1.2 数据编码 ppt课件（共85张PPT）-2023新粤教版（2019）《高中信息技术》必修第一册.pptx

1、普通高中教科书通用教学设计数据编码概述数据编码概述数据编码是指用一个编码符号代表一条信息或一串数据。地区、出生日期、性别等个人信息字符编码字符编码字符编码 计算机字符编码是将文字、符号用计算机可以识别的二进制来表示。字符编码字符编码I love you字符字符二进制二进制I000空格001l010o011v100e101y110u111000001010011100101001110011111000 001 010 011 100 101 001 110 011 111I l o v e y o u 字符编码字符编码字符字符二进制二进制I000空格001l010o011v100e101y11

2、0u111字符字符二进制二进制I000空格001l010o011v100e101y110u111字符编码字符编码 早期的编码标准是美国信息交换标准代码，即ASCII编码。ASCII码是用8位二进制数为所有的英文字母、阿拉伯数字、常用的可见控制符、标点符号、运算符建立编码表，从而实现将字符转换为0和1。字符编码字符编码ASCII编码字母 C0110 0011ASCII编码后来被国际标准化组织ISO接受为国际标准ISO 646字符编码字符编码ASCII编码存在不足：只有8位，最多只能表示256个字符，实际只定义了128个字符。无法表示汉字。字符编码字符编码 处理处理汉字的简体中文编码汉字的简体中文

3、编码GBGB码码如GB 2312繁体中文的BIG5码 国际化国际化标准组织和标准组织和UnicodeUnicode组织联合制定了组织联合制定了“统一码统一码”,也叫也叫UnicodeUnicode字符集字符集在我国Unicode字符集通过UTF-8、UTF-16、GB18030-2005编码等来实现字符编码字符编码 计算机基本的存储单位受到了IBM System/360系统所采用的字符编码的影响。l 存储一个二进制“0”或“1”，称为“1位”，或者“1bit”l 8个二进制位组成1个字节（Byte）声音和图像编码思路声音和图像编码思路声音和图像编码思路 声音和图像编码经历采样、量化、编码三个步

4、骤。声音和图像编码思路声音和图像编码思路采样采样:采集典型的信息代替部分连续的信息上面采样的本质，就是把连续的颜色，变成离散的颜色。声音和图像编码思路声音和图像编码思路量化量化:建立典型信息，并用典型信息去替代采样信息的过程。量化的目的就是用有限的信息，去替代无限的信息的过程。颜色颜色二级制二级制0100声音和图像编码思路声音和图像编码思路编码编码:通过编码表把信息转为二进制。颜色颜色二级制二级制010001 00 0101 00 01声音和图像编码思路声音和图像编码思路u 采样和量化的过程都会使的信息损失，出现失真的情况u 需要选择合适采样率和量化位数，使失真保持在我们能接受的范围声音编码采

5、样采样01234567891011120123456789100123456789101112012345678910采样采样0123456789101112012345678910采样采样采样采样0123456789101112012345678910每秒钟在声音上采集的点的个数，称为采样率，以赫兹为单位常见的声音采样率为44.1kHz，也就是每秒钟采集44100个振幅点0123456789101112012345678910采样采样01234567891011120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920采样采样采样采样01234567891011

6、120 1 2 3 4 5 6 7 8 910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940声音量化声音量化声音量化声音量化:把把采样所获得的采样所获得的无数的振幅值无数的振幅值，近似的，近似的用有限用有限个数的数值个数的数值来来表示表示。声音量化声音量化 使用3位二进制数去表示声音的种类，也就是量化位数为3位，能表示8种不同声音量化等级值量化等级值二进制二进制1 10000002 20010013 30100104 40110117 71001008 81011019 91101100 0111111声音编码采样振幅值

7、图0123456789101112012345678910声音编码量化等级和采集振幅值对比声音编码012345678910111212345678910声音编码量化012345678910111212345678910声音编码声音编码 量化量化位数越高位数越高，它代表的标准声音种类就越多，用量化等级，它代表的标准声音种类就越多，用量化等级值去替换样本值时，可以选择的量化等级值就越多，替换以后出值去替换样本值时，可以选择的量化等级值就越多，替换以后出现的现的误差就越少误差就越少，声音就，声音就越接近原始声音越接近原始声音。声音编码编码0123456789101112123456789 10量化等

8、级值量化等级值二进制二进制1 10000002 20010013 30100104 40110117 71001008 81011019 91101100 0111111000001010011100101110111声音编码声音编码 数字化数字化声音所占的存储容量取决于声音所占的存储容量取决于采样率采样率、量化位数量化位数、声声道数道数和和时长时长。声音存储空间声音存储空间=采样率采样率量化位数量化位数声道数声道数时长时长8 8声音编码声音编码 一首100秒的双声道音乐，采样率为44.1khz，量化位数为16位，它的容量就是多少？44.144.1 1000 1000 16 16 100 10

9、0 2 2 8 8 1024 1024 1024 1024 17 17（MBMB）声音编码声音编码常见的音频文件格式有：WAV MP3 WMA AMR APE图像编码图像编码图像编码 一副图像可以看作是由许多彩色或者灰度的点组成的，这些点按纵横排列，被称为像素像素。像素图像编码图像编码建立量化表11111111101001000110111010110101011101011111111编码编码：水平32像数垂直32像数图像编码图像编码垂直像数水平像数3位二进制数就是3位色彩深度图像编码图像编码图像的存储容量图像的存储容量=水平像水平像数数垂直垂直像像数数色彩深度色彩深度 8 8图像编码图像编

10、码 图像图像采样时，图像的采样时，图像的像素数量越多像素数量越多，图像就，图像就越接近越接近真实图片真实图片图像编码图像编码4*4像素3位色深图像编码图像编码8*8像素3位色深图像编码图像编码16*16像素3位色深图像编码图像编码32*32像素3位色深图像编码图像编码600*600像素3位色深图像编码图像编码色彩深度也影响图像的品质图像编码图像编码1位色彩深度只能表示2种颜色图像编码图像编码3位色彩深度可以表示8种颜色图像编码图像编码 采用采用高像素高像素和和高色彩深度高色彩深度，会使得，会使得图片的容量变大图片的容量变大。图像编码图像编码常见常见的位图图像文件格式的位图图像文件格式有：有：l

11、 JPGJPGl PNGPNGl GIFGIFl BMPBMP（BMPBMP位图格式是图像文件的一种基本格式，由于未经压缩，位图格式是图像文件的一种基本格式，由于未经压缩，BMPBMP文件占用的存储空间会比较文件占用的存储空间会比较大）大）数据压缩思路压缩分类从压缩的原理对压缩分类压缩分类l 预测编码基本思想是利用已被编码的点的数据值，预测邻近的一个像素点的数据值l 变换编码基本思想是将图像的光强矩阵变换到系数空间上，然后对系数进行编码压缩。l 统计编码根据信息出现概率的分布特性而进行的压缩编码。比如霍夫曼编码。压缩分类按照压缩方法是否产生失真分类压缩分类l无失真压缩（无损压缩）l有失真压缩（

12、有损压缩）压缩分类无损压缩压缩分类无损压缩要求解压以后的数据和原始数据完全一致。解压后得到的数据是原数据的复制，是一种可逆压缩。无损压缩法去掉或减少数据中的冗余，恢复时再重新插到数据中，因此是可逆过程。l根据目前的技术水平，无损压缩算法一般可以把普通文件的数据压缩到原来的1/21/4。一些常用的无损压缩算法有赫夫曼(Huffman)算法和LZW(Lenpel-Ziv&Welch)压缩算法l一般文件压缩软件如:RAR、zip、7z等都是无失真压缩。文件文件的压缩一般就采用的压缩一般就采用无损压缩无损压缩压缩分类有损压缩压缩分类解压以后的数据和原始数据不完全一致，是不可逆压缩方式。有失真压缩还原后

13、，不影响信息的表达。l图像、视频、音频数据的往往多于我们的视觉系统和听觉系统所能接收的信息，丢掉一些数据而不至于对声音或者图像所表达的意思产生误解，但可大大提高压缩比。图像、视频、音频数据的压缩比可高达100:1，但人的主观感受仍不会对原始信息产生误解。图像、视频、音频图像、视频、音频数据的压缩就可以采用数据的压缩就可以采用有损压缩方法有损压缩方法压缩分类有损压缩有损压缩文件可以有损压缩吗？文件可以有损压缩吗？讨论常见数据压缩算法常见的无损压缩算法空间冗余压缩常见的压缩算法l小蛋糕 小蛋糕 小蛋糕 小蛋糕 小蛋糕 小蛋糕 小蛋糕 小蛋糕 小蛋糕 小蛋糕 小蛋糕 小蛋糕l11个小蛋糕 怎样表示一

14、个分为11份的蛋糕？常见的无损压缩算法空间冗余压缩常见的压缩算法一幅图像表面上各采样点的颜色之间往往存在着空间连贯性，比如右图，图片的背景的颜色都是灰色，还有连续蓝色的电脑屏，连续白色的写字板，颜色都一样。这些颜色相同的块就可以压缩。比如说，第一行像素基本都一样，假设亮度值Y是这么存的 105 105 105.105，如果共100个像素，那需要1Byte*100。采用空间压缩：105,100，表示接下来100个像素的亮度都是105，那么只要2个字节，就能表示整行数据了！岂不是压缩了！常见的无损压缩算法行程编码（RLE）常见的压缩算法如有文件内容为：AAAABBBBDDDDDDEEEEEEECC

15、CCC 可以压缩为：4A4B6D7E5C行程编码是一种空间冗余压缩算法，一般文件压缩就是采用这种方式。BMP.TIFF及AVI等格式文件的压缩均采用此方法。常见的无损压缩算法霍夫曼编码常见的压缩算法根据图像、文件中表示相同的颜色、数据出现的概率不同，对于出现频率高的赋（编）予较短字长的码，对出现频率小的编于较长字长的码，从而减少总的代码量，但不减少总的信息量。霍夫曼编码是根据信息出现概率的分布特性而进行的压缩编码，和行程编码一样，是一种统计编码常见的无损压缩算法根据目前的技术水平，无损压缩算法一般可以把普通文件的数据压缩到原来的1/21/4。一些常用的无损压缩算法有赫夫曼(Huffman)算法

16、、行程编码算法和LZW(Lenpel-Ziv&Welch)压缩算法等。常见的压缩算法常见的有损压缩算法视觉冗余常见的压缩算法人类的视觉系统由于受生理特性的限制，对于图像场的注意是非均匀的，人对细微的颜色差异感觉不明显。例如，人类视觉的一般分辨能力为26灰度等级，而一般的图像的量化采用的是28灰度等级，即存在视觉冗余。人类的听觉对某些信号反映不太敏感，使得压缩后再还原有允许范围的变化，人也感觉不出来。这两张图片的灰度级不一样，你能分辨出来吗常见的有损压缩算法时间冗余（主要针对视频）常见的压缩算法运动图像（视频）一般为位于一时间轴区间的一组连续画面，其中的相邻帧往往包含相同的背景和移动物体，只不过

17、移动物体所在的空间位置略有不同，所以后一帧的数据与前一帧的数据有许多共同的地方，这种共同性是由于相邻帧记录了相邻时刻的同一场景画面，所以称为时间冗余。如下图所示，其实1秒30帧，每一帧之间都是33ms，这么短，前后帧的变话很少，也许只有嘴巴动了，背景没动。常见的压缩算法常见压缩方式汇总常见的压缩算法l空间冗余 物理相关性l结构冗余 如纹理l熵冗余 编码冗余，可逆编码l动态冗余 时间相关性l知识冗余 已具有的先验知识l视觉冗余 超出人眼能辨别的信息例如：DCT编码将在空域上描述的图象，经过某种变换（通常采用，余弦变换、傅立叶变换、沃尔什变换等），在某种变换域里进行描述。在变换域里，首先降低了图象

18、的相关性；其次通过某种图象处理（如频域的二维滤波）以及熵编码，则可进一步压缩图象的编码比特率。这种变换常用于JPEG图像压缩。常见的有损压缩算法有损压缩是利用了人类对图像或声波中的某些频率成分不敏感的特性，允许压缩过程中损失一定的信息；虽然不能完全恢复原始数据，但是所损失的部分对理解原始图像的影响缩小，却换来了大得多的压缩比。有损压缩广泛应用于语音，图像和视频数据的压缩。常见的压缩算法压缩的要素以图像为例：图像压缩的要素压缩的要素l 压缩比 压缩前后文件大小之比，越高越好，但受速度、消耗资源等的影响。l 图像质量 还原后与原图像相比，评估的方法有客观评估和主观评估。l 压缩与解压缩速度 与压缩

19、方法和压缩编码的算法有关，一般压缩比解压缩计算量大，因而压缩比解压缩慢。视频编码的思路视频的基本概念帧视频的基本概念 帧（Frame），是视频文件的基本单位，一帧就是构成视频的一副静态画面。一帧视频的基本概念帧速率（FPS）视频的基本概念 帧速率（Frame Per Second），帧速率是指每秒钟刷新的图片的帧数，也指画面每秒传输帧数。注意区分不是射击游戏中的FPSFPSFirst-Person Shooter GameFirst-Person Shooter Game 对影片内容而言，帧速率指每秒所显示的静止帧格数。要生成平滑连贯的动画效果，帧速率一般不小于8；而电影的帧速率为24fps。

20、捕捉动态视频内容时，此数字愈高愈好。视频的基本概念常见帧速率（FPS）视频的基本概念电影 24NTSC 30PAL 25视频的基本概念视频分辨率视频的基本概念视频分辨率是用于度量视频一帧图像的横向和纵向上的有效像素，和图像的高/宽像素值是一样的。视频的320X180是指它在横向320像素和纵向180像素上，视频的分辨率高，看起来清晰；否则就模糊了。（放大时有效像素间的距离拉大，而显卡会把这些空隙填满，也就是插值，插值所用的像素是根据上下左右的有效像素“猜”出来的“假像素”，没有原视频信息），严格意义上的分辨率是指单位长度内的有效像素值ppi。差别就在这里。图像的高/宽像素值的确和尺寸无关，但单

21、位长度内的有效像素值ppi和尺寸就有关了，显然尺寸越大ppi越小。视频的基本概念常见的视频分辨率视频的基本概念视频的基本概念隔行Interlaced（i）与逐行Progressive（p）的区别视频的基本概念隔行Interlaced视频的基本概念隔行Interlaced（i）与逐行Progressive（p）的区别视频的基本概念逐行Progressive视频的基本概念视频分辨率在现实中的标准视频的基本概念广电标准：标清 D1-720 x576高清=1280 x720p举例：1280 x720p,1920 x1080i(FULL-HD)1920 x1080p(FULL-HD)公司公司标清标清/流

22、畅流畅高清高清超清超清搜狐480p480p576p优酷336p432p622p奇异360p480p720p土豆256p360p480p576720p视频的基本概念视频编码 视频数据是以一定速度连续播放的一组图像形成的，这些静态图像被称为帧。当连续图像变化超过24帧每秒时，根据视觉暂留原理，就会形成流畅的视频画面。帧一个视频=图像+声音一张原始图像(1920 x1080)，如果每个像素32bit表示，图像需要的存储空间大小？视频编码到底要做什么视频编码如果视频是1920 x1080，30fps，1小时，忽略声音。那不压缩大概需要存储空间大小？1920 x1080 x32/8=8294400 By

23、te，大约8M。8Mx30 x60*60=864000M都800多G了！疯了吧！视频编码：图像编码+声音编码视频编码到底要做什么视频编码视频编码最重要的就是帧内压缩编码：对每一帧的图片内容进行压缩编码，包括在采样、量化中等视频数字化过程中及之后使用空间冗余压缩、视觉冗余压缩、行程编码等各种压缩方式。帧间压缩编码：通过使用预测编码、时间冗余编码等方式进行压缩编码。视频编码视频编码的常见的方法：视频编码预测编码基本思想是利用已被编码的点的数据值，预测邻近的一个像素点的数据值变换编码基本思想是将图像的光强矩阵变换到系数空间上，然后对系数进行编码压缩视频编码视频编码的基本思路：视频编码l 空间冗余 物理相关性l 结构冗余 如纹理l 熵冗余 编码冗余，可逆编码l 动态冗余 时间相关性l 知识冗余 已具有的先验知识l 视觉冗余 超出人眼能辨别的信息常用的视频编码常用的视频编码MPEG-2 MPEG-4H.263 H.264Sorenson VP6VP8常用的视频编码采用的视频格式（容器）视频格式ASF AVI WMVMP4 3GP MKVFLV F4VWebM