《认识数据编码》【福建师大附中-黄丽华】

发表时间：2020-09-30 09:49

教学案例：必修1《数据与计算机》上海科学教学教育出版社

第一单元项目二：探究计算机中的数据表示

------认识数据编码

福建师大附中黄丽华

【教学目标】

知道数据编码的意义与作用。

掌握数值、文本编码的基本方法，掌握声音、图像数据化的基本方法。

通过小组自主学习协同合作，认识计算机中的数据编码，为学习信息技术打下理论基础，以便更好地适应数字化环境。

【教学重点与难点】

教学重点：计算机中的数据编码的过程与方法。

教学难点：十进制与二进制的转换过程；声音数字化和图像数字化

【核心教学内容】

数值数据的编码：二进制编码

声音数字化和图像数字化的过程

【课时安排】

2个课时

【教学过程】

教学环节	教师活动	学生活动	设计意图
编码的概念与作用	列举生活中的各种编码实例，如车牌号、学籍号、条形码、二维码、快递单号等，引出编码。编码的概念与作用以身份证编码为例，分析编码中承载的信息、编码的方法、总結编码的规则。了解二代身份证编码的规则，思考一代身份证号与二代身份证号的区别，启用二代身份证号的原因。 2.快递单号能将收件人的姓名、电话、地址、包裹重量等信息转化为计算机可处理的条形码上，从而达到快速分拣的目的。编码概念：在计算机中，编码一般是指用预先规定的方法将数字、文字、图像、声音、视频等对象编成二进制代码的过程。编码意义：让对象有唯一的标识，可以对数据进行有效的处理，比如容易排序，有时也是为了对数据加密，使其不为外人所知……
不同进制的应用及计算机二进制优势	猜星座引出二进制应用生活中不同进制的应用及计算机二进制优势二进制优点：技术实现简单；简化运算规则；适合逻辑运算；易于进行转换；具有抗干扰能力强；可靠性高等优点……
进制转换	进制转换 1.十进制转R进制 1）纯整数情况：短除法，逆向取余（从下到上）例： (43)10 =(101011)2 整数数带小数的情况：乘以相应进制取整（从上到下)---注意：十进制的小数转R进制未必可以转完。例： (0.375)10 =(0.011)2 学生课堂练习：77=（1001101）₂ 2.R进制转十进制规则：按权展开，但要注意各个位的权，最低位（最右边）的权是0次方，权值为1 （329）₁₀的位权（右到左）分别是：10⁰，10^１，10^２所以：(329)10＝３10^２ +210^１+9*10⁰ 同理二进制转为十进制
一、数值数据的编码方式	一、数值数据的编码方式以77的二进制表示为1001101讲解原码、反码、补码师生共同分析：计算机为什么要使用补码呢？
二、文本数据的编码	二、文本数据的编码西文字符的编码 ASCII码: ASCII码分为标准ASCII码和扩展ASCI1码。标准ASCII码也叫基础ASCII码,使用7个二进制位来表示西文字符,包括所有的大写和小写字母、数字0到9、标点符号,以及在美式英语中使用的特殊控制字符。扩展ASCII 码用8个二进制位的组合来表示字符,每个字符的第8位用于确定附加的128个特殊符号字符、外来语字母和图形符号。 ASCII码采用 7 位(bit)二进制数表示一个字符，计算机内实际占 8 位即一个字节(Byte，简称B)，共表示字符数为 27＝128 个汉字的编码输入码也叫外码，用键盘输入汉字时所使用的编码。常用的输入码：拼音码、五笔字形码等国标码国标码用2个字节表示一个汉字,其中每个字节的最高位为0。如：大的国标码 00110100 01110011 机内码机内码是计算机内部存储、处理汉字所使用的统一编码。机内码是在国标码基础上将每个字节的最高位设为1,用最高位均为1的2个字节表示一个汉字。有效解决国标码在计算机内部存储和处理时会ASCII冲突. 如：大的国标码 10110100 11110011 字形码（输出码）表示汉字字型信息的编码，实现计算机对汉字的输出。 unicode 为每种语言中的每个字符设定了统一且唯一的二进制编码,以满足跨语言、跨平台进行文本转换和处理的要求。 Unicode- -般用2个字节表示一一个字符(非常偏僻的字符用4个字节)。
	随堂实践：原码、反码、补码的计算 ASCII码点阵存储容量计算
三．声音的数字化	三、声音的数字化自然界的声音被录音设备录制下来并存入计算机中，经历了怎样的转换过程? 声音是一种连续的声波为了用计算机存储和处理这些声音数据，需要将它们数字化并记录成为音频文件。声音数字化是连续变化的波形信号（称为模拟信号）转换成离散的数字信号。将模拟声音信号转换成数字声音信号，需要经历采样、量化和编码三个步骤。采样：声音编码的采样过程就是按一定的采样频率测得一个模拟量值序列。每隔一段时间在模拟声音信号的波形上取一个幅度值。量化：用二进制表示采样所得到的幅度值的过程。幅度：分为2^n个级别，n为量化位数。（8位，16位……）编码：经过采样和量化，模拟声音信号转化为一组二进制数序列，再通过编码将其按照一定的规则记录下来。采用不同的编码方法，会形成不同格式的音频文件，如WAN格式、MP3格式等。音频文件的数据量可以通过采样频率、量化位数和声道数来计算。数据量=数据率持续时间 =（采样频率量化位数声道数）/8持续时间例：一张CD-ROM中存放了1小时的数字音乐(未经压缩),（采样频率为44100HZ,量化位数为16，声道数2）则其数据量为多少？教师演示音频编辑软件的基本操作，包括采样频率、量化位数、声道的设置。	观看、思考、讨论、回答。
四．图像的数字化	四、图像的数字化通过手机、数码相机、数码摄像机等数字设备，可以拍摄鸟类的照片，得到图像文件。图像数字化的过程和声音数字化类似，都会经历采样、量化和编码三个步骤。教师演示python 绘图程序并讲解图像数字化的过程。采样：采样是指使空间连续变化的图像离散化,即用空间上部分点的灰度值表示图像,或图像在空间上的离散化,这些离散点称为样点(或像素)图像的分辨率就是图像横向像素点与纵向像素点的数目。量化：将每个像素的颜色信息用1位、8位、16位或24位等二进制数来表示。编码：图像的编码就是按照一定的格式将位图上各个像素点的量化数据记录下来的过程。由于位图的数据量大,并且含有大量的重复数据,编码时一般采用数据压缩技术进行压缩和还原处理。不同的编码方法形成了不同格式的图像文件,如BMP格式、JPEG格式。图像的数据量=图像分辨率*颜色深度/8	观看、思考、讨论、回答。
课堂活动	1、利用音频编辑软件，录制一段声音，探究采样频率、量化位数对音频文件大小及音质的影响,计算声音文件的数据量 2、利用图像处理工具，探究分辨率、颜色深度对图像大小及质量的影响,计算图像的大小	学生实践。