教科版 (2019)必修1 数据与计算3.1 数据编码教案设计

这是一份教科版 (2019)必修1 数据与计算3.1 数据编码教案设计，共6页。教案主要包含了教学目标，教学重难点，教学过程，板书设计，教学反思等内容，欢迎下载使用。

1、了解各类常见的数据及其采集方法；
2、能够解释音频数据类型的编码原理；
3、理解数据编码的意义和作用。
二、教学重难点
重点：模拟数据的数字化方法。
难点：模拟数据的数字化方法。
三、教学过程
（一）、情境导入
师：回想考试时需要填图哪些信息？
（考号、姓名、年级、班级等）
师:如何不填图考号，在发试卷时可能会出现什么问题？
（同一个班级的同学有重名的）
师：考号除了可以避免试卷重复，还有什么好处？考号包含了哪些信息？
（学校、年级、班级等）
像这样把姓名、班级等文字信息转换成数字信息就是我们今天要学习的数据编码。
展示学习目标。
（二）、讲授新课
1、编码概念
编码：信息从一种形式或格式转换为另一种形式或格式的过程。
计算机中编码：用预先规定的方法将文字、数字或其他对象编成可以存储在计算机里的数值。
2、生活中常见的数据表现形式
以智能公交系统为背景
在办理市民卡的流程中，管理系统都收集了哪些数据？
生活中还有哪些数据可以采集以及如何采集？
完成表格
师：生活有这么多表现形式的数据，如果把这些数据编码成计算读懂的数据呢？下面我们以声音为例探索如何把生活的声音存储到计算机中，在这之前先补充两个概念。
3、信号的分类
模拟信号：用连续变化的物理量表示的信息。如声音、温度、压强等。
模拟信号的的值称为模拟数据。
数字信号：离散化以后的信号，方便在计算机中保存。
数字信号的的值称为数字数据。
师：下面我们就来探索如何把模拟声音数据转换为数字数据。
声音数字化：将模拟声音数据转换为数字数据的过程，称为声音的数字化。
师：声音数字化和数据编码是什么关系？
（声音数字化是数字编码的一种。）
以直线和虚直线为例，引出可以用一定间隔的点表示连续图形
4、声音数字化
（1）、采样
a．在横轴上按一定的时间间隔从信号中取一个瞬时值，这个过程称为采样。
t
x(t)
10
9
0
8
7
6
5
4
3
2
1
t
x(n)
采样频率：1秒内采样的次数。 单位：赫兹Hz
b．思考：不同的采样频率对声音还原度有什么影响？
声音还原度
存储容量
采样点
采样频率
c．采样频率多少比较合适呢？（采样点越多，所占的存储空间也越大）
（常用的CD音质采样频率为44100Hz，也就是44.1KHz）
d．体验44100Hz与2000Hz的区别
播放采样频率44100Hz的《歌唱祖国》
播放采样频率2000Hz的《歌唱祖国》
（2）、量化
将信号波形的纵轴划分为若干区间。落到某一区间的采样点按四舍五入的规则取整选值，这个过程称为量化。即将模拟信号的波形转换为数字。
将采样所得的振幅瞬时值分级量化，往最接近的整数取整。
标准CD音频的量化等级为216，即0～65535，量化位数为16位，即存一个采样点样值用16位二进制位数。量化位数：存一个采样点样值所用的二进制位数。10
9
0
8
7
6
5
4
3
2
1
1
2
3
4
1
2
3
4
3
2
2
2
3
3
t
x(n)
（3）、编码
将样本值用计算机能够存储和处理的二进制数值表示的过程称为编码。
将量化得到的整数转换为二进制数，并把它们用一定的格式存储起来，有些还要按一定的算法进行压缩后存储为文件。
补充：常见的音频文件格式
（4）回顾声音数字化的过程
（5）模拟信号转为数字信号的好处
师：模拟声音数据转化为数字数据有什么好处？
模拟信号转换为数字信号后，便可通过计算机进行处理和存储，加强了通信的保密性和抗干扰能力，更适合远距离传输。
5、计算音频所占的存储容量
例：一段时长为1分钟的双声道的未压缩音频，采样频率为44.1KHz，量化位数为16位，所占的存储容量是多少MB？（精确到0.1）
（声道数：一次采样所记录产生的声道波形个数，常见的声道数有单声道、双声道、立体声。）（1KB=1024B 1MB=1024KB）
44.1×1000×16×2×60÷8≈10.1MB
音频所占的存储容量（未压缩WAV）=采样频率（赫兹）×量化位数（位） ×声道数×时长（秒）÷8（单位：B字节）
（三）、课堂小结
（四）、课后作业
1、查阅资料，进一步查找影响音频质量的因素。
2、查阅资料，了解视频数字化的过程和方法。
四、板书设计
数据编码
生活中的数据：文本、数字、图像、声音、视频等
声音数字化：采样、量化、编码
音频所占存储容量的计算
五、教学反思