声音图像数字化
项目二第二课时 了解声音和图像的数字化
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。
声音数据化的三个步骤
声音数据化的三个步骤1、音频数字化通常经过三个阶段，即采样—量化—编码。
2、音频数字化过程的具体步骤如下：第一步，将话筒转化过来的模拟电信号以某一频率进行离散化的样本采集，这个过程就叫采样；第二步，将采集到的样本电压或电流值进行等级量化处理，这个过程就是量化；第三步，将等级值变换成对应的二进制表示值（0和1），并进行存储，这个过程就是编码。
3、通过这三个环节，连续的模拟音频信号即可转换成离散的数字信号——二进制的0和1 。
4、图像数字化过程：要在计算机中处理图像，必须先把真实的图像（照片、画报、图书、图纸等）通过数字化转变成计算机能够接受的显示和存储格式，然后再用计算机进行分析处理。
5、图像的数字化过程主要分采样、量化与编码三个步骤。
6、数字音频是指用一连串二进制数据来保存声音信号。
7、这种声音信号在存储和电路传输及处理过程中，不再是连续的信号，而是离散的信号。
8、关于离散的含义，可以这样去理解，比如说某一数字音频信号中，根据A代表的是该信号中的某一时间点a，数据B是记录时间点b，那么时间点a和时间点b之间可以分多少时间点，就已经固定，而不是无限制的。
9、图像数字化是将连续色调的模拟图像经采样量化后转换成数字影像的过程。
10、图像数字化运用的是计算机图形和图像技术，在测绘学与摄影测量与遥感学等学科中得到广泛应用。
11、一般来说，几乎所有的信息最初的采集都是模拟信号。
12、包括数码相机，数码录音笔也是，只不过在这类数码产品中预置了数字编码和压缩芯片，将采集到的模拟信号直接在机内就压缩成数字信号，输出的也直接是数字信号而已。
13、编码：模拟信号转换数字信号的格式，比如录音转换成MP3的压缩制式，标准简单地说，就是这一个模拟信号，在数字信号中应该怎么表示。
14、压缩：就是将模拟信号转换成数字信号。
15、调制：通过非数字传输方式传输数字信号时，需要把数字信号调制到模拟信号中去一并传输。
16、（常见的传输方式中，光纤、微波、LAN都是数字传输方式，而电话线、ADSL、电网线路都是模拟信号传输，同轴电缆是数字模拟同步传输）说得通俗些，就是在模拟网络中，将数字信号搭载到模拟信号中传输。
请简述声音数字化过程及主要参数。
声音数字化过程及主要参数声音数字化是将声波转换成数字信号的过程，它是数字音频技术的基础。
声音数字化技术的发展，为音频录制、处理、存储和传输提供了重要的手段，极大地推动了音频产业的发展。
本文将围绕声音数字化过程及其主要参数展开阐述。
一、声音数字化的过程声音数字化是通过模拟到数字转换器（ADC）实现的。
其基本过程如下：1. 声音采样声音信号是一种连续的模拟信号，要进行数字化，首先需要将其进行采样。
采样是在规定的时间间隔内，对声音信号进行离散取样，获取一系列的采样点。
采样频率是决定声音数字化质量的关键参数，一般情况下，采样频率越高，数字化的声音质量越好，音频的频率响应也越宽。
2. 量化在采样后，需要对采样点的幅度进行量化。
量化是指将连续的信号幅度转换成离散的数字值。
量化的精度决定了数字化声音的分辨率，也就是声音的动态范围。
一般来说，量化位数越多，声音的动态范围越宽，音质也就越好。
3. 编码经过量化后，需要将量化得到的数字值编码成二进制数，以便存储和传输。
编码方式有许多种，常见的有脉冲编码调制（PCM）和压缩编码，其中PCM是最常用的编码方式。
以上三个步骤完成后，声音信号就被数字化了，可以被存储、处理和传输。
二、声音数字化的主要参数声音数字化的质量取决于多个参数，以下是一些重要的参数：1. 采样频率采样频率是指每秒钟采集的采样点数量，它决定了声音信号的频率范围。
常见的采样频率有8kHz、16kHz、44.1kHz、48kHz等，其中44.1kHz和48kHz是CD音质的标准采样频率。
2. 量化位数量化位数是指用来表示采样点幅度的二进制位数，它决定了声音的动态范围。
通常的量化位数有8位、16位、24位等，其中16位是CD 音质的标准量化位数。
3. 编码方式编码方式决定了声音数字化的压缩算法，不同的编码方式对声音质量和文件大小有不同的影响。
PCM编码是无损压缩的编码方式，压缩编码则可以在减小文件大小的同时保持较高的音质。
声音的数字化表示
声音表达信息的特点及数字化表示惠水民族中学濛江校区信息技术教研组集体备课主备人：李秋霞授课人：一、教材分析本节内容是《多媒体技术应用》选修教材中的第三章第一节“多媒体作品中的声音”，声音同视频、动画一样，都是重要的信息表达方式，由于数字化音频在加工、存储、传递等方面的方便性，它正成为信息化社会人们进行信息交流的重要手段。
因此这一节要让学生了解声音数字化表示的基本方法，激发学生的兴趣，同时教师要引导学生利用数字化声音进行信息交流。
二、教学目标考虑到学生已有的认知结构和心理特征，根据教材结构与内容分析，制定的教学目标如下：知识与技能通过本节课的教学，让学生理解声音表达信息的特点，感受声音在人类表达、交流中的重要作用；了解数字音频与模拟音频的区别、体验声音的数字化过程以及了解midi音乐的特点。
过程与方法通过小组合作探究学习，使掌握本节课的教学内容，同时培养学生自主学习与合作探究学习的素养。
情感态度与价值观培养学生自主学习能力与团队合作能力，增强学生自主学习的意识、提高学生发现问题、解决问题的能力。
同时通过学生自主学习，让他们明白“要知此事须躬行”的人声哲理。
三、教学重难点教学重点：深入了解声音表达信息的特点，理解声音数字化表示基本方法。
教学难点：掌握模拟音频转换数字音频过程，掌握声音数据容量的计算。
四、学情分析：在前面已经学习了图形、图像的数字化，由于学生的水平参差不齐，大部分学生已经习惯由老师来灌输知识，学生自主学习和小组合作能力缺乏，自我学习意识教差，所以需要教师引导学生作为主体在课堂发挥。
五、教学方法兴趣引导、任务驱动、小组合作探究考虑到学生认知方式，从实际生活入手，用学生感兴趣的内容，借助多媒体手段展示，并用语言激发学生学习的兴趣和主动性，并引导学生进一步的探究，让学生以自主探究和小组合作的方式来获取知识，组长组织本组同学讨论交流，由基础较好的学生带动其他组员共同深入实践学习，教师巡视并给以帮助提示。
了解声音和图像数字化+课件—2024学年沪科版(2019)高中信息技术+必修1
自然界的人、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？
了解声音和图像的数字化
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。
声音数字化的量化过程
了解声音和图像的数字化
声音的数字化 2. 量化
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。
位图（无损压缩，图片大）
3.编码：
图像的编码就是按照一定的格式将位图上各个像素点的量化数据记录 下来的过程。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。
C 下列选项中,不属于图像格式的是(
)。
A.JPG
位图照片图片
B.PNG
截图
C.WMV
视频
D.BMP
模拟 声音信号
采样
量化
编码
数字 声音信号
声音数字化的过程
了解声音的数字化
1、采样（sampling） 即每隔一段时间在模拟声音信号的波形上采集一个幅度值。
一段鸟鸣声的模拟声音信号 等距离的选取若干个离散的点 采样得到的幅度值被记录下来 声音数字化的采样过程
了解声音的数字化
2、量化 采样之后，要用二进制数将采样得到的幅度值表示出来，这就是量 化（quantization）。
一轮复习专题三声音和图像的数字化
什么是数字化？
数字化是指将任何连续变化的输入（如图画的线 条或声音信号）转化为一串分离的单元，在计算 机中用0和1表示。
即将模拟信号转变为数字信号的过程。我们称之 为数字化。
声音数字化
原始的连续声音模拟信号
声音数字化
0
1
按照一定频率进行采样
【单位时间取若干个采样点】
声音数字化
0
1
采样频率，CD的采样频率为44100HZ，即每秒钟采样44100次
声音数字化
14 12
12
10
8
6
4
4 2
44
4 2
8
2 2
6 4
10
8
6
4
2
2
0
1
将每个采样点分级量化，按整个电压变化的最大幅度划分成几 个区段，把落在某个区段的样本值归为一类，给出量化值
声音数字化
14 12
12
10
8
6
4
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将每个采样点分级量化，按整个电压变化的最大幅度划分成几 个区段，把落在某个区段的样本值归为一类，给出量化值
声音数字化
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1
声音数字化
声音数字化
声音数字化后存储容量的计算： =单位时间采样点个数*每个采样点量化 值用二进制表示的位数*时间*声道数/8
=采样频率*量化位数*时间*声道数/8
声音数字化
14
12
10
8
如何使信息数字化
一、 字符的数字化
字符的数字化是通过建立字符和数字的对应关系实现的。 目前国际上通用的字符编码规则是“美国信息交换标准码， 简称ASCII码。” ASCII码用7位二进制数来编码，因此ASCII码最多可以 表示128个字符（27）。包含的字符有：英文字母、数字、标 点符号、控制字符和其他字符。 在电脑系统中，一个字节（8个二进制位）来存储一个 ASCII码。如A字符的ASCII码=（0100 0001）2，最高位（第 八位）为0。
汉字编码
由于汉字太多，无法用一个字节（8位二进制） 编码。因此使用两个字节(28 × 28 = 216 ,最多表 示65536个汉字)编码一个汉字。 为了防止与标准ASCII码冲突，将每个字节的最 高位设为1，这就是汉字的国际机内码（简称机内 码）。
二、图像的数字化
图像的数字化采用的编码方式与字符的编码方式不同。 将电脑中的一张图像方大，就可以清楚的看到，电脑中 的图像是由一个个像素点组成。 如果用8位二进制数（即一个像素用8位二进制数表示） 可以表示28=256种颜色；用24位二进制数（即一个像素用24 位二进制数表示）可以表示224种颜色（称为24位真色彩）。 例：现有一张24位真彩色的1024*768像素的数码相片， 这张 相片的总像素为：1024*768=786432px（像素）。一个 像素用24位二进制数表示，这张相片的总二进制数为： 786432*24=18874368bit（比特）。
二、图像的数字化练习
二、声音的数字化
二、声音的数字化
三、视频的数字化
声音的数字化-《教学反思》
《声音的数字化》教学反思一、课程标准与考纲再现课程内容标准：了解常见的多媒体信息，如声音、图形、图像、动画、视频的类型、格式及其存储、呈现和传递的基本特征与方法；能解释多媒体信息采集的基本工作思路；掌握各种媒体信息在计算机中的表示。
声音的数字化在学业水平考试考纲要求：基于以上的课程导向，开展了我这节课的教学设计，整体感知课本课程内容偏难，而课标要求比较高。
二、课堂设计回顾课堂导入采用当下比较火的唱歌类节目“好声音”中平安的一段参赛原声导入，请学生思考“什么样的技术实现了原声（原场景）的还原，或者说现在能够听到当时参赛的歌声是如何突破时间和空间的限制”，由此引出声音的数字化，然后进一步了解声音的信息化步骤，在声音的信息化步骤中采样、量化、编码。
这三个步骤对于高中生来讲比较难理解，因此借助前面接触过的声音编辑软件“Goldwave”来详细探究声音采用过程中的采样频率，进而结合前节课程中的图形图像数字化提到的概念阐述量化，最后通过PPT动画将编码动态展示，使得学生对声音的数字化步骤有一定的了解。
声音的数字化之后要将数字化后的文件存储在计算机中，就涉及到声音文件的大小计算，而声音文件大小的计算公式对于高中来说比较难以形成深刻的理解。
在这个过程中，借助声音数字化的步骤中涉及的不同的量的概念，加之几段声音间不同量与存储空间的一个相关关系总结归纳得出声音的计算公式是：存储空间=量化位数×采样频率（Hz）×时间（秒）×声道数/8 。
利用上面的表格，学生非常容易总结得出声音的存储空间的计算公式，但是最后意外的是得到的结果是存储空间=量化位数×采样频率（Hz）×时间（秒）×声道数/8 +44B,然后引导学生按照不同量之间的关系分析存储空间其实不应该包含44，可是当时没有想到如何解释，灵机一动，请学生回顾之前学过的信息搜索，有的学生很快搜索到答案，他讲出来但说不理解，这一点正好给我一点拨，和他们解释这是WAV声音文件的头文件。
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把一幅图像分割成许多个像素。 同一幅图像，像素越多图像越清晰，但其数据量越大。 同样像素的图像，可能出现的颜色越多，数据量也越大。
彩色
灰度
黑白
24位
256色
16色
位图图像的分辨率越高，图像的存储容量就越大； 位图图像的分辨率越高，图像的存储容量就越大； 图像中可能出现的颜色种数越多，存储容量就越大。 图像中可能出现的颜色种数越多，存储容量就越大。 一幅分辨率为800*600的黑白图像 的黑白图像 一幅分辨率为 800*600*1/8=60000 字节 一幅分辨率为800*600的16色彩色图像 的 色彩色图像 一幅分辨率为 800*600*4/8=240000 字节 一幅分辨率为800*600的24位彩色图像 的 位彩色图像 一幅分辨率为 800*600*24/8=
视频文件常用的扩展名有： ， 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 制 钟的视频， 有一段采用 帧 ） 钟的视频 像均采用分辨率640*480像素的 位彩色图像，求这段视频 像素的16位彩色图像 像均采用分辨率 像素的 位彩色图像， 所需要的存储空间是多少MB？ 所需要的存储空间是多少 ？ 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、 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。 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
JPG
字符编码
ASCII码：7位 共128个 用1个字节存储 最高位为0 汉字编码：交换码 16位 用2个字节存储 例1：已知A的ASCII码是1000001，求Eቤተ መጻሕፍቲ ባይዱASCII码。 例2：已知m的ASCII码是109，求j的ASCII码。 例3：“科普知识ABC”存储在计算机内需要多少个字节？
多媒体编码
练习： 练习： 求一幅分辨率为640*480的256色彩色图像的 的 求一幅分辨率为 色彩色图像的 存储空间为多少MB？ 存储空间为多少 ？
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 视频是由一连串相关的静止图像组成， 称为一帧。 称为一帧。 中国 欧美 PAL制 制 NTSC制 制 25帧/s 帧 30帧/s 帧 容量小 容量大 质量低 质量高
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 ＝16H 17D＝ 100001B ＝21H
5D8H=5*162+D*161+8*160 =5*28+D*24+8 5D8H= 0101 1101 1000 B
模拟量：连续、平滑变化的量叫模拟量。
数字量：模拟量经量化后得到的离散的量。
声音数字化： 要把声波数字化，就要先采样和量化（模数转换）。 要把声波数字化，就要先采样和量化（模数转换）。 每秒对声波采样的次数叫采样频率。 每秒对声波采样的次数叫采样频率。 采样频率越高，声音越真实，所需的存储空间越大。 采样频率越高，声音越真实，所需的存储空间越大。 CD的标准是 的标准是44.1KHZ 的标准是 量化分级越密，声音越真实，所需存储空间越大。 量化分级越密，声音越真实，所需存储空间越大。 常见的量化位数有8位 常见的量化位数有 位，16位，32位。 位 位
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。 矢量图形：用一组指令集合来描述。是真实物体的 模型化、抽象化、线条化的表现方式。移动、缩放、 旋转、扭曲后不会变形，所需的磁盘空间较小。可 用coreldraw、flash、autocad软件作出。 位图图像 由像素组成
信息及其特征： 第一节 信息及其特征：
信息是指数据、信号、消息中所包含的意义。 数据 信息必须通过载体才能体现。 同样的信息可以加载于多种不同的载体之上。 因此，我们传递信息时要采取高效和准确的方法。
信息的特征： 1.信息的表示、传播、储存必须依附于某种载体，载 体就是承载信息的事物。 2.信息可以加工和处理。 3.信息可以脱离它所反映的事物被存储和保留。 4.信息是可以传递和共享的，信息可以被重复使用而 不会像物质和能源那样产生损耗。 5.信息具有实效性。