多媒体的数字化表示（二）——视频、音频的数字表示
多媒体的数字化表示（二）——视频、音频的数字表示
设计者施迪央
单位浙江省慈溪中学
案例名称多媒体的数字化表示－音频、视频的数字化表示
适应范围（标明年级或模块）高一年级
课时1课时
[b][背景材料][/b]
我校是省一级重点中学，本案例是针对高一学生的一节“随堂课”。
浙江省高中《信息技术》第五章第三节《多媒体的数字化表示》共3课时，本案例是第２课时，要求学生掌握数字化视频、音频的基本原理及存贮空间的计算方法，是一堂零起点的教学内容。
[b][教学设计][/b]
设计思想：
前一课时学习了位图图像的数字化原理与存储空间的计算，明白了位图图像由像素组成，存储空间＝分辨率色位深度。如果学生知道了视频的组成原理，那么视频的存储空间计算自然水到渠成了。本案例在设计时引入了动画制作软件EasyGIFAnimator，使学生明白动画（或视频）除有图像特性外，还有时间因素。
音频的数字化表示是本节的难点。学生明白声音可以用波形来表示，但对波形的特点及波形的描述还不清楚。教材中用了Windows附件中录音机程序来说明波形，效果不是很好。在本案例中我使用了声音编辑软件Cooleditxxxx，用它直观地显示了声音波形，并让学生在欣赏音乐的过程中观察声波放大后的动态演示图。在老师的启发下，学生不难理解描述声波的两个物理量：振幅和频率，也容易揭示声波的数字化：用波上的点来描述，并理解两个概念：采样及采样频率。通过左、右声道及立体声的切换，直观地感受音质的变换。
本节内容在一定程度上揭示了计算机的工作原理，有利于学生对计算机工作原理及工作方式的进一步理解，培养学生学习信息技术的兴趣和意识。
本课的设计，以提高学生的信息素养为宗旨，重视学生的主动性、探索性、思考性学习活动，并带动学生进行研究性学习。
教学目标：
知识与技能：理解视频、音频数字化的基本原理
掌握视频、音频的存储空间计算方法
初步了解并形成自主学习动画处理软件EasyGIFAnimator与音频处
理软件Cooleditxxxx的使用
过程与方法：使学生简单了解动画的简单制作过程及歌曲翻唱的基本原理
能归纳利用信息技术解决问题的基本思想方法
情感态度与价值观：利用动画制作和歌曲翻唱，激发学生对多媒体技术的研究兴趣
教学重点：
动画（视频）的原理及存储空间计算
声波的数字化原理及音频（.wav）的存储空间计算
教学难点：
声波的数字化原理；采样频率的概念
教学方法：
讲解与演示，观察与思考相结合；注重问题的设置，强调问题解决
教学准备：
软件EasyGIFAnimator和Cooleditxxxx，小鸟不同飞翔状态的四帧图片，音乐takemetoyourheart.mp3
[b][案例描述][/b]
（一）复习提问：
位图图像的组成及空间计算方法？（由像素组成，空间＝分辨率色位深度）
（二）新课讲授
根据教学内容，安排了四个步骤：
第一步骤：视频的数字化原理
展示：一幅动画，用软件EasyGIFAnimator将四幅小鸟不同飞翔状态的图像导入制作成一幅小鸟正在飞的动画。如图一所示：
图一
问：这幅动画说明什么问题？
结论：(学生回答，教师补充)
(1)小鸟飞翔动画是由四帧不同飞翔状态的静止图像组成的，每帧显示0.2秒。
(2)视频的工作原理与动画一样，由一连串相关的静止图像组成。
第二步骤：视频存储空间计算
问：平时我们看的电视，每秒显示多少帧？（25帧）
说明：视频每秒显示的帧数是因不同的制式而异的。
PAL制：每秒25帧 中国采用
NTSC制：每秒30帧 欧美使用
问：每帧图像的存储空间＝分辨率色位深度，那么一段时间的视频存储空间容易计算了吗？（容易）
出示题目：计算PAL制式的1秒钟640480像素256色的视频存储空间，单位：字节。
学生列式：(640480)像素/帧1字节/像素(25帧/秒1秒)＝7500KB＝7.32MB，并理解式子的意义。
说明：计算的视频文件，它的格式是.avi，所占存储空间较大，平时接触到的视频文件都是经过压缩过的，如：.mpg、.asf.、wmv等。
第三步骤：音频的数字化原理
听歌曲：用cooleditxxxx软件，播放歌曲takemetoyourheart，如图二所示。
提醒：在听的过程中，教师作如下的操作，观察歌曲的波形变化。
①按放大镜放大波形，如图三所示（动态演示图）。
②继续放大，如图四所示（动态演示图）。
③改立体声为单声道，如图五所示（动态演示图）。
(未放大时的波形图三(按8次放大镜后的波形)
图五
（单声道的波形）
听完歌曲，问：你观察到变化的波形有什么特点？
（提示：从水平方面和竖直方向去观察）
结论：波形在竖直方向有高低变化，在水平方向有疏密变化。
说明：描述声音的两个参数：振幅和频率，高低变化的是振幅，疏密变化的是频率。
①振幅则表示声音音量的大小：振幅越大，声音就越响。
②频率表示声音音调的高低：频率越高，声音就越尖锐。
问：如何把波形进行数字化，或者说如何存储波形？
（提示：观察放大的波形，波形有什么组成？）
结论：波形可以用它上面的点来描述，保存了点也就保存了波形。
第四步骤：音频存储空间计算
设问：如何描述波形上的点？
说明：①采样：即每隔一个时间段读取波形中的一个相应数据，即选中一点。
②采样频率：每秒对声音波形采样的次数，即每秒读取点的个数，
单位：赫兹（Hz）。
③采样点的高度：即量化位数，若每个点用一个字节（８位音频）来表示，即采样的高度范围是0～255；用二个字节（16位音频）来表示，即采样的高度范围是0～65535。
④声道情况：声道有单声道和立体声之分。
⑤歌曲t
akemetoyourheart的采样频率为44.1Khz，16位音频的立体声。
问：如果知道了一段音乐的采样频率、量化位数及声道情况，那么一段时间的声音，它的存储空间是否可以计算了？（可以）
出示题目：采样频率为44Khz的8位音频立体声声音，1秒钟需要的存储空间？
学生列式：44000点/秒1秒1字节/点2＝88000字节＝85.94KB，并理解其意义
问：如何提高音频的质量？代价是什么？
（提高采样频率和量化位数，采用立体声；代价是增加存储空间）
说明：计算的音频文件的格式是.wav，另外声音文件还有MIDI音乐.mid，数字压缩音乐.mp3等。
（三）简单介绍软件EasyGIFAnimator和Cooleditxxxx的操作方法，学生课余自主学习。
（四）课堂练习：选择题（略）
（五）小结：（学生总结，教师协助）
1、视频的数字化原理：视频由一连串连续变化的静止图像组成，图像由像素组成。
2、视频的存储空间计算：一帧图像的存储空间制式时间
3、音频的数字化原理：音频可以用波形来表达，波形可以读取其上的点来描述
4、音频的存储空间计算：
采样频率量化位数声道情况（单声道为１，立体声为２）时间
（六）研究性学习
1、利用“录音机”程序处理声音文件：
（1）录音：录制一首自己喜欢的诗、散文或歌等
（2）将录制的声音进行“加速”、“反向”等操作
２、利用Cooleditxxxx（中文版）软件合成音频
（1）到网上搜索一首自己喜欢的伴奏音乐或背景音乐
（2）翻唱一首歌曲，或将一首自己朗诵的诗配上背景音乐
说明：软件Cooleditxxxx中文版及使用
[课后反思]
在本节课堂教学中，我注重讲解与演示，让学生观察与思考相结合，讲究引导的方法，积极推进学生的思维，自然而然地完成教学目标。感到满意的有几点：
第一，选择了两个合适的软件（EasyGIFAnimator和Cooleditxxxx），使原本枯燥乏味的理论生动化、明了化，而且激发了学生对多媒体研究的兴趣，并提供了一个自主探究、自我发展的空间。
第二，教学目标是在轻松的氛围中自然达成。如动画的原理，通过观察动画小鸟飞翔的制作过程，自然得出：动画（视频）由一连串连续变化的静止图像组成。又如对声波的两个特性及声波数字化的理解，是在欣赏音乐takemetoyourheart的过程中通过观察波形、积极思考，水到渠成，师生配合默契。