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高一—教科版—信息技术—必修一第三单元
3.1数据编码
学习目标
1.知道模拟信号与数字信号
2.能够解释声音的数字化过程
3.理解声音数字化过程中影响音频的声音质量的因素
4.能够计算无压缩音频占用的存储空间
数据的表现形式有哪些？
回顾
数字
文本
图形
图像
声音
视频
......
表现形式 实例 采集该类数据的设备
文本 姓名、家庭住址、性别 键盘、手写板等
数字 身高、体重 键盘、手写板等
图像 照片 相机、扫描仪等
声音 语音 话筒（声卡）等
视频 监控视频 摄像机、摄像头等
以上数据如何进入计算机？它们在计算机内部如何存储？
因为计算机只能存储和处理二进制数值，所以这些数据需要经过编码，用预先规定的方法编成可以存储在计算机里的数值。
模拟信号与数字信号
随时间的变化是连续的，波形光滑
随时间的变化是非连续的，波形如台阶
数字信号
模拟信号
模拟信号与数字信号
模拟信号与数字信号
声音的模拟信号如何转换为数字信号？
声音的数字化过程
采样：在横轴上按照一定的时间间隔从信号中取一个瞬时值。
声音的数字化——采样
采样频率（Hz）：1秒内对声音信号的采样次数。
声音的数字化过程
声音的数字化——采样
不同的采样频率对音频的声音质量有什么影响？
声音的数字化过程
声音的数字化——采样
声音的数字化过程
将信号波形的纵轴划分为若干区间。落到某一区间的采样点按四舍五入的规则取整选值，这个过程叫做量化。
声音的数字化——量化
声音的数字化过程
量化位数越大，可记录的数值越多，音频的声音质量越好，但相对应存储的数据量越大。
标准CD音频的量化位数为16位。
量化位数 3 8 16 32
可记录的数据范围 23=8 28=256 216=65536 232=4294967296
声音的数字化——量化
声音的数字化过程
量化得到的整数值用计算机能够存储和处理的二进制数值表示，这个过程称为编码。
声音的数字化——编码
请参照图3.1.5及十进制与二进制数对应表，把量化得到的整数值所对应的二进制数值填入P52表3.1.2。
时刻 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
二进制数值 001
011
011
100
010
010
010
010
011
011
活动1
声音的数字化过程
采样
量化
编码
声音的数字化
拓展1：声道与立体声
声道
使用Audacity软件，分别按照表格的要求录制古诗《出塞》并保存，比较两个文件大小差异。
《出塞》
秦时明月汉时关，万里长征人未还。
但使龙城飞将在，不教胡马度阴山。
活动2
保存格式：wav 采样频率 量化位数 声道
古诗1 44.1kHz 16位 双声道
古诗2 11.025kHz 8bit 单声道
无压缩音频所需存储空间（B/s）=（采样频率（Hz）×量化位数（bit）×声道数）÷8
无压缩音频存储空间
一段时长为1分钟的双声道立体声的无压缩音频（采样频率为44.1kHz，量化位数为16位），占用的存储空间是多少MB（精确到0.1）？
活动3
无压缩音频所需存储空间（B/s）=（采样频率（Hz）×量化位数（bit）×声道数）÷8
= 44.1×1000×16×2÷8
= 176400（B/s）
故：1分钟的无压缩音频存储空间 = 176400 ×60
= 10584000(B) ÷1024÷1024
≈ 10.1MB
二、声音的数字化，要经过采样、量化、编码三个过程
采样频率、量化位数、编码、声道数都会影响音频的声音质量。
三、无压缩音频所需存储空间 =（采样频率（Hz）×量化位数（bit）×声道数）÷8
课堂小结
一、模拟信号与数字信号
模拟信号随时间变化是连续的、波形光滑的，数字信号的变化非连续的、波形像台阶。
声音的数字化过程
采样频率（Hz）：1秒内对声音信号的采样次数。
采样频率越高（采样的时间间隔越短），音频的声音质量越真实，但采样点也越多，需要保存的数据也越多，所占存储空间也越大。因此，需要在音频的声音质量与存储数据量之间寻找平衡点。
答疑一：影响音频的声音质量的因素
常用的采样频率有：11.025kHz、22.05kHz、44.1kHz，其中11.025kHz是语音效果，22.05kHz是音乐效果，44.1kHz高保真效果。
声音的数字化过程
量化位数：每个采样点用多少二进制位数表示数据范围
量化位数的多少决定了音频的声音动态范围，量化位数越大，可记录的数值越多，音频的声音质量越好，但相对应所需的存储空间也越大。
标准CD音频的量化位数为16位。
答疑一：影响音频的声音质量的因素
声音的数字化过程
声道数：使用声音通道的个数
双声道比单声道的表现力更丰富，但需占用的存储空间翻倍。
答疑一：影响音频的声音质量的因素
请参照图3.1.5及十进制与二进制数对应表，把量化得到的整数值所对应的二进制数值填入P52表3.1.2。
答疑二：活动1
时刻 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Y轴数值 1
二进制数值 001
011
011
100
010
010
010
010
011
011
2
4
3
2
3
2
2
3
3
一段时长为1分钟的双声道立体声的无压缩音频（采样频率为44.1kHz，量化位数为16位），占用的存储空间是多少MB（精确到0.1）？
答疑三：活动3
无压缩音频所需存储空间（B/s）=（采样频率（Hz）×量化位数（bit）×声道数）÷8
= 44.1×1000×16×2÷8
= 176400（B/s）
故：1分钟音频所需存储空间 = 176400 ×60
= 10584000(B)
又因：1MB=1024KB 1KB=1024B
故：1分钟音频所需存储空间 = 10584000÷1024÷1024
≈10.1MB

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