1.2.3 数据编码-声音编码 ppt课件(46张ppt+视频)+教案+练习题-2023新人教中图版《高中信息技术》必修第一册.rar

数据编码声音编码（第六课时）高中信息技术课前准备2 安装音频处理软件 安装好GoldWave软件或者打开在线版音频处理软件（https:/ 学生资源素材 准备好学生资源中的音频素材以及任务单。高中信息技术微信语音 vs 真实声音不一样？高中信息技术微信语音 vs 真实声音微信语音微信语音真实说话声音真实说话声音高中信息技术声音的表示振幅反映响度的强弱振幅反映响度的强弱时间时间振幅振幅频率反映音调的高低频率反映音调的高低人耳能听到声波频率范围是20-20000Hz20-20000Hz高中信息技术声音的表示失真、噪音失真、噪音传输中易受干扰传输中易受干扰连续变化连续变化高中信息技术声音的表示多次传输失真严重、不易保存多次传输失真严重、不易保存高中信息技术一、声音数字化的实现过程时间时间振幅振幅连续变化连续变化高中信息技术一、声音数字化的实现过程图像图像数字化数字化振幅振幅时间时间声音声音数字化数字化高中信息技术1.声音采样以相等的时间间隔以相等的时间间隔(通通常为常为1 1秒秒)测得多少个声测得多少个声音模拟信号的值。音模拟信号的值。用用多少个采样点多少个采样点表示表示时间时间1s2s3s4s5s12345声音采样声音采样振振幅幅高中信息技术1.声音采样时间时间1s2s3s4s5s12345声音采样声音采样采样点越多还是采样点越多还是越少质量更好？越少质量更好？振振幅幅高中信息技术1.声音采样时间时间1s2s3s4s5s12341056789声音采样声音采样采样点越多还是采样点越多还是越少质量更好？越少质量更好？振振幅幅高中信息技术1.声音采样每秒采集每秒采集1 1次次每秒采集每秒采集2 2次次高中信息技术1.声音采样时间时间1s2s3s4s5s12341056789声音采样声音采样采样频率：每秒采样声音的采样频率：每秒采样声音的次数，单位为赫兹次数，单位为赫兹 (Hz)(Hz)。振幅振幅采样频率越高声音还原度越采样频率越高声音还原度越好；但记录数据越多，存储好；但记录数据越多，存储容量越高。容量越高。高中信息技术1.声音采样时间时间1s2s3s4s5s12341056789声音采样声音采样振幅振幅高保真音乐的采样频率高保真音乐的采样频率至少为至少为44.1kHz44.1kHz，即每，即每秒采集秒采集4410044100次。次。高中信息技术体验活动：44100Hz与5500Hz 利用利用GoldWaveGoldWave打开原始音频，将其原始采样打开原始音频，将其原始采样频率频率44100Hz44100Hz改为改为5500Hz5500Hz，比较不同采样频率的，比较不同采样频率的音频质量。音频质量。高中信息技术1.声音采样高中信息技术2.声音量化时间时间1s2s3s4s5s2145135752声音量化声音量化将采样点的值将采样点的值分级量化分级量化，变换到最接近的数字。变换到最接近的数字。振振幅幅用有限个数近似表示原来用有限个数近似表示原来连续变化的值。连续变化的值。01234567量量化化值值2.12高中信息技术2.声音量化时间时间1s2s3s4s5s2145135752声音量化声音量化012345672.12分级越多还是越少分级越多还是越少质量会更好？质量会更好？量量化化值值高中信息技术时间时间1s2s3s4s5s529102711151151214024681195311013157量量化化值值2.声音量化分级越多还是越少分级越多还是越少质量会更好？质量会更好？声音量化声音量化高中信息技术1s2s3s4s5s2145135752量量化化值值012345671214时间时间1s2s3s4s5s52910271115115024681195311013157量量化化值值2.声音量化3 3位位二进制二进制4 4位位二进制二进制101155几位几位二进制二进制高中信息技术12142.声音量化时间时间1s2s3s4s5s5291027111511502468量化值量化值1195311013157声音量化声音量化量化位数：表示量化值量化位数：表示量化值的二进制位数。的二进制位数。量化位数越多，声音越量化位数越多，声音越接近原始信号，音频的接近原始信号，音频的质量越好；但所占存储质量越好；但所占存储容量也越大。容量也越大。高中信息技术2.声音量化样本序号样本序号12345量化值（十进制）量化值（十进制）529107二进制编码二进制编码01010010100110100111样本序号样本序号678910量化值（十进制）量化值（十进制）11151152二进制编码二进制编码10111111101101010010高中信息技术3.声音编码声音编码声音编码确立编码规则，优化数据排列。确立编码规则，优化数据排列。未压缩、无损压缩与有损压缩未压缩、无损压缩与有损压缩010100101001高中信息技术3.声音编码声音编码声音编码确立编码规则，优化数据排列。确立编码规则，优化数据排列。未压缩、无损压缩与有损压缩未压缩、无损压缩与有损压缩WAV声音质量高声音质量高所占存储容量较大所占存储容量较大高中信息技术3.声音编码AAAEEEEEEEEEE声音编码声音编码无损压缩：还原压缩数据后无损压缩：还原压缩数据后 与压缩前相同与压缩前相同优化数据优化数据排列方式排列方式A03E10确立编码规则，优化数据排列。确立编码规则，优化数据排列。未压缩、无损压缩与有损压缩未压缩、无损压缩与有损压缩高中信息技术3.声音编码声音编码声音编码APE确立编码规则，优化数据排列。确立编码规则，优化数据排列。未压缩、无损压缩与有损压缩未压缩、无损压缩与有损压缩无损压缩：还原压缩数据后无损压缩：还原压缩数据后 与压缩前相同与压缩前相同高中信息技术3.声音编码声音编码声音编码确立编码规则，优化数据排列。确立编码规则，优化数据排列。未压缩、无损压缩与有损压缩未压缩、无损压缩与有损压缩高中信息技术3.声音编码声音编码声音编码有损压缩：损失信息，提高压缩有损压缩：损失信息，提高压缩 比例，减少存储容量比例，减少存储容量确立编码规则，优化数据排列。确立编码规则，优化数据排列。未压缩、无损压缩与有损压缩未压缩、无损压缩与有损压缩MP3AMR高中信息技术3.声音编码声音编码声音编码确立编码规则，优化数据排列。确立编码规则，优化数据排列。未压缩、无损压缩与有损压缩未压缩、无损压缩与有损压缩生成音频文件格式生成音频文件格式类型类型音频格式文件音频格式文件无压缩无压缩WAV无损压缩无损压缩APE有损压缩有损压缩MP3、AMR高中信息技术体验活动：WAV与MP3 将原始音频另存为将原始音频另存为MP3MP3格式，保存格式，保存后查看两者的大小。后查看两者的大小。注：文件大小查看方式注：文件大小查看方式【点击文【点击文件】件】-【右键】【右键】-【属性】）【属性】）高中信息技术体验活动：WAV与MP3高中信息技术一、声音数字化的实现过程模拟模拟信号信号声音声音量化量化声音声音编码编码声音声音采样采样数字数字信号信号高中信息技术微信语音 vs 真实声音不一样？影响因素影响因素？高中信息技术二、影响音频质量的因素模拟模拟信号信号声音声音采样采样声音声音量化量化声音声音编码编码数字数字信号信号采集模拟值采集模拟值分级量化分级量化确定编码规则确定编码规则数据压缩数据压缩(文件格式文件格式)量化位数量化位数采样频率采样频率还有吗还有吗？高中信息技术二、影响音频质量的因素接收声音信息的差异声道数声道数声音录制时的声音录制时的音源数量音源数量或或回放时相应的回放时相应的扬声器数量扬声器数量高中信息技术二、影响音频质量的因素声道数声道数声音录制时的声音录制时的音源数量音源数量或或回放时相应的回放时相应的扬声器数量扬声器数量单声道、双声道、环绕声单声道、双声道、环绕声单声道单声道双声道双声道环绕声环绕声高中信息技术微信语音 vs 真实声音不一样？多种因素多种因素高中信息技术三、音频文件存储容量的计算=采样频率采样频率量化位数量化位数声道数声道数 时间（秒）时间（秒）/8/8（字节）（字节）音频文件音频文件存储容量存储容量例：例：一首一首100s100s的双声道音频，采样频率为的双声道音频，采样频率为44.1kHz44.1kHz，量化，量化位数为位数为1616，计算该音频所占的存储容量。，计算该音频所占的存储容量。44100161002/8=17640000B 17MB 未压缩未压缩高中信息技术四、数字音频的价值语音信息语音信息交流交流高中信息技术四、数字音频的价值移动支付移动支付语音播报语音播报高中信息技术四、数字音频的价值地图地图语音导航语音导航高中信息技术四、数字音频的价值语音控制语音控制智能家居智能家居高中信息技术四、数字音频的价值记录、保留记录、保留与再生文化与再生文化高中信息技术五、小结与练习声音声音编码编码声音数字声音数字化的过程化的过程音频文件音频文件计算与格式计算与格式采样：确定采样点采样：确定采样点编码：确定编码规则编码：确定编码规则量化：确定量化值量化：确定量化值采样频率采样频率压缩方式（文件格式）压缩方式（文件格式）音频质量音频质量影响因素影响因素音频文件存储容量的计算音频文件存储容量的计算常见音频文件格式常见音频文件格式量化位数量化位数声道数声道数高中信息技术五、小结与练习Q1.声音声音编码的实现需要经历哪三个过程编码的实现需要经历哪三个过程？Q2.对于同一个原始音频，声音编码时参数分别为采样率对于同一个原始音频，声音编码时参数分别为采样率10kHz、量、量化位数化位数4位和位和采样率采样率44.1kHz、量化位数、量化位数16位位，哪一种音频质量更好，哪一种音频质量更好？Q3.无损压缩后的数据可否还原成压缩前的样子？无损压缩后的数据可否还原成压缩前的样子？课程基本信息课题数据编码声音编码教科书书名：信息技术必修 1：数据与计算 出版社：人民教育出版社、中国地图出版社 出版日期：2019 年 6 月教学目标教学目标：1.理解声音编码实现过程，知道采样、量化、编码三个步骤。【信息素养】【计算思维】2.知道影响音频质量的因素，掌握音频存储容量（未压缩）的计算方法。【信息素养】【计算思维】教学重点：声音编码的实现过程教学难点：音频质量的影响因素教学过程时间教学环节主要师生活动2分钟问题导入问题导入在平时的生活中，我们经常会使用微信语音来和别人交流。在聆听微信语音的时候，你有没有注意过这样一个现象：对方发过来的微信语音和他真实说话的声音不太一样呢？声音是如何进入手机成为微信语音的？今天我们就来聊一聊，说话声音到微信语音都经历了什么过程。10分钟探究一：声音数字化的实现过程探究一：声音数字化的实现过程1.声音的表示1.声音的表示 声音是由振动产生的，振动可以通过波形来记录。振幅反映了响度的强弱，频率反映了音调的高低。连续变化的模拟信号可以在多次传输时，易受干扰，导致失真、产生噪音等。例如，以前的磁带就是依靠模拟信号来记录声音，但不易多次复制、保存等。2.声音编码的实现过程2.声音编码的实现过程声音编码就是将模拟信号转换成数字信号，从而能够被计算机存储、处理、传输。那么声音编码如何实现呢？同学们还记得上节课学习的图像编码过程吗？我们可以类比猜想一下。(1)声音采样 声音采样是以相等的时间间隔(通常为 1 秒)测得多少个声音模拟信号的值，即用多少采样点来表示声音波形。采样点是越多还是越少，采样的效果更好呢？采样频率是每秒采样声音的次数，单位为赫兹(Hz)。采样频率越高声音还原度越高，但是存储容量也就越高。通常，高保真音乐的采样频率为 44.1kHz，即每秒采集 44100 次。体验活动：44100Hz 与 5500Hz利用 GoldWave 打开原始音频，将其原始采样频率 44100Hz 改为5500Hz，比较不同采样频率的音频质量。(2)声音量化声音量化是将采样点的值进行分级量化，将采样值变换到最接近的数字值，即用有限个数的数值近似地表示原来连续变化的值。那么，量化值的分级是越多还是越少，量化的结果更好呢？量化位数是指表示量化值的二进制位数。量化位数越多，声音越接近原始的模拟信号，音频质量越好。经过量化，每个采样点的幅值转换成了对应的量化值，确定二进制位数，形成二进制编码。但初始的二进制编码数据量较多，占用的存储容量较大。(3)声音编码确立编码规则，优化数据排列。由于图像中会存在许多的重复和冗余信息，因此在编码时可以通过压缩技术，来减少图像文件存储容量。未压缩音频文件格式：WAV无损压缩音频文件格式：无损压缩是通过优化数据排列方式减少文件的存储容量，其还原压缩数据后与压缩前相同。APE 音频文件格式就是一种无损压缩。有损压缩音频文件格式：有损压缩是损失一定的信息，提高压缩比，从而减少存储容量。人耳听到的频率是 20Hz-20000Hz，可以将此范围外的数据删除，从而减少存储容量。例如，常用的 MP3、移动端 AMR 都是属于有损压缩。小结常见音频文件格式：体验活动：WAV 与 MP3利用 GoldWave 打开原始音频，将其另存为 MP3 格式，比较两者的文件大小。3.小结声音编码实现过程3.小结声音编码实现过程5分钟探究二：影响音频质量的因素探究二：影响音频质量的因素经过刚才的学习，我们了解了声音是如何通过编码称为数字信号，从而可被计算机存储、处理与传输的。现在我们回到最开始的问题，为什么真实说话声音与微信语音的声音听起来不太一样呢？在声音编码的实现过程中，哪些环节在影响着音频的质量呢？1.采样频率：采样频率越高，采集点越多，声音还原度越好。1.采样频率：采样频率越高，采集点越多，声音还原度越好。2.量化位数：量化位数越多，量化值越精确，音频质量越高。2.量化位数：量化位数越多，量化值越精确，音频质量越高。3.编码方式（文件格式）：经过有损压缩的文件格式会舍去部分信息，未压缩和无损压缩文件格式的音频质量更好。3.编码方式（文件格式）：经过有损压缩的文件格式会舍去部分信息，未压缩和无损压缩文件格式的音频质量更好。4.声道数：4.声道数：人耳在接收声音信息时，依据左右耳的差异来感知声音的位置、效果等。声道数就是基于此产生的。声道数是指声音录制时的音源数量或回放时相应的扬声器数量，不同的声道数可以播放相同或者不同的音源以达到不同效果。例如，单声道常用语广播等；双声道常用于音乐播放，所以我们利用耳机听音乐时会感觉到左右耳声音有些微不同，就是因为左右声道音源的差异；环绕声通常用于电影院，常见声道数有 5 个，以让观众体会到身临其境的感受。3分钟探究三：音频文件存储容量的计算探究三：音频文件存储容量的计算刚刚我们探究了影响音频质量的因素，其实这些因素也在影响着音频存储容量的大小。音频所占存储容量的计算方法=采样频率量化位数声道数 时间（秒）/8（字节）例：一首 100s 的双声道音频，采样频率为 44.1kHz，量化位数为 16，计算该音频所占的存储容量。你能尝试列出计算式子吗？44100161002/8=17640000B 17MB3分钟探究四：数字音频的价值探究四：数字音频的价值1.语音信息交流1.语音信息交流2.移动支付语音播报2.移动支付语音播报 播放支付宝到账语音信息。3.地图语音导航3.地图语音导航4.语音控制智能家居4.语音控制智能家居 播放智能语音交互冰箱片段。5.记录、保护与再生文化5.记录、保护与再生文化播放有声版清明上河图片段。2分钟小结与练习小结与练习1.回顾总结知识1.回顾总结知识2.小测完成自评2.小测完成自评 学生完成课后练习题，检验自己的学习效果。Q1.声音编码的实现需要经历哪三个过程？Q2.对于同一个原始音频，声音编码时参数分别为采样率 10kHz、量化位数 4 位和采样率 44.1kHz、量化位数 16 位，哪一种音频质量更好？Q3.无损压缩后的数据可否还原成压缩前的样子？课后练习课后练习Q1.声音编码的实现需要经历哪三个过程？Q2.对于同一个原始音频，声音编码时参数分别为采样率 10kHz、量化位数 4 位和采样率 44.1kHz、量化位数 16 位，哪一种音频质量更好？Q3.无损压缩后的数据可否还原成压缩前的样子？正确答案：正确答案：1.声音的采样、量化、编码2.采样率 44.1kHz、量化位数 16 位的音频质量更好3.可以