高中信息技术人教中图版（2019）1.2.3图像与视频编码 教学设计

《图像与视频编码》教学设计
题目 图像与视频编码 第 5课时
一、内容和内容解析 图像与视频编码是《数据与计算》必修1第一章第二节的第3课时内容，这部分内容概念性较强，涉及的知识和原理较多，如果仅仅是单纯讲授概念，学生学习起来会比较枯燥，学习效果不佳。最好选用一些有效的数字化工具，直观而形象地对这些知识进行解释。同时给学生布置实践活动，主要是让学生能综合应用所学知识创作图像、理解图像文件格式的实际应用价值，并可以为后面的项目活动进行素材准备。
二、学情分析 图像与视频编码是第一章第二节的第3课时内容，因此学生对于什么是编码、为何要编码、文字和字符的编码以及存储单位的基本概念和存储容量计算方法等内容已经有所掌握。而对于图像与视频信息的编码却仍然陌生，且这部分知识在学生原有的知识体系结构中基本没有类似的内容，所以要让学生真正理解图像与视频信息的编码原理并不容易。
三、目标和目标解析 1、理解图像编码实现过程，知道采样、量化、编码三个步骤（信息素养）（计算思维） 2、知道图像尺寸、清晰度和存储容量的影响因素，掌握图像存储容量的计算方法，能够选择合适的工具解决图像处理的常见问题（信息素养）（计算思维） 3、在学生理解图像编码原理及掌握位图图像编码后所占字节数的计算方法的基础上，将知识引申到视频的编码原理及视频编码后所占字节数的计算方法。 4、在学习过程中，能够评估常用的图像处理和视频加工工具，根据需要合理选择。（数字化学习与创新） 4、认识到图像信息安全风险，尊重他人的知识版权，承担信息社会责任（信息社会责任）
重点 图像的编码原理、图像编码后所占字节数的计算方法。
难点 图像的编码原理。
四、教学方法分析 讲授法、任务驱动法、演示法、问题引导式法
五、教学过程设计 教师活动与任务设计 学生学习活动与任务解决 设计意图或 评价目标
情景 导入 1、情景导入 今年我们学校迎来百年校庆，学校档案室收集到很多相纸照片资料（给同学们展示照片），想把这些照片存储到计算机中，请同学们说出具体方法有哪些？ 作为信息的载体，图像在信息社会中扮演着重要的角色，发挥着自己的作用与价值。 2. 问题提出 图像已成为生活中必不可少的元素。在日常使用图像时，你遇到过这样的问题吗？ 为什么有的图像很清楚、有的图像却很模糊？ 当图像大小无法满足系统使用要求时，该怎么办？ 如何去除图像中不需要的文字等信息？ 若想知道这个问题的答案，我们首先需要了解计算机是如何存储和处理图像的。 学生观看照片、同学们积极思考并回答：有的说可以用扫描仪，有的说照相机、有的说智能手机等等。 教师引导下学生思考以上几个问题 看到学校旧照片能吸引学生兴趣，激发爱校热情 通过几个问题，进行启发，从而激发学生的学习动机，促使学生积极、主动地建新的知识的意义。；
探 究 一： 数 字 图 像 是 如 何 形 成 的 1.实现方式 通过扫描仪、数字照相机、智能手机和连接在计算机上的摄像头等设备，就可将实现图像的数字化。
2. 实现过程 (1) 图像采样 图像采样是指将一张图像在水平和垂直方向上等间距划分成若干网络。即确定用多少像素点来表述图像。 对图像采样后所形成的微小方格称为像素。像素是数字图像的基本单位，一副图像可看做由许多独立的像素所组成的。那么在采样时，像素个数是越多还是越少图像的质量会更好呢？ 学生观察两幅图像，体会不同像素个数的区别。并理解输入分辨率对于图像质量的影响。 输入分辨率：单位长度内（如每厘米）像素个数 (2) 图像量化 图像量化是对像素点的采样值进行分级，每一级对应一个数，从而实现用有限的数近似地表示连续变化的采样值。 以像素的属性为例，将其分为4级，每个像素选择这4级中最接近的颜色。那么分级越多还是越少，图像质量会更好呢？ 将4级和8级颜色进行对比，引导学生体会分级数量不同对图像质量的影响。 颜色的每一个等级要用对应的二进制数字表示。以8级颜色为例，每个等级颜色的二进制数字如下。经过量化，每个像素的颜色属性就可以转换成对应的二进制编码。 类型未压缩有损压缩无损压缩文件格式BMPJPEG/JPGPNGGIF动态图象格式TIFF存储容量相对较大损失一定信息，压缩比大压缩比高，体积较小，可支持透明效果最多支持256色不损失信息，压缩比小
颜色深度用来表示像素颜色所占二进制位数。颜色深度越多，可表达的色彩越丰富；但存储容量也会越大。 (3) 图像编码 经过量化每个像素点的颜色转换的二进制数据该如何存入计算机内呢？这就需要图象编码的过程，图象编码就是将量化后的图象数据按照一定规则进行排列和压缩，从而生成相应格式的文件,常见的图象文件类型 小结：图像编码实现过程 教师引导学生小结图像编码的实现过程，并通过微课《图像的数字化》进一步加深理解。 学生观察两幅图像，体会不同像素个数的区别。 列举生活实例： 请学生列举生活中接触到像素的实例，并提问：你接触到的数字图像设备是多少像素的？ 体验实践：请在任务单中尝试将本图像量化后的二进制编码填写完成。 任务单： 123456
思考：下图黑白图象和256色图象的像素深度分别多少？ 教师引导学生小结图象编码的过程 本环节是本节课的重点，也是本节课的难点。学生没有先前的相关或类似的经验，且学生对二进制没有真正消化理解，只有表面的认识。为此，本环节采取由浅入深、循序渐近、通过问题启发，逐步推进的策略。为了激发学生学习兴趣，使学生能够仔细观察思考，沿着老师所引导的路线一步一步地摸索下去，从而实现教学目标。 使更多的学生清楚理解颜色列表与二进制数的对应关系。 图形、图像的压缩原理比较深奥，学生原有的认知结构中，相关内容很少。因此，应采取直接教学方式，给出相关的压缩技术方法，然后通过学生的活动加深对知识的理解。 对图像编码进一步加深理解
探 究 二： 影 响 图 像 的 因 素 有 哪 些 1.影响图像质量的因素 提问：在图像数字化的过程中，哪些因素影响着图像的质量呢？ 2.影响图像大小（存储容量）的因素 提问：对于图像大小（存储容量），它的影响因素是什么呢？ 图像所占存储容量（未压缩）= 水平像素数×垂直像素数×颜色深度/8（字节） 例题：图像尺寸为90×72像素，颜色深度为24位，该图像所占存储容量是多大？ 图像所占存储容量 = 90×72×24/8=19440B 3.影响图像显示的因素 提问：对于图像显示，它的影响因素是什么呢？ 引导学生分析多种因素共同影响着图像质量。 引导学生学习图像所占存储容量的计算方法： 引导学生理解图像是由一个个独立的像素构成的，像素颜色汇总在一起就是看到的图像。 进一步加深对图像编码的理解
探 究 三 ： 如 何 解 决 图 像 处 理 问 题 . 问题1：如何提高图像质量？ 拍照设置选择高像素 但过于清晰的图像也会带来个人信息泄露的风险，同学们要注意慎用超清图像。 用搜索工具搜索可替换的高清图 利用AI图像放大工具增强清晰度 2.问题2：如何改变图像大小（存储容量）？ 解决办法：利用图像处理软件或工具调整像素个数、颜色深度、图像格式（压缩方式）。 演示实践：演示利用Photoshop调整图像尺寸、颜色位数、图像文件格式的方法，。 3. 问题3：如何去掉图像中不需要的文字？ 解决办法：利用邻近像素颜色进行填充 演示实践：演示Photoshop去水印的方法 学生动手实践练习 学生动手实践练习。 本步骤强化对图像的理解，感受数字技术对生活的影响，实现课程目标 虽然我们可以借助工具去掉水印等标识，但是在使用素材要尊重他人的知识版权，承担信息社会责任。
探 究 四 ： 视 频 的 编 码 原 理 首先以正常模式演示一段5秒的Flash 动画视频，而后再逐帧演示该段动画视频。从刚才的演示中大家能否发现视频是由什么组成的 概念讲解： 1.视频是由连续的图像帧组成的。 2.连续的图像变化每秒超过了24帧(frame)画面以上时，根据视觉暂留原理，人眼无法辨别单幅的静态画面，看上去是平滑连续的视觉效果，这样连续的画面叫作视频。 问题：我国使用的PAL制式每秒显示多少帧 试一试，练一练。 将一段时长为90分钟分辨率640x480像素，24位真彩色PAL制式的视频转化成二进制数后在计算机中存储需要多少MB呢 问题分解: 1.这段视频总共由多少图像组成 2.这里的每幅图像转化成二进制数需要多少MB 小结： 视频的编码一般时指通过特定的压缩技术对视频进行压缩。 常见的视频编码方式有：MPEG1、MPEG2、MPEG4、AVI、WMV 视频存储容量=水平像素×垂直像素×每个像素所需位数×帧频×时间 学生回答：视频由一幅幅图像组成。 学生:查看教材P22页相关视频内容。 学生:查阅材料( 25帧)。 学生：试一试、练一练 由图像编码原理解的基础上，知识引申到视频编码，拓展内容
课 堂 小 结 学生归纳，总结， 梳理本节课的知识，巩固必备知识，构建知识体系
六、目标检测与作业设计 见附件：第5课时作业设计单
七、 板 书 设 计
八、反思 图像和视频数字化的教学内容较为专业，部分内容抽象、枯燥无味，可操作内容偏少，知识与概念偏深，对于学生而言记住图像和视频存储容量的计算公式容易，理解图像和视频的数字化原理却不容易。在学生的知识体系结构中很少有类似的内容，因此在本节课选用了一些有效的数字化工具，直观而形象地对这些知识进行了解释。教学方法上用到了讲授法、演示法、问题引导式法、任务驱动法、以任务单的形式辅助教学，凸显了学生的学习主体地位。从课堂情况来看，大部分学生都跟随教师的思路，任务单也顺利完成。值得借鉴的地方：任务驱动的案例可适用多个任务，任务之间应该有连贯性，知识点间的衔接也应顺利成章。对知识的讲解要简明扼要，为学生流程更多的时间探索学习内容。
附件:
第5课时作业设计单
基本信息
单元名称 第一单元 认识数据与大数据 年级 高一年级
课时题目 第5课时 图象与视频编码
作业目标
对学生是否完成学习目标进行评价；巩固基础知识，提高综合能力，落实核心素养。
作业设计
精选题目 设计意图
实践活动 完成小测题目 1、图像编码的实现过程是什么？ 2、 一幅640×320像素的256阶灰度图像，其所占的存储容量是多少？ 3、 常见的图像文件格式有哪些？ 巩固基础。
综合运用 以体制健康为主题，选用一种“图像编辑软件”创作一幅图像，分别保存为JPG/JPEG、PNG和BMP 文件格式，试从图像大小、大小和清晰度等方面比较它们的差异。可以用这张图像作为多媒体作品的封面或主页。 培养学生对所学知识的应用能力，落实信息技术核心素养。
作业展示与评估
1.展示要求：展示学生所完成的典型作业，图片有创意，布局均衡、排版合理、突出主题。 2.教师评估：鼓励对学生作业的多元化评价，例如通过引进师生对评、生生互评等丰富教师对学生作业的评价维度和角度，实现教师对学情的精准把握，为进一步完善教学设计进行创新性探索。