第3讲_信息表示与编码(声音、图像、视频)详解

课题：信息编码中的声音编码和图像编码教学目标：一、知识与技能：1、了解声音编码的两个步骤。

2、理解并学会采样频率、量化级数与存储声音的容量之间的关系及其计算方法。

3、了解计算机中显示的图像的两大分类的特点与区别。

4、理解并学会图像的分辨率、颜色与存储容量之间的关系及其计算方法。

二、过程与方法：1、通过对“采样”和“量化”的解说，掌握声音编码的原理。

2、通过观察一张放大的位图图像，掌握图像编码的原理。

3、通过例题与练习，加深对声音及图像文件数据量的计算方法。

三、情感态度与价值观：1、通过对声音和图像的编码的学习和了解，让学生对二进制在编码中的运用有一个更深入地了解，同时与生活中出现的各种音频及图像格式相联系，激发学习信息编码的兴趣。

教学重点：声音和图像文件的存储数据量的计算教学难点：量化的概念、位图教学方法：讲解法、演示法、问答法教学媒体：自制多媒体教学课件教学过程：新课导入（课前准备）：在平时的生活中，我们都习惯于用电脑或者MP3之类的工具来听音乐。

但是，同学们有没有想过存储在电脑或MP3中的声音和现实生活中人们发出的声音有什么不同呢？同学们在初中都学过声音的传播，都知道声波吧。

声音是一种波，是连续变化、平滑的量。

而我们通常把这种连续、平滑的量称作模拟量。

我们前课学过在计算机中的各类信息都是以二进制数的形式进行存储的，我们把各种信息转化为二进制数形式的过程叫做信息的数字化或者信息的编码。

那么，编码之后得到的二进制数的量我们就叫做数字量。

数字量是一串数字的序列，并不是连续的。

声音和图像是否也是编码之后存放在计算机中的，但是它们又是如何进行编码的呢？这堂课我们就来研究声音和图像是以何种形式如何存储于计算机中的。

课的进行：声音编码PCM（脉冲编码调制）：1.强调一下声音的概念，说明声音编码的两个步骤：采样、量化（也是模拟信号转化为数字信号的基本方法）及其概念。

采样：采集模拟信号的样本。

采样频率：每秒钟采样的样本数（单位：Hz）。

123 5.1.4 声音、图形、图像等信息的表示随着计算机应用领域的不断扩大，图形、图像、视频、声音等作为多媒体的重要组成部分，已广泛出现在计算机中。

相对数值信息和字符信息而言，声音和图像信息具有结构复杂、信息量大的特点。

1．声音的数字化多媒体计算机中由于增加了音乐、解说和一些有特殊效果的声音，使多媒体应用程序显得丰富多彩、充满活力。

声音（Sound ）是文字、图形之外表达信息的另一种有效方式。

从物理学角度来认识，空气振动而被人们耳朵所感知就是声音。

复杂的声波由许多具有不同振幅和频率的正弦波组成。

波形相对基线的最大位移称为振幅A ，反映音量；波形中两个相邻的波峰（或波谷）之间的距离称为振动周期T ，周期的倒数1/T 即频率f ，以赫兹（Hz ）为单位。

正常人所能听到的声音频率范围为20 Hz ～20 kHz 。

通常，声音用一种连续的、随时间变化的波形来表示，该波形描述了空气的振动，如图5.1所示。

图5.1 声波的表示从图5.1中可以看出，波形的最高点或最低点与基线（时间轴）之间的距离称为该波形的振幅。

振幅表示声音的音量。

波形中2个连续波峰间的距离称为周期。

波形的“频率”是1秒钟内所出现的周期数目，单位是（Hz ）。

声音按其频率的不同可分为次声、可听声和超声3种。

次声的频率低于20 H z ，它是一种人耳听不见的声音；可听声的频率在20~20kHz 。

这是人耳可感受的声音；超声的振动频率高于20kHz ，也是人耳听不见的声音。

多媒体计算机中处理的声音信息主要是指可听声，所以也叫音频信息（Audio ）。

从应用的角度来说，多媒体计算机中的声音可分为3类：一类是语言（语音），它的作用与文字信息一样。

输出的语言可作为解释、说明、叙述、回答之用，输入的语言可做命令、参数或数据；第二类是音乐，音乐的播放可烘托气氛，强调应用程序的主题；第三类是效果声（Sound Efect ），如刮风、下雨、打雷、爆炸时的声音等，它们在特定的场合下起到文字、语言等无法代替的作用。

计算机中数字、文字、图像、声音和视频的表示与编码设计计算机的最初目的是进行数值计算，计算机中首先表示的数据就是各种数字信息。

随着应用的发展，现在计算机数据以不同的形式出现，如：数字、文字、图像、声音和视频等。

但是，在计算机内部，这些数据形式还是以数字的形式存储和处理的。

通过使用数字对各式各样的信息按照一定的规则进行编辑，最终变换为计算机易于识别的信息，这个过程称为数字化编码。

用少量最简单的基本符号，对大量复杂多样的信息进行一定规律的组合。

编码的两大基本要素：基本符号的种类（例如二进制的“0”和“1”）组合规则现代计算机内部采用二进制符号进行信息编码。

1 计算机中数据的表示方法任何一个二进制数N都可以表示为N=S·2^E其中E是一个二进制整数，称为数N的阶码，2为阶码的基数，S 是二进制小数，称为数N的尾数。

E和S可正可负。

尾数S表示数N 的全部有效数据，阶码E指明该数的小数点位置，表示数据的大小范围。

2 整数的表示整数是没有小数部分的整型数字。

例如：123、4、-56、0等都是整数，而1.34则不是整数。

计算机中整数的分类：无符号整数：不区分正负的正整数。

有符号整数：最高位表示正负的整数。

2.1 整数的原码、反码和补码2.1.1 整数的原码所谓原码是用一个数的最高位存放符号(0为正,1为负)，后续的其他位与数的真值相同的数据表示方法。

2.1.2 整数的反码用最高位存放符号，并将原码的其余各位逐位取反。

反码的取值空间和原码相同且一一对应。

2.1.3 整数的补码在补码表示法中，正数的补码表示与原码相同，即最高符号位用0表示正，其余位为数值位。

而负数的补码则为它的反码、并在最低有效位加1所形成。

我们在使用程序设计语言设计程序中使用的是数据的原码，而数据在计算机中是以补码的形式存在的。

2.1.4 三种编码的比较a 三种编码（原码、反码、补码）的最高位都是符号位。

b 当真值为正时，三种编码的符号位都用0表示，数值部分与真值相同。

信息技术第一部分信息技术基础[学案4]图像、声音和视频的编码学习目标1.初步了解多媒体的编码方式2.理解位图和矢量图的概念。

3.掌握声音、图片、视频存储容量的计算的公式并学会计算。

学习重点1.声音容量的计算2.图片容量的计算3.视频容量的计算学习难点声音、图片、视频容量的计算课堂导入1、录制一段时长1分钟、采样频率为44.1kHz、量化位数为16位、双声道的Wave格式音频，其存储容量约为（）A.34MBB. 84MBC.3GBD.10.1MB2、下列关于位图与矢量图说法错误的是（）A.位图是通过对“像素”的描述来呈现图像效果的B.矢量图是用一组指令集合来描述的C.位图适合表现层次和色彩比较丰富的图像D.矢量图不能转换为位图3、图像文件“风景.bmp”的属性窗口如图所示：该图像的存储容量约为（）A.1.79MBB.14.3MBC.1.52MBD.52.1MB4、一段时长为1分钟、24位色、分辨率为1920*1080、帧频为30fps的HDTV视频，若没有压缩，它的存储量大约是（）A.177.9MBB.10.4GBC.111MBD.83.4GB问题探讨1.声音的编码通过采样和量化两个过程实现声音模拟量的数字化。

采样频率越高，量化位数越高，声音的音质越好，占用的存储空间越大。

未经压缩的音频存储空间的计算公式：声音存储容量=未经压缩的音频格式：W A V2.图片的编码位图和矢量图（1）是指用若干二进制位来定义图像中每个像素的颜色和亮度。

（2）用矢量表示图的轮廓，用数学公式描述图中所包含图形元素的形状和大小。

图片素材的加工和处理以位图为主。

位图放大会失真，矢量图放大不会失真。

图片由像素组成，像素越多图像越清晰，颜色位数越多色彩越逼真。

未经压缩的图片存储空间的计算公式：图像存储容量=未经压缩的图片格式：bmp3.视频的编码视频是由连续的画面组成动态图像的一种表示方式。

常见的视频数据格式主要有：A VI、MPEG、MOV、DAT和Real等格式；全球主要的电视制式为：PAL、NTSC和SECAM制式，PAL制式是每秒25帧，NTSC制式是每秒30帧。