教科版 高一信息技术 必修1 第三单元 3.1 数据编码 教案设计.docx

3.1 数据编码 本节内容按2课时设计。 第一课时 【教学重点】模拟数据的数字化方法 。 【教学难点】模拟数据的数字化方法。 【教学过程】 一、引入 1.学生预习，阅读第49页“任务一 认识智能公交系统中的数据”之“活动1 办理市民卡”，填写第50页的表3.1.1（不受活动1限制）。 2.教师检查，并评讲填写情况，引出数据的表现形式。 表3.1.1 计算机处理的数据 表现形式 实例 采集该类数据的设备 用什么软件处理 文本 姓名,家庭住址,性别（也可以用数字表示）、手机号 键盘 手写输入 语音输入 文字处理软件，电子表格，数据库 OCR识别 语音识别 数字 身高、体重、肺活量、血压,身份证号 键盘，各种数字化采集仪 手写输入 电子表格，数据库 图像 照片 手机，相机，摄像头，扫描仪 PS,美图秀秀 用软件从视频中抓帧 声音 声音，语音，音乐 手机，录音机（录音笔），话筒（声卡） 录音机，CoolEdit 从有声视频中分离音轨 视频 监控视频 手机，摄像机，摄像头 QQ影音、绘声绘影 Camtasia 注：考虑到处理各种类型的数据，不仅需要硬件支持，也离不开各种相关软件的支持，所以这里在教材原表3.1.1的基础上增加了一列。本表内容不是标准答案，只是抛砖引玉，启发师生进一步思考。 二、模拟信号与数字信号 师：上图是语音信号（振幅或声压）随时间变化的图像。可见，它是随时间连续变化的，波形光滑，这种信号称为模拟信号，模拟信号的值称为模拟数据。用传感器直接获得的信号一般为模拟信号，类似的还有温度、压强、电压等。 上图是语音信号数字化后的图像。可见，时间及幅值不是连续变化的，而是离散变化的，波形如台阶，这种信号称为数字信号。数字信号可以由模拟信号转换得来，数字信号的值即数字数据，直接用计算机所能理解的二进制来表示，这样方便计算机对其进行处理。 综上所述，按照取值特征可以将信号分为模拟信号和数字信号。 如何将图3.1.3中的模拟声音信号用计算机“忠实地”记录下来？换种说法：如何把某条曲线“精确地”存储到计算机中？ 最容易想到的办法，就是依次记下曲线中每个点的坐标。但是，曲线中的点有无穷多个，我们却只能记录下有限的个点。怎么办呢？ 每间隔一段时间取一个点间隔多少时间取一个点为好呢？1秒？0.1，0.01秒？通常，我们把这种从连续的时间中每间隔一个时间段抽取一个时刻点的操作称为“采样”。这个时间间隔的倒数称为采样频率，单位是赫兹，即秒-1。显然采样频率越高（时间间隔越短），声音还原的效果自然就越真实，但采样点也就越多，需要保存的数据也越多，所占存储空间也越大，计算机的工作量也越大。因此，需要在声音还原效果与存储数据量之间寻找一个平衡点。常用的CD音质的采样频率是44.1kHz，也就是把1秒的时间分成44100等份，每份取其对应的一个幅值。 还有一个问题:每个幅值用什么数据记录下来？精确到什么程度？这个问题同样关联到声音还原效果与存储数据量！CD音质的量化位数为16位，即用16个二进制位记录一个幅值，因此可记录216=65536种不同的数值，即0～65535。我们把每个声音幅值换算为一个对应的整数，这种操作称为量化。 量化得到的整数，当然要转换为二进制数，并把它们用一定的格式存储起来，有些还要按照一定的算法进行压缩处理后存储为文件，这个过程称为编码。 生：填表3.1.2，完成简单的进制转换。 表3.1.2 数字化的声音信号 时刻 1 2 3 4 5 二进制数值 001 010 011 100 011 时刻 6 7 8 9 10 二进制数值 010 010 010 011 011 【拓展】介绍“声道”与“立体声” 声道是指声音在录制或播放时在不同空间位置采集或回放的相互独立的音频信号，所以声道数也就是声音录制时的音源数量或回放时相应的扬声器数量。双声道就是有两个声音通道。声卡所支持的声道数是衡量声卡档次的重要指标之一，从单声道到环绕立体声。我们知道，人耳之所以能准确辨别发音点的方位，是因为声源与双耳之间存在着角度差。这个角度差使声源传到左右耳的时候产生微小的时间差，而人耳对这微小的时间差非常敏感，从而使人能够产生准确的方向感和距离感。这种原理被称为哈斯效应。正是通过对这种声像定位原理的逆向运用，人们发明了最早的也是最简单的双声道立体声系统，即在录制声音时，在不同的位置用两只话筒进行录音，而在重放时则使用两路独立的放大器和两个扬声器，从而使听者可以较准确地判断出录音中不同音源的准确位置。双声道的典型应用场景是，在录制歌曲时将歌手的声音与乐器的伴奏音分别置于两个声道，用于卡拉OK时关闭歌手的声音；或者把影片的两种语言的配音分置于两个声道，播放时选择其中一种。人类对声音质量的追求是无止境的，后来相继出现了4，4.