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1、3.1 数据编码,第三单元 认识数据博山实验中学电教中心制,通过前两个单元的学习，我们已经对数据及计算有了初步的了解，知道了简单的编程计算的方法。在此基础上，我们还需要进一步理解:数据是无处不在的，我们可以通过数据来把握对象、描述问题并以此为基础解决问题。 本单元我们将进一步认识数据， 了解数据编码的知识， 学会分析数据间的关系;形成数据安全的意识，掌握设置密码保护数据的方法;根据解决问题的 需要，选择合理的结构组织数据，让数据在系统中体现其价值。 对于信息时代的公民来说，学会发现并合理利用身边的数据解决实际问题，是应对生活、学习与工作的基本需要。,学习目标1、了解各类数据采集的基本方法2、能
2、够解释文本、音频等数据的编码原理3、理解数据编码的意义和作用,在当今信息时代，计算机已经成为数据处理的主要工具。那么，数据是如何进人计算机中的？它们在计算机内部是如何存储的？ 理解这些问题是将来进一步学习数据加工与处理的重要基础。本节我们将在解决问题的活动中，学习数据编码的基本知识，熟悉数据编码的思想和方法，认识数据编码的重要性。 智能公交系统是智慧城市的重要组成部分，它的应用提高了城市公交的运营效率，方便了人们的出行。在本节中，我们将围绕“智能公交系统中的数据采集”项目展开学习。通过该项目，我们可以进一步认识生活中存在不同类型的数据，了解数据采集和编码的一般方法，理解其基本原理，为应用数据解
3、决问题打基础。 本项目主要包含“认识智能公交系统中的数据”和“查看存储在计算机中的数据”两个任务。 许多城市开通了智能公交，使用市民卡可以方便出行。在办理市民卡的过程中，有很多数据需要采集与编码。,任务一认识智能公交系统中的数据 活动1办理市民卡 市民在办理市民卡时，一般要到指定地点办理录入信息、拍摄照片等手续。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？,模拟信号与数字信号,按照取值特征，可以将信号分为模拟信号和数字信号。用传感器直接获得的信号一般为模拟信号，如声音、温度、压强等。模拟信号:的值是随时间连续变化的，波形光滑。模拟信号的值称为模拟数据。以声音为例，通过话简的声音传感
4、器获得的声音信号取值情况如图3.1.1所示。,数字信号随时间的变化是非连续的，如图3.1.2所示。 数字信号可以由模拟信号转换得来，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，以方便计算机对其进行处理。,活动二 将语音模拟数据转换为数字数据,声波的振幅是反映波形从波峰到波谷压力变化的物理量。音量与振幅成正比。,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瞬时振幅值。如图3.1.4所示，在横轴上取n个时刻采集样本，纵坐标x即为每个样本所对应的卢波振幅的离散值，当前n=10。,在横轴上接一定的时间间隔从信号中取一个解时值，这个过程称为采样。录
5、骨设备在1秒内对声音信号的采样次敏称为采样频率，常用的CD音质的采样频率44.1KHz在一定的时间内，采集的信号祥本越划分越细密、对信号波形的表示就越精确。,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，每个样本所对应的整数值即为纵坐标，在图中标出这些整教值，如图3.1.5所示。,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接四合五入的规则取整选值，这个过程称为量化,第三步，编码。请参照边栏中的“十进制与二进制数对应表”将上一步标出的整教值用二进制数值表示，即可得到一串二进制教，将结果填入表3.1.2。我们可以将这些二进制数值理解为该声音信号的数字数据。 小组合作完成下列表
6、格,声音的数字化,我们不能把连续的音频信号存放在计算机中，必须将模拟声音数据转换为数字数据。将模拟声音数据转换为数字数据的这一过程，称为声音的数字化。通常先对模拟声音信号按给定的时间间隔进行采样，然后对采样数据进行量化，最后将量化后的数据用计算机能够存储和处理的二进制数值表示，即编码。 任务二 查看存储在计算机中的数据活动1卡片组合游戏 无论是数字、文字，还是声音、视频等，编码后都以二进制的形式存储在计算机中。我们可以通过下面这个有趣的游戏了解二进制。 如图3.1.6(a)所示，桌面上摆放了5张卡片，将卡片正面的点数用十进制效表示，从右到左分别为1、2、4、8、16。现在翻动3张卡片，使其反面
7、朝上，如图3.1.6(b)所示，这时卡片正面的点数和为1+8=9。 若我们将所有卡片的正面读为1，将卡片的反面读为0，则得出十进制数9对应的二进制数就是01001。,认识二进制,计算机只识别0、1两个代码,两种状态容易实现,二进制与数制转换,计算机外部的各种形式的数据经过编码后,都以二进制数的形式存储在计算机中。二进制数中只有0和1两个数字符号，其计数特点是“逢二进一”。即1+1=10。计算机中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(2 )状态(即0或1)，2比特可以表示:00、01、10、11四种(4)状态，3比特可表示八种(8 )状态.。计算机存储数据的基本单
8、位是字节( Byte，简写为B)，8比特构成1字节，1字节二进制数可表示2*8 (256 )种状态。 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。比如二进制数10010，5个位置上的权值从右往左可以表示为: 2*0、2*1、2*2、2*3、2*4。将二进制数转换为十进制数时，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。比如，10010(2)=1 x2*4+0 x 2*3+0 x2*2+1 x2*1+0 x2*0=18,把十进制非负整数转换为二进制数，可使用短除法，即“除二取余”法。例如，把十进制整数18转换为二进制数的过程如
9、图3.1.7所示，结果为18(10) =10010 (2)。,由于二进制数位数较多，书写不便，故常改用十六进制数表示。我国古代曾经在重量单位上便用过十六进制，如规定16两为1斤。十六进制需要使用16个不同的基本数字，除了阿拉伯数字0到9外，一般用字母A到F (或af)依次表示后续数字(相当于+进制数中的1015)。十六进制的基本计数规则是“逢十六进1”，即F+1=10。 一般地，十进制非负整数转换成R进制数(R2)采用“除R取余法”，把R进制非负整数转换成十进制数采用“按权展开求和法”。,活动2 查看数据的编码,Python语言中的“ord”是将字符转换为对应存储编码的函数，编码值以十进制教形
10、式显示; “chr”是将端码值转换为对应字符的函数； “bin”是将一个十进制教转换为对应二选制数的函数。,文本数据的编码,文本数据是用来表示-定意思的一-系列字符，包括字母、数字、标点符号、汉字等。 文本数据的编码通过对其中每- -个字符进行编码实现。用于文本数据字符编码的方案有多种类型，其中ASCI码和IUnicode是最为典型的两种编码方案。 1. ASCII码 ASCII码( American Standard Code for Information Interchange,美国信息交换标准码)用7位(标准ASCII码)或8位(扩展ASCII码)二进制数表示一个字符。标准ASCII码
11、字符集中定义了大小写英文字母、标点符号和数字等字符和符号，共128个。计算机内部用一个字节来存放一个ASCI码字符，最高位用0表示。例如，“A” 的ASCII码为1000001,即65。常用的ASCII码如表3.1.3所示。,中国：GB 23121980GBKGB 180302000GB 180302005 共计70244个汉字,用7位或8位表示一个字符，大小写英文字母、标点符号和数字等共128个,2. Unicode码,Unicode（统一码、万国码、单一码）是计算机科学领域里的一项业界标准，包括字符集、编码方案等。 它为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码，以满足跨语言、跨平
12、台进行文本转换、处理的要求。 Unicode是为了解决传统字符编码方案的局限性而产生的。例如，它可以用两个字节来表示一一个符号，这样就有2l6 ( 65536)种不同的二进制编码，能表示很多国家的常用字。目前，Unicode还 可以用更多字节来对字符进行编码。为了简化ASCII与Unicode之间的转换，Unicode的设计者还使其兼容ASCII码。原来用ASCII码能表示的字符，其对应的Unicode码只是在原来的ASCII码前加上8个0。比如，“a” 的ASCII码是01 100001，而它的Unicode码是000000001 100001。,计算机要处理汉字，必须对汉字进行编码，显然每
13、个汉字至少需要两个字节。我国先后制定了多个汉字编码方案: (1 ) GB 2312- -1980字符集共收录6763个汉字，其中- -级汉字3755个，二级汉字3008个;同时收录了包括拉丁字母、希腊字母等在内的682个字符; (2) GBK字符集，兼容GB 2312- - . 1980标准，收入21003个汉字，883个符号，共计21886个字符; (3) GB 18030- -2000字符集，包含GBK字符集和CJK统- -汉字扩充A的汉字，共计27533个汉字; (4) GB 18030- -2005字符集，在GB 18030- -2000的基础 上，增加了CJK统- -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。,小结作业,1.图所示为一个条形码示例。请你利用网络搜索条形码数据编码的原理，并跟同学们分享你的收获。 2.在实际生活中，是否还有其他“编码”的例子？请尝试列举生活中有关编码的例子。,蟹蟹,
