项目二第二课时 了解声音和图像的数字化
04-课件：声音信息数字化
声音信息数字化
声音信息数字化 采样、量化、编码
采样是指在模拟音频的波形上 每隔一定的间隔取一个幅度值
量化是将采样得到的幅度值进 行离散、分类并赋值的过程
编码是将量化后的整数值用 二进制来信息数字化
多媒体信息编码 图形图像信息数字化 声音信息数字化 颜色信息数字化
用二进制数字序列表示声音
声音是以声波的形式传播，这种光滑 连续的声波曲线是模拟电信号。
声音信息数字化
声音信息数字化就是将表示声音的 模拟信号转化为数字声音信号，以 便于计算机处理。
名词解释声音的数字化
名词解释声音的数字化声音的数字化是指将声音信号转换为数字化的格式并进行存储、处理和传输的过程。
数字化技术的出现和发展在很大程度上改变了人们对声音的感知和交流方式，为音乐、广播、电影等领域带来了前所未有的发展机遇。
一、数字化技术的背景和原理在数字化技术出现之前，声音的存储和传输通常是通过模拟信号的方式进行的。
模拟信号是一种连续变化的电压或电流波形，它能够准确地描述声音的特征，但却难以长时间保存和远距离传输。
为了解决这个问题，人们开始研究将声音信号转换为数字信号的方法。
数字化技术的核心原理是采样和量化。
采样是指以一定的时间间隔对声音信号进行离散取样，将连续变化的模拟信号转换为一系列离散的抽样点。
量化是指将每个抽样点的幅度值转换为一系列数字值，通常使用二进制编码表示。
将采样和量化结合起来，就可以将声音信号转换为数字化的格式。
二、数字化技术的应用领域声音的数字化技术广泛应用于音乐、广播、电影等领域。
在音乐领域，数字化技术使得音乐作品的录制、编辑和创作更加方便和灵活。
音乐制作人可以通过数字化工具对音乐进行多次录制和编辑，从而达到更好的音质效果。
此外，数字化技术还为音乐播放器的发展提供了基础，人们可以通过智能手机、MP3等设备随时随地欣赏自己喜爱的音乐。
在广播和电影领域，数字化技术的应用也非常广泛。
通过数字化技术，广播和电视节目可以进行远程传输和播放，大大扩展了传媒的覆盖范围。
此外，数字化技术的应用使得广播和电视节目的制作更加高效和节省成本，提高了节目的质量和观赏性。
除了音乐、广播和电影，声音的数字化技术还应用于语音识别、语音合成等领域。
语音识别技术通过将人的语音信号转换为数字信息，实现机器自动识别和解析人的语音指令。
语音合成技术则是将文字信息转换为声音信号，使机器能够模拟人的语音进行交流。
三、声音数字化技术的挑战和改进声音数字化技术的发展也面临一些挑战。
最主要的挑战之一是保持音质的高保真性。
由于采样和量化过程的限制，数字化声音的音质通常会有一定的损失。
初一上 如何使信息数字化 图像、声音、视频的数字化
约2：1~5：1有损压缩：改变了原始图像是，使得还原后的内
容与原始的不一致，但不仔细看看不出来，压缩比可达到50：1
一、图像的数字化 O图像文件的压缩
JPEG：主要用于静态影像压缩，采用改进的压缩技术来提供更 高的解像度，其伸缩能力可以为一个文件提供从无损到有损的多 种画质和解像选择。
BMP：一般不进行压缩，占用存储空间很大
多媒体信息的数字化
一、图像的数字化 O欣赏图像
一、图像的数字化
一、图像的数字化
图像是如何输入计算机的 ？
通过扫描仪、数码相机、绘图软件等
一、图像的数字化
图像通过某种方式输入计算机后，需要在计算机内部进行处 理，这个过程就叫“图像的数字化”。 什么是图像数字化？ 我们平时看到的图片，印在书本上的画面、还有大家肉眼看到 的这些景象，我们都称为模拟图像，存储在计算机中的图像我 们称为数字图像。把模拟图像转化成数字图像的过程就是图像 数字化的过程. 因为计算机只认识0和1，所以数字图像就是由 一串二进制数组成。最后计算机再通过显示器把具体的图像画
面显示出来。
一、图像的数字化
O计算机内部表示图片的方法
1、用位图表示 2、当你无限放大 时你会看到一块一
块的像素色块，效
果会失真。
一、图像的数字化
3、所谓位图，是由许多像小方块一样的像素组成的点阵图。 简单地说，位图就是以无数的色彩点组成的图案。构成位图的 点称为像素。而我们把构成图像的像素点的个数称作分辨率。
二、声音的数字化
音频存储的计算是：采样频率（赫兹）*时间（秒） *量化位数*声道/8
例如：存储10秒钟采样频率为44.1KHz的16位双声道音频需要的容量为： 44.1*1000*10*16*2/8=1764000byte=1722KB=1.68MB
声音图像数字化
练习：
求一幅分辨率为640*480的256色彩色图像的 存储空间为多少MB？
视频 的数字表示
视频是由一连串相关的静止图像组成，我们将一幅图像 称为一帧。
中国
欧美
PAL制NTSC制25帧/s30帧/s
容量小
容量大
质量低
质量高
视频文件常用的扩展名有：avi，mpg，asf，wmv
有一段采用PAL制（25帧/s）的5S钟的视频，视频中的图 像均采用分辨率640*480像素的16位彩色图像，求这段视频
200
256
0
存储量＝采样频率*量化位数*声道数*时间/8
存储一段时间为5秒钟的16位的采样频率为22KHz的 单声道 的声音，需要多少存储空间？ 22*1000*16*5*1/8/1024＝220KB
存储一段时间为5秒钟的16位的采样频率为22KHz的 双声道 的声音，需要多少存储空间？
图像： 位图图像：由像素组成，适合表现层次和颜色比较 丰富的图像，所需的磁盘空间较大。可用画图程序 和photoshop软件作出。
所需要的存储空间是多少MB？ 25*5=125
640*480*16/8=614400B 125*614400/1024/1024=73.2 MB
因为声音、图像数字化后的数据量很大，为了提高存储、 传输和处理这些数据的效率，往往需要进行数据压缩。
无损压缩
文件压缩
Winzip
winrar
有损压缩
BMP
信息代码： 电话号码
身份证号码
计算机存储、处理、传送信息时也是采用 编码的
二进制代码
二进制：B
由数字0和1组成所有的代码 十进制：D 十六进制：H
10110B＝ 0*20+1*21+1*22+0*23+1*24＝22D
声波图像的数字化
07
信息的数字化——声波、图像的数字化
一、教学目标：
1、知识与技能
了解模拟量、数字量及其转换；
了解声波及图像的数字化原理；
2、过程与方法
通过自主学习理解模拟量数字量及其转换；
通过实践研究，体验图像数字化的原理。
3、情感、态度与价值观
建立对信息数字化的亲切感、趣味感，由此进一步去了解图像、声音的数字化。
二、教学重点与难点：
重点：声音数字化与图像数字化的原理；
难点：数字化过程中的采样与量化。
三、教学资源：
多媒体电脑、大屏幕电子白板、多媒体课件
四、教学过程：
五、教学反思：
对于比较简单的实验操作，可以让学生来进行演示，教学效果更好。
对于较难的声音与图像的数字化原理，通过图示、实验等方法进行教学，更直观形象，帮助学生理解其采用与量化的实质。
科技与声音的结合教案：了解声音的数字化、虚拟化技术和未来前景
科技与声音的结合教案：了解声音的数字化、虚拟化技术和未来前景虚拟化技术和未来前景随着科技的不断发展，声音作为一种重要的信息传递方式，在数字化、虚拟化等技术的推进下，也不断得到了更多的应用和创新。
本文将介绍声音数字化、虚拟化技术的概念、发展和应用，并探讨未来声音技术的前景和挑战。
一、数字化声音技术数字化声音技术指的是将声音信号转换为数字信号的一种技术。
这个过程中，需要使用一些转换设备，例用于音频录制的麦克风、压缩器和采样器等。
声音数字化后，可以进行存储、编辑、传输和分享等操作，成为数字媒体内容的重要组成部分。
数字化声音技术的发展历程相对较短，很大程度上与计算机技术的发展密切相关。
最初，数字化声音技术主要用于音频编辑和混音等领域。
但是，随着互联网和移动设备的普及，数字化声音的应用范围得到了进一步扩展，例如数字音乐、网络电台、网络游戏和社交媒体等。
数字化声音技术的优点包括存储量大、传输效率高、编辑灵活等。
同时，也存在一些挑战，例如数码音质和还原度不够高、版权保护问题等。
为了更好地解决这些问题，科技公司不断尝试采用更好的编码器和解码器等技术，推出更好的数字音频技术，例如MP3、AAC 等。
二、虚拟化声音技术虚拟化声音技术指的是用计算机和数字信号处理技术来模拟或生成虚拟声音的一种技术。
这个过程中，需要使用虚拟化声音软件和硬件设备，例如游戏、影视、虚拟现实等产品。
虚拟化声音技术可以分为两种类型：一种是3D环绕声技术。
这种技术可以模拟3D环境中不同位置的声音，使声音更加真实自然，并在电影、游戏等娱乐领域广泛应用。
另一种是音乐生成技术。
这种技术是通过等技术来生成音乐，例如一些自动作曲软件，能够自动生成符合人类听觉的音乐。
虚拟化声音技术的发展，将改变人们对声音的感知和认识，使声音成为一种更加立体、生动的存在。
同时，也存在一些挑战，例如虚拟化声音的还原度和音质问题、音乐的可信度和原创性问题等。
为了更好地解决这些问题，科技公司不断尝试采用更好的算法、模型等技术。
高中信息技术-教科版选修2教案-3.1.2 声音的数字化表示
3.1.2 声音的数字化表示【教学目标】1、知识与技能：①了解计算机和网络是怎样存储、处理和传递声音的②了解在多媒体技术中，声音的数字化表示过程2、过程与方法：①通过构建生动和谐的课堂环境，让学生在兴趣的带动下，跟随教师积极学习②通过小组互助学习，让学生充分的吸收和掌握知识③通过自主探究声音的数字化过程3、情感态度与价值观：①通过本节课的学习激发他们的创新意识，并强化他们的审美意识②通过本节课的学习培养音乐欣赏能力，培养合作能力【重点和难点】教学重点：了解声音的数字化过程教学难点：探究声音的数字化过程、声音数据长度的计算【教法和学法】教法：激趣导入、讲授法、自主探究学习等。
学法：自主探究学习。
【教学过程】教学过程教学活动设计意图新课导入声音是人类社会最古老的信息媒体，也是人类生活中最常用的信息媒体。
随着人类社会的发展，技术的进步，人们一直致力于将各种媒体与声音结合。
二十世纪后期，随着计算机及网络技术的兴起，科学家们不懈地努力，试图利用计算机强大的计算处理能力处理声音。
直到第一块声卡问世，人类利用计算机处理声音，以及将声音和其它媒体组合的技术出现了质的飞跃。
【活动】请同学演唱一首歌，同时电脑录音。
体验自己的歌声与计算机结合的魅力。
教师：这么美妙的歌声是如何开始它的神奇之旅，进入神秘的计算机内部？复习上节课内容，引入新课激发学生兴趣，引导学生探索新知利用电压波来模拟声音信号，这种电压波被称为模拟音频信号。
常见的数字音频文件格式有cd、wav、mp3、wma设问：模拟音频信号是如何转换成数字音频信号的？3.声音的数字化：模拟/数字转换（A/D）①声音要保存在计算机中，需要什么条件，经过什么处理？因为计算机只能处理数字信息，因此必须借助设备，将时间上连续的模拟音频信号转变为表示声音的二进制数据序列，计算机才能进行识别和处理，这种转换叫做模拟/数字转换（A/D），这种转换设备叫做模拟/数字转换（A/D）器。
《声音的数字化》教案
《声音的数字化》教学设计一、教学设计思想1．通过声音的播放引入新课，用“Goldwave”软件录制声音文件展开课题，并以“声音的数字化原理”为中心组织与展开教学。
2．从学生熟悉的内容和容易掌握的内容着手，采取问题讨论、合作解决的方法学习新知识。
3．注重学生学习中对知识的理解与掌握，可以采用化难为简，层层深入的方法开展教学。
4．利用实际软件的操作加深对知识的理解和掌握。
4．在信息技术课堂教学目标中增加对信息知识和内容的内化，培养了学生的自主探索、协作研究的精神，鼓励学生提出问题，提高学生分析、解决问题的能力。
二、教学设计（一）、教学目标知识与技能1．了解计算机声音文件的播放与认识，学习利用Goldwave软件录制声音。
2．了解多媒体信息编码，初步理解声音数字化原理。
2．掌握未压缩处理的声音文件存储容量的计算。
3．了解并掌握基本的声音格式、声音的压缩、声音格式的转化。
过程与方法1．通过Goldwave软件的演示与使用引出声音数字化。
2．通过声音数字化原理的介绍，引出声音文件存储量的计算方法并掌握。
3．通过为声音文件压缩，引出声音文件格式的转化。
4．通过任务驱动的形式让学生掌握Goldwave软件的几个基本操作（声音录制、保存、声音的简单处理及格式转换），进一步掌握声音的数字化原理、存储容量的计算及常见声音格式，学会Goldwave软件的基本操作。
情感态度价值观1．培养了学生的自主探索、协作研究的精神。
2．鼓励学生善于提出问题，并分析、解决问题的能力。
（二）、内容分析重点：1．声音的数字化与存储容量的计算。
2．声音的录制、保存、处理及声音格式的转换。
难点：1．声音的信号数字化概念（声音的采样与量化）。
2．未压缩声音文件存储容量的计算。
（三）学生分析学生对电脑播放声音比较熟悉，但对声音的数字化比较难以理解，而只有理解的声音的数字化原理，才能有效掌握声音存储容量的计算。
对声音的录制、存储格式、格式转换通过Goldwave软件的简单应用学生还是比较容易掌握的。
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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
第二课时了解声音和图像的数字化
■教材分析
本项目旨在落实课标中“知道数据编码的基本方式”这一内容要求，让学生在体验数值、文本、声音、图像的基本编码方法的过程中，了解在数字化工具中存储数据的一般原理与方法。
这部分内容理论性强，且对于高中生有一定难度。
教材继续延用“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，按照各类数据编码的原理及特点设计了三个活动———从树牌号认识编码、了解数值数据和文本数据的编码、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，学习数值、文本、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。
■教学目标
（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。
■教学准备
（１）软硬件环境：机房，音频编辑软件，图像处理软件。
（２）教学素材：各类数据编码实例和编码表，用于体验活动的声音文件和图像文件。
■教学重点
数字化过程的三个步骤：采样、量化、编码。
■教学难点
声音和图像的数字化
■教学过程
一、导入
播放鸟鸣声的音频，引入：自然界的鸟鸣声被录音设备录制下来并存入计算机中，经历了怎样的转换过程？
学生倾听，思考。
布置任务：
（１）借助教材，自主学习声音数字化的过程。
（２）任选一段声音信号，模拟声音信号的采样和量化。
学生活动时巡视、指导，并建议学生按以下流程模拟声音信号的采样和量化：（１）选择合适的软件，采集声音信号的波形图。
（２）模拟采样的过程，每隔一段时间采集一个声音信号的样本，画出采样示意图。
（３）模拟量化的过程，确定量化位数、划分量化级数，确定各采样点的量化值，画出量化示意图，并设计表格，将各采样点的量化值填入表格。
二、声音数字化
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1-17所示。
1.采样
声音的采样是指每隔一段时间在模拟声音信号的形上取一个幅度值。
相隔时间相等的采样为均匀采样(又称为线性采样)，相隔时间不相等的采样为不均匀采样(又称为非线性采样)。
计算机每秒钟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44.1k22.05kHZ、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。
例如图1-18（a)是一段鸟鸣声的模拟声音信号，对其采样时，在波形信号上按时间维度
等距离地选取若干个离散的点，如图1-18（b)所示。
这些采样得到的幅度值被记录下来，如图1-18（c)所示。
2.量化
声音的量化是用二进制数表示采样所得到的幅度值的过程。
首先将幅度值范围划分为2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。
例如：如图1-19（a)中，第三个采样点的真实幅度值约为5.4，将其四舍五入近似到级数值5；第5个采样点的真实幅度值约为9.8，将其四舍五入近似到级数值10。
同理可将第6、第10个采样点的真实幅度值近似到相应的级数值。
量化结果如图1-19（b)所示。
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。
采样频率、量化位数和声道数是数字化音频的技术指标，被称为声音数字化的三要素它们直接影响数字化后音频的质量及其数据量的大小。
一般情况下，未经压缩的音频文件的数据量可以按如下方法计算
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中存放了1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)÷8×60×60B
635040000B
=620156.25KB
≈606MB
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，一个字节由8个二进制位组成1MB=1024KB,1KB=1024B。
三、图像数字化
从小小的商标到大型宣传海报，从各式各样的照片到风格迥异的图画，从茶杯上的图案到教材中的插图…凡此种种，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。
1.采样
图像的采样是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)。
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。
例如，一幅图像的分辨率为640×480,表示该图像由横向640个像素点、纵向480个像素点，共
640×480=307200个像素点组成。
如果不考虑其他因素的影响图像分辨率越高，采样的精度就越高，数字化后的图像越清晰，同时图像所占的存储空间也越大。
图像的量化是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，其方法与声音数据量化的方法类似。
首先确定颜色或亮度的取值范围，然后将近似的颜色划分成同一种颜色，每种颜色用一个二进制数来表示例如，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2=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种颜色记录每个像素点的颜色或亮度所需的二进制位数，称为颜色深度(也称色彩位数)。
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。
这种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。
图1-25呈现的是采用不同分辨率和颜色深度数字化后的位图。
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。
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。