信息技术-第一章数据与信息广东教育出版社

第一章：数据与信息广东教育出版社目录1.1数据及其特征1.2数据编码1.3信息及其特征数据及其特征1.1.1数据数据是现实世界客观事物的符号记录，是信息的载体，是计算机加工的对象在计算机科学中，数据是对所有输入计算机并被计算机识别、存储和处理的符号的总称，是联系现实世界和计算机世界的途径。即现实世界的各种符号，包括图形、图像、视频、音频、文本（文字、数字、数值、字符）等数值性和非数值性符号，都可以被计算机转化为二进制数（如“180”在计算机中表示为10110100），进行各种逻辑运算，处理成有意义的数据；然后将计算机运算的二进制数转换成现实世界的视、听、触等各种感觉的信息1.1.1数据在大数据时代，数据不仅是信息的载体，也是人们提取信息，做出决策的重要依据，成为人们认识和理解现实世界客观事物的重要资源。1.1.2数据的基本特征二进制语义性分散性多样性与感知性数据编码1.2.1模拟信号与数字信号模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息，其信号的幅度，频率或相位随时间作连续变化，如声音信号，图形信号，模拟信号的波形可以是简单的，也可以是复杂的模拟信号模拟信号是传导能量的一种方式，例如声波通过空气等介质来向远处传送能量，在传播的过程中，能量会不断被损耗而逐渐衰减。无论是有限相连的电话，还是无线发送的广播电视，都是通过模拟信号来传递信息的1.2.1模拟信号与数字信号数字信号是离散时间信号的数字化表示，其信号的自变量、因变量都是离散的数字信号在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示。尽管基于数字信号的数据通信才出现几十年，DNA因其抵抗电路本身干扰和环境干扰的能力强且数字信号有利于存储、加密与纠错，从而具有较强的保密性和可靠性。因此在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，覆盖的范围越来越广。文字（字符）编码是效率相对较低的编码方式，有单字节码和双字节码两种。其中ACSII码、莫尔斯码属于单字节码，国际码（GBK）、统一码（Unicode）属于双字节码。（1）ACSII码1960年，香农创立了数字计算机的基本字符编码系统，简称ASCII码，用7位二进制码为所有的英文字母（大小写52个）、阿拉伯数字（10个）和常用的的不可见控制符（33个）以及标点符号、运算符号（33个）建立了转换码，第一次将符号转换为“0”和“1”构成的编码。（2）国标码由于ASCII码只包含英文、数字和一些控制符号，并不能表示汉字，因此，我国设计了用于处理汉字的简体中文的GB码和用于繁体中文的BIG5码（大五码）1.2.2编码的基本方式图像编码图像编码是指在满足一定保真度的条件下，对图像数据进行交换、编码和压缩，以较少比特数表示图像或图像中所包含的信息的技术。（1）位图图像编码位图，最小单位为光栅点（或称像素），因而也叫作点阵图（或像素图）。位图采用位映射存储格式，即将每一个像素映射为一个数据，存放在以字节为单位的矩阵中。图像编码（2）位图文件大小在计算机二进制数系统中，每个0或1就是一个位（bit），8位就称为一个字节（Byte）。黑白图像，每一个像素有2种可选颜色（黑、白），称为1位图像。图10包含的图形数据为32x2÷8=8个字节16色图像，每一个像素有16种可选颜色，称为4位图像（2^4=16）；256色图像称为8为图像(2^8=256)；24位图像的可选颜色更丰富，为2^24种。实际上，一个位图文件除了包含图形数据，还包括文件头、位图信息头、颜色信息、图形数据等几部分。图像编码（2）位图文件大小实际上，一个位图文件除了包含图形数据，还包括文件头、位图信息头、颜色信息、图形数据等几部分。①文件头：包含文件的类型、大小和位图起始位置等信息，共14个字节。②位图信息头：用于说明位图的尺寸等信息，占40个字节。③颜色信息：用于说明位图中的颜色，有若干个表项，每一个表项定义一种颜色。图像量化位数为1、4、8时，分别有2、16、256种颜色，每个颜色表项占4个字节；当图像量化位数为24时，没有颜色表项。④图形数据：记录位图的每一个像素值，记录顺序按从左到右、从下岛上的方向扫描。图像编码（2）位图文件大小一般地，位图文件所占用的空间，可按下面公式计算：文件的大小=文件头+信息头+颜色表项+图像分辨率X图像量化位数÷8其中，图像分辨率=图像X方向的像素数X图像Y方向的像素数。图像量化位数，也叫图像深度，是指图像中每个像素点记录颜色所用二进制数的位数，如8个字节的灰度图像和索引图像的颜色数为256种。声音编码对声音进行数据编码，必须金钩前期的数据采样和数据量化。（1）采样。采样就是把输入的模拟信号按适当的时间间隔得到各个时刻的样本值，使其转换为时间上离散、幅度上连续的脉冲信号。根据奈奎斯特采样定理，如果以一定时间间隔对某个信号F(t)进行采样，并且采样频率高于该信号最高频率的两倍，则采样值包含的原信号的全部信息，如图1-11所示：声音编码对于音频信号，常用的采样频率有三种：44.1KHz、22.05KHz和11.025KHz。（2）量化。量化是把样值信号的无限多个可能的取值，近似地用有限个数的数值来表示。首先将采样信号幅度划分为若干量化等级（国标声音量化等级分为256个），然后将采样后的信号幅度与所划分的各个量化等级进行比较，向下取最接近的量化等级的数值。如图1-12：声音编码（3）编码。编码是将量化后的采样值用二进制数码表示，并转换为由二进制编码0和1组成的数字信号。模拟信号采样后可用8位二进制数表示，最高位表示符号，正数为0，负数为1.例如，采样值48的二进制编码为00110000，-100的二进制编码为11100100，如图1-14所示：声音编码编码时采用的二进制位数越多，数据量越大，占用的存储空间也越大。以声音编码为例，其存储空间遵循如下公式：声音存储空间=采样频率X量化位数X声道数X时间÷8例如，采样频率为44.1KHz、量化位数为16位的立体声，1秒声音所需字节为44.1X1000X16X2X1÷8=176.4KB编码后的信号可以实现无差错的数据传输，如图1-13所示。实际上，不仅文字、图像、声音等类型的数据可以被编码，视频等数据也都可以被编码成数据文件。程序设计，简称编程，也属于编码，是运用程序设计语言，实现人机交互，提高计算机应用效率，为实现操作程序化要求所进行的编码。总之，编码是数据存储及其表现的基础，也是人们认识世界的基础。信息及其特征1.3.1信息信息是经过加工处理的、具有意义的数据。信息是对客观世界中各种事物的运动状态和变化的反应，是客观事物之间相互联系和相互作用的表征。人们通过获得、识别自然现象和人类社会的不同信息来区别不同事物，得以认识和改造世界1.3.2信息的基本特征01普遍性传递性共享性1.3.2信息的基本特征04真伪性人们接收到的信息，并不都是对事物的真实反映。信息的真伪性是需要鉴别的。依附性和可处理性时效性价值相对性本章知识框架总结