1.2數(shù)據(jù)編碼-聲音編碼教學設計2023-2024學年人教-中圖版高中信息技術必修1

數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼聲音編碼教學設計教學設計課題數(shù)據(jù)編碼聲音編碼學科信息技術年級高一班級授課教師章節(jié)課題名稱聲音編碼課型新授課授課時間2023/3/22課標要求內(nèi)容要求：針對具體的學習任務，體驗數(shù)字化的學習過程，感受利用數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢。學業(yè)要求：知道聲音數(shù)字化的過程，能夠根據(jù)需要選用合適的數(shù)字化工具開展學習。教學目標（核心素養(yǎng)）1、通過三個體驗活動掌握聲音數(shù)字化的過程，認識采樣、量化、編碼，知道影響音頻質(zhì)量的因素。（信息意識）2、能夠更具需要使用數(shù)字化工具處理常見問題；通過實踐探究活動培養(yǎng)學生自主探究學習能力，掌握音頻存儲容量（未壓縮）的計算方法。（計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新）3、通過對聲音數(shù)字化過程的了解，學生從技術層面有一定的認識，從而使學生能夠認識到聲音信息安全風險，尊重他人的知識版權，承擔信息社會責任。（信息社會責任）教學重點聲音數(shù)字化的實現(xiàn)過程教學難點音頻質(zhì)量的影響因素教學方法講授法，問題引導法、任務驅(qū)動法、演示法教學過程教師活動學生活動新課引入（2分鐘）在平時的生活中，我們經(jīng)常會使用微信語音來和別人交流。在聆聽微信語音的時候，你有沒有注意過這樣一個現(xiàn)象：對方發(fā)過來的微信語音和他真實說話的聲音不太一樣呢？聲音是如何進入成為微信語音的？今天我們就來聊一聊，說話聲音到微信語音都經(jīng)歷了什么過程。思考討論老師提出的問題，作出回答說出自己的體驗。教學環(huán)節(jié)（30分鐘）探究一：聲音數(shù)字化的實現(xiàn)過程（20分鐘）1.聲音的表示聲音是由振動產(chǎn)生的，振動可以通過波形來記錄。振幅反映了響度的強弱，頻率反映了音調(diào)的高低。連續(xù)變化的模擬信號可以在多次傳輸時，易受干擾，導致失真、產(chǎn)生噪音等。例如，以前的磁帶就是依靠模擬信號來記錄聲音，但不易多次復制、保存等。2.聲音編碼的實現(xiàn)過程聲音編碼就是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而能夠被計算機存儲、處理、傳輸。那么聲音編碼如何實現(xiàn)呢？同學們還記得上節(jié)課學習的圖像編碼過程嗎？我們可以類比猜想一下。(1)聲音采樣聲音采樣是以相等的時間間隔(通常為1秒)測得多少個聲音模擬信號的值，即用多少采樣點來表示聲音波形。采樣點是越多還是越少，采樣的效果更好呢？體驗活動1：44100Hz與5500Hz（5分鐘）利用GoldWave打開原始音頻，將其原始采樣頻率44100Hz改為5500Hz，比較不同采樣頻率的音頻質(zhì)量。采樣頻率是每秒采樣聲音的次數(shù)，單位為赫茲(Hz)。采樣頻率越高聲音還原度越高，但是存儲容量也就越高。(2)聲音量化聲音量化是將采樣點的值進行分級量化，將采樣值變換到最接近的數(shù)字值，即用有限個數(shù)的數(shù)值近似地表示原來連續(xù)變化的值。那么，量化值的分級是越多還是越少，量化的結果更好呢？體驗活動2：24位與8位利用GoldWave打開原始音頻，將其原始量化位數(shù)24位改為8位，比較不同量化位數(shù)的音頻質(zhì)量。量化位數(shù)是指表示量化值的二進制位數(shù)。量化位數(shù)越多，聲音越接近原始的模擬信號，音頻質(zhì)量越好。經(jīng)過量化，每個采樣點的幅值轉(zhuǎn)換成了對應的量化值，確定二進制位數(shù)，形成二進制編碼。但初始的二進制編碼數(shù)據(jù)量較多，占用的存儲容量較大。(3)聲音編碼確立編碼規(guī)則，優(yōu)化數(shù)據(jù)排列。由于音頻中會存在許多的重復和冗余信息，因此在編碼時可以通過壓縮技術，來減少音頻文件存儲容量。閱讀拓展p20常見的音頻文件格式通過閱讀我們知道未壓縮音頻文件格式：WAV小結常見音頻文件格式：體驗活動3：WAV與MP3（2分鐘）利用GoldWave打開原始音頻，將其另存為MP3格式，比較兩者的文件大小。探究二：影響音頻質(zhì)量的因素經(jīng)過剛才的學習，我們了解了聲音是如何通過編碼稱為數(shù)字信號，從而可被計算機存儲、處理與傳輸?shù)摹，F(xiàn)在我們回到最開始的問題，為什么真實說話聲音與微信語音的聲音聽起來不太一樣呢？在聲音編碼的實現(xiàn)過程中，哪些環(huán)節(jié)在影響著音頻的質(zhì)量呢？采樣頻率：采樣頻率越高，采集點越多，聲音還原度越好。2.量化位數(shù)：量化位數(shù)越多，量化值越精確，音頻質(zhì)量越高。3.編碼方式（文件格式）：經(jīng)過有損壓縮的文件格式會舍去部分信息，未壓縮和無損壓縮文件格式的音頻質(zhì)量更好。4.聲道數(shù)：人耳在接收聲音信息時，依據(jù)左右耳的差異來感知聲音的位置、效果等。聲道數(shù)就是基于此產(chǎn)生的。聲道數(shù)是指聲音錄制時的音源數(shù)量或回放時相應的揚聲器數(shù)量，不同的聲道數(shù)可以播放相同或者不同的音源以達到不同效果。例如，單聲道常用語廣播等；雙聲道常用于音樂播放，所以我們利用耳機聽音樂時會感覺到左右耳聲音有些微不同，就是因為左右聲道音源的差異；環(huán)繞聲通常用于電影院，常見聲道數(shù)有5個，以讓觀眾體會到身臨其境的感受。探究三：音頻文件存儲容量的計算剛剛我們探究了影響音頻質(zhì)量的因素，其實這些因素也在影響著音頻存儲容量的大小。音頻所占存儲容量的計算方法=采樣頻率×量化位數(shù)×聲道數(shù)×時間（秒）/8（字節(jié)）例：一首時長2min的WAV格式文件，采樣頻率是44.1kH，量化位數(shù)為16位，雙聲道，計算該音頻所占的存儲容量。探究四：數(shù)字音頻的價值1.語音信息交流2.移動支付語音播報播放支付寶到賬語音信息。3.地圖語音導航4.語音控制智能家居播放《智能語音交互冰箱》片段。5.記錄、保護與再生文化播放《有聲版清明上河圖》片段。當前信息社會中數(shù)據(jù)安全與隱私保護的重要性日益提升，自己是現(xiàn)實社會和網(wǎng)絡虛擬世界中的一個人思考：生活中模擬信號存儲的聲音在使用時帶來的不便。回憶上節(jié)課學習的圖像編碼過程，猜想類比聲音的編碼。根據(jù)要求完成體驗活動1，同學們各自操作后，并請一位同學演示并講解操作及結果。并將結果記錄在任務單。（操作有疑問的同學可以看微課完成）根據(jù)要求完成體驗活動2，同學們各自操作后，并請一位同學演示并講解操作及結果。并將結果記錄在任務單。（操作有疑問的同學可以看微課完成）請一位學生分享展示閱讀后的結果。根據(jù)要求完成體驗活動3，同學們各自操作后，并請一位同學演示并講解操作及結果。并將結果記錄在任務單。（操作有疑問的同學可以看微課完成）分析哪些環(huán)節(jié)在影響著音頻的質(zhì)量。在任務單上寫出例題的計算式。（嘗試使用計算機附件里的計算器計算結果。）聆聽回想生活中數(shù)字音頻的使用場景。認識到聲音信息安全風險，尊重他人的知識版權，承擔信息社會責任隨堂檢測（5分鐘）登錄魔燈完成數(shù)據(jù)編碼聲音編碼隨堂檢測，題目分為必做題和選做題，大家可以根據(jù)自己的情況完成必做后學有余力嘗試完成選做。課堂小結（3分鐘）本節(jié)課我們學習了聲音編碼，一起探究學習了我們說的話通過數(shù)字化形成