第3讲_信息表示与编码(声音、图像、视频)
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第三讲：视频和数据
• Kbps：首先要了解的是，ps指的是/s，即 每秒。Kbps指的是网络速度，也就是每秒 钟传送多少个千位的信息（K表示千位，Kb
表示的是多少千个位），为了在直观上显
得网络的传输速度较快，一般公司都使用 kb（千位）来表示，如果是KBps，则表示 每秒传送多少千字节。1KBps=8Kbps。 ADSL上网时的网速是512Kbps，如果转换 成字节，就是512/8=64KBps（即64千字节 每秒）。
• 在计算机实现互联互通以后，计算机网络上存有 的信息和文档越来越多。用户在使用计算机的时 候，发现信息和文档的交换较为困难，无法用便 利和统一的方式来发布、交换和获取其他计算机 上的数据、信息和文档。因此，实现计算机信息 无缝交换的万维网概念出现。目前全世界的计算 机用户都可以依赖万维网的技术非常方便地进行 浏览网页、交换文件等，同时，网景、雅虎、谷 歌等企业依赖万维网的技术创造了巨量的财富。
视广播在播映电影时需要一些复杂的转换手续（参考 Telecine转换）。要达成最基本的视觉暂留效果大约需要 10fps的速度。
• 扫描传送
视频可以用逐行扫描或隔行扫描来传送，交错扫
描是早年广播技术不发达，带宽甚低时用来改善 画质的方法(其技术细节请参见其主条目）。 NTSC，PAL 与SECAM 皆为交错扫描格式。在视 频分辨率的简写当中经常以i来代表交错扫描。例 如PAL格式的分辨率经常被写为576i50，其中576 代表垂直扫描线数量，i代表隔行扫描，50代表每 秒50个field（一半的画面扫描线）。
• 3D视频的分辨率以voxel(volume picture element，中文译为“体素”)来表示。例如 一个512×512×512体素的分辨率，用于 简单的3D视频，可以被包括部分PDA在内 的电脑设备播放。
【精品】信息的表示与编码ppt课件
25.02.2021
莱阳农学院计算机系
10
二、八与十六进制之间的转换
• 二进制
三位并一位 一位拆三位
八进制
二进制
四位并一位 一位拆四位
十六进制
25.02.2021
莱阳农学院计算机系
11
编码和数制
示例： 100 110 110 111 . 010 100
( 4 6 6 7 . 2 4 )8
0001 1011 0111.0100
每分钟旋转次数）。转速越快数据的读写速度就越快。目
前， IDB接口硬盘转速 一般为5400 rpm和7200 rpm ，而
25S.02C.20S2I1 硬盘转速可达150莱0阳0农r学p院m计算。机系
29
●缓存 由于CPU的运算速度比硬盘读取信息的速度快得多，所 以在硬盘上设置适当的高速缓存，把曾经读出的信息存 在其中，当有读盘请求时，先在高速缓存中查找，如果 找到，就直接读出，而不必由磁头在磁盘中读取。主流 硬盘的数据高速缓存为2M。
2 CPU的字长：
是指CPU在一次操作中能处理的最大数据单位，它体
现了一条指令所能处理数据的能力。例如：一个CPU
的字长为32位就表示CPU每执行一条指令可以处理32
位二进制数据。
25.02.2021
莱阳农学院计算机系
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存储器
计算机的存储器系统是由主存储器（内存）、高速缓 冲存储器（cache)辅助存储器（外存）以及管理这些 存储器的软件组成。内存用于存放执行的程序和待处 理的数据，它直接或通过缓存于CPU交换信息，外存 储器是长期保存程序和数据的地方。
25.02.2021
莱阳农学院计算机系
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（2）DVD驱动器的技术指标 ●数据传输速率 DVD光驱所标称的4 ×；8 ×是指读取DVD盘时的 数据传输速率。 ●多格式支持 指DVD光驱能支持读取多种盘片。
浙教版2023小学信息技术四年级下册第4课《声音编码》教学实录及反思
浙教版2023小学信息技术四年级下册第4课《声音编码》教学实录及反思一、课程概览1.本节课的主要教学内容：浙教版2023小学信息技术四年级下册第4课《声音编码》，主要教授学生声音信号是如何进行数字化编码的，包括声音的采样、量化以及编码的过程。
2.教学内容与学生已有知识的联系：本节课与第3课《数字世界》相联系，学生在前一课已经了解了数字世界的概念，掌握了数字信号与模拟信号的区别。
在此基础上，本节课引导学生学习声音的数字化过程，让学生理解声音是如何被计算机识别和处理的，从而加深对数字信号的理解。
二、核心素养目标1. 培养学生的信息意识，使其能够理解声音数字化编码的重要性，认识到信息技术在日常生活中的应用。
2. 提升学生的计算思维，通过学习声音编码的过程，发展逻辑思维和问题解决能力。
3. 增强学生的实践操作能力，通过实际操作体验声音编码，提高动手实践和创新能力。
4. 培养学生的合作交流能力，在小组讨论中分享想法，共同探究声音编码的原理和应用。
三、教学难点与重点1. 教学重点：- 声音的采样：理解声音采样是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。
重点在于让学生掌握采样频率的概念，例如，讲解为什么44.1kHz是音乐CD的标准采样频率。
- 声音的量化：明确量化是将采样得到的信号幅度转换为数字值的过程。
重点在于让学生理解量化位数（如16位、24位）对声音质量的影响，例如，解释量化位数越高，声音的动态范围和分辨率越大的概念。
- 编码与压缩：介绍不同的声音编码格式（如MP3、WAV）和压缩技术，重点在于让学生了解编码如何减少数据量而不损失太多音质，例如，通过比较MP3和WAV文件的大小和音质差异。
2. 教学难点：- 采样定理的理解：学生可能难以理解为什么采样频率需要大于信号最高频率的两倍。
可以通过具体例子的演示，如使用示波器显示不同采样频率下的波形，帮助学生形象地理解采样定理。
- 量化误差的概念：学生可能难以把握量化过程中产生的误差。
1.2数据编码-声音编码说课教案2023-2024学年人教_中图版高中信息技术必修1
《数据编码声音编码》说课稿一、说教材《数据编码声音编码》是人民教育出版社地图版《数据与计算》必修1第一章数据与大数据1.2.3数据编码的内容。
本节内容包括“字符编码”、“图像编码”、“声音编码”三个部分，声音编码不仅与前边所学的字符编码图像编码等内容紧密联系，同时也为后面内容的学习打下基础，起到承上启下的作用。
本节课是培养学生信息意识和信息社会责任的重要课程。
我通过研读教材以及课程标准，考虑本单元对应的学科核心素养及需要掌握的核心概念等，聚焦学生发展，在教材原有单元内容的基础上进行梳理和整合。
根据以上情况，我确定了如下的教学目标：1、理解声音数字化的实现过程，知道采样、量化、编码三个步骤（信息意识）2、知道音频质量的影响因素，掌握音频存储容量的计算方法，能够选择合适的工具解决常见问题。
（计算思维、数字化学习与创新）3、通过学习数字音频的价值认识到声音信息安全风险，尊重他人的知识版权，承担信息社会责任。
（信息社会责任）根据教材内容和教学目标，我把本课的教学重点确定为声音编码的实现过程。
依据学生的身心发展和认知结构，我将本课的教学难点确定为音频质量的影响因素。
二、说学情本节课教学对象为高一学生，他们已经具有一定的逻辑思维能力，喜欢具有挑战的任务，他们出生并成长在数字化信息时代，多年的生活和学习经验使他们具备了一定的信息素养。
他们能熟练得使用各类数字化工具，但是相对各种各样的数字媒体内容，对于其背后的技术和原理却知之甚少。
根据以上情况我制定了以下解决对策：激发学生兴趣：通过微信语音聊天声音的变化引入新课。
营造求知氛围：通过四个探究活动引导学生学习新知。
三、说教法信息技术课是以培养学生的信息素养为宗旨，来培养学生的获取信息、处理信息、运用信息的能力。
强调学生的自主学习和探究学习。
因此，对于本节信息技术教学，为了更好地突出本节课的重点、突破难点，我通过以下教学方法化学生被动学习为主动愉快学习。
我采用的教学方法是：1．任务驱动法在讲解知识点的同时，利用事先设计好的任务单引导他们去完成，他们在完成任务的同时，掌握新课的内容，解决重点难点问题。
第三讲(脉冲编码调制)PPT课件
数字通信是未来通信的发展方向。
.
2
数字通信系统的优点
数字传输的抗噪声（或干扰）的能力强，尤其在中继时， 数字信号还可以再生而消除噪声的积累，而模拟通信则 会把噪声干扰和信号一起放大，增大噪声干扰。
传输中的差错可以设法控制，不但可以发现而且还能改 正，因而大大提高了传输质量。
便于同计算机连接，采用现代计算机技术对数字信息进 行处理，以便实现通信现代化、自动化。
量化间隔越小，量 化误差越小，需要 的量化级别越多， 处理和传输就越复 杂，所以，既要尽 量减少量化级数， 又要使量化失真尽 可能的小。
量化误差又称为量 化噪声，用信噪比 来衡量。
.
14
均匀量化
采用均匀量化级进行量化的方法称 为均匀量化或线性量化。
缺点：大信号时信噪比大， 但小信号时，信噪比不足。
fs > 2 fm
.
9
奈奎斯特间隔和奈奎斯特速率
• 所谓奈奎斯特间隔Байду номын сангаас是能唯一确定 信号f(t)的最大抽样间隔。
• 奈奎斯特速率是能够唯一确定信号 f(t)的最小抽样频率。
• 因此，奈奎斯特间隔＝ 1/2fm • 奈奎斯特速率＝2fm
.
10
话音信号的抽样频率
• 话音信号频率范围：300～3400Hz， fm=3400Hz，这时满足抽样定理的最 低的抽样频率应为2×fm＝6800Hz， 为了留有一定的防卫带，CCITT （ITU-T）规定话音信号的抽样频率 为＝8000Hz，（防卫带为8000－ 6800＝1200Hz），T＝125µs。
PCM技术的典型应用是语音数字化。语音、图 像信息必须数字化才能经计算机处理。
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5
脉冲编码调制分的步骤
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2
数字通信系统的优点
数字传输的抗噪声（或干扰）的能力强，尤其在中继时， 数字信号还可以再生而消除噪声的积累，而模拟通信则 会把噪声干扰和信号一起放大，增大噪声干扰。
传输中的差错可以设法控制，不但可以发现而且还能改 正，因而大大提高了传输质量。
便于同计算机连接，采用现代计算机技术对数字信息进 行处理，以便实现通信现代化、自动化。
量化间隔越小，量 化误差越小，需要 的量化级别越多， 处理和传输就越复 杂，所以，既要尽 量减少量化级数， 又要使量化失真尽 可能的小。
量化误差又称为量 化噪声，用信噪比 来衡量。
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14
均匀量化
采用均匀量化级进行量化的方法称 为均匀量化或线性量化。
缺点：大信号时信噪比大， 但小信号时，信噪比不足。
fs > 2 fm
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9
奈奎斯特间隔和奈奎斯特速率
• 所谓奈奎斯特间隔Байду номын сангаас是能唯一确定 信号f(t)的最大抽样间隔。
• 奈奎斯特速率是能够唯一确定信号 f(t)的最小抽样频率。
• 因此，奈奎斯特间隔＝ 1/2fm • 奈奎斯特速率＝2fm
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10
话音信号的抽样频率
• 话音信号频率范围：300～3400Hz， fm=3400Hz，这时满足抽样定理的最 低的抽样频率应为2×fm＝6800Hz， 为了留有一定的防卫带，CCITT （ITU-T）规定话音信号的抽样频率 为＝8000Hz，（防卫带为8000－ 6800＝1200Hz），T＝125µs。
PCM技术的典型应用是语音数字化。语音、图 像信息必须数字化才能经计算机处理。
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5
脉冲编码调制分的步骤
浙教版(2019)高中信息科技 声音编码 课件
C．4：1 D．16：1
14
存储一幅像素为30×30，颜色深度为8位的 位图图像，其存储容量约为（ 900）字节。
15
声音编码
一、声音数字化——采样
采样、量化、编码
模拟信号
数字信号
★ 采样：按照一定的时间间隔，直接记录信号在某时刻点的瞬时振幅值。使其转换为时间上离散， 幅度上连续的脉冲信号。
★ 采样频率：每秒的采样样本数叫做采样频率，单位赫兹（Hz），如44.1KHZ
256级灰度
8位色（28=256）
台笔记本的最大颜色数支持
我的笔记本的最大颜色数支持
注意，是32位真彩色，可不是 32种颜色哦。 32位真彩色，就是用一个32位 的二进制数来表示一个像素的 颜色，那32位二进制 4294967296种组合方式，可
以表示4294967296种颜色，
足够把任何游戏或视频渲染的 足够生动了有木有。
三、声音数字化——编码
采样
采样15次
采样30次
编码
采样60次
3bit量化
量化
4bit量化
四、声音容量计算
存储容量=采样频率(赫兹)×时间(秒)×量化位数(b)×声道数／8 (单位：字节B)
视频编码
一、视频容量计算 ★ 视频是由连续的图像帧组成的。
视频存储容量 = 每张图片的大小 * 频率* 时间（s）
谢谢!
6
这个皮卡丘虽然画质很粗糙，但是是一幅 典型的位图图像，每个小格子是一个像素， 被分配一种颜色
如果让你来当图像的编码指 挥官，完成以上图像的存储， 至少要用多少位二进制编码 一个像素？
7
１位二进制，可以编成０、１两种编码，如果１代表黑、 ０代表白，就可以对应表示两种颜色；同理，２位二进 制，可以编成00、01、10、11四种编码，如果用11代表 黑色、00代表白色、01代表浅灰色、10代表深灰色，这 就是最简单的“灰度图像”了，黑白电视机的年代，就 是这样编码的，只不过为了表示更多的灰度值，肯定不 只２位两进制。３位二进制，可以表示８种编码（000、 001......111)，我们拿出6个来，分别编码成白、黑、黄、 橙黄、粉、红：
最新浙教版高中信息技术课件-多媒体信息编码课件PPT
浙教版高中信息技术课件多媒体信息编码
声音的数字化
• 采样：按照一定频率,即每隔一段时间,测得模拟信 号的模拟量值。
• 采样频率越高，数据量越大，声音质量越好
声音的数字化
• 量化：将采样测得的模拟电压值，进行分级量化。 按照整个电压变化的最大幅度划分成几个区段， 把落在某个区段的采样到的样本值归成一类，并 给出相应的量化值。
临床表现
• 脑神经损害 以一侧动眼神经麻痹常见，占 6%~20%，提示存在同侧颈内动脉—后交通动脉 瘤或大脑后动脉动脉瘤
• 偏瘫 在出血前后出现偏瘫和轻瘫者约占20%。 • 视力视野障碍 蛛网膜下腔出血可沿视神经鞘延伸，
眼底检查可见玻璃体膜下片块状出血，发病后一 小时内即可出现，这是有力的诊断依据。出血量 大时，血液浸入玻璃体内，引起视力障碍。当视 交叉、视束或视放射受累时产生双颞侧偏盲或同 向偏盲。 • 约1%的颅内动静脉畸形和颅内动脉瘤可出现颅内 杂音。部分病人发病后数月可有低热。
脑底动脉异 有时可见肿瘤 常血管团 染色
脑室出血铸 增强后可见脑 形或梗死灶 瘤影
诊断 • 头颅CT 显示脑沟与脑池密度增高。颈内动
脉瘤破裂出血以大脑外侧裂最多。大脑中 动脉瘤破裂血液积聚患侧外侧裂池，也可 流向环池、纵裂池。基底动脉瘤破裂后， 血液主要积聚于脚间池与环池附近。 • 头颅MRI 发病后一周内的急性SAH在MRI 很难查出。核磁共振血管造影（MRA）是 非创伤性的脑血管成像方法，对头颈及颅 内血管性疾病可作为诊断的筛选手段。
彩色位图图像存储空间计算
红
0000
兰
0001
浅蓝
0010
计算一幅16色图像，分辨率为
淡蓝
0011
400*300，存储空间是多少？
声音的数字化
• 采样：按照一定频率,即每隔一段时间,测得模拟信 号的模拟量值。
• 采样频率越高，数据量越大，声音质量越好
声音的数字化
• 量化：将采样测得的模拟电压值，进行分级量化。 按照整个电压变化的最大幅度划分成几个区段， 把落在某个区段的采样到的样本值归成一类，并 给出相应的量化值。
临床表现
• 脑神经损害 以一侧动眼神经麻痹常见，占 6%~20%，提示存在同侧颈内动脉—后交通动脉 瘤或大脑后动脉动脉瘤
• 偏瘫 在出血前后出现偏瘫和轻瘫者约占20%。 • 视力视野障碍 蛛网膜下腔出血可沿视神经鞘延伸，
眼底检查可见玻璃体膜下片块状出血，发病后一 小时内即可出现，这是有力的诊断依据。出血量 大时，血液浸入玻璃体内，引起视力障碍。当视 交叉、视束或视放射受累时产生双颞侧偏盲或同 向偏盲。 • 约1%的颅内动静脉畸形和颅内动脉瘤可出现颅内 杂音。部分病人发病后数月可有低热。
脑底动脉异 有时可见肿瘤 常血管团 染色
脑室出血铸 增强后可见脑 形或梗死灶 瘤影
诊断 • 头颅CT 显示脑沟与脑池密度增高。颈内动
脉瘤破裂出血以大脑外侧裂最多。大脑中 动脉瘤破裂血液积聚患侧外侧裂池，也可 流向环池、纵裂池。基底动脉瘤破裂后， 血液主要积聚于脚间池与环池附近。 • 头颅MRI 发病后一周内的急性SAH在MRI 很难查出。核磁共振血管造影（MRA）是 非创伤性的脑血管成像方法，对头颈及颅 内血管性疾病可作为诊断的筛选手段。
彩色位图图像存储空间计算
红
0000
兰
0001
浅蓝
0010
计算一幅16色图像，分辨率为
淡蓝
0011
400*300，存储空间是多少？
第1讲续：程序等几个基本概念
编辑 file.c
编译 file.obj
连接 file.exe
执行 结果
言：需要先经过编译和连接程序 产生可执行文件的语言，如java/C/C++等 ->开发人员编译连接 • 解释型语言 解释型语言：不需要经过编译和连接的过 程，直接在特定的程序或环境下即可执行 的语言，如：JavaScript/Python等 ->自动编译连接
基本概念（三）
• 编 译
1）把高级语音的源代码转换成机器码的过程 2）之前还会进行前期处理 3）过程中会进行语法检查 4）编译器：完成编译动作的程序，最终生成目 目 标文件
• 链 接
将目标文件与所用到的函数库文件建立关联和连 接的过程，最终生产可执行文件
键盘输入 源程序 磁盘文件 目标文件 执行文件
基本概念（二）
•什么是程序？（有何作用） 什么是程序？
– 我们必须通过指令，指挥计算机执行我们想要它做 的动作 – 而依照顺序执行的一组指令就是程序
•什么是程序设计？ 什么是程序设计？
– 编写程序的过程
•什么是语言？ 什么是语言？
– 一种交流的工具
• 什么是程序设计语言？ 什么是程序设计语言？
– 是一种描述程序的工具，是用来表达（由人控制计算 机运行的）指令的一种方法
基本概念（一）
• 信 息 数、图形、图像、声音、视频、气味等。 • 数 据 是计算机程序处理的对象，可以是整数、实数、 字符，也可以是图像、声音等的编码 编码表示。 编码 • 数据类型 指数据的不同类别，主要有整型、实型、字符型、 字符串、布尔型、二进制数值等。 • 数据结构 指数据与数据间存在一种或多种特定关系。与数 据结构密切相关的便是数据的类型和数据的存放。
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数据存储——存储音频
•不同质量声音的性能指标
质量
电话 AM FM CD DAT
采样频率 （kHz）
8 11.025 22.050 44.1 48
样本精度 （b/s）
8 8 16 16 16
声道
单声道 单声道 立体声 立体声 立体声
数据率 （kb/s）
64.0 88.2 705.6 1411.2 1536.0
数据存储——存储图像
•矢量图文件优点 ①由于矢量图形的特点，通过软件可方便地将矢量图 进行缩放、移动、旋转等，其尺寸可以任意变化而不 会损坏图形的质量。 ②由于矢量图形只保存算法和特征点参数，因此占用 的存储空间较小。 •矢量图文件缺点 ①当图形复杂时，计算时间较长。 ②对于某些复杂的彩色照片（如真实世界的照片）很 难用数学公式来描述图形的构造，而采用位图来表示。
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数据存储——存储图像
•色彩的三原色
原文为：Commission Internationale de L‘Eclairage(法);或International Commission on illumination(英)
1）国际照明委员会(CIE) 规 定以700nm(红)、 546.1nm(绿)、435.8nm (蓝) 三个色光为三基色。又称为 物理三基色。 2）自然界的所有颜色都可以 通过这三基色按不同比例混 合而成。
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数据存储——存储图像
•存储空间（矢量图） 例：一幅由1000条直线组成的矢量图形，计算存储空间。
矢量图存储的是构造图形的线条信息，每条 线的信息可由起点坐标（x1，y1）、终点坐标（x2， y2）、线条颜色、线条宽度、线条类型（虚线、实 线等）等属性表示。
其中4个坐标点每个用2个字节存储，其它5个属 性用1个字节存储，则存储这幅图形的存储空间为： ［4（坐标点）×2（字节）+5（属性）×1（字节）］ ×1000（条）=12.7KB
例：人正常说话时的声音频率一般在20Hz～4kHz。采样频 率为8kHz，量化位数为8bit，求1秒的声音数字化后的数据 量。 8k×8÷8=8000（B）≈7.8KB
如果是高质量的CD音质效果，采样频率为44.1kHz， 量化位数为16bit，双声道立体声，则1分钟的数据量为： 44.1k×16×2×60÷8=10584000B≈10.09MB
640×480×24÷8=921600B=900KB
矢量图所需的存储空间要比位图小得多。
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数据存储——存储图像
•位图文件优点 ①可以表现出色彩丰富的图象效果 可逼真表现自然界各类景物 •位图文件缺点
①文件占用存储空间大； 放大图像会出现失真（马赛克,mosaic）。
频率范围 （Hz）
200～3400 50～7000 20～15000 20～20000 20～20000
Digital Audio Tape 数字录音带
样本位数越多，声音质量越高，而需要的存储空间也越大
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数据存储——存储音频
•声音文件（编码标准）——Wave格式文件（.wav） Wave文件的形成是用麦克风录音后，经计算 机的声卡完成数字化过程形成扩展名为.wav的声音 文件，存储在计算机的硬盘中。 例如：“附件”中“录音机”产生的.wav 文件 播放时由声卡还原成模拟信号经扬声器输出。 Wave格式文件采样频率44.1khz,16位，立体声（双 声道），通常文件较大，多用于存储简短的声音片 段（Windows XP系统自带一些Wave格式的声音文件， 在C:\WINDOWS\Media文件夹中有）。
一段时间内，拥有无限数量的观测值，不可 能完全存储在计算机中。 利用采样量化编码的策略，存储离散 时间点上的音频信号强度。
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数据存储——存储音频
•采样（离散化时间）
在模拟信号上选择数量有限的点来度量他们的值并 记录下来，通过记录的值来表现模拟信号。
采样率：每秒钟采样的次数；采样率越高，则占用更 多的存储空间，效果越好；对于音频信号，每秒采样40000 次的效果已经足够好。
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数据存储——存储音频
•声音文件（编码标准）——MIDI格式文件（.mid）
MIDI是乐器数字接口 （Musical Instrument Digital Interface）的英文缩写，是声卡提 供的一个接口，用于将电子乐器与计 算机相连。
当乐器弹奏时，声卡记录下乐器的音调、声音 的强弱、使用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ何种乐器等信息，这些信息形成一连 串的二进制数字，从而形成MIDI文件。 播放MIDI格式的声音时，声卡根据数字代表的含义进行声 音合成后由扬声器输出。可见，MIDI文件存放的不是声音的采样 信息，相对于Wave文件，MIDI文件要小得多。同样10分钟的立体 声音乐，MIDI文件大小不到70KB，而声音文件要100MB左右。
例如：将“录音机”产生的.wav文件另存为.mp3格 14/45 式
数据存储——存储图像
位图
矢量图
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数据存储——存储图像
位图
矢量图
一般把位图称为图像，把矢量图称为图形。 图形与图像在计算机上的显示结果基本相似，但 实现方法完全不同。
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数据存储——存储图像
•矢量图
用一组指令集合来描述图形的内容，这些描 述包括图形的形状、位置、大小、色彩等特征。 例如：点（x1，y1）到点（x2，y2）的一条直 线可以用Line（x1，y1，x2，y2）表示。 Circle（x，y，r）表示圆心位置为（x，y）， 半径为r的一个圆。
彩 色 编 码
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数据存储——存储图像
根据色彩形成原理，不同取值的R、G、B可表示 256×256×256=224（约1677万）种色彩。 特殊情况：如果R=0，G=0，B=0表示黑色；如果R=255， G=255，B=255表示白色 量化位数称为色彩深度。24位深度的颜色称为真彩色。
•调色板技术（索引色，256色）
数据存储——存储图像
•采样 实质是把图像在空间上分割成N行M列的网格， 每一个网格就是一个像素点，也代表一个采样点。也 就是说每行获取M个像素点，总共采样N行。
M×N代表总的像素数，也称为图像的分辨率。
例如一幅1024×768的图像，代表水平方向 （横）上有1024个像素点，垂直方向（竖）上有768 个采样点，图像的分辨率为1024×768。 同一幅图像，如果分辨率越高，则描述的图像细 节越丰富，图像越细腻、逼真，但所需的存储空间也 会越大。 24/45
位率：单位时间内产生的音频数据位数。 量化位数为B，采样率为S，则位率为S×B（存储每 秒音频需要的位数）
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数据存储——存储音频
•对比不同的采样、量化、编码
采样频率11KHz 8位量化
采样频率22KHz 16位量化
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数据存储——存储音频
•数字化音频的数据量
采样是对模拟信号在时间轴上进行数字化，而量化是 对模拟信号在幅度上的数字化，编码则是将量化后得到的数 据表示成二进制数据， 数据量（B）=采样频率×量化位数×采样时间×声道数÷8
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数据存储——存储音频
例如：假设声音的幅度值范围是0-4，将0-4 之间的幅值分成了8等份，每份为0.5. 则在0-0.5之间的所有数值均用0表示，0.5-1 之间的数值均用0.5表示，1-1.5之间的数值均用1 表示，…，3.5-4之间的数值用3.5表示。 可见量化的作用是使幅值数字化，即把无限 个数值用有限个数来表示。 量化不可避免的存在偏差。如果分成16个量化 区间（量化等级为16），每份为0.25. 则0-0.25之间的数值用0表示，0.25-0.5之间 的数值用0.25表示，…，3.75-4之间的数值用3.75表 示，这时的偏差比分成8个区间要小。 7/45
•真彩色可表示约1677万种颜色， 许多应用中并不需要，且占用 较大的空间。 •从大的颜色集中选择一些颜色 （通常256种，深度为8）并对 其建立索引（取值0~255） •扫描图像时，对每个像素，使 用索引值表示其颜色。
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数据存储——存储图像
•存储空间（位图）
图像存储空间（字节）=分辨率×量化位数÷8 例：一幅图像的分辨率为640×480，色彩深度为24位， 则该图像文件的大小是多少？
奈奎斯特理论（采样定理）: 采样频率不低于声音信号最高 频率的两倍，即可将以数字表达的声音还原成原来的声音。 5/45
数据存储——存储音频
•量化（离散化幅度） 将幅值在最大值和最小值之间划分N个区间， 一般采用等分方式。
幅度
时间
如上图所示的量化过程采用了8个量化区间 （也称量化等级为8），把位于一个量化区间内的 采样点的值归为一类，即赋予相同的量化值。
数据存储——存储音频
•编码（采样值如何表示） 是指将量化后的样本值按照对应的量化等级， 用若干二进制位（也叫量化位数）表示的过程。 对于幅值为0-4，若量化等级为8，可用3位的 二进制数来表示样本值的大小，如用000表示0， 001表示0.5,010表示1，…，111表示3.5。
同理，若量化等级为16，则用4位的二进制数 来表示样本值的大小。
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数据存储——存储图像
对于灰度，用0（二进制00000000）代表黑,255 （11111111）代表白。0-255之间的数代表灰，显然 数值越大，灰度越浅。
灰 度 编 码
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数据存储——存储图像
③彩色图像，红色用8位，绿色用8位，蓝色用8位， 则量化位数为24位，这样可以有256种红色（R）、 256种绿色（G）、256种蓝色（B）。
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数据存储——存储图像
•颜色模型
品红(255,0,255)
蓝(0,0,255)
青(0,255,255) 白(255,255,255)
数据存储——存储音频
•不同质量声音的性能指标
质量
电话 AM FM CD DAT
采样频率 （kHz）
8 11.025 22.050 44.1 48
样本精度 （b/s）
8 8 16 16 16
声道
单声道 单声道 立体声 立体声 立体声
数据率 （kb/s）
64.0 88.2 705.6 1411.2 1536.0
数据存储——存储图像
•矢量图文件优点 ①由于矢量图形的特点，通过软件可方便地将矢量图 进行缩放、移动、旋转等，其尺寸可以任意变化而不 会损坏图形的质量。 ②由于矢量图形只保存算法和特征点参数，因此占用 的存储空间较小。 •矢量图文件缺点 ①当图形复杂时，计算时间较长。 ②对于某些复杂的彩色照片（如真实世界的照片）很 难用数学公式来描述图形的构造，而采用位图来表示。
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数据存储——存储图像
•色彩的三原色
原文为：Commission Internationale de L‘Eclairage(法);或International Commission on illumination(英)
1）国际照明委员会(CIE) 规 定以700nm(红)、 546.1nm(绿)、435.8nm (蓝) 三个色光为三基色。又称为 物理三基色。 2）自然界的所有颜色都可以 通过这三基色按不同比例混 合而成。
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数据存储——存储图像
•存储空间（矢量图） 例：一幅由1000条直线组成的矢量图形，计算存储空间。
矢量图存储的是构造图形的线条信息，每条 线的信息可由起点坐标（x1，y1）、终点坐标（x2， y2）、线条颜色、线条宽度、线条类型（虚线、实 线等）等属性表示。
其中4个坐标点每个用2个字节存储，其它5个属 性用1个字节存储，则存储这幅图形的存储空间为： ［4（坐标点）×2（字节）+5（属性）×1（字节）］ ×1000（条）=12.7KB
例：人正常说话时的声音频率一般在20Hz～4kHz。采样频 率为8kHz，量化位数为8bit，求1秒的声音数字化后的数据 量。 8k×8÷8=8000（B）≈7.8KB
如果是高质量的CD音质效果，采样频率为44.1kHz， 量化位数为16bit，双声道立体声，则1分钟的数据量为： 44.1k×16×2×60÷8=10584000B≈10.09MB
640×480×24÷8=921600B=900KB
矢量图所需的存储空间要比位图小得多。
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数据存储——存储图像
•位图文件优点 ①可以表现出色彩丰富的图象效果 可逼真表现自然界各类景物 •位图文件缺点
①文件占用存储空间大； 放大图像会出现失真（马赛克,mosaic）。
频率范围 （Hz）
200～3400 50～7000 20～15000 20～20000 20～20000
Digital Audio Tape 数字录音带
样本位数越多，声音质量越高，而需要的存储空间也越大
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数据存储——存储音频
•声音文件（编码标准）——Wave格式文件（.wav） Wave文件的形成是用麦克风录音后，经计算 机的声卡完成数字化过程形成扩展名为.wav的声音 文件，存储在计算机的硬盘中。 例如：“附件”中“录音机”产生的.wav 文件 播放时由声卡还原成模拟信号经扬声器输出。 Wave格式文件采样频率44.1khz,16位，立体声（双 声道），通常文件较大，多用于存储简短的声音片 段（Windows XP系统自带一些Wave格式的声音文件， 在C:\WINDOWS\Media文件夹中有）。
一段时间内，拥有无限数量的观测值，不可 能完全存储在计算机中。 利用采样量化编码的策略，存储离散 时间点上的音频信号强度。
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数据存储——存储音频
•采样（离散化时间）
在模拟信号上选择数量有限的点来度量他们的值并 记录下来，通过记录的值来表现模拟信号。
采样率：每秒钟采样的次数；采样率越高，则占用更 多的存储空间，效果越好；对于音频信号，每秒采样40000 次的效果已经足够好。
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数据存储——存储音频
•声音文件（编码标准）——MIDI格式文件（.mid）
MIDI是乐器数字接口 （Musical Instrument Digital Interface）的英文缩写，是声卡提 供的一个接口，用于将电子乐器与计 算机相连。
当乐器弹奏时，声卡记录下乐器的音调、声音 的强弱、使用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ何种乐器等信息，这些信息形成一连 串的二进制数字，从而形成MIDI文件。 播放MIDI格式的声音时，声卡根据数字代表的含义进行声 音合成后由扬声器输出。可见，MIDI文件存放的不是声音的采样 信息，相对于Wave文件，MIDI文件要小得多。同样10分钟的立体 声音乐，MIDI文件大小不到70KB，而声音文件要100MB左右。
例如：将“录音机”产生的.wav文件另存为.mp3格 14/45 式
数据存储——存储图像
位图
矢量图
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数据存储——存储图像
位图
矢量图
一般把位图称为图像，把矢量图称为图形。 图形与图像在计算机上的显示结果基本相似，但 实现方法完全不同。
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数据存储——存储图像
•矢量图
用一组指令集合来描述图形的内容，这些描 述包括图形的形状、位置、大小、色彩等特征。 例如：点（x1，y1）到点（x2，y2）的一条直 线可以用Line（x1，y1，x2，y2）表示。 Circle（x，y，r）表示圆心位置为（x，y）， 半径为r的一个圆。
彩 色 编 码
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数据存储——存储图像
根据色彩形成原理，不同取值的R、G、B可表示 256×256×256=224（约1677万）种色彩。 特殊情况：如果R=0，G=0，B=0表示黑色；如果R=255， G=255，B=255表示白色 量化位数称为色彩深度。24位深度的颜色称为真彩色。
•调色板技术（索引色，256色）
数据存储——存储图像
•采样 实质是把图像在空间上分割成N行M列的网格， 每一个网格就是一个像素点，也代表一个采样点。也 就是说每行获取M个像素点，总共采样N行。
M×N代表总的像素数，也称为图像的分辨率。
例如一幅1024×768的图像，代表水平方向 （横）上有1024个像素点，垂直方向（竖）上有768 个采样点，图像的分辨率为1024×768。 同一幅图像，如果分辨率越高，则描述的图像细 节越丰富，图像越细腻、逼真，但所需的存储空间也 会越大。 24/45
位率：单位时间内产生的音频数据位数。 量化位数为B，采样率为S，则位率为S×B（存储每 秒音频需要的位数）
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数据存储——存储音频
•对比不同的采样、量化、编码
采样频率11KHz 8位量化
采样频率22KHz 16位量化
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数据存储——存储音频
•数字化音频的数据量
采样是对模拟信号在时间轴上进行数字化，而量化是 对模拟信号在幅度上的数字化，编码则是将量化后得到的数 据表示成二进制数据， 数据量（B）=采样频率×量化位数×采样时间×声道数÷8
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数据存储——存储音频
例如：假设声音的幅度值范围是0-4，将0-4 之间的幅值分成了8等份，每份为0.5. 则在0-0.5之间的所有数值均用0表示，0.5-1 之间的数值均用0.5表示，1-1.5之间的数值均用1 表示，…，3.5-4之间的数值用3.5表示。 可见量化的作用是使幅值数字化，即把无限 个数值用有限个数来表示。 量化不可避免的存在偏差。如果分成16个量化 区间（量化等级为16），每份为0.25. 则0-0.25之间的数值用0表示，0.25-0.5之间 的数值用0.25表示，…，3.75-4之间的数值用3.75表 示，这时的偏差比分成8个区间要小。 7/45
•真彩色可表示约1677万种颜色， 许多应用中并不需要，且占用 较大的空间。 •从大的颜色集中选择一些颜色 （通常256种，深度为8）并对 其建立索引（取值0~255） •扫描图像时，对每个像素，使 用索引值表示其颜色。
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数据存储——存储图像
•存储空间（位图）
图像存储空间（字节）=分辨率×量化位数÷8 例：一幅图像的分辨率为640×480，色彩深度为24位， 则该图像文件的大小是多少？
奈奎斯特理论（采样定理）: 采样频率不低于声音信号最高 频率的两倍，即可将以数字表达的声音还原成原来的声音。 5/45
数据存储——存储音频
•量化（离散化幅度） 将幅值在最大值和最小值之间划分N个区间， 一般采用等分方式。
幅度
时间
如上图所示的量化过程采用了8个量化区间 （也称量化等级为8），把位于一个量化区间内的 采样点的值归为一类，即赋予相同的量化值。
数据存储——存储音频
•编码（采样值如何表示） 是指将量化后的样本值按照对应的量化等级， 用若干二进制位（也叫量化位数）表示的过程。 对于幅值为0-4，若量化等级为8，可用3位的 二进制数来表示样本值的大小，如用000表示0， 001表示0.5,010表示1，…，111表示3.5。
同理，若量化等级为16，则用4位的二进制数 来表示样本值的大小。
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数据存储——存储图像
对于灰度，用0（二进制00000000）代表黑,255 （11111111）代表白。0-255之间的数代表灰，显然 数值越大，灰度越浅。
灰 度 编 码
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数据存储——存储图像
③彩色图像，红色用8位，绿色用8位，蓝色用8位， 则量化位数为24位，这样可以有256种红色（R）、 256种绿色（G）、256种蓝色（B）。
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数据存储——存储图像
•颜色模型
品红(255,0,255)
蓝(0,0,255)
青(0,255,255) 白(255,255,255)