高中信息技术沪教版（2019）必修1 数据与计算3.了解声音和图像的数字化图片ppt课件

第一单元  数据与信息

项目二 探究计算机中的数据表示——认识数据编码（第2课时）

了解声音和图像的数字化

【教材分析】

本项目继续延用“鸟类研究”这一项目情境，从“将鸟类研究过程中采集的数据数字化后存入计算机”这一需求出发，以生活中的编码为切入点，了解声音和图像的数字化，引导学生探究各类数据在计算机中的表示方法，学习声音、图像等类型数据的基本编码方法，增强信息意识、发展计算思维、提升数字化学习能力。

【学习目标 】

（1）经历声音数据数字化的过程，掌握声音数据数字化的基本方法，了解声音数字化的基本原理，知道采样频率、量化位数和声道数对数字化音频文件大小及效果的影响。

（2）经历图像数字化的过程，掌握图像数字化的基本方法，了解图像数字化的基本原 理，知道分辨率和量化位数对位图的影响。

（3）亲历方案设计、对比分析、探究实验等学习活动，体会运用信息技术开展学习、解决问题的思想与方法。

（4）在数字化学习过程中掌握数字化学习的策略和方法，能够根据需要选用恰当的方 法及合适的数字化工具和资源开展有效学习。

【教学重点】

数字化过程的三个步骤：采样、量化、编码。

【教学难点】

声音数字化和图像的数字化

【导入新课】

游戏：听不同动物的叫声，猜是什么动物？引出问题，自然界的声音是如何存入计算机中，经历了怎样的转换过程？

【项目学习指引】

一.了解声音的数字化

现实世界的声音是一种连续的波，称为声波。声音有两个参数：幅度和频率。要用计算机处理声音数据，必须把连续变化的波形信转换成为离散的数字信号，将幅度和频率以0和1编码的形式表示出来，这一过程称为声音数字化。声音数字化的过程包含采样量化、编码三个步骤，如图所示。

声音数字化的过程

1.采样(sampling)

每隔一段时间在模拟声音信号的形上取一个幅度值。

计算机每秒在模拟声音信号的波形上采样的次数称为采样频率。常见的采样频率有44.1kHz、22.05kHz、11.025KHz等。采样频率越高，即采样的时间间隔越短，则在单位时间内得到的声音样本数据越多，对声音信号波形的表示越精确，声音的保真度越高。

2.量化（quantization)

用二进制数表示采样所得到的幅度值。首先将幅度值范围划分为2n个级数，每个级数对应一个幅度值，然后将采样得到的各个幅度值按一定的规则近似到某个级数值，并用二进制数表示，从而形成一组二进制数序列。这里的n称为量化位数。量化位数越大，划分的级数越多，采样结果近似到某个级数值时产生的误差就越小。因此，量化位数越多，数字化精度越高，声音就越保真。

3.编码

按照一定的格式把经过采样和量化得到的离散数据记录下来，并在其基础上加入用于纠错、同步和控制的数据，最终转换成数字音频信号。

声音的编码就是按照一定格式把经过采样和量化得到的离散数据记录下来，并在其基础上加入用于纠错、同步和控制的数据，最终转换成数字音频信号。不同的编码方法形成了不同格式的音频文件，如WAV格式、MP3格式等。

4. 音频文件的数据量计算方法：

数据量(单位：字节)=数据率×持续时间

=(采样频率×量化位数×声道数)÷8×持续时间

例如一张CD-ROM中存放半小时的数字音乐(未经压缩)，则其数据量可按以下方法计算：

数据量=(44100×16×2)÷8×30×60 B

=317520000 B

=310078.125 KB

≈303 MB

提示：标准CD格式的采样频率为44.1kHz,量化位数为16位，声道数为2(双声道数据量计算公式中的“÷8”是将位数转换成字节（Byte），1Byte=8bit,1KB=1024B,1MB=1024KB。

二.了解图像的数字化

生活中随处可见网站LOGO图标，以及商场的大型宣传海报，画面风格不同，从信息技术的角度看，都属于模拟图像，运用扫描技术或数字摄像技术可以将空间上连续的模拟图像转换成用0、1表示的数字图像，这一过程称为图像数字化。

图像数字化的过程包含采样、量化、编码三个步骤如下图。

1.采样

按一定的空间间隔自左到右、自而下提取画面信息，将一幅连续的模拟图像在空间上转换成若干个离散的像素点，每个像素点呈现不同的颜色(彩色图像)或亮度(灰度图像)。

分辨率：一幅图像所包含的横向和纵向的像素点的数目称为图像分辨率。

例：一幅图像的分辨率为640×480，如下图：

横向640个像素点

纵向480个像素点

共640×480=307200个像素点组成。

2.量化

将采样得到的每个像素点的颜色或亮度用若干位二进制数表示出来。

例如，一幅黑白图像只有两种颜色，则每个像素点只需1个二进制位即可表示：表示黑色，0表示白色。

一幅256级灰度图像，每个像素点需要用8个二进制位来表示，表示28=256个亮度层次；

一幅24位真彩色的RGB图像，其三原色红、绿、蓝的每种光的强度被分成256个级别(0~255)，需要用8个二进制位来表示，每个像素点有三种颜色，所共需要用24个二进制位来表示，表示216777216种颜色。

对于彩色图像来说，颜色深度决定了该图像可以用的最多颜色数目，颜色深度越大，显示的图像色彩越丰富，画面越自然、逼真。但要注意，在图像分辨率相同的情况下，颜色深度越大，图像所占的存储空间也越大。由纵横排列的像素点组成的图像称为位图(又称点阵图)。位图的质量主要由图像分辨率和颜色深度决定。呈现的是采用不同分辨率和颜色深度数字化后的位图。

3.编码

图像的编码就是按照一定的格式将位图上各个像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格式等。

4. 图像文件的数据量计算方法：

未经压缩的位图图像的数据量(单位：字节)=图像分辨率×颜色深度÷8。

例：一幅800×600的16位色彩图像，则其数据量可按以下方法计算：

数据量(单位：字节)=800×600×4÷8

                 =240000B=234.375KB=0.23MB

【课堂小结】

归纳小结本课知识点：声音和图像类型数据的基本编码方法、声音数字化的方法、图像数字化的方法等。