《多媒體信息編碼》教學案例

　　多媒體信息編碼是字符的編碼之后的內容，主要內容是學習圖像、視頻和音頻的數(shù)字化，要求學生在理解計算機用二進制表示、處理、存儲信息的原理的基礎上，能判斷位圖圖像大小與分辨率、色彩種類的關系，能了解視頻的本質，能判斷音頻大小與采樣頻率、采樣位數(shù)的關系。
　　
　　一、教學目標
　　
　　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；了解圖像、音頻大小的相關因素。
　　過程與方法：讓學生通過觀察對比，學會分析和總結影響文件（位圖、聲音和視頻文件）大小的相關因素，以及文件與各因素之間的對應關系。通過在“畫圖”程序中填色，讓學生直觀地了解顏色的數(shù)字化表示，掌握黑白圖的計算方法。通過“錄音機”的錄音和播音，讓學生體驗模數(shù)信號的轉換過程。
　　情感、態(tài)度與價值觀：激發(fā)學生學習信息技術的興趣；通過自主探究，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力；促使學生形成良好的思維習慣。
　　
　　二、教學重點與難點
　　
　　重點：位圖圖像的大小計算。
　　難點：聲音文件大小的相關因素。
　　
　　三、教學過程
　　
　?。ㄒ唬﹦?chuàng)設情境，新課導入
　　教師向學生展示一張照片。
　　師：我想將這張照片存入電腦，該怎么做？
　　學生思考，并例舉辦法。
　　生1：用掃描儀掃描。
　　生2：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？大家回想一下，計算機中所有的信息都用什么來表示？
　　生：二進制。
　　師：對，接下來我們研究一下圖像在計算機中是如何數(shù)字化表示和存儲的。
　　
　　（二）探究任務一：放大位圖，觀察變化
　　布置任務：請將桌面上的“熊貓.bmp”圖放大，并回答你觀察到了什么現(xiàn)象？
　　學生操作。
　　眾生：圖片是放大了，但熊貓的邊緣線粗糙了、模糊了，有些線條還有點兒像齒輪……
　　教師將圖片放大6倍，說明位圖的本質以及分辨率的概念。計算機存儲位圖，就是將位圖的每個像素的顏色信息進行數(shù)字化后的量存入電腦。
　　師：位圖的大小和什么因素有關呢？
　　
　?。ㄈ┨骄咳蝿斩寒媹D，對比觀察幾幅圖，總結出位圖大小的相關因素
　　布置任務：
　　1.請在“畫圖”程序中隨意畫一幅400×300像素的圖，按照默認的保存類型保存到桌面上，查看其大小。
　　2.請觀察兩幅分辨率分別為200×145像素(圖像大小為3625B)和300×190像素(圖像大小為7125B)的黑白圖，你能說明位圖大小和什么因素有關嗎？
　　3.觀察四幅分辨率相同但顏色數(shù)不同（分別為24位真彩色、256色、16色和黑白色，所成圖像的大小依次為352KB、118KB、59KB、15KB）的位圖，思考位圖大小還和什么因素有關？
　　教師提示位圖的寬和圖像分辨率之間的對應關系。學生用“畫圖”程序按任務要求作畫，并保存以便查看其大小。
　　師：大家畫好的400×300像素的圖有多少KB？
　　生：351KB。
　　師：大家畫的內容肯定是不同的，可文件大小相同，說明了什么問題？
　　生：大小和內容沒有關系。
　　師：那么位圖大小和什么因素有關呢？
　　生3：從第二題的兩張圖像中看出，像素越多，文件也越大。
　　生4: 根據(jù)對第三題的四幅圖的觀察，我發(fā)現(xiàn)除分辨率影響著位圖的大小之外，色彩的多少也影響著圖像的大小。
　　
　　（四）探究任務三：填色。思考顏色的數(shù)字化表示，總結出位圖大小的計算方法
　　師：我們研究位圖的大小與分辨率、顏色數(shù)量的對應關系以及位圖的大小的計算。
　　布置任務：請把桌面上的“熊貓.bmp”這幅黑白圖中標有“1”的地方填充上黑色，并思考黑白位圖需要幾個位來表示顏色信息。
　　師：黑白兩色可以用二進制的哪個值表示？
　　生：1和0。
　　師：所以至少要用幾個位表示黑白兩種顏色？
　　生：1個。
　　師：很好。計算機存儲一張位圖，就是存儲了這張圖每個像素的顏色信息。黑白圖里的一個像素需要1個位，這樣一個黑白圖的大小就很容易計算出來了（大?。椒直媛省烈粋€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：這樣算出來的結果單位是什么？
　　生：位，比特。
　　師：那么一幅16色的位圖至少需要幾個位表示一種顏色呢？
　　生：4個（大部分學生都能較快回答出來）。
　　（五）了解視頻的本質，了解影響視頻畫面切換快慢的因素
　　師：我們已經(jīng)學習了位圖在計算機中的數(shù)字化，接下來，我們看看在計算機中又是如何數(shù)字化表示視頻的。我們先來看一個小動畫（gif格式的動畫，如圖1）。
　　
　　圖1
　　
　　師：視頻和動畫本質是什么呢？有誰知道？
　　學生都回答不出。
　　教師展示制作gif動畫的9幅bmp圖片素材，并告知學生該動畫實際上就是由這9幅圖片組成的。
　　學生有些好奇。
　　師：為了讓大家更好地了解動畫視頻的本質，我們就用這9幅圖制作gif小動畫。
　　教師簡單演示用gif animator軟件制作gif動畫的過程。學生動手制作。教師觀察有哪些學生修改了每秒種播放的幀數(shù)。學生完成后，教師先轉播兩個按默認方式做好的學生機屏幕，再轉播兩個改了每秒鐘播放的幀數(shù)的學生機屏幕。
　　師：大家有沒有觀察到后面兩位同學的動畫跟前面兩位的不一樣？
　　生：第三位同學的動畫特別快，第四位同學的動畫特別慢。
　　師：請第三位同學說說他改了什么設置。
　　生：我把延遲時間改成了10。
　　師生共同總結出每秒鐘播放的幀數(shù)對動畫、視頻畫面切換速度的影響。通過gif動畫的制作實踐，學生能很直觀地體會到視頻的本質——由一幅幅（即一幀幀）靜止的圖像組成。
　　
　?。w會模數(shù)信號的相互轉換，學習音頻的參數(shù)含義
　　師：我們學習音頻在計算機中的數(shù)字化。先請一位同學用錄音機來錄一段音，內容為《再別康橋》的后四句。
　　學生朗誦、錄音，并保存該音頻到桌面上，點擊播放。
　　師：這位同學朗誦得很有感情。從物理學的角度來說，聲音是什么？
　　生：聲波。
　　師：對！聲音是一種波，是一連續(xù)、平滑變化的模擬信號。計算機只能處理哪種信號？
　　生：數(shù)字信號。
　　師：如何將模擬信號轉換為數(shù)字信號呢？那就要一個模數(shù)轉換器，通過對聲波的采樣和量化轉換為數(shù)字信號。剛才我們錄音的過程就是將聲波的模擬信號轉換為數(shù)字信號的過程。大家看圖2。
　　
　　　　圖2
　　
　　圖上的黑線表示原聲，紅線表示數(shù)字化后的聲音。橫坐標表示時間，縱坐標表示音高標準。紅線上的點，就是數(shù)模轉換器從模擬信號上采樣獲取的點。大家看，圖2所示的設備多長時間采樣一次？
　　生：0.001秒。
　　師：每秒鐘采樣的次數(shù)，我們稱之為“采樣頻率”，單位為Hz。我們再來觀察圖2，模數(shù)轉換器將音高設為幾個標準？
　　生：8個。
　　師：對。計算機要表示這8個音高標準，至少需要幾個位？
　　生：3個位。
　　師：對，用3個位能表示出23種信息，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，又需要數(shù)模轉換器，將數(shù)字信號重新轉換為模擬信號。那么數(shù)字化后的音頻的音質、大小與什么因素有關呢？
　　
　?。ㄆ撸Ρ扔^察
　　教師讓學生觀察兩張具有相同采樣位數(shù)的聲音采樣圖片（一張的采樣頻率為每0.001秒一次，另一張每0.002秒一次），讓學生通過比較，說明wav聲音文件的音質與哪些因素有關。
　　學生觀察、思考和討論。
　　生：采樣時間間隔越短，聲音越接近原聲。
　　師：是的。如果將它說得完整點兒，應該是當采樣位數(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。請大家再觀察兩幅具有相同采樣頻率的聲音采樣圖（一張音高分為8個標準，另一張將音高分為16個標準），你能說說wav聲音文件的音質還與哪些因素有關嗎？
　　生：當采樣頻率相同時，音高劃分得越多，聲音越真實。
　　師：對，當采樣頻率相同時，采樣位數(shù)越多，聲音越真實，聲音文件也越大。
　　
　?。ò耍┪募嚎s
　　師：我們來看一段3分鐘的wav文件有多大（演示如何查看文件大小）。
　　生：哇，這么大！
　　師：再來看看一段3分鐘的mp3音頻一般有多大？
　　生：3MB、4MB、5MB……
　　師：大概就在3～5MB。我們要想節(jié)省磁盤空間，該怎么做？請例舉幾個常見的多媒體文件的壓縮格式。
　　生：壓縮。常見的圖像的壓縮格式有jpg、gif，音頻壓縮格式有mp3、wma。
　　師：mp3和wma這兩種格式哪個壓縮比更高？
　　生：wma。
　　師：視頻呢？
　　生：mpg、rm。
　　師：本課我們已學習了圖像、視頻、音頻在計算機中的數(shù)字化原理，位圖大小的相關因素，音頻大小的相關因素，以及影響視頻畫面切換速度的相關因素。課后請完成教材習題以及本節(jié)課的自我評價。
　　（作者單位：浙江溫州中學）
　　
　　培養(yǎng)學生信息判斷能力 青少年信息科學技術應用與創(chuàng)新科學普及活動啟動
　　“中國青少年信息科學技術應用與創(chuàng)新科學普及活動”日前啟動。這項由中國少年兒童新聞出版總社和中國科學院計算技術研究所共同主辦的系列活動，旨在指導中小學正確使用計算機學習各種知識，提高他們使用計算機解決實際問題的能力，并積極推動創(chuàng)建校園綠色網(wǎng)絡環(huán)境，幫助未成年人加強網(wǎng)絡道德修養(yǎng)。
　　據(jù)介紹，這次集普及性、廣泛性、趣味性和應用性于一體的大規(guī)?？破栈顒?，著重培養(yǎng)中小學生的信息判斷能力和動手操作能力，更倡導創(chuàng)新精神的體現(xiàn)。啟動后的首個活動為應用與創(chuàng)新競賽，包括電腦基礎知識競賽、電腦軟件展示、電腦技能競賽、單項應用知識競賽、限時提交原創(chuàng)作品競賽等。有關專家組成命題評審組對活動進行技術指導，在自愿參賽的原則下，在初賽、賽區(qū)決賽的基礎上選拔城市代表隊，參加12月下旬在北京舉行的全國總決賽暨頒獎大會。
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