则在0-0.5之间的所有数值均用0表示，0.51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。
可以实现1∶10甚至1∶12的压缩率。
例如：将“录音机”产生的.wav文件另存为.mp3
格式
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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
44.1k×16×2×60÷8=10584000B≈10.09MB
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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
100MB左右。
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数据存储——存储音频
•声音文件（编码标准）——MPEG音频文件（.mp3）
MP3是一种音频压缩技术标准，其全称是动态影像专 家组音频层面3（Moving Picture Experts Group Audio Layer III），简称为MP3。
利用人耳对高频信号无法识别的原理，将时域波形信 号转换成频域信号，并划分成多个频段，对不同的频段使用 不同的压缩率，对高频加大压缩比（甚至忽略信号）对低频 信号使用小压缩比，保证信号不失真。
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，
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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。
数据率 （kb/s）
64.0 88.2 705.6 1411.2 1536.0
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
（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。
数据量（B）=采样频率×量化位数×采样时间×声道数÷8
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：
第三讲 信息编码
（声音、图像、视频）
第三讲 信息表示与编码 内容提要
数据存储
–声音 –图像 –视频
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数据存储——存储音频
•模拟信号与数字信号
模拟信号: 时间和幅度都是连续的信号 数字信号: 时间和幅度都是离散的信号 音频是一种随时间连续变化的模拟数据.
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数据存储——存储音频
•模拟信号如何存储？
•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
的播.w放av时文由件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
当乐器弹奏时，声卡记录下乐器的音调、声音 的强弱、使用的何种乐器等信息，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
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。
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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.
➢ 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。 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