多媒体信息编码

多媒体信息编码教学现场温州中学林赛雅【本节的课程标准要求】：要求学生了解声音、图像和视频数字化的简单原理。要求学生了解图像的分辨率、颜色对位图文件大小的影响，了解声音的采样频率和采样位数对音频文件大小的影响。在计算方面，只要求学生掌握黑白图像数字化后的所占的字节数。至于声音、图像和视频数字化的具体过程，以及数字化后的文件大小计算方法，将在选修模块“多媒体技术应用”中去进一步学习。【教材分析】：多媒体信息编码的内容是接字符的编码之后的内容，进一步揭示计算机用二进制表示、处理、存储信息的原理。本节的主要内容是学习图像、视频和音频的数字化，要求学生能理解简单的原理，能判断位图图像大小和分辨率、色彩种类的关系；能了解视频的本质；能判断音频大小和采样频率、采样位数的关系。本节课学习的信息的数字化，为以后学习信息采集、处理、传输、存储、输出等的技术打下基础，只有知道了信息在计算机中数字化的原理，才能更好地学习更深层的内容。【学情分析】：绝大部分学生在初中已经学过信息技术，具有一定的知识积累，也具备了一定的信息技术使用经验。而且在前一课，学生已经学习了字符在计算机中的编码表示，初步了解了信息必须数字化后才能被计算机处理，存储。这都为多媒体在计算机中的编码教学工作打下了一定的基础。高一学生具有一定的自学能力，他们喜欢“做中学，学中做”这种实践和理论相结合的学习方式，学习上有探究的能力。这决定了这堂课的也必需以实践和理论相结合的方式来上。【教学目标】：1、知识与技能：了解位图图像的数字化表示掌握黑白位图大小的计算方法了解音频、视频在计算机中的数字化原理了解音频、视频大小的相关因素2、过程与方法：在“画图”程序中的操作，让学生直观地体会到位图的特点，了解位图大小和内容毫无关系。两次对比查看几幅位图的属性，总结出位图大小和色彩种类以及分辨率的关系。通过在“画图”程序中填色，让学生直观地了解颜色的数字化表示，容易掌握黑白图的计算方法。通过制作gif小动画，让学生直观地了解到视频的本质，从而容易明白视频大小的相关因素。通过“录音机”的录音和播音，让学生明白模数信号的转换过程。两次对比观察几幅描述数字化后的声音图像，总结出声音文件大小和采样位数，采样频率的关系。3、情感态度与价值观：激发学生学习信息技术的兴趣。通过自主探究，培养学生分析问题，解决问题的能力。促使学生形成良好的思维习惯。【重点难点】：重点：位图图像的大小计算难点：声音文件大小的相关因素【设计思想】：多媒体信息的数字化编码本身是一块比较抽象枯燥的内容，如果就以讲授法的形式来上，势必不会引起学生的兴趣，相应地也会影响到学生的理解和掌握程度。于是我就想如何让学生自身实践操作，让他们在操作中领会得出多媒体信息数字化编码的原理和方法，从而了解位图、音频、视频文件大小的相关因素，于是就有了这样一堂课的设计。【教学流程】：师：展示一张照片，我想将这张照片存入电脑，该怎么做？生－：用扫描仪扫描生二：可以用数码相机对着这张照片再拍一次，然后存入电脑师：两种方法都可以。存入电脑的照片是用什么表示的呢？学生一下子回答不出来师：回想一下计算机中所有的信息都用什么来表示？生：二进制。师：那么图像呢？生：也是二进制。师：对，接下去我们来研究一下图像在计算机中是如何数字化表示和存储的。布置任务一：请将桌面上的“熊猫.bmp”图放大，你观察到了什么现象？生：操作（有些学生直接将图片拉大，有些同学用放大镜放大，还有的同学用菜单功能自定义放大的值）生：图片放大了，熊猫的边缘线粗糙了，线模糊了，有些边缘线怎么有点像齿轮，没什么变化呀……（众说风云）师：演示利用菜单功能将图片放大6倍，线确实粗糙了，也确实出现了锯齿型，这种图我们称之为位图，位图是由一个个像素组成的。（用铅笔工具在空白处画几个点），这一个个点就是一个个像素。我们来看看这样一幅图由多少像素组成（演示查看该图的宽和高），宽为600像素，高为386像素，所以整幅图就有600*386像素，600*386像素我们就叫它为一幅图像的分辨率。计算机存储图像，就是将图像的每个像素的颜色信息进行数字化后的量存入电脑。下面我们来研究位图的大小和什么因素有关？布置任务二：1、请在“画图”程序中随意画一幅400×300像素的图，按照默认的保存类型保存到桌面上，查看它的大小。2、请观察下面两幅黑白图，你能说说位图大小和什么因素有关呢？3、观察下面四幅分辨率相同的位图，思考位图大小还和什么因素有关呢？生：（按照任务操作），怎么才能将图片设成400*300像素呀？画什么呢？师：提示如何设定位图的宽和高，画什么随意，重点在于查看它的大小。生：继续操作思考。（5分钟左右）师：画好的400×300像素的图的文件大小是多少？生：351KB。师：大家画的内容肯定是不同的，可文件大小相同，说明了什么问题？生：大小和内容没有关系。师：那么位图大小和什么因素有关呢？200*145像素3625B300*190像素7125B24位真彩色352KB16色59KB黑白15KB256色118KB生：和总的像素有关？师：你是怎么得出这样的关系的，位图大小和像素又有什么样的关系呢？生：从第二题的两张图像中看出来得，像素越多，文件也越大。师：刚才这个同学说的结论再加个什么前提就完全正确了？生：当图的颜色种类相同的情况下。师：非常好，当色彩数量相同的情况下，分辨率越高，位图文件越大。除了分辨率影响着位图的大小，还有没有其他因素也影响着位图大小。生：色彩的多少。师：你是如何得出这个结论的？生：从第三题的四幅图中观察出来的。师：它们有着什么样的关系呢？生：当总的像素一样的情况下，颜色数量越多，位图文件也越大。（这里学生讲的就非常完整了）师：确实，位图图像大小和分辨率、色彩数量有关，也仅和这两个因素有关。接下来我们来研究位图大小该怎么计算。布置任务三：1、请把桌面上的“熊猫.bmp”这幅黑白图中标有“1”的地方填充上黑色。思考：黑白位图需要几个位来表示颜色信息？生：操作，思考。师：这幅图里共包含几种颜色？生：两种。师：计算机要表示这两种颜色至少需要几个二进制位？绝大部分学生没有回答，有个别同学说1个位，也有同学说2个位。师：刚才这个任务中要求在标有“1”的地方填充上黑色，其他地方是白色，说明白色可以用二进制的哪个值表示呀？生：0师：所以至少要用几个位表示黑白两种颜色。生：1个（大部分同学都这么说）师：很好。计算机存储一张位图，就是存储了这张图的每个像素的颜色信息。所以黑白图里的一个像素需要几个位？生：1个师：这样一个黑白图的大小就很容易计算出来了，大小＝分辨率*一个像素需要的位数。我们一起来计算这张图的大小。生：600*386*1师：这样算出来的结果单位是什么？生：位，比特。师：要化作基本单位字节怎么办？生：除以8。（能回答出来的声音不多）师：黑白位图大小计算方法明白了没？生：明白了（声音非常宏亮）。师：那么如果一幅16色的位图，至少需要几个位表示一种颜色呢？生：4个（大部分同学都能很快地回答出来）师：对。到这我们已经学习了位图在计算机中的数字化，接下来看看在计算机中又是如何数字化表示视频的。我们先来看个小动画（gif格式的动画）学生看了后觉得很可爱，很有意思。师：视频和动画本质是什么呢？有谁知道？学生都回答不出。师：展示制作gif动画的9幅bmp图素材，左边这个动画实际上就是由这九幅图片组成的。学生此时有点吃惊，也有些好奇。师：为了让大家更好地了解动画视频的本质，接下来我们就用这9幅图制作一个gif小动画。简单演示一下用gifanimator软件制作gif动画的过程。生：动手制作。（能力强的同学想到修改每秒钟播放的帧数来加快或延缓画面的切换速度，不过大部分同学都是按默认的方式制作）师：从这个实践中，我们可以清楚地观察到动画是由一幅幅静止的图像组成的，这一幅图也叫一帧图，视频也是和动画类似的，可以说它也是由一帧帧静止的图像组成。师：转播几个学生的机子，先转播两个按默认方式做好的同学的机子，再转播两个改了每秒钟播放的帧数的同学的机子。大家完成的都挺好，你们有没有观察到后面两位同学的动画跟前面两位的有什么不一样？生：第三位同学的动画特别快，第四为同学的动画特别慢。师：什么原因造成这个速度差异呢？（请第三位同学说说他改了什么设置）生：我把延迟时间改成了10。生：我把延迟时间改成了50。师：默认的延迟时间为25，也就是每秒钟播放4张图像，把延迟时间改成了10，每秒播放的图片数就变成了10，把延迟时间改成50，每秒钟播放的画面就变成了2。所以第三位同学的动画最快，第四位同学的动画最慢。从刚才的操作实践中你能体会到视频的本质吗？生：视频是由一幅幅图像组成的。生：每秒钟播放的图片数量决定了视频画面切换的快慢。（通过gif动画的制作实践，学生能很直观地体会到视频的本质）师：很好，视频的本质就是由一幅幅静止的图像组成的，一幅图像也叫一帧图像，因此视频就是由一帧帧静止的图像组成的。我们国家的视频采用PAL制，每秒钟播放25帧，而欧美国家采用NTSC制，每秒钟播放30帧。接下来我们学习音频在计算机中的数字化。我们先请位同学用录音机来录一段音（录音的内容是《再别康桥》里的最后四句）。生：朗诵，录音，保存该音频到桌面上，然后播放此段音频。师：这位同学朗诵的很有感情。用物理学来说，声音是什么？生：声波。（回答出来的同学不多）师：对，声音一种波，是一连续、平滑变化的模拟信号。而计算机只能处理哪种信号？生：数字信号。（能回答出来的也不多）师：那么如何将模拟信号转换为数字信号呢？那就要一个模数转换器，通过对声波的采样和量化转换为数字信号。刚才我们录音的过程就是将声波这模拟信号转换为数字信号的过程。（放映一幅图）图上的黑线表示原声，红线表示数字化后的声音。横坐标表示时间，纵坐标表示音高标准。红线上的点，就是数模转换器从模拟信号上采样获取的点，从图中我们可以看出，这个设备多长时间采样一次？生：0.001秒。师：也就是一秒钟采样几次？生：1000次。师：每秒所采样的次数，我们称之为“采样频率”，单位为Hz。我们再来观察这个图，这个模数转换器将音高设为几个标准？生：7个（绝大多数的声音是这么说的）师：大家再仔细看看。生：8个（想了一会才有少部分同学这么回答）师：对，0也能表示一种音高，所以这个设备把音高定为8个标准。计算机要表示这8个音高标准，至少需要几个位？生：3位（回答的声音挺多，说明学生信息的编码掌握的不错）师：对，用3个位能表示出2的3次方种的信息，这里的信息就是音高。我们把每个采样点所需的二进制位数，称为“采样位数”。计算机存储这段音频，就是将每个采样点的音高数字化后的值存入计算机。我们播放这段音频，又需要一个数模转换器，将数字信号重新转换为模拟信号。那么数字化后的音频的音质、大小和什么因素有关呢？请大家观察下面两张图，你能发现wav声音文件的音质和什么因素有关呢？（黑线代表原来的声音，红线表示采样量化后的声音）说明：两者采用相同的采样位数，图1每0.001秒采样一次。而图2每0.002秒采样一次。生：观察两图，思考，讨论。师：两图中哪幅图数字化后的声音更接近原声？生：第一幅。师：从这两幅图中，关于音质的影响因素，你能得出什么结论？生：采样时间间隔越短，声音越接近原声。师：这个同学的意思是正确的，我们将它说的完整点，应该是当采样位数相同时，采样频率越高，数字化后的声音越真实，音频的文件也越大。接下来请大家再观察两幅图，你能发现wav声音文件的音质还和什么因素有关呢？（黑线代表原来的声音，红线表示采样量化后的声音）说明：两者采用相同的采样频率，图1将音高分为8个标准，图2将音高分为16个标准。生：观察两图，思考，讨论，总结。师：这两图中哪幅图数字化后的声音更接近原声？生：第二幅。师：从这两幅图中，关于音质的影响因素，你能得出什么结论？生：当采样频率相同时，音高划分的越多，声音越真实。师：音高划分的越多，说明一个采样点需要的位数越什么？生：越多。师：对，所以我们可以这么总结，当采样频率相同时，采样位数越多，声音越真实，声音文件也越大。师：我们来看看一