深度越大,图像的色彩就越丰富,图像占用的存储空间也就越大。
高质量的BMP图像数据量很大,占用存储空间较大,所以常用图像压缩技术来减少图像的数据量,提高图像的网络传输速度和效率。
图像编码,视频画面是由以一定的速度连续播放的一组静态图像形成的,这些静态图像被称为帧。
当连续的图像变化超过24帧/s时,根据视觉暂留原理,就会形成比较流畅的视频画面了。
常见的视频文件格式有A、WMV和MP4等。
视频编码,通过智能手机、平板计算机和数字摄像机等设备可以直接录制数字视频。
此外,通过视频采集卡的输入端口可以采集模拟视频信号,对其进行数字化处理后,就可生成数字视频文件,很多信息,尤其是图像、音频和视频等类型的信息,经过数字化后生成的数据量较大,包含了许多冗余信息。
例如,一幅图像中的建筑背景、蓝天和绿地,其中许多像素信息是相同的;一段视频的相邻帧之间,除了运动物体有少许变化外,其他静止的像素信息也都是重复的。
因此,在不损失有用信息的前提下,可以按照一定的编码规则对数据进行重新组合,以去除数据冗余。
数据压缩的目的,是使文件更少地占用存储空间和缩短传输时间。
常用的压缩方法分为无损压缩和有损压缩。
数据压缩:
数据压缩:
有损压缩:
指在压缩过程中会损失一定的信息,压缩后的数据无法还原成压缩前的样子。
无损压缩:
可以完全复原至压缩前的状态,常用的无损压缩算法有zip压缩算法和7z压缩算法等。
压缩后所生成的文件称为压缩包,可能只有原来文件的几分之一,甚至更小。
压缩包中的数据可以用压缩软件还原,即恢复到原始状态,这个过程称为解压缩。
相对于无损压缩,有损压缩指在压缩过程中会损失一定的信息,压缩后的数据无法还原成压缩前的样子。
例如,音频、图像和视频数字化后存在很多冗余信息,而损失些冗余信息并不影响视听效果,因此有损压缩被广泛应用于音频、图像和视频文件。
常见的有损压缩格式有MP3(音频数据压缩格式)、JPEG(图像数据压缩格式)和MPEG(视频数据压缩格式)等。
数据压缩:
课堂小结:
数字化与编码,
(1)了解常见的音频文件格式。
(2)了解常用的图像文件格式。
课后练习,1.文件夹中存放了三个文件。
一个文件是存放了3万个汉字的纯文本文件(编码方案为GB18030-2005);另一个文件是尺寸为1024768像素、颜色深度为24位的BMP格式的社团徽章图像;还有一个文件是一首时长2min的WAV格式的校歌,采样频率是44.1kHz,量化位数为16位,双声道。
如果想把这三个文件通过电子邮件一并发送(假设邮件附件总容量不能超出20MB),分别计算这三个文件的大小,并且判断它们能否一次性发送成功。
2.学校档常室里有很多相纸照片资料,有些照片已泛黄。
如何将这些资料存储到计算机中?
试说出具体的方法。
保存后,若要对图像文件中泛黄的部分进行修复,有什么好的方法?
课后拓展,谢谢,
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