3.1数据编码

1.掌握按照取值特征可将信号分模拟信号和数字信号。2.掌握从模拟数据到数字数据，要经过采样、量化、编码三个过程。3.理解二进制的基本原理。4.掌握二进制、八进制、十六进制和十进制之间的相互转换；Python中数制之间的转换与运用。5.了解编码：ASCII编码和unicode码编码。市民在办理市民卡时，一般要到指定地点办理录入信息、拍照等手续。想一想，在办理市民卡的流程中，管理系统都收集了哪些数据？生活中还有哪些数据可以采集以及如何采集？请尝试分析这些问题，并将相关内容填入表3.1.1。表现形式实例采集该数据的设备文本姓名、家庭住址、性别，手机号键盘，手写输入，语音输入数字年龄，身高、体重、肺活量，血压、身份证号键盘、各种数字化采集仪、手写输入图像照片手机、相机、摄像头、扫描仪声音讲话的声音、音乐、其他声音手机，录音机（录音笔），话筒视频监控视频手机、摄像机、摄像头课堂导入模拟信号，类似的还有温度、压强、电压等。模拟信号的值是随时间滑。模拟信号的值称为模拟数据。模拟信号与数字信号1按照取值特征可将信号分为_____________、__________________模拟信号数字信号数字信号随时间的变化是非连续的，数字信号可以有模拟信号转换得来。数字信号的值即数字数据，直接用计算机所能理解的二进制表示。模拟信号与数字信号1第一步采样。在时间轴上按照一定的时间间隔取一系列时刻，得到每个时刻对应的声波信号的振幅值。2声音的数字化过程在横轴上按一定的时间间隔，从信号中取一个瞬时值，这个过程称为采样。录音设备在1秒内对声音信号的采样次数称为采样频率，如果1秒内采样44100次，则采样频率是44100Hz，即44.1kHz。常用的CD音质的采样频率就是44.1kHz。采样频率第二步量化。将第一步所得的振幅瞬时值往最接近的整数取整。2声音的数字化过程将信号波形的纵轴划分为若干区间，落到某一区间的采样点按四舍五入的规则取整选值，这个过程称为量化。第三步编码。量化得到的整数，要转换为二进制数，并把它们用一定的格式存储起来，有些还要按照一定的算法进行压缩处理后存储为文件，这个过程称为量化。2声音的数字化过程（将样本值用二进制表示的过程称为编码。）填写教科书中的表3.1.2，完成简单的进制转换。学生活动时刻12345678910十进制1234322233二进制数值0010100111000110100100100110112、从模拟数据到数字数据，要经过______________________三个过程。1、按照取值特征可将信号分为_____________、_______________。模拟信号数字信号【知识要点】采样、量化、编码采样是时间的离散化数字化。量化是赋值的离散化数字化。编码是数据的格式与文件化。一段时长1分钟的双声道立体声的无压缩音频的采样频率为44.1Kz、量化位数为16位，其占用的存储空间是多少MB?(精确到0.1)参考答案：44.1*1000*16*2*60=84672000(位，比特)=10584000(B,字节)≈10.1MB【课后练习：】声音存储空间=采样频率×量化位数×声道数×时间÷8【玩】活动1卡片组合游戏计算机存储数据的最小单位是二进制位，用比特（bit）表示。1比特能表示两种（21）状态（即0和1）；2比特能表示00、01、10、11四种（22）状态；3比特能表示八种（23）状态；1字节能表示28（256）种状态。计算机存储数据的基本单位是字节（Byte,简写为B）,8比特为一个字节。字节单位太小，常用的存储单位有KB,MB,GB等。1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB递进倍数是210=1024一、数值型数据(非负整数)的编码【学】比特，字节，文件大小的单位计算机中的数制数制数码基数基本计数规则二进制0，12逢二进一八进制0，1，2，3，4，5，6，78逢八进一十进制0，1，2，3，4，5，6，7，8，910逢十进一十六进制0，1，……，8，9，A，B，C，D，E，F16逢十六进一二进制转换成十进制10010（2）=0×20+1×21+×0×22×0×23×1×24=18（10）在二进制数中，每一个数字在不同的位置上具有不同的权值，各位上的权值是基数2的若干次幂。比如二进制10010，5个位置上的权值从右往左可以表示为20，21，22，23，24，将二进制数转换为十进制时，只要将该二进制数的每个位置上的数字与其对应位置的权值相乘，然后求和即可，即按权展开求和法。任意进制都有这样类似的规律3210)10(10210010110920193210)16(162161631632FDDF把R（R为不小于2的整数)进制整数转换为十进制整数，使用上面的“按权展开求和法”即可。练习：108110245618280878120713210)8(【做】在Python中，可使用函数int(num,R)，这里num要使用(常数两端加上引号)int('11011010',2)#将二进制整数11011010转换为十进制218#返回结果为十进制整数int('2071',8)#将八进制整数2071转换为十进制1081#返回结果为十进制整数int('FF',16)#将十六进制整数FF转换为十进制255#返回结果为十进制整数课堂活动在Python中实现各进制数转十进制数整数部分：除2取余法例：29(10)=()(2)11101291473122222……1……00……1……1……1（高位）（低位）29101616……13……1（高位）（低位）29(10)=()(16)1d【悟】293088……5……3（高位）（低位）余数29(10)=()(8)29十进制非负数转换成R进制数（R≥2）采用“除R取余法”。【学】在Python中，可使用函数bin(num)，oct(num)，hex(num)，将十进制整数num分别转换为二、八、十六进制，这里num为整数bin(29)#将十进制整数29转换为二进制'0b11101'#返回结果为字符串，oct(29)#将十进制整数29转换为八进制'0o35'#返回结果为字符串，hex(29)#将十进制整数29转换为十六进制'0x1d'#返回结果为字符串，课堂活动二、文本型数据(字符)的编码【做】活动2查看数据的编码在Python中，通过ord()函数查看字符的编码ord('1')#显示字符“1”的编码值49ord('A')#显示字符“A”的编码值65ord('男')#显示字符“男”的编码值30007chr(30007)#显示编码值为30007的字符'男'bin(65)#将十进制数65转换为二进制数0b1000001chr(0b1000001)#将编码值转换为对应的字符‘A’【学】ASCII码二、文本型数据(字符)的编码【学】Unicode码汉字编码之国家标准：（1）GB2312—1980字符集共收录6763个汉字（2）GBK字符集，兼容GB2312—1980标准，收入21003个汉字（3）GB18030—2000字符集，包含GBK字符集和CJK统一汉字扩充A的汉字，共计27533个汉字；（4）GB18030—2005字符集，在GB18030—2000的基础上，增加了CJK统一汉字扩充B的汉字及其他汉字，共计70244个汉字。Unicode字符集，是全球可以共享的编码字符集，涵盖了世界上主要文字的字符，其中包括简繁体汉字，共计74686个汉字。如汉字“男”的Unicode编码为30007（十进制），用十六进制表示为7537，用二进制表示为0111010100110111。在Python中，函数ord()返回的是字符的Unicode码值，函数chr()返回Unicode码对应的字符。二、文本型数据(字符)的编码【做】在Python中输出自己的姓名，但表达式中不得直接出现这些汉字chr(24352)+chr(39134)'张飞'#返回“张飞”二、文本型数据(字符)的编码1.理解二进制的基本原理；2.掌握二进制、八进制、十六进制和十进制之间的相互转换；3.Python中数制之间的转换与运用。4.了解编码：ASCII编码和unicode码编码。小结：函数bin(num)，oct(num)，hex(num)，将十进制整数num分别转换为二、八、十六进制，这里num为整数函数ord()返回的是字符的Unicode码值，函数chr()返回Unicode码对应的字符。ord()函数查看字符的编码函数int(num,R)，这里num要使用(常数两端加上引号)1.请将8进制数2071转换为10进制数。参考答案：2071(8)=180+781+082+283=10812.完成教材83页第1题。巩固练习10110100(2)=()(10)3D(16)=()(10)255(10)=()(16)100(10)=()(2)E2(16)=()(2)11100101(2)=()(16)18061FF110010011100010E5