1.3 数据采集与编码 （教学设计）信息技术浙教版2019必修1

1.3 数据采集与编码 3课时（教学设计） 年级 高一年级 课时 3课时 课题 1.3 数据采集与编码 教学 目标 1.了解数据采集； 2.理解信息的数字化(采样、量化)； 3.掌握数制； 4.了解编码(ASCII码，汉字编码，条形码，二维码，声音编码，图像编码，视频编码) 教学 重难点 重点：掌握数制和了解编码。 难点：掌握数制和编码。 教学 准备 多媒体课件、多媒体教室 教学过程 教师活动 学生活动 新 课 导 入 一、课堂导入 1.通过观看一天的衣食住行大数据的一个短视频引出本堂课的主题内容，并得出计算机技术的应用，使得数据的处理方式发生了巨大的转变，数据的处理效率也得到了极大的提高。从而提问：数据的处理效率提高了，那么数据的采集也应该随之提高？那同学们知道，我们如何提高数据的采集效率呢？ 进而引出本节课的第一点内容：数据采集。 通过播放视频，直观的引出本堂课的知识点。从而引发学生的兴趣。 新 知 讲 授 一、数据采集 通过观看一个关于数据采集的短视频，得出视频中提到了传感器和网络爬虫，对比一下以前收集收据，一般是通过观察、实验等人工方式得到数据，并将其记录下来。数据量较少时，可以用传统方式进行处理。比如统计某项活动的报名情况，可以先用纸笔方式记录，再用手工方式输入到计算机中进行处理。 进而提出疑问：什么是传感器呢？ 从三个方面来阐述传感器，循序渐进的讲解知识点，让同学们更能接收知识，更好的掌握知识点。 概念：传感器是一种能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 作用：在科研、生产和日常生活中，常需要利用传感器对环境中的物理量、化学量和生物量等进行感知与测量，然后转换成电信号并进行适当处理，最后形成数据。 工作：持续不断地采集数据，如“环境空气颗粒取样器”可以实时监测着大气中PM2.5的浓度变化，地感线圈可以记录道路上车辆的通行数据，安装在野生动物身上的GPS追踪设备可以真实记录动物的活动轨迹。通过案例和图片的讲解，让同学们更能直观的了解其作用和原理。 例举了案例后，再引入大家所熟知的手机，提问：智能手机里有哪些传感器?让同学们结合课件中的图片相互探讨，再合作与探究中强化本节知识点的掌握。 智能手机里有哪些传感器? 光线传感器:根据光线强弱来改变屏幕亮度 声音传感器 重力感应器陀螺仪 摄像头 温度传感器 磁场传感器:指南针、导航、运动速度、地理位置等 除了这几传感器之外，互联网也成了人们日常所需数据的主要来源，以知识点并列呈现的方式让同学们直观的了解互联网对于数据来源的作用，并在课件中予以总结。 如国家气象局网站提供了气象数据API 服务，用户根据API 调用规则即可采集气象数据； 互联网上有许多向公众开放的数据服务，用户可以通过应用程序接口（Application Programming Interface，简称API）采集这类数据。 也有一些专业的数据平台，将收集到的数据整理后出售，用户根据项目开发需要进行购买。 总结：充分利用这些数据，从中挖掘出信息，可以为下一步的决策提供依据，从而产生更大的经济价值和社会价值。 将课本的拓展链接进行讲解，拓宽同学们的知识面。 从互联网采集数据：经过多年的发展与应用，互联网上已经积聚了海量数据，这些数据覆盖了社会的各个领域。互联网上包含各类数据，每时每刻又有新的数据产生。人们可以随时从网上获取所需的各种数据用于日常生活，如在线预订火车票、机票，在电子地图上查找周边的学校、餐饮店、加油站等。专业人员则运用各种技术，从互联网上采集大量数据，用于研究、分析、决策等，如通过采集上网用户的相关数据，分析网民行为，以便推送精准的个性化服务。 从互联网采集数据有很多方法，如借助网络爬虫来获取数据。网络爬虫是一种按照一定的规则，自动地抓取网页上数据的程序或脚本。与人在浏览网页时的行为相似，网络爬虫也是通过网页中的超链接在网页间跳转，根据需求按特定的关键字获取某一方面的网页数据，然后对这些数据进行处理、存储等操作，并可用专门软件对这些数据进行分析。 二、数字化 信息可用模拟信号或数字信号表达。 1.模拟信号 定义:用连续变化的物理量所表达的信息。 特点:幅度、频率或相位随时间作连续变化,如声音信号、图形信号等。 波形 类型 表现 事例 简单波形 仅包括一个单一频率 单一钢琴定音器产生的声波 将模拟信号这一知识点从三个方面循序渐进的讲解，让同学们能更好的了解，最后以表格的方式来呈现知识点，让同学们能直观的了解其重难点。 2.数字信号 定义:离散时间信号的数字化表示。 特点:自变量、因变量都是离散的。如,开关电路中输出电压和电流脉冲。 呈现方式:有限位的二进制数。如,字长为2位的二进制数可表示00、01、10、11四种数字信号。 将数字信号这一知识点从三个方面循序渐进的讲解，让同学们能更好的了解其知识点。 以整体对比的方式呈现数字信号与模拟信号的优缺点，能直观的了解其不同点，也能更好的理解本节的知识点。 对比一下：数字信号和模拟信号有什么优缺点呢？ 数字信号： 优点：抗干扰能力强,有较强的保密性和可靠性。 缺点：算法复杂、成本较高。 模拟信号： 优点：直观且容易实现。 缺点：保密性差、抗干扰能力差、不适合远距离传输。 再将一个问题抛给同学，现场检验同学们是否掌握知识点，能否活学活用，将疑难点在课堂中进行化解。 模拟信号与数字信号可以相互转换吗？ 可以转换。如将语音通过计算机的麦克风、声卡等设备存储在计算机中，这一过程实现了模拟信号转换成数字信号，其中用到的主要设备是模数转换器（ADC）。 采集数据→模数转换器 （ADC）→存储器（存储在计算机中） 提问：些设备能将模拟信号转换成数字信号？ 音响、扫描仪、摄像机、录音笔、显示器、键盘 在知识点的讲解中，以问题为导向，让同学们结合生活中的案例分析，能更好的掌握知识点。 数字化：将模拟信号转换成数字信号的过程称为数字化。 自然界中的数字、文字、图像、声音等各种模拟信号，通过采样定理都可以用0和1来表示，即通过数字化工具将模拟信号转换成数字信号，这样才能用计算机来进行处理。 数字化是信息社会的技术基础。 信息论的奠基者香农指出：在一定条件下，用离散的序列可以完全代表一个连续函数，这是采样定理的基本内容。在数字信号处理领域，采样定理是将连续信号（模拟信号）转换成离散信号（数字信号）的理论依据。它确定了信号带宽的上限，也确定了捕获连续信号时所允许的采样频率下限。 将香农的理论进行分解，以小知识点的方式呈现给同学们，这样能更好的理解和让同学们学习起来更有信心。 将模拟信号转换成数字信号一般需要经过采样、量化与编码。模拟信号先由采样器按照一定时间间隔采样获得时间上离散的信号，再经模数转换器（ADC）在数值上进行离散化（量化），经过编码转换成数字信号，并展示图例模拟信号的数字化过程。 3.采样 在信号处理领域，采样是将信号从连续时间（空间）域上的模拟信号转换到离散时间（空间）域上的离散信号的过程，通过采样器实现。 采样频率：每秒的采样样本数叫作采样频率。 单位：赫兹（Hz） 失真：将模拟信号转换成数字信号，会引起失真，影响信号保真度的一个因素是采样频率。 对于基于时间域的模拟信号，采样其实就是按一定的时间间隔取值。 下图甲所示为一段声音模拟信号，对其在时间轴上进行分隔，就能确定采集多少个样本或采样次数，如下图乙所示。 将采样这一知识点进行细化展示，让同学们呢能更直观的了解，并结合案例和图片进行总结，让同学们在分析案例中掌握知识点。 4.量化 在数字信号处理领域，量化是指将信号的连续取值近似为有限个离散值的过程。连续信号经过采样成为离散信号，离散信号经过量化后可用数值表示。 量化就是将采样到的信号用数字表示出来，即将模拟信号的波形转换为数字，量化的过程是先将整个幅度划分成有限个小幅度的集合，把落入某个范围内的样值归为一类，并赋予相同的量化值。 对于上图中的声音模拟信号而言，量化就是在纵坐标上进行划分（如图甲），然后结合每个采样点将这些数据表示出来（如图乙）。纵坐标划分得越细，量化就越精细，与实际数据也越接近，如图丙所示。 将量化这一知识点进行细化展示，让同学们呢能更直观的了解，并结合案例和图片进行总结，让同学们在分析案例中掌握知识点。 5.探讨与讨论 1.在计算机上录音,用数码相机拍摄图片、视频等,其本质是（ ） A.把模拟信号转换为数字信号 B.把数字信号转换为模拟信号 C.把虚拟信号转换为数码信号 D.把数码信号转换为虚拟信号 解析：本题考查数字信号和模拟信号。在计算机上录音,用数码相机拍摄图片、视频等,其本质是把模拟信号转换为数字信号。 2.数字信号相对于模拟信号而言有许多优势，以下不属于数字信号优势的是（ ) A.方便存储 B.传输过程中不容易被干扰 C.处理实时性强 D.方便压缩传输 解析：本题考查的是数字信号与模拟信号。1、数字信号在传输过程中，与模拟信号相比，数字信号在传输过程中具有更高的抗干扰能力，更远的传输距离，且失真幅度小。2、还可以通过压缩，占用较少的带宽，实现在相同的带宽内传输更多、更高音频.视频等数字信号的效果。3、数字信号还便于加密和纠错,具有较强的保密性和可靠性。故选项C错误。 三、数制 对比展示现实世界和计算机世界中数据的呈现，并分析原因，引出本节知识点。 计算机科学中，数据是对所有输入计算机并被识别、存储和处理的符号的总称是联系现实世界和计算机世界的途径。 原因：计算机常用的电路的状态有两种：断开和连通(或者低电平和高电平)，刚好对应0和1。 数据在计算机内部是以二进制方式进行存储和处理的。 1.数的进制 进制是一种记数方式，亦称进位计数法或位值计数法。利用这种记数法，可以使用有限种数字符号来表示所有的数值。 任何一种数制都包含两个基本要素：基和权。基又叫基数，是组成该数制的数码个数，一般来说，k进制的基数就是k，包含k个数字；权又叫权值，是指每一个数位上的1对应的数值，可以表示为基数的若干次幂。 进制的标识 将知识点进行细化分析，让同学们能更好的掌握，在以表格的方式呈现进制的标识,让同学们能更好的理解。 2.二进制 将十进制与二进制进行对比呈现，以一个大家所熟知的知识点引出另外一个知识点，通过知识的牵引，让同学们更好的掌握学习目标。 二进制是17世纪由德国数学家莱布尼茨（Leibniz）发明，20世纪40年代应用于电子计算机中。 二进制数的特点是： ①有两个基本数码：0，1。 ②采用逢二进一的进位规则。 （1）十进制→二进制 方法：采用除2反向取余法,即将十进制整数除以2,得到商数和余数,再用商数再除以2,依此类推直到商数为0为止,将每次得到的余数按照逆序排列,即为换算的二进制数的结果。 案例讲解：十进制数19转换成二进制数是（ ） A.10011 B.10001 C.11001 D.10010 答案：A 解析：本题考查十进制数与二进制数的转换。将十进制数 19除以2,记录商和余数,再将得到的商继续除以2,依此类推,直至商为零(见下方示意图),将余数逆序排列便可得到结果:(19)0=(10011)2。其中下标数字表示进制。 （2）二进制→十进制 方法：二进制数中每位数字的权是以2为底的幂,按权展开求和即可。 规律： ①每一位数字都乘以2的整数次方；②2指数从左向右依次递减至0；③将各项乘式相加。 3.八进制 八进制，一种以8为基数的计数法，采用0，1，2，3，4，5，6，7八个数字，逢八进1。 （1）二进制→八进制 方法：将二进制数的整数部分从低位向高位每三位划分为1小节,最后不足三位时在高位补0奏满三位;小数部分从高位向低位每三位划分为1小节,最后不足三位时在低位补0凑满三位;再将每小节按照4、2、1的位权值进行累加,所得的数按左右排列即为最后的结果。 案例讲解：二进制数10100010.0011转化为八进制数是 。 答案：242.14 解析：本题考查二进制数与八进制数的转换。以小数点为中心,向 整数与小数两个方向每三位划分为一组,:10,100,010.001,1。 出现不足三位的情况,需要在两端补0,即:010,100,010.001,100。 按4、2、1位权值:010=0x4+1x2+0x1=2,100=1x4+0x2+0x1=4,010=0x4+1x2+0x1=2,001=0x4+0x2+1x1=1,100=1x4+0x2+0x1=4。因此,(10100010.0011)=(242.14) （2）八进制→二进制 方法一：把八进制数中的每个数字由高位到低位,依次按4、2、1的位权值分解为一个三位二进制数,并将最后的分解值连起来即可。 案例讲解：八进制数16.327 转换成二进制数是 。 解析：本题考查二进制数与八进制数的转换。以小数点为中心,向整数与小数两个方向进行分解1=0x4+0x2+1x1=001,6=1x4+1x2+0x1=110,3=0x4+1x2+1x1=011,2=0x4+1x2+0x1=010,7=1x4+1x2+1x1=111。因此,(16.327)=(001110.011010111)=(1110.011010111)2。 答案：1110.011010111。 方法二：从八进制到二进制的转换，可以遵循“除2取余，逆向排列”的方式。如八进制数字226, 6除2取余得到二进制数字110; 2除2取余得到二进制数字10，不足3位的在左侧补0，即为010; 接下来仍是2除2取余得到=进制数字10，不足3位的在左侧补0，即为010。 最终结果为10010110。 （3）八进制→十进制 方法及案例：二进制数中每位数字的权是以8为底的幂,按权展开求和即可。 案例讲解：将八进制数12转换成十进制数 128 =(1x81)+(2x 80)= 10 （4）十进制→八进制 方法一及案例：先采用十进制化二进制的方法，再将二进制数化为八进制数。 例：（115）10 = （1110011）2 = （163）8 方法二：采用除8取余法。 案例： 4.十六进制 十六进制（简写为hex或下标16）是一种基数为16的计数系统，是一种逢16进1的进位制。通常用数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和字母A、B、C、D、E、F（a、b、c、d、e、f）表示，其中:A~F表示10~15，这些称作十六进制数字。 （1）二进制→十六进制 方法一：与二进制转换成八进制数类似。将二进制数的整数部分从低位向高位每四位划分为1小节,最后不足四位时在高位补0凑满四位;小数部分从高位向低位每四位划分为1小节,最后不足四位时在低位补0凑满四位;再将每小节按照8、4、2、1的位权值进行累加,所得的数按左右排列即为最后的结果。 方法二：01101100010111110011110101101110 ※按照每四位进行分割 0110 1100 0101 1111 0011 1101 0110 1110 ※每四位转换为相等的十六进制数 6 C 5 F 3 D 6 E ※十六进制表示为“x6C5F3D6E” （2）十六进制→二进制 方法：把十六进制数中的每个数字由高位到低位,依次按8、4、2、1的位权值分解为一个三位二进制数并将最后的分解值连起来即可。 总结： 二进制是Binary，简写为B。 八进制是Octal，简写为O。 十进制为Decimal，简写为D。 十六进制为Hexadecimal，简写为H。 二进制：(1011)B→(1011)2→1011B 八进制：(761)O→(761)8→761O 十进制：(123)D→(123)10→123D 十六进制：(6E)H→(6E)16→6EH 十进制十六进制二进制八进制之间的关系 案例讲解：下列算式计算结果为(10)16的是（ ） A. (1)16x(10)10 B.(20)10-(10)2 C.(1)16+(9)16 D.(10)2x(8)10 解析：(10)16=1x16=(16) 10。对于A, (1)16x(10)10=1x10=(10) 10。对于 B,(20)10-(10)₂=20-2=(18)10。对于C，(1)16+(9)16=1+9=(10) 10。 对于D,(10)2x(8)10=2x8=(16)10。故D正确。 四、编码 以图片对比的方式展示人和电脑分别能读懂的数据，形象直观的向学生展示其区别和差异，让同学们更好的理解这一节内容的重要性。 编码（Encoding）是信息按照某种规则或格式，从一种形式转换为另一种形式的过程。 解码是编码的逆过程。 计算机对信息进行存储、加工、传递等处理，实际上是对信息的载体——数据进行处理。数据的表现形式可以是文本、图形、图像、声音、视频等，但不管是哪种形式的数据，最终存储在计算机中的都是经过一定规则编码后的二进制数字。 1.字符编码 （1）ASCII码 将知识点进行细化分析，让同学们能更好的掌握，再以发散思维图的方式呈现其详细组成,让同学们能更好的理解ASCII码。 ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）是一套基于拉丁文字母的计算机编码系统，主要用于显示现代英语和其他西欧语言。它由电报码发展而来，是现今最通用的单字节编码系统。基本的ASCII码共有128个，用1个字节中的低7位编码。二进制范围为00000000～01111111，即十六进制的00～7F。基本的ASCII码由33个控制字符、10个阿拉伯数字、26个英文大写字母、26个英文小写字母与一些标点符号、运算符号组成。 随后展示一张ASCII码值及对应的字符见附表。并在表中圈出一些字符进行详细的分析，这样同学们能够对应着表格进行理解，能更好的掌握知识点。 数据的存储容量单位 计算机中存储容量最小的单位是比特（bit），1 位二进制数码表示1个bit，但由于1bit 所能表示的值太小，实际上计算机中以8bit为一个基本单位，称为字节（Byte）。常见的单位还有KB、 MB 等，它们之间的换算关系是： 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB 1PB=1024TB 1EB=1024PB 1ZB=1024EB 以图例和表格方式同时呈现其换算和单位对比，让同学们直观的了解。 （2）汉字编码 以四个疑问进行导入，让同学们探讨，随后将四个问题逐一解决，即引出汉字编码的必要性和组成，以流程图的形式展示交换码的组成，让同学们直观的了解其组织结构。 怎样将汉字输入计算机？ 输入码（外码） 在计算机内部怎样处理汉字？ 机内码 在各计算机之间怎样交换汉字信息? 交换码 计算机怎样实现汉字信息的输出？ 字形码 交换码包括输入码（音译码，五笔字形码）、机内码（每一汉字都有唯一确定的）、字形码（点阵方式、矢量方式）。 ①输入码 汉字输入码使用字母、数字和符号来对汉字进行编码，如“汉”的拼音“han”。 音码：全拼、双拼、智能ABC、百度、搜狗输入法等 形码：五笔字型法 音形码：自然码 将输入码的概念进行讲解后再将其包含的形式进行对比展示，并辅以图片进行展示，让同学们能直观的理解。 ②机内码 机内码是计算机内部用于信息处理的汉字代码。每个汉字有确定二进制代码，但这个代码在计算机内部处理时会与ASCII码冲突，每个字节的首位加1。 1个汉字编码的字符占2个字节(2Byte)，每个字节都以1开头（二进制） 将机内码的概念进行讲解后再以图片和表格的形式进行展示，让同学们能更好的吸收，并在表格中添加了遮挡让同学们回答并同时展示结果，检验同学们是否掌握其知识点。 ③字形码 为了字符的输出和打印，开发了字形码。 常见的字形码有两种表示方式：点阵方式和矢量方式。 将字形码的概念进行讲解后再将图片进行展示，让同学们能直观的理解。 ④实践 利用UltraEdit软件实践探究查看字符内码 英文字符占几个字节 汉字占几个字节 数字占几个字节 标点符号占几个字节 一般以数字开头(0-7)开头的内码,一对内码对应一个英文字符(半角字母、标点符号、其他字符),如甲图中的“2E”对应半角字符“.”。内码“40”对应“@”符号(半角字符,占用1字节)。ASCII码(半角字符)的范围00-7F。 以四个疑问来吸引同学们的注意，并将方法进行展示，最后以案例进行分析，结合知识点进行讲解，让同学们能更好的掌握其内容。 2.条形码 条形码（barcode）是将宽度不等的多个黑条和白条，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。条形码技术最早产生于20世纪20年代，常见的条形码是由反射率相差很大的黑条（简称条）和白条（简称空）排成的平行线图案。条形码可以标出物品的生产国、制造厂商、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息，因而在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等领域广泛应用。 将知识点进行细化分析，让同学们能更好的掌握，最后展示一张条形码并将其里面的各个数字一一进行对比分析，这样能更直观的了解其作用。 3.二维码 二维条码 / 二维码（2-dimensional bar code）是用某种特定的几何图形按一定规律在平面上（二维方向）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息。 二维码的信息存储量更大，功能也更加强大。 现将其概念进行展示，然后让其余条形码进行对比，以一个天平的图片直观的展示其区别，并进行总结。 4.声音编码 对声音进行数据编码,必须经过前期的数据采样和数据量化、编码的过程。 ①采样 定义：把输入的模拟信号按适当的时间间隔得到各个时刻的样本值,使其转换为时间上离散、幅度上连续的脉冲信号。 常用参数即量级：奈奎斯特采样定理;常用的采样频率有三种:44.1kHz、22.05kHz和11.025kHz ②量化 定义：量化值一般用二进制数表示，其二进制位数决定了量化的 精度，也称作量化位数。量化位数越大，量化精度也越高。 常用参数即量级：国标声音量化等级分为256个,即28个 ③编码 定义：将量化后的采样值用二进制数码表示,并转换为由二进制编码0和1组成的数字信号 常用参数即量级：8位二进制数;最高位表示符号,正数为 0,负数为1。如 26=00011010,-100=11100100 模拟音频信号经过采样和量化以后，形成一系列的数字信号。将这些数字信号按一定的方式进行编码，以文件的形式存储在计算机的外部设备中。根据声音的存储格式可分为不同的文件类型，常见的声音文模拟音频信号经过采样和量化以后，形成一系列的数字信号。将这些数字信号按一定的方式进行编码，以文件的形式存储在计算机的外部设备中。根据声音的存储格式可分为不同的文件类型，常见的声音文件类型有Wave、MP3、WMA等。 Wave格式音频文件的存储容量可以通过下面的公式进行计算： 存储容量=采样频率（Hz）×量化位数（bit）×声道数×时长（s）（单位：位） 先展示其概念，再以表格的形式细分各个知识点，更能直观的对比出其知识点和区别。再以线性展示的方式呈现常见的声音文件类型，最后重点讲解公式，让同学们掌握其重难点。 案例讲解：现有一段长度为10秒钟、采样频率为44.1 kHz、采用16位量化的双声道未经压缩的WAV格式文件,下列说法正确的是 (　　) A.该Wave音频文件的存储容量约为13 MB B.将两个声道的音量均+5db后以原格式另存文件,则前后两个文件存储容量比为1∶10 C.数字化过程中,提高采样频率则音频保真度也相应提高 D.以压缩比8∶1将文件压缩成MP3格式,压缩后的存储容量约为27 KB 解析：本题考查声音采集、编码及容量计算。A选项共采集了44100*10*2个样本点,每个样本点的量化位数为16,容量为所有点的量化位数之和,约为1.68 MB。B选项容量只有采集点个数和量化位数有关,提高音量不会影响容量。C选项采样频率越高,声音质量越好。D选项压缩比8∶1,约为0.2 MB左右。 5.图像编码 先展示其概念，然后以对比的方式展示数字图像中位图和矢量图的区别，并将两种类型的图片展示出来，让同学们直观的了解。 在满足一定保真度的条件下,对图像数据进行变换、编码和压缩,以较少比特数表示图像或图像中所包含的信息的技术。 数字图像包括矢量图形与位图图像。 在计算机图形学中，矢量图形是指用点、直线或者多边形等基于数学方程的几何图元表示的图像。矢量图形保存的文件大小一般比位图要小，并且文件大小与图形的大小无关，在图像处理软件中任意放大矢量图形，不会丢失细节或影响清晰度，因为矢量图形与分辨率是无关的。 位图图像又称栅格图或点阵图，将图像数字化也需要经过采样、量化、编码等环节。 图像的采样就是把一张图像分解成一个一个大小相同的点，这些点称作像素，是组成位图图像的基本单位。 将图像编码中的知识点细化成三个方面，让同学们能更直观的了解。最后将两张图片进行展示，并展示模拟图像到数字图像的流程图，这样同学们能更直观的了解。 ①采样 就是把一张图像分解成一个一个大小相同的像素点,点数越多,图像越真实。 ②量化 每个像素的颜色信息进行量化,也称为位深度。图像存储容量可以根据像素与颜色位深度进行计算:存储容量=总像素×颜色位深度/8(单位:字节) ③编码 以多种图像文件格式保存,如BMP、JPEG、GIF、PNG等。 ④练一练 用画图工具打开bmp文件格式，然后另存为gif、jpg、png格式，观察四张图片的图像存储大小 序号 类型 修改后类型 原始大小 修改后大小 1 bmp gif 2 bmp jpg 3 bmp png 将所讲授的知识点进行联系，以表格形式进行填写，让学生加深印象，能更好的掌握知识点。 案例讲解：将一段图像分辨率为1024*768、32位真彩色的无声视频AVI文件压缩成MPEG格式,压缩比为3∶1,若该视频以25帧/秒的速度播放,该MPEG格式视频每秒钟播放的数据量约为 (　　) A.25MB B.75MB C.600MB D.800MB 解析：本题考查多媒体存储容量计算。25帧/秒,一共25张图像,存储容量为1024*768*32*25/3/8/1024/1024=25 MB,答案为A。 6.视频编码 以提问的方式引出本节内容，并通过图片的重复展示来化解学生的疑问，并呈现出视频的原理，让同学们能更好的掌握知识点。 视频的成像原理是什么？ 一段时间内，按照顺序连续播放多张图片，实现“动起来”的视觉效果。 影响视频容量的因素有哪些 播放速度每秒播放几张画面 每张画面的图像大小 ①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:AVI、MPEG、MOV、电视广播制式:PAL每秒钟播放25帧(我国采用),NTSC每秒钟播放30帧。 ②视频存储量(B)=帧图像存储量×帧频×播放时间(秒)。 ③常见的视频编码方式有MPEG1、MPEG2、MPEG4等。 以对比的方式展示中国和欧美电视制式的不同，让同学们在比较重掌握知识点。 中国电视制式（PAL）：每秒显示25帧（25张图片），即25fps 欧美电视制式（NTSC）：每秒显示30帧（30张图片），即30fps。 随着信息技术的发展，更多专业服务系统产生，如可用于卫星定位的GPS系统、可用于位置服务的POI数据库等，这些专业服务所需的编码需要各自特定的编码方式。 案例讲解：一个Wave格式文件的常规属性和音频属性分别如左图和右图所示,该音频的播放时长大约是 (　　) A.0.6秒 B.5秒 C.10秒 D.40秒 解析：本题主要涉及声音数字化的参数与存储容量计算方法的理解。 未经压缩的音频文件的存储容量可以通过下面公式进行计算:存储容 量=采样频率(Hz)×量化位数(bit)×声道数×时长(s)(单位:位)。 此题计算式子就是430 KB*1024*8/44000 Hz/16bit/1=5s。 五、小结 六、课堂小练 通过观看一个关于数据采集的短视频引出本节的主题内容。 从三个方面来阐述传感器，循序渐进的讲解知识点，让同学们更能接收知识，更好的掌握知识点。 例举了案例后，再引入大家所熟知的手机，提问：智能手机里有哪些传感器?让同学们结合课件中的图片相互探讨，再合作与探究中强化本节知识点的掌握。 将课本的拓展链接进行讲解，拓宽同学们的知识面。 将模拟信号这一知识点从三个方面循序渐进的讲解，让同学们能更好的了解，最后以表格的方式来呈现知识点，让同学们能直观的了解其重难点。 将数字信号这一知识点从三个方面循序渐进的讲解，让同学们能更好的了解其知识点。 在知识点的讲解中，以问题为导向，让同学们结合生活中的案例分析，能更好的掌握知识点。 将香农的理论进行分解，以小知识点的方式呈现给同学们，这样能更好的理解和让同学们学习起来更有信心。 将采样这一知识点进行细化展示，让同学们呢能更直观的了解，并结合案例和图片进行总结，让同学们在分析案例中掌握知识点。 将量化这一知识点进行细化展示，让同学们呢能更直观的了解，并结合案例和图片进行总结，让同学们在分析案例中掌握知识点。 对比展示现实世界和计算机世界中数据的呈现，并分析原因，引出本节知识点。 将知识点进行细化分析，让同学们能更好的掌握，在以表格的方式呈现进制的标识,让同学们能更好的理解。 将十进制与二进制进行对比呈现，以一个大家所熟知的知识点引出另外一个知识点，通过知识的牵引，让同学们更好的掌握学习目标。 将方法和案例同时展示，让学生在学习了理论后将其运用于实践中，更利于学生对知识的掌握。 将方法和案例同时展示，让学生在学习了理论后将其运用于实践中，更利于学生对知识的掌握。 将方法和案例同时展示，让学生在学习了理论后将其运用于实践中，更利于学生对知识的掌握。 将方法和案例同时展示，让学生在学习了理论后将其运用于实践中，更利于学生对知识的掌握。 以表格对比的方式进行总结，让学生在比较中吸收知识。 以图片对比的方式展示人和电脑分别能读懂的数据，形象直观的向学生展示其区别和差异，让同学们更好的理解这一节内容的重要性。 将知识点进行细化分析，让同学们能更好的掌握，再以发散思维图的方式呈现其详细组成,让同学们能更好的理解ASCII码。 随后展示一张ASCII码值及对应的字符见附表。并在表中圈出一些字符进行详细的分析，这样同学们能够对应着表格进行理解，能更好的掌握知识点。 以图例和表格方式同时呈现其换算和单位对比，让同学们直观的了解。 以四个疑问进行导入，让同学们探讨，随后将四个问题逐一解决，即引出汉字编码的必要性和组成，以流程图的形式展示交换码的组成，让同学们直观的了解其组织结构。 将输入码的概念进行讲解后再将其包含的形式进行对比展示，并辅以图片进行展示，让同学们能直观的理解。 将机内码的概念进行讲解后再以图片和表格的形式进行展示，让同学们能更好的吸收，并在表格中添加了遮挡让同学们回答并同时展示结果，检验同学们是否掌握其知识点。 将字形码的概念进行讲解后再将图片进行展示，让同学们能直观的理解。 以四个疑问来吸引同学们的注意，并将方法进行展示，最后以案例进行分析，结合知识点进行讲解，让同学们能更好的掌握其内容。 将知识点进行细化分析，让同学们能更好的掌握，最后展示一张条形码并将其里面的各个数字一一进行对比分析，这样能更直观的了解其作用。 现将其概念进行展示，然后让其余条形码进行对比，以一个天平的图片直观的展示其区别，并进行总结。 先展示其概念，再以表格的形式细分各个知识点，更能直观的对比出其知识点和区别。再以线性展示的方式呈现常见的声音文件类型，最后重点讲解公式，让同学们掌握其重难点。 先展示其概念，然后以对比的方式展示数字图像中位图和矢量图的区别，并将两种类型的图片展示出来，让同学们直观的了解。 将图像编码中的知识点细化成三个方面，让同学们能更直观的了解。最后将两张图片进行展示，并展示模拟图像到数字图像的流程图，这样同学们能更直观的了解。 将所讲授的知识点进行联系，以表格形式进行填写，让学生加深印象，能更好的掌握知识点。 以提问的方式引出本节内容，并通过图片的重复展示来化解学生的疑问，并呈现出视频的原理，让同学们能更好的掌握知识点。 以对比的方式展示中国和欧美电视制式的不同，让同学们在比较重掌握知识点。 课 堂 练 习 （有题有答案有解析） 1.使用UltraEdit软件观察字符串“期末,Fighting!”的内码,部分界面如图所示,下列说法正确的是 (　　) A.存储该字符串的内码共需要15b B.该字符串中共有2个GB2312字符 C.字符“J”内码用十六进制表示为50 D.字符“期”的二进制编码是11000110 11011010 答案：D 解析：本题考查字符编码。A选项存储该字符串的内码共需要15Byte,b为bit,不正确;B选项该字符串中共有3个GB2312字符;C选项通过推算可得J的十六进制表示为4AH;D选项正确,前两个字节转换为二进制为11000110 11011010。 2.为了保障数据传输过程中数据的安全,人们往往采用多种方式来隐藏数据或者伪装数据。其中一种常用的办法就是把数据插入到一幅图像中,通过把真实数据以二进制的形式插入到图像中,这样即使被截获,表面看起来就是一幅图像。下列几组数据中最有可能存在隐藏数据的是 (　) 答案：D 解析：本题考查图像容量的计算。D选项若为未经压缩的图像,容量为1024*768*16/8,大约为1.5 MB,而该图像容量为2MB,最有可能隐藏了其他数据。 3.某段未经压缩的WAVE格式音频属性如图所示,存储该文件需要的磁盘空间大约是 (　　) A.80.8MB B.40.4MB C.20.2MB D.10.1MB 答案：D 解析：本题主要涉及声音数字化的参数与存储容量计算方法的理 解。未经压缩的音频文件的存储容量可以通过下面公式进行计算: 存储容量=采样频率(Hz)×量化位数(bit)×声道数×时长(s)(单位:位)。此题计算式子就是44100×16×2×60/8/1024/1024=10.1MB。 4.下列算式计算结果为(10)16的是（ ） A. (1)16×(10)10 B.(20)10-(10)2 C.(1)16+(9)16 D.(10)2×(8) 10 答案：D 解析：(10)16=1×16=(16) 10 对于A, (1)16×(10)10=1×10=(10) 10 对于 B,(20)10-(10)₂=20-2=(18)10 对于C,(1)16+(9)16=1+9=(10)10 对于D,(10)2×(8)10=2×8=(16)10 故D正确。 课 堂 小 结 1.将模拟信号转换成数字信号一般需要经过采样、量化与编码。 2.进制是一种记数方式，亦称进位计数法或位值计数法。任何一种数制都包含两个基本要素：基和权。基又叫基数，是组成该数制的数码个数；权又叫权值，是指每一个数位上的1对应的数值，可以表示为基数的若干次幂。 3.二进制数的特点是： ①有两个基本数码：0，1。 ②采用逢二进一的进位规则。 4.十六进制数的特点是： ①由十六个基本数码组成，即0，1，2，…，9，A，B，C，D，E，F。 ②采用逢十六进一的进位规则。 5.计算机中的汉字也是采用二进制进行编码的。汉字编码分为外码、交换码、机内码和字形码。 5.Wave格式音频文件的存储容量可以通过下面的公式进行计算： 存储容量=采样频率（Hz）×量化位数（bit）×声道数×时长（s）（单位：位） 7.图像存储容量可以根据像素与颜色位深度进行计算： 存储容量=总像素×颜色位深度（单位：位） 反 思 评 价 本节课授课对象为高一年级学生，作为刚刚踏入新高一不久的新生，还无法快速适应高中的学习节奏，本堂课讲解的是理论方面的知识，比较枯燥，只有通过大量的举例来充实课堂。通过列举实例，理解信息的数字化(采样、量化)。通过列举实例，了解编码和数制。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$