第数制与编码.pptx

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1、数制的基本概念3.1 数制及其转换数制及其转换数制也称计数制，是用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。通常采用的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制。学习数制，必须首先掌握基数、数码和位权这三个概念。第1页/共100页数制数制基数基数数码数码位权位权特点特点十进制数十进制数（D D）10100 09 91010i i逢十进一逢十进一二进制数二进制数（B B）2 20 0，1 12 2i i逢二进一逢二进一八进制数八进制数（O O）8 80 07 78 8i i逢八进一逢八进一十六进制数十六进制数（H H）16160 09 9，A AF F1616i i逢十六进一逢十六进一数制的三要素

2、：基数、数码、位权第2页/共100页基数位权数码678.34=6102+7101+8100+310-1+410-2小数点左边：从右向左，每一位对应权值分别为小数点左边：从右向左，每一位对应权值分别为100、101、102小数点右边：从左向右，每一位对应的权值分别为小数点右边：从左向右，每一位对应的权值分别为10-1、10-210101.01=124+023+122+021+120+02-1+12-2小数点左边：从右向左，每一位对应的权值分别为小数点左边：从右向左，每一位对应的权值分别为20、21、22、23、24小数点右边：从左向右，每一位对应的权值分别为小数点右边：从左向右，每一位对应的权值

3、分别为2-1、2-2第3页/共100页不同进制数值对照表第4页/共100页不同数制间的数据转换包括：二、八、十六进制数转换为十进制数十进制数转换为R进制数（二、八、十六进制）二进制数、八进制数和十六进制数相互转换第5页/共100页1.1.二、八、十六进制数转换为十进制数(10110.1)2 124023122 121020121 (22.5)10(1101.01)2123122021120 021122 (13.25)10方法：按权展开相加第6页/共100页(157.26)8=18258178 0281682 =(111.34)10(53.D)16=5 161+3 160+13 16-1 =(

4、83.8125)10(A.51)16=10 160+5 16-1+1 16-2 =(10.316)10(18A.42)16=1162816110160416-1216-2 =(394.258)10第7页/共100页整数部分：除R R逆向取余，直到商为0 0。小数部分：乘R R取整，直到小数部分为0 0或者达到精度要求为止。2.2.十进制数转换为R R进制数第8页/共100页例1：将（83）10转换成二进制数。由于是整数，用除由于是整数，用除2取余法，即取余法，即用整数部分不断去用整数部分不断去除除2，并记下，并记下每次的余数，直到商为每次的余数，直到商为0为止。为止。余数从下至上即为转换结果。

5、余数从下至上即为转换结果。（83）10=（1010011）22 83 2 83 余数余数 2 41 2 41 1 12 20 2 20 1 1 2 10 2 10 0 0 2 5 2 5 0 02 2 2 2 1 12 1 2 1 0 0 0 0 1 1 第9页/共100页 练习：（73）10 转换为二进制数。273 余数余数2 36 1218 02 9 02 4 12 2 02 1 0 0 1十进制整数转换为十进制整数转换为R进制数用进制数用“除除R逆向取余逆向取余”法。法。（73）10=（1001001）2第10页/共100页例2：将十进制数0.625转换为二进制数。用小数部分连续与用小数

6、部分连续与 2 2 相乘，并记下乘积的整数部分，直到并记下乘积的整数部分，直到结果小数部分为结果小数部分为 0 0，或精度达，或精度达到要求为止。所得整数部分从到要求为止。所得整数部分从上至下即为转换结果上至下即为转换结果。(0.8125)10=(0.1 1101 1)2 0.8125 0.8125 整数整数 2 2 1 1.6250 1.6250 1 2 2 1 1.250 1.250 1 2 2 0 0.50 0.50 0 2 2 1 1.0 1.0 1第11页/共100页例3:将0.3350.335转换为二进制小数（精确到0.0010.001）。0.3350.335 2 2 0 0.67

7、0.670 2 2 1 1.34.34 2 2 0 0.68.68 2 2 1 1.36.36 (0.335)(0.335)1010=(0.=(0.0 01 10 01 1)2 2 (0.011)(0.011)2 2第12页/共100页 3.二进制、八进制、十六进制数间的相互转换 （1）二进制数与八进制数间的转换 八进制数转换成二进制数八进制数转换成二进制数一位八进制数用三位二进制数表示（一分为三）一位八进制数用三位二进制数表示（一分为三）。二进制数转换成八进制数二进制数转换成八进制数以小数点为基准，分别向两侧将每三位分为一组，以小数点为基准，分别向两侧将每三位分为一组，每组三位二进制数转换成

8、一位八进制数（三合一）每组三位二进制数转换成一位八进制数（三合一）。第13页/共100页例如：(144.1)8 8=(001 100 100.001)2 2 1 4 4 .1(1 101 101 110.110 100)2 2=(1556.64)8 8 1 5 5 6 .6 4注意：注意：注意：注意：当小数部分最右一组不足三位时，则在右边添当小数部分最右一组不足三位时，则在右边添当小数部分最右一组不足三位时，则在右边添当小数部分最右一组不足三位时，则在右边添上上上上0 0 0 0，以补足三位。，以补足三位。，以补足三位。，以补足三位。第14页/共100页 十六进制数转换成二进制数十六进制数转换

9、成二进制数一位十六进制数用四位二进制数表示（一分为一位十六进制数用四位二进制数表示（一分为四）。四）。二进制数转换成十六进制数二进制数转换成十六进制数以小数点为基准，分别向两侧，以小数点为基准，分别向两侧，每四位为一组每四位为一组，组成一位十六进制数（四合一）组成一位十六进制数（四合一）。（2）二进制数与十六进制数间的转换第15页/共100页例如：(64.5)16=(0110 0100.0101)2 6 4 .5(11 0110 1110.1101 0100)2=(36E.D4)16 3 6 E .D 4右补0注意：注意：小数点后最右一组小数点后最右一组不足四位时不足四位时必须在低必须在低位位

10、用用0 0 0 0补齐补齐！第16页/共100页数制转换图示十进制数二进制数八进制数十六进制数整数：除2逆向取余小数：乘2取整按权展开相加三位幷一位一位拆三位四位幷一位一位拆四位按权展开相加按权展开相加整数：除8逆向取余小数：乘8取整整数：除16逆向取余小数：乘16取整第17页/共100页二进制数的算术运算和逻辑运算 算术算术运算运算加加 0+0=0 1+0=0+1=1 1+1=0+0=0 1+0=0+1=1 1+1=1010（有进位）（有进位）减减 0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1 1（有借位）（有借位）乘乘 0*0=0*1=1*0=

11、0 1*1=10*0=0*1=1*0=0 1*1=1除除 0/1=0 1/1=10/1=0 1/1=1逻辑逻辑运算运算与与 00=0 01=0 10=0 11=100=0 01=0 10=0 11=1或或 00=0 01=1 10=1 11=100=0 01=1 10=1 11=1非非 非非0 0为为1 1 非非1 1为为0 0第18页/共100页例1.计算101+1011 1 1 0 1 10+1 0 1 110101110 -1 0 0 1 1例例2.计算计算11101 10011 1 1 1 0 111010 0 0 0例例3.计算计算11011001 1 1 0 1 1 0 0 11

12、1 0 10 0 0 01 1 0 1+1 1 1 0 1 0 11 0 1 1例例4.计算计算100100011011 1 0 0 1 0 0 0 11 0 1 11 1 1 011 0 1 11 1 0 11 0 1 11 0011二进制数算术运算举例要点：要点：要点：要点：小数点对齐小数点对齐小数点对齐小数点对齐逢二进一逢二进一逢二进一逢二进一要考虑进位和借位问题要考虑进位和借位问题要考虑进位和借位问题要考虑进位和借位问题第19页/共100页例如：a=1100，b=0110 进行运算：ab、ab、a 1100 1100 1100 0110 0110 逻辑非为：1110 0100 0011

13、要点：逻辑运算按位进行，不同位之间不存在任何联系，不象算术运算中位之间可能有进位或借位。二进制数逻辑运算举例第20页/共100页数值型数据包括整型数和实型数。整型数就是数学中的整数，包括：正整数、负整数和零。实型数就是数学中带小数点的数。首先将数值（例如：123，3.14，-67）转换成二进制数，然后按一定的规则存储在计算机内部，例如正号用0存储，负号用1存储。3.2 数值的存储第21页/共100页 整型数的存储机器数：将一个数在机器中的存储形式（即编码）称为机器数。带符号数的最高位用来表示数的符号，一般用“0”0”表示“+”+”，用“1”1”表示“-”-”。1.机器数与真值第22页/共100

14、页真值：与机器数相对应的实际值为真值。例如：+00000101 代表+5 -00000101 代表-5 在机器中：00000101 代表+5 10000101 代表-5常用的机器数有三种：原码、反码和补码。真值机器数第23页/共100页 2.整型数的原码、反码和补码正正数数：原码、反码、补码相同。原码、反码、补码相同。符号位为符号位为0 0，数值为对应的二进制数。，数值为对应的二进制数。例如：例如：109 109 109109原原 =109109反反 =109109 补补=0 011011011101101第24页/共100页 负数：原码：原码：符号位为符号位为1 1 1 1，数值为绝对值的二

15、进制数。，数值为绝对值的二进制数。例：例：-109-109-109-109原原=1 1 1 11101101110110111011011101101反码：反码：将原码除符号位外，逐位取反。将原码除符号位外，逐位取反。例：例：-109-109-109-109反反=1 1 1 10010010001001000100100010010补码：补码：将反码末位加将反码末位加1 1 1 1。例：例：-109-109-109-109补补=1 1 1 10010011001001100100110010011第25页/共100页 X反 数值位 X真值 X原 数值位 X补 原码、反码和补码之间的转换图示数值

16、位不变+,0,1符号位不变符号位不变不变 （符号位为0）取反加1（符号位为1）不变（符号位为0）取反（符号位为1）第26页/共100页原码、反码、补码举例（以8 8位字长为例）第27页/共100页补码运算在计算机中带符号整数是采用补码存储的。在计算机中带符号整数是采用补码存储的。使用补码的表示方法，能将减法一律转换为加法。使用补码的表示方法，能将减法一律转换为加法。符号位和数值位一样参与运算，如果符号位产生进位，则将此进位丢掉。运算规则：X+YX+Y补补 =X=X补补+Y+Y补补 X-YX-Y补补 =X=X补补+-Y+-Y补补 第28页/共100页3补补+-5补补=补补3补补=0000 000

17、0 0000 0011-5原原=1000 0000 0000 0101-5补补=1111 1111 1111 1011例如例如:求求3-53-5的结果的结果1111 1111 1111 11100000 0000 0000 00111111 1111 1111 1011+1111 1111 1111 1110第29页/共100页若补码的最高位为0，该补码为某正数的补码，且与原码相同，无需转换。若补码的最高位为1，则该补码为某负数的补码。负数的补码转换为原码：除符号位外，逐位外，逐位取反末位加1。例如：1111 1111 1111 1110补补=1000 0000 0000 0010原原=-2补

18、码转换为原码第30页/共100页在计算机中存储实型数时，要先将实型数转换为S2S2p p的形式，S S和p p都是二进制整数。实型数的存储例如：12.375=1100.011B 12.375=1100.011B 将1100.0111100.011转换为：11000111100011221111 尾数若x=S2 p，则S叫做x的尾数，p叫做x的阶码。第31页/共100页在计算机中一般用4B4B存储一个单精度实型数，其中1B1B存储阶码，3B3B存储尾数。阶符阶码(p)数符尾数（s）1 位m位1位n位阶码和尾数都用补码存储，阶码在左，尾数在右。阶码的长度决定数的范围，尾数的长度决定数的精度。第32

19、页/共100页 12.375=1100.011 B=11000112 11 B p=11 B，p原=10000011（8位），位），p反=11111100，p补=11111101；S=1100011 B S原=10000000,00000000,01100011（24位）位）S反=11111111,11111111,10011100 S补补=11111111,11111111,10011101 12.375的机器表示：的机器表示：1111110111111111,11111111,10011101例：12.375在机器中的表示。第33页/共100页3.3 字符的编码字符是数字、字母和符号的统称

20、。字符在计算机中必须转换为二进制代码，转换后的二进制代码称为字符编码。由于编码是一个涉及世界范围内有关信息表示、交换、处理、存储的基本问题，因此都以国家标准或国际标准的形式颁布施行。第34页/共100页ASCII码ASCII码（American Standard Code For Information Interchange）美国信息交换标准码，被国际标准化组织（ISO）确定为国际标准字符编码。在大多数的小型机和全部的个人计算机都使用此编码。第35页/共100页ASCII码的编码规则用一个字节表示一个字符的编码0最高位取最高位取“0”余下的余下的7位可给出位可给出128个二进制编个二进制编码

21、，即：码，即：0000 0000-0111 1111可以表示可以表示128个字符个字符第36页/共100页ASCII码表第第0到到32 控制字符编码控制字符编码第第48到到5709字符编码字符编码第第65到到90AZ字符编码字符编码 第第97到到122az字符编码字符编码 其余其余标点符号、运算符号等字符编码标点符号、运算符号等字符编码 第第127 控制字符编码控制字符编码记住：记住：0字符的字符的ASCII码是码是48A字符的字符的ASCII码是码是65a字符的字符的ASCII码是码是97a与与A 的的ASCII码之差是码之差是32第37页/共100页HL7位 ASCII码表A为（为（010

22、0 0001）2=65第38页/共100页 3.4 汉字的编码各种代码之间的关系：各种代码之间的关系：汉字输入汉字输入输入码（外码）国标码机内码输出码（字形码）汉字输出汉字输出高位置高位置“1”包括：信息交换码（国标码）、机内码、输入码和输出码。第39页/共100页1.信息交换码（国标码）信息交换用汉字编码字符集基本集/GB2312-80 标准编码共收录7445个汉字及图形符号；每个汉字和符号用 2 个字节二进制码表示。汉字字符编码由国家定义，称信息交换码，又称为国标码。第40页/共100页2.2.机内码机内码（亦称内码）：汉字（符号）在计算机内部的二进制代码。内码与信息交换码的关系：将两个字

23、节的最高位取“1”例如：已知“啊”的信息交换码为(3021)16，求机内码。(3021)16=(0011000000100001)2 机内码：(1011000010100001)2第41页/共100页例如：“水”的信息交换码为4B2EH，求机内码。4B2EH=(0100 1011 0010 1110)2机内码：(1100 1011 1010 1110)2第42页/共100页3.输入码（外码）输入码：汉字输入时使用的编码。例如：例如：例如：例如：“国国国国”的输入码的输入码的输入码的输入码全拼：全拼：全拼：全拼：guoguoguoguo；五笔字形码：；五笔字形码：；五笔字形码：；五笔字形码：lg

24、ylgylgylgy；区位码：；区位码：；区位码：；区位码：2590259025902590典型的输入码有：全拼、五笔字形、微软输入法、典型的输入码有：全拼、五笔字形、微软输入法、智能智能ABCABCABCABC输入法、搜狗拼音输入法、区位码等。输入法、搜狗拼音输入法、区位码等。第43页/共100页4.输出码（字模、字型码）输出码：汉字输出时使用的编码。输出码：汉字输出时使用的编码。l l以点阵形式表示。以点阵形式表示。如如1616161616161616点阵、点阵、2424242424242424点阵、点阵、3232323232323232点阵等点阵等l l一个一个1616161616161

25、616点阵汉字输出码所占存储空间：点阵汉字输出码所占存储空间：16/816=3216/816=3216/816=3216/816=32个字节个字节16x16点阵汉字及编码24x24点阵汉字32x32点阵汉字第44页/共100页多媒体概述3.5 多媒体信息编码多媒体是多种媒体的组合，即文字、声音、图像、图形、动画、视频等各种媒体的组合。多媒体技术就是以计算机为中心，把语音处理技术、图像处理技术和视频处理技术等集成在一起，并进行综合信息处理的技术。多媒体信息必须转换为数字信息，即进行多媒体信息编码。第45页/共100页文本：包含字母、数字、字、词等基本元素，一般采用文字编辑软件生成。图形：是采用计

26、算机语言或专门软件生成的矢量图形矢量图多媒体技术处理的主要对象第46页/共100页图像：是采用扫描设备、摄像设备或其他图像处理设备生成的用像素点记录的自然影像。视频：动态的影视图像称为视频。音频：是指大约在20 Hz20 kHz频率范围的连续变化的声音信号。动画：是采用计算机动画软件制作并可连续播放的画面。声音动画图像第47页/共100页音频信息编码声音的两个基本参数：幅度：声音的大小、强弱程度频率：信号每秒变化的次数，单位：赫兹（HZ）声音（音频）是一种通过空气传播的一种连续的波，叫声波。这些声波到达人耳，人会感到压力的变化，这就是声音。1.音频信息的特性第48页/共100页2.模拟信号与数

27、字信号模拟信号:时间和幅度都是连续的信号。音频信号在时间和幅度上都是连续变化的，是一种模拟信号。时间上的连续：在一个确定的时间范围内，音频信号的幅值有无穷多个。幅度的连续：幅度的值有无穷多个。模拟信号第49页/共100页数字信号:幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的而是离散的，即幅值只能取有限的数值。音频数据的数字化是由声卡中的模拟/数字转换功能完成的。数字化的结果是将音频数据用二进制代码表示。数字信号第50页/共100页3.音频信息的编码由于多媒体信息的特殊性，其二进制编码的技术和方法比一般的字符编码要复杂的多。基本的思想就是将“连续”变成“离散”这个过程包括：采样量化编码第51页/共1

28、00页采 样采样的目的：是在时间上，对连续的变化进行“离散化”，将音频信号在时间上进行分割。采样：每隔一个时间间隔，在音频信息的波形上取一个幅度值，将时间上连续的信号变成离散的信号。时间间隔称为采样周期，其倒数为采样频率。采样频率越高，则在单位时间内得到的音频样本数据就越多，模拟原音频信息的质量就越好。t第52页/共100页音频采样的例子t第53页/共100页音频采样的例子t第54页/共100页量 化量化是将在“幅度值”的取值空间上进行“离散化”。将落在某个时间范围内的幅度样值，用一个确定的二进制数值表示。第55页/共100页音频量化的例0000000100100011010001010110

29、011110001001幅度数值幅度数值用用4位二进制代码表示原来连续的幅度值的取值范围位二进制代码表示原来连续的幅度值的取值范围例如：一段相同的音乐信息，16位声卡能把它分为65536个精度（216=65536）单位进行处理，而8位声卡只能处理256个精度（28=256）单位，造成了较大的信号损失，最终的采样效果自然是无法相提并论的。第56页/共100页编 码根据采样和量化的结果，将各离散点的幅度值进行“逐点”记录。将记录的结果保存为一个文件，即该音频信息的数据文件；实现了对音频信息的编码。将来按照采样、量化和编码的“逆思想”，可把该文件还原。例对一个音频信号进行4位量化编码。第57页/共1

30、00页音频数字编码的图示采样点t1t2t3t4t5t6t7.幅值 0011 0101 0111 1001 1011 1101 1110.第58页/共100页不同采样频率和量化级别效果图示采样频率采样频率11KHz 8位量化位量化 采样频率采样频率22KHz 16位量化位量化第59页/共100页音频信息编码的技术指标采样频率（Hz）：单位时间内的采样次数，一般为11.025kHz或22.05kHz采样精度（bit）：表示量化级别的二进制的位数，一般为8位或16位，也称为样本位数、位深度声道数量：单声道或多声道第60页/共100页例如：采样频率=44.1kHz 样本精度=16bit 立体声 播放时

31、间=60秒存储容量=44.1*1000*16*60*2/8=10584000B =10.09MB存储容量的计算音频数据存储容量（B）：采样频率（Hz）*采样精度（bit）*声道数*播放时间（s）/8第61页/共100页1.图象信息的特性在二维空间上的分布是连续的。亮度值（或色彩值）的取值空间是连续的。图像信息编码第62页/共100页图像的数字化编码过程：采样、量化和编码。采样的目的：将图像在二维空间上进行离散化处理。采样的方法：逐行进行 在一行中，每间隔一定的距离采一个点，间隔一定距离，再采下一行。每个点称为一个“像元”或“像素”。点的“行数x列数”称为图像分辨率。分辨率越高，图像越清晰，图像

32、文件占用的存储空间也越大。2.图象信息的编码第63页/共100页量化：是对像素的颜色进行离散化(即用确定的数值记录点的颜色)量化的等级与每个像素颜色的二进制数值的位数有关表示像素状态的位数越多，具有的色彩就越丰富量 化黑白方式黑白方式：用一个：用一个“位位”表示像元的颜色，有表示像元的颜色，有2 2种颜种颜色色彩色方式彩色方式：用一个字节表示像元的颜色，具有：用一个字节表示像元的颜色，具有256256个个不同的颜色不同的颜色真彩色方式真彩色方式：用三个字节表示一个像元的颜色，具有：用三个字节表示一个像元的颜色，具有2 22424个不同的颜色个不同的颜色第64页/共100页编码：是对每个像素的颜

33、色用不同的二进制代码表示并记录下来，这些二进制代码就是图象信息的编码。例以一个黑白图象为例，说明图象的编码过程。编 码第65页/共100页采样：在横方向和纵方向上都设置10个采样点，得到10*10个像素量化：用1位二进制代码表示一个像素（黑白图像），并假定“0”表示黑色，“1”表示白色编码：将编码数值一行一行地记录保存起来，就完成了对图像的二进制编码 10 0 0 1 1 1 1 0 0 00 0 0 1 1 1 1 0 0 00 0 0 1 1 1 1 0 0 00 0 0 1 1 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1

34、1 1 1 0 0 00 0 0 1 1 1 1 0 0 00 0 0 1 1 1 1 0 0 00 0 0 1 1 1 1 0 0 0编码结果第66页/共100页影响图像质量的因素图像分辨率用多少个像元(像素)表示(显示)图像像素深度或位深度用多少个二进制位表示一个像素的状态分辨率越高，像素深度越大，占用的存储空间越多；当然，图像就越清晰、圆滑、美观、逼真第67页/共100页宽度：宽度：271 高度：高度：300颜色：颜色：2大小：大小：9.9 KB宽度：宽度：271 高度：高度：300颜色：颜色：4大小：大小：19.8 KB不同像素深度的例第68页/共100页宽度：宽度：271 高度：高度

35、：300颜色：颜色：256大小：大小：79.4 KB宽度：宽度：271 高度：高度：300颜色：真彩色颜色：真彩色大小：大小：238.2 KB不同像素深度的例第69页/共100页不同分辨率的例第70页/共100页第71页/共100页存储容量的计算例如：存储一幅352288的静态真彩色图像图像分辨率为 352288像元深度为 3B存储容量=352288 3=297KB如分辨率为7681024存储容量=7681024 3=2.25MB第72页/共100页视频数据的数字编码（自学）视频信息的实质是静态图像的运动组合在单位时间内连续地显示若干幅图像就构成视频的动态图像编码的思想可借鉴图像的方法第73页

36、/共100页视频数据的数字编码（续）将视频信息在时间上、帧内空间上和色彩上分别进行离散化，并最终以二进制代码形式编码记录将涉及比音频信息和图像信息数字化更复杂的原理和方法，其基本的思想包括：将完整的视频信息在时间上分解为若干的帧；参照图像信息编码的方法进行“帧内编码”；参照音频信息编码的方法进行伴音编码处理；考虑播放速率和伴音同步，最后完成视频信息编码 第74页/共100页视频数据的容量计算表示一幅352*288的静态真彩色图象需要的存储空间 352*288*3(B)=304128B=297KB假设每秒播放25帧，计算1分钟视频数据的存储空间（不含音频数据）352*288*3*25*60(B)

37、=435.06MB第75页/共100页3.6 数据压缩第76页/共100页数据压缩的必要性尽管我们可以利用信息理论中的各种编码技术表达字符、图形图像、音频、视频，但是包含这些数据的文件往往是相当大的 一秒钟的视频需要约 9MB 的内存空间 一幅全屏的位图约占用 25MB的内存空间 一段45分钟的声音文件有大约 475 MB第77页/共100页数据压缩的必要性（续）大文件需要大的内存空间，否则将降低运行速度大文件需要大的外部存储空间，因而降低计算机硬盘等存储设备的有效使用效率大文件需要较长的传输时间，因而容易发生在传输过程中的中断能够在不丢失数据的情况下缩小文件的大小，就能够缓解上述问题第78页

38、/共100页数据压缩的意义解决以上问题的基本思想就是在保证基本数据不丢失的情况下，缩小文件的大小实现这种数据处理思想的过程称为数据压缩 第79页/共100页数据压缩的有关概念压缩：指重新记录一个文件，以使它占用较小存储空间解压缩：数据压缩必须是可逆的；数据压缩的逆过程叫解压缩压缩比：原文件容量压缩后新文件的容量例如：压缩比为20:1意味着原始文件是压缩后文件的20倍第80页/共100页 无损压缩数据无需事先进行重新组织而直接进行压缩，压缩文件中完全保留了原文件中的全部数据信息。有损压缩为获得更高的压缩比，首先对数据信息进行重新的组织整理，剔除某些不敏感的原始数据，然后再进行压缩。无损压缩可逆；

39、有损压缩不可逆无损压缩可逆；有损压缩不可逆第81页/共100页文本文件的数据压缩实现文本文件压缩的方法很多介绍：自适应模型替代法第82页/共100页自适应模型替代法它首先扫描整个文本，寻找重复出现两次或两次以上的字节模型当找到一个模型后，就用在文本中没有用到过的一个新的字节模型替代它只要新的字节模型“短”于原字节模型，就可起到“压缩”的目的第83页/共100页自适应模型替代法举例自适应模型替代法将44个字节（包括空格和标点）长的句子压缩到29个字节。原始文件包原始文件包含含44个字节个字节the rain in Spain falls mainly on the plain.用用“”替替代代“

40、the”用用“”替替代代“ain”%r in Sp falls mly on%pl.%rain in Spain falls mainly on%plain.第84页/共100页 the ain“压缩压缩”后建立后建立一个一个字典式记录字典式记录。上例中用来做替代的符号不是实际上使用的上例中用来做替代的符号不是实际上使用的字符，是为了举例而用的。字符，是为了举例而用的。第85页/共100页图像信息的数据压缩例如：在右侧图像中，兰色区域中所有点（像素）的颜色是相同的，如果仍“逐点记录”，必然产生很大的数据冗余。图像信息是“逐点记录的”。之所以能进行压缩是因为信息本身通常存在很大的数据冗余量。第8

41、6页/共100页图像数据压缩方法“游程长度编码”法（Run length encoding）游程长度：具有相同颜色并且是连续的像素的数目。通过为连续的相同颜色的像素重新编码实现图像文件的压缩游程长度编码。第87页/共100页有一个有一个32323232象素，象素，256256色的色的位图（如右图所示），其中位图（如右图所示），其中每个像素需要一个字节存储每个像素需要一个字节存储颜色；如颜色；如白色白色用用1111 11111111 1111表表示，黑色用示，黑色用0000 00000000 0000表示表示没压缩时：没压缩时：图像的前九行有图像的前九行有32329=2889=288个个像素，需

42、像素，需288288个字节存储个字节存储游程长度编码例3232像素像素第88页/共100页图中有167个连续的白色像素。把这167个字节压缩成个字节。一个字节记录连续的像素点数，一个字节表示共同的颜色。1010 0111（167）1111 1111（白色）使用相同的方法可以继续压缩后续的像素。游程长度编码方法第89页/共100页前前167个个白色像素白色像素被压缩成被压缩成2B：10100111 11111111下面5个黑色像素编码为：00000101 00000000代表5个黑色代表1673232像素像素压缩图示：第90页/共100页重复次数重复次数(十进制十进制)重复次数重复次数(二进制二

43、进制)像素颜色像素颜色像素颜色像素颜色(二进制二进制)16710100111白色白色11111111500000101黑色黑色000000002600011010白色白色11111111100000001黑色黑色00000000500000101黄色黄色10100000100000001黑色黑色000000002300010111白色白色11111111200000010黑色黑色00000000700000111黄色黄色101000001800010010黑色黑色00000000500000101白色白色11111111100000001黑色黑色000000002500011001黄色黄色10

44、100000100000001白色白色11111111100000001黑色黑色00000000用用游游程程长长度度编编码码压压缩缩后后，前前9行行只只需需30个个字字节节即即第第二二、四四列列的的二二进进制制数数第91页/共100页视频信息数据压缩（不要求）视频是运动的图像；视频文件由一系列的帧组成；每一帧都是一幅图像没有经过压缩的视频文件需要巨大的存储空间例如，用计算机制作一部完整的电影需要用相当于1200张CD-ROM的存储空间视频文件的压缩思路：帧内压缩 压缩每一帧的大小运动补偿只为从一帧到下一帧发生变化的信息编码控制播放速率尽量减少每秒播放的帧数第92页/共100页（1）帧内压缩首先

45、对构成视频的每一帧图像进行压缩帧内压缩可采用标准的图像压缩技术，比如JPEG压缩方法每压缩一帧，视频文件就会缩小帧内压缩通常会导致20:1到40:1 的压缩比第93页/共100页（2）运动补偿在视频文件中，相邻的帧之间的差别是很小的在压缩前首先估计、判断并确定两帧之间的不同然后只存储两帧之间的变化，而不是每帧的所有数据运动补偿技术可以导致200:1的压缩比举例一个讲话的场面，除了眼睛和嘴变动外，其他的背景部分几乎是不变的，则适合采用此方式第94页/共100页（3）选择适当的播放帧数单位时间内帧的显示数量直接影响文件的大小和视觉光滑程度应综合考虑选择：高质量要求的视频一般每秒显示30或60帧视频

46、每秒显示10-15帧时，在播放时可能出现抖动，但仍可以接受电影的播放速电影的播放速率为率为24帧帧/秒秒第95页/共100页典型多媒体数据文件格式MPEG 视频信息压缩标准系列；由国际“运动图像联合专家组”制定；已经成为国际通用视频信息数据压缩使用标准；当前最典型代表 MP4 MP3 音频信息压缩标准；是MPEG标准中的音频层；根据压缩质量的不同可分为3层，分别对应MP1、MP2和MP3；MP3 是目前最流行的音频信息格式文件JPEG 图像信息压缩标准；由国际”联合图像专家组“制定；JPEG格式文件已经成为互联网上的主流图像格式BMP（Bitmap）文件即位图图像文件；是未经压缩的图片第96页/共100页多媒体信息播放软件制作多媒体数据信息并保存为一个文件的过程就是压缩过程；由专门软件自动完成播放该多媒体数据文件的过程是解压缩过程；由专门的播放软件自动完成有合二为一的；也有分离的多媒体播放软件图像编辑和浏览软件，如ACDSee视频播放软件，如RealPlayer音频播放软件，如Winamp第97页/共100页压缩软件WinRAR（自学）图像处理软件ACDSee（自学）第98页/共100页第99页/共100页100/100感谢您的观看！第100页/共100页