第3节 图像、音频与视频的数字化
考试内容
考试要求
考试属性
1.图像、 音频与视频数字化的概念
b
必考＋加试
2.图像、音频、视频存储量的计算
c
必考＋加试
一、图像的数字化
1．图像数字化是将连续色调的模拟图像经采样量化后转换成数字影像的过程。图像数字化运用的是计算机图形和图像技术。图像数字化一般将一幅图像在水平和垂直方向上等距分割成有限个像素点，并对每个像素点的色彩值(或灰度值)，采用二进制数量化，用位深度来记录每个像素点的色彩值(或灰度值)。
2．未经压缩的位图图像存储空间的计算公式：
图像存储容量＝水平像素×垂直像素×每个像素色彩所需位数/8(单位：B)
位图图像类别
一个像素所占位数(bit 位)
一个像素所占存储空间(B 字节)
黑白
1位(21＝2)
1/8
16色
4位(24＝16)
4/8＝1/2
256级灰度
8位(28＝256)
8/8＝1
256色
8位(28＝256)
8/8＝1
16位色
16位(216)
16/8＝2
24位色
24位(224)
24/8＝3
32位色
32位(232)
32/8＝4
3.一幅图像的像素点(水平像素×垂直像素)越多，图像越清晰，存储容量也越大；每个像素可以是不同的灰度或颜色，就具有不同的位深度。位深度大，量化字长(每像素编码位数)越大，存储容量也越大。
二、声音的数字化
1．声音信号经过采样和量化实现模拟量的数字化。采样频率越高，声音就越真实、自然，但存储容量也越大，量化位数越大，越接近真实，即精度越高，但存储容量也越大。
2．高保真立体声的采样频率一般达到44.1 kHz以上。常见的量化位数有8bit，16bit，24bit，32bit等。
3．未经压缩的Wave格式声音文件存储空间的计算公式：
声音存储容量＝采样频率×量化位数×声道数×时间/8(单位：B)。
其中采样频率的单位是Hz，量化位数的单位是位(bit)，时间单位是秒(s)。
4．声音的存储容量只跟采样频率、量化位数、声道数、时间长度有关，与音量的大小、音色的好坏没有关系。
三、视频的数字化
1．视频是由连续的画面组成动态图像的一种表示方式。当图像以每秒24帧以上的速度播放时，由于人眼视觉的暂留，看到的就是连续变化的动作效果。视频是由帧组成的。我国使用PAL制，每秒显示25帧；欧美国家使用NTSC制，每秒显示30帧。
2．未经压缩的视频文件存储容量的计算公式：
视频存储容量＝单帧(幅)图像存储容量×帧频×时间(单位：B)。
其中视频的单帧(幅)图像存储容量就是图像的存储容量，帧频的单位是fps(帧/秒)，时间单位是秒(s)。
3．视频的存储容量与每帧图像有关，即与每帧图像总像素、位深度有关，也与帧频和时间长度有关。
一、图像的数字化与存储容量计算
图像的存储容量与图像像素和颜色位数有关。
【典例1】 一幅1024×512像素的图片，以24位深度形式存储为BMP格式文件时，该图像文件存储容量约为( )
A．375KB B.750KB
C．1.5MB D.3MB
解析 图像存储容量＝水平像素×垂直像素×每个像素色彩所需位数/8(单位：B)。1024×512×24/8/1024/1024≈1.5MB。
答案 C
【变式训练1】 一幅未经压缩的512×1024像素的BMP图片，存储容量是1.5MB，则该图像的颜色位数是( )
A．16色 B.256色
C．16位色 D.24位色
解析 利用未经图像存储容量公式反过来运算可以求得：1.5×1024×1024×8/(512×1024)＝24。
答案 D
【变式训练2】 要将1024张未经压缩的2048×1024像素、16位色的位图图像全部拷贝到U盘上，则U盘的存储容量至少为( )
A．512MB B.2GB
C．4GB D.8GB
解析 1024×2048×1024×16/8/1024/1024/1024＝4GB。
答案 C
[方法总结] 一般计算未经压缩图像存储容量均是公式的应用，然后利用容量换算求得。但要注意颜色位数，特别是16位色与16色是不同的。
二、声音的数字化与存储容量计算
声音的存储容量只跟采样频率、量化位数、声道数、时间四个因素有关，与音量的大小、音色的好坏没有关系。
【典例2】 录制一段时长8秒、采样频率为44.1kHz、量化位数为16位、双声道立体声的WAVE格式音频，其文件存储容量大小约为( )
A．137KB B.1.35MB
C．134MB D.170KB
解析 声音存储容量＝采样频率×量化位数×声道数×时间/8(单位：B)。44100×16×2×8/8/1024/1024＝1.35MB。
答案 B
【变式训练3】 一段时长为10秒未压缩的双声道立体声WAVE格式音频采样频率为22.05 kHz，存储容量为861.3KB，则该音频的量化位数是( )
A．8bit B.16bit
C．24bit D.32bit
解析 音频的量化位数：861.3×1024×8/22050/2/10＝16bit。
答案 B
【变式训练4】 一段未压缩的单声道WAVE格式音频采样频率为44.1 kHz，量化位数为16bit，存储容量为1.68MB，则该音频的时长约为( )
A．5秒 B.8秒
C．10秒 D.20秒
解析 音频的时长：1.68×1024×1024×8/44100/16≈20 s。
答案 D
[方法总结] 一般计算未经压缩音频存储容量均是公式的应用，然后利用容量换算求得。但要注意各个参数的单位，以及位与字节除8的关系。
三、 视频的数字化与存储容量计算
视频的存储容量与每帧图像有关(与每帧图像总像素、颜色位数)有关，也与帧频和时间长度有关。
【典例3】 一段分辨率为1024×768，32位色彩的未压缩视频影像，若该视频以25帧/秒的速度播放，则每秒钟播放的数据量约为( )
A．24MB B.75MB
C．600MB D.800MB
解析 1024×768×32/8/1024/1024×25×1＝75MB。
答案 B
【变式训练5】 有一未经压缩的PAL制(帧频为25帧/秒)视频文件，若每秒钟播放的数据量约为2.5MB，则每帧数据量约为( )
A．10KB B.20KB
C．102KB D.204KB
解析 2.5×1024/25≈102KB。
答案 C
1．一幅未压缩的位图图像，各参数如下图所示：
该图像的存储容量约为( )
A．384KB B.512KB
C．768KB D.3072KB
解析 图像存储容量：512×256×24/8/1024＝384KB。
答案 A
2．一幅未经压缩的位图图像存储容量768KB，保存的参数如下图所示：
则该图像的像素可能是( )
A．1024×256 B.768×512
C．1024×512 D.512×384
解析 16位深度，一个像素存储容量为16/8＝2字节，768KB存储容量的总像素是768×1024/(16/8)＝768×512。
答案 B
3．一段未压缩的立体声音频文件格式参数如下图所示：
则该音频文件存储容量大小约为( )
A．784KB B.5.04MB
C．10.09MB D.80.75MB
解析 该音乐文件的采样频率为44100Hz，量化位数16bit，双声道立体声，时长为60秒。所以存储容量：44100×16×2×60/8/1024/1024≈10.09MB。
答案 C
4．有一段未压缩时长为20秒的NTSC制视频文件，若每帧数据量100KB，则该视频文件的存储容量约为( )
A．7.3MB B.14.6MB
C．29.3MB D.58.6MB
解析 NTSC制视频文件的帧频为30帧/秒，所以视频文件存储容量：20×30×100KB/1024≈58.6MB。
答案 D
基础巩固
1．一幅未经压缩位图图像格式参数如下图所示：
则该图像的存储容量约为( )
A．576KB B.1.13MB
C．2.25MB D.18.0MB
解析 图像的存储容量：1024×768×24/8/1024/1024＝2.25MB。
答案 C
2．一段音频文件的属性参数如下图所示：
则该未压缩的音频文件存储容量约为( )
A．5.05MB B.10.09MB
C．40.37MB D.80.75MB
解析 音频的采样频率为22050 Hz，量化位数为16bit，声道为1，时间为120s，存储容量：22050×16×1×120/8/1024/1024≈5.05MB。
答案 A
3．一段分辨率为1024×768，32位色彩的未经压缩的PAL制视频影像，以下计算每秒钟播放的数据量(单位：B)算式正确的是( )
A．1024×768×32/8×25
B.1024×768×32/8/1024×25
C．1024×768×32/8/1024
D.1024×768×32/8/1024/1024×25
解析 单帧图像：1024×768×32/8，PAL制25帧/s。所以计算方法：1024×768×32/8×25。
答案 A
4．使用一个存储容量为4GB的U盘，来存储未经压缩的1920×1080像素、32位色BMP图像，总共可以存储这种图像大约为( )
A．1000张 B.500张
C．200张 D.10张
解析 4×1024×1024×1024/(1920×1080×32/8) ≈518，故选B项500张。
答案 B
能力提升
5．一幅未经压缩的位图图像存储容量768KB，保存的参数如下图所示：
则该图像的像素不可能是( )
A．1024×256 B.256×1024
C．512×512 D.1024×384
解析 1024×256×24/8/1024＝256×1024×24/8/1024＝512×512×24/8/1024＝768KB 1024×384×24/8/1024＝1152KB.故1024×384不可能。
答案 D
6．一幅未经压缩的4位色BMP图像，容量大小为633KB，若其宽度为1440像素，则高度约为( )
A．1000像素 B.900像素
C．500像素 D.450像素
解析 633×1024/(4/8)/1440≈900像素。
答案 B
7．使用音频处理软件新建2段音频，参数设置分别如图A、图B所示：
图A 图B
若按此设置保存为相同量化位数的Wave格式文件，则这2个音频文件容量大小之比(A∶ B)约为( )
A．8∶1 B.4∶1
C．2∶1 D.1∶1
解析 A的采样频率是B的2倍，A是双声道，B是单声道。其他量化位数，时长一样，则2个音频文件容量大小之比为4∶1。
答案 B
8．用ACDSee软件浏览4幅未经压缩的图片，如下图所示：
这4个文件中，存储容量的大小关系是( )
A．001.bmp < 002.bmp < 003.bmp < 004.bmp
B.001.bmp < 003.bmp < 002.bmp < 004.bmp
C．001.bmp < 002.bmp < 004.bmp < 003.bmp
D.001.bmp < 003.bmp < 004.bmp < 002.bmp
解析 利用图像存储容量公式依次计算，001.bmp容量：800×512×4/8/1024＝200K；002.bmp容量：512×384×24/8/1024＝576K；003.bmp容量：768×512×8/8/1024＝384K；004.bmp容量：512×320×32/8/1024＝640K；所以大小关系是： 001.bmp < 003.bmp < 002.bmp < 004.bmp。注意16、256分别是指16色(4位色)、256色(8位色)，而24b、32b分别是指24位色、32位色。
答案 B
