多媒體信息編碼

1、多媒體信息編碼教學(xué)現(xiàn)場溫州中學(xué) 林賽雅【本節(jié)的課程標(biāo)準要求】 ：要求學(xué)生了解聲音、 圖像和視頻數(shù)字化的簡單原理。 要求學(xué)生了解圖像的分辨率、 顏色 對位圖文件大小的影響， 了解聲音的采樣頻率和采樣位數(shù)對音頻文件大小的影響。 在計算方 面，只要求學(xué)生掌握黑白圖像數(shù)字化后的所占的字節(jié)數(shù)。 至于聲音、 圖像和視頻數(shù)字化的具 體過程，以及數(shù)字化后的文件大小計算方法， 將在選修模塊“多媒體技術(shù)應(yīng)用”中去進一步 學(xué)習(xí)。【教材分析】： 多媒體信息編碼的內(nèi)容是接字符的編碼之后的內(nèi)容，進一步揭示計算機用二進制表示、 處理、 存儲信息的原理。 本節(jié)的主要內(nèi)容是學(xué)習(xí)圖像、視頻和音頻的數(shù)字化，要求學(xué)生能理 解簡單的原

2、理， 能判斷位圖圖像大小和分辨率、色彩種類的關(guān)系； 能了解視頻的本質(zhì)； 能判 斷音頻大小和采樣頻率、采樣位數(shù)的關(guān)系。本節(jié)課學(xué)習(xí)的信息的數(shù)字化，為以后學(xué)習(xí)信息采集、處理、傳輸、存儲、輸出等的技術(shù) 打下基礎(chǔ)，只有知道了信息在計算機中數(shù)字化的原理，才能更好地學(xué)習(xí)更深層的內(nèi)容?！緦W(xué)情分析】： 絕大部分學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)過信息技術(shù)，具有一定的知識積累，也具備了一定的信息 技術(shù)使用經(jīng)驗。 而且在前一課， 學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了字符在計算機中的編碼表示， 初步了解了信 息必須數(shù)字化后才能被計算機處理， 存儲。 這都為多媒體在計算機中的編碼教學(xué)工作打下了 一定的基礎(chǔ)。高一學(xué)生具有一定的自學(xué)能力，他們喜歡“做中學(xué)，學(xué)中做

3、”這種實踐和理論 相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式， 學(xué)習(xí)上有探究的能力。 這決定了這堂課的也必需以實踐和理論相結(jié)合的 方式來上?！窘虒W(xué)目標(biāo)】：1、知識與技能： 了解位圖圖像的數(shù)字化表示 掌握黑白位圖大小的計算方法 了解音頻、視頻在計算機中的數(shù)字化原理 了解音頻、視頻大小的相關(guān)因素2、過程與方法：在“畫圖” 程序中的操作， 讓學(xué)生直觀地體會到位圖的特點，了解位圖大小和內(nèi)容毫無 關(guān)系。兩次對比查看幾幅位圖的屬性，總結(jié)出位圖大小和色彩種類以及分辨率的關(guān)系。 通過在“畫圖” 程序中填色，讓學(xué)生直觀地了解顏色的數(shù)字化表示，容易掌握黑白圖的 計算方法。通過制作 gif 小動畫，讓學(xué)生直觀地了解到視頻的本質(zhì)，從而容易明白

4、視頻大小的相關(guān) 因素。通過“錄音機”的錄音和播音，讓學(xué)生明白模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換過程。 兩次對比觀察幾幅描述數(shù)字化后的聲音圖像， 總結(jié)出聲音文件大小和采樣位數(shù)， 采樣頻 率的關(guān)系。3、情感態(tài)度與價值觀：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)的興趣。通過自主探究，培養(yǎng)學(xué)生分析問題，解決問題的能力。 促使學(xué)生形成良好的思維習(xí)慣。【重點難點】：重點：位圖圖像的大小計算 難點：聲音文件大小的相關(guān)因素【設(shè)計思想】：多媒體信息的數(shù)字化編碼本身是一塊比較抽象枯燥的內(nèi)容，如果就以講授法的形式來上，勢必不會引起學(xué)生的興趣， 相應(yīng)地也會影響到學(xué)生的理解和掌握程度。 于是我就想如何 讓學(xué)生自身實踐操作， 讓他們在操作中領(lǐng)會得出多媒體信息數(shù)

5、字化編碼的原理和方法， 從而 了解位圖、音頻、視頻文件大小的相關(guān)因素，于是就有了這樣一堂課的設(shè)計?！窘虒W(xué)流程】： 師：展示一張照片，我想將這張照片存入電腦，該怎么做？ 生：用掃描儀掃描生二：可以用數(shù)碼相機對著這張照片再拍一次，然后存入電腦 師：兩種方法都可以。存入電腦的照片是用什么表示的呢？ 學(xué)生一下子回答不出來師：回想一下計算機中所有的信息都用什么來表示？生：二進制。師：那么圖像呢？ 生：也是二進制。 師：對，接下去我們來研究一下圖像在計算機中是如何數(shù)字化表示和存儲的。布置任務(wù)一：請將桌面上的 熊貓.bmp”圖放大，你觀察到了什么現(xiàn)象？生：操作（有些學(xué)生直接將圖片拉大，有些同學(xué)用放大鏡放大，

6、還有的同學(xué)用菜單功能自定 義放大的值）生：圖片放大了，熊貓的邊緣線粗糙了，線模糊了，有些邊緣線怎么有點像齒輪，沒什么變化呀（眾說風(fēng)云）師：演示利用菜單功能將圖片放大 6 倍， 線確實粗糙了， 也確實出現(xiàn)了鋸齒型，這種圖我們 稱之為位圖，位圖是由一個個像素組成的。 （用鉛筆工具在空白處畫幾個點），這一個個點 就是一個個像素。我們來看看這樣一幅圖由多少像素組成（演示查看該圖的寬和高）， 寬為600 像素，高為 386 像素，所以整幅圖就有 600*386 像素， 600*386 像素我們就叫它為一幅 圖像的分辨率。 計算機存儲圖像， 就是將圖像的每個像素的顏色信息進行數(shù)字化后的量存入 電腦。下面我

7、們來研究位圖的大小和什么因素有關(guān)？布置任務(wù)二：1請在 畫圖”程序中隨意畫一幅 400 X 300像素的圖，按照默認的保存類型保存到桌面上， 查看它的大小。2、請觀察下面兩幅黑白圖，你能說說位圖大小和什么因素有關(guān)呢？200*145 像素3625B300*190 像素7125B3、觀察下面四幅分辨率相同的位圖，思考位圖大小還和什么因素有關(guān)呢?24位真彩色352KB256色118KB16色59KB黑白 15KB生：（按照任務(wù)操作），怎么才能將圖片設(shè)成 400*300像素呀？畫什么呢? 師：提示如何設(shè)定位圖的寬和高，畫什么隨意，重點在于查看它的大小。 生：繼續(xù)操作思考。（5分鐘左右）師：畫好的400

8、X 300像素的圖的文件大小是多少？生：351KB。師：大家畫的內(nèi)容肯定是不同的，可文件大小相同，說明了什么問題？ 生：大小和內(nèi)容沒有關(guān)系。師：那么位圖大小和什么因素有關(guān)呢？生：和總的像素有關(guān)？ 師：你是怎么得出這樣的關(guān)系的，位圖大小和像素又有什么樣的關(guān)系呢？ 生：從第二題的兩張圖像中看出來得，像素越多，文件也越大。 師：剛才這個同學(xué)說的結(jié)論再加個什么前提就完全正確了？ 生：當(dāng)圖的顏色種類相同的情況下。師：非常好，當(dāng)色彩數(shù)量相同的情況下，分辨率越高，位圖文件越大。除了分辨率影響著位 圖的大小，還有沒有其他因素也影響著位圖大小。生：色彩的多少。 師：你是如何得出這個結(jié)論的？ 生：從第三題的四幅圖

9、中觀察出來的。師：它們有著什么樣的關(guān)系呢？ 生：當(dāng)總的像素一樣的情況下，顏色數(shù)量越多，位圖文件也越大。 （這里學(xué)生講的就非常完 整了）師：確實，位圖圖像大小和分辨率、色彩數(shù)量有關(guān)，也僅和這兩個因素有關(guān)。接下來我們來 研究位圖大小該怎么計算。布置任務(wù)三：1、請把桌面上的 “熊貓 .bmp ”這幅黑白圖中標(biāo)有 “ 1的”地方填充上黑色。思考：黑白位圖需要 幾個位來表示顏色信息？生：操作，思考。 師：這幅圖里共包含幾種顏色？ 生：兩種。師：計算機要表示這兩種顏色至少需要幾個二進制位？ 絕大部分學(xué)生沒有回答，有個別同學(xué)說 1個位，也有同學(xué)說 2 個位。 師：剛才這個任務(wù)中要求在標(biāo)有“ 1”的地方填充上

10、黑色，其他地方是白色，說明白色可以 用二進制的哪個值表示呀？生： 0 師：所以至少要用幾個位表示黑白兩種顏色。生： 1個（大部分同學(xué)都這么說）師：很好。 計算機存儲一張位圖，就是存儲了這張圖的每個像素的顏色信息。所以黑白圖里 的一個像素需要幾個位？生： 1 個師：這樣一個黑白圖的大小就很容易計算出來了，大小=分辨率* 一個像素需要的位數(shù)。我們一起來計算這張圖的大小。生： 600*386*1師：這樣算出來的結(jié)果單位是什么？ 生：位，比特。師：要化作基本單位字節(jié)怎么辦？ 生：除以 8。（能回答出來的聲音不多） 師：黑白位圖大小計算方法明白了沒？ 生：明白了（聲音非常宏亮） 。師：那么如果一幅 16

11、 色的位圖，至少需要幾個位表示一種顏色呢？生： 4 個（大部分同學(xué)都能很快地回答出來）師：對。 到這我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了位圖在計算機中的數(shù)字化， 接下來看看在計算機中又是如何數(shù) 字化表示視頻的。我們先來看個小動畫（ gif 格式的動畫）學(xué)生看了后覺得很可愛，很有意思。師：視頻和動畫本質(zhì)是什么呢？有誰知道？學(xué)生都回答不出。師：展示制作gif動畫的9幅bmp圖素材，左邊這個動畫實際上就是由這九幅圖片組成的。 學(xué)生此時有點吃驚，也有些好奇。師：為了讓大家更好地了解動畫視頻的本質(zhì)，接下來我們就用這 9幅圖制作一個gif小動畫。簡單演示一下用 gif animator軟件制作gif動畫的過程。生：動手制作。（

12、能力強的同學(xué)想到修改每秒鐘播放的幀數(shù)來加快或延緩畫面的切換速度， 不過大部分同學(xué)都是按默認的方式制作）師：從這個實踐中，我們可以清楚地觀察到動畫是由一幅幅靜止的圖像組成的，這一幅圖也叫一幀圖，視頻也是和動畫類似的，可以說它也是由一幀幀靜止的圖像組成。師：轉(zhuǎn)播幾個學(xué)生的機子， 先轉(zhuǎn)播兩個按默認方式做好的同學(xué)的機子，再轉(zhuǎn)播兩個改了每秒鐘播放的幀數(shù)的同學(xué)的機子。大家完成的都挺好，你們有沒有觀察到后面兩位同學(xué)的動畫跟 前面兩位的有什么不一樣？生：第三位同學(xué)的動畫特別快，第四為同學(xué)的動畫特別慢。師：什么原因造成這個速度差異呢？（請第三位同學(xué)說說他改了什么設(shè)置）生：我把延遲時間改成了 10。生：我把延遲時

13、間改成了 50。師：默認的延遲時間為 25,也就是每秒鐘播放 4張圖像，把延遲時間改成了10,每秒播放的圖片數(shù)就變成了 10,把延遲時間改成 50,每秒鐘播放的畫面就變成了2。所以第三位同學(xué)的動畫最快，第四位同學(xué)的動畫最慢。從剛才的操作實踐中你能體會到視頻的本質(zhì)嗎？ 生：視頻是由一幅幅圖像組成的。生：每秒鐘播放的圖片數(shù)量決定了視頻畫面切換的快慢。（通過gif動畫的制作實踐，學(xué)生能很直觀地體會到視頻的本質(zhì)）師：很好，視頻的本質(zhì)就是由一幅幅靜止的圖像組成的，一幅圖像也叫一幀圖像，因此視頻就是由一幀幀靜止的圖像組成的。我們國家的視頻采用PAL制，每秒鐘播放25幀，而歐美國家采用NTSC制，每秒鐘播放

14、30幀。接下來我們學(xué)習(xí)音頻在計算機中的數(shù)字化。我們先 請位同學(xué)用錄音機來錄一段音（錄音的內(nèi)容是再別康橋里的最后四句）。生：朗誦，錄音，保存該音頻到桌面上，然后播放此段音頻。師：這位同學(xué)朗誦的很有感情。用物理學(xué)來說，聲音是什么？生：聲波。（回答出來的同學(xué)不多）師：對，聲音一種波，是一連續(xù)、平滑變化的模擬信號。而計算機只能處理哪種信號？生：數(shù)字信號。（能回答出來的也不多）師：那么如何將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號呢？那就要一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過對聲波的采樣和量化轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。剛才我們錄音的過程就是將聲波這模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程。（放映一幅圖）76-£、L/嚴斗J371T100J)020.

15、00404060.01圖上的黑線表示原聲，紅線表示數(shù)字化后的聲音。橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示音咼標(biāo)準。紅線上的點，就是數(shù)模轉(zhuǎn)換器從模擬信號上采樣獲取的點，從圖中我們可以看出， 這個設(shè)備多長時間采樣一次？生：0.001 秒。師：也就是一秒鐘采樣幾次？生：1000次。師：每秒所采樣的次數(shù)，我們稱之為“采樣頻率”，單位為Hz。我們再來觀察這個圖，這個模數(shù)轉(zhuǎn)換器將音高設(shè)為幾個標(biāo)準？生：7個（絕大多數(shù)的聲音是這么說的）師：大家再仔細看看。生：8個（想了一會才有少部分同學(xué)這么回答）師：對，0也能表示一種音高，所以這個設(shè)備把音高定為8個標(biāo)準。計算機要表示這 8個音高標(biāo)準，至少需要幾個位？生：3位（回答的聲音

16、挺多，說明學(xué)生信息的編碼掌握的不錯）師：對，用3個位能表示出2的3次方種的信息，這里的信息就是音高。我們把每個采樣點 所需的二進制位數(shù)，稱為“采樣位數(shù)”。計算機存儲這段音頻，就是將每個采樣點的音高數(shù)字化后的值存入計算機。 我們播放這段音頻，又需要一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器， 將數(shù)字信號重新轉(zhuǎn)換 為模擬信號。那么數(shù)字化后的音頻的音質(zhì)、 大小和什么因素有關(guān)呢？請大家觀察下面兩張圖， 你能發(fā)現(xiàn)wav聲音文件的音質(zhì)和什么因素有關(guān)呢？（黑線代表原來的聲音，紅線表示采樣 量化后的聲音）生：觀察兩圖，思考，討論。師：兩圖中哪幅圖數(shù)字化后的聲音更接近原聲？生：第一幅。師：從這兩幅圖中，關(guān)于音質(zhì)的影響因素，你能得出什么結(jié)論

17、？生：采樣時間間隔越短，聲音越接近原聲。師：這個同學(xué)的意思是正確的，我們將它說的完整點，應(yīng)該是當(dāng)采樣位數(shù)相同時，采樣頻率越高，數(shù)字化后的聲音越真實， 音頻的文件也越大。接下來請大家再觀察兩幅圖，你能發(fā)現(xiàn)wav聲音文件的音質(zhì)還和什么因素有關(guān)呢？（黑線代表原來的聲音， 紅線表示采樣量化后的聲曰）4 0020 0Q4 D OOS 0 W&DD14 3 i 1g.QQZ0 0060-01說明：兩者采用相同的采樣頻率，圖1將音高分為8個標(biāo)準，圖2將音高分為16個標(biāo)準。生：觀察兩圖，思考，討論，總結(jié)。師：這兩圖中哪幅圖數(shù)字化后的聲音更接近原聲？生：第二幅。師：從這兩幅圖中，關(guān)于音質(zhì)的影響因素，你能得出什么結(jié)論？ 生：當(dāng)采樣頻率相同時，音高劃分的越多，聲音越真實。師：音高劃分的越多，說明一個采樣點需要的位數(shù)越什么？生：越多。師：對，所以我們可以這么總結(jié)，當(dāng)采樣頻率相同時，采樣位數(shù)越多，聲音越真實，聲音文 件也越大。師：我們來看看一段 3分多點的wav文件有多大（演示如何查看文件大小）。生：哇，這么大？（有同學(xué)這么驚嘆）師：一段普通的3分鐘mp3音頻一般有多大？生：3MB、4MB、5MB 師：大概就在 3