第二节 多媒体技术第一课时教学设计

《图像信息的数字表示与存储》教学设计

基本

信息

名称

执教者

图像信息的数字表示与存储

白松

课时

1 教材

分析

本节选自中国地图出版社《多媒体技术应用》选修教材第一单元第二节“多媒体技术”。在《信息技术基础》（必修模块）中，已经对多媒体及多媒体技术等相关内容做了介绍，但并不全面。本单元则是对必修模块中的相关内容在深度广度上进行提高与延伸。通过本节课的学习，学生了解到图像信息在计算机中如何表示与存储，对于后面学习音频和视频信息的数字化起到知识的迁移作用，也为第二单元“图形图像处理”的学习打下基础。

学生通过对《信息技术基础》必修模块的学习，对图像信息数字化方式已有所了解，对二进制的认识比较粗浅，初步认识到在计算机内是用二进制表示信息的，但对计算机内具体如何存储和表示非数字化的信息却是一知半解，这样的知识基础使得学生对本节课的学习内容能产生难得的新奇感和浓厚的兴趣，但也使得学生对图像量化的理解上带来了难度。通过本课题的学习，让学生了解到图像信息数字化表示的核心是用二进制进行编码，使学生对多媒体技术从感性上的认识过渡到理论知识的认知，为后续单元的学习奠定基础。

1.理解图像数字化的过程；了解位图的表示与存储；会计算位图文件容量

知识与能力

2.了解数据冗余和压缩的简单原理；

3.知道常用图像文件格式。

学情

分析

教学

目标

1.通过探究活动理解位图存储的原理；体验色彩深度与文件容量、过程与方法

图像质量的关系。

2.能合理选择图像文件的格式。

1.用亲历体验、讨论探索，形成对图像信息数字化不断学习和探索情感态度与价的热情，增强积极主动学习和使用信息技术、参与信息活动的态度。

值观

2.通过课堂学习与任务的完成培养分析能力和信息归纳能力以及主动建构知识的能力。

重点

位图的表示与存储及位图文件容量的计算

图像信息数字化中的量化部分

教学

重难点

难点

本节课知识点以理论性的内容为主，那怎样才能在达到教学目标的同时，又教学策略与

充分调动学生对图像信息数字化的学习积极性呢？我采取的是设计一系列环环相扣的探究活动，学生亲历探究活动和小组交流讨论，从而引导学生分析、思考、自然意识，从而达到预期的教学目标。

1

设计说明

总结，主动建构相关的知识，把图像信息的存储与表达的相关知识内化为个体的

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

吸引学生注意力，激发学生学习兴趣，培养学生善于发现问题的能力，引出本节课探究的主题。

引言

在六中的五十周年校庆纪念册中我发现了一张我

在六中上学时我和同学们在机房上课的照片，这么珍

听讲

贵的照片已经被我用相机拍照保存在了计算机中，那

么这些图像信息究竟是怎样在计算机中表示和存储的呢？今天让我们一起探究一番吧!

一、认识位图

之前我们已经了解利用扫描仪或使用数码相机

回忆

等拍照设备把真实的图像（照片、画报、图书、图纸

等）转化为数字化的图像信息。这些设备在数字化时

是在画面的每个单位面积上水平方向和垂直方向采

样了若干个点，每一个点称为一个像素，一副图像就

被采样成有限个像素构成的集合，所以在计算机中要

把每一个像素的信息存储下来。那计算机中存储的是

听讲

每个像素的什么信息呢？我们先预览两个文件看看

你有没有受到些启发。

探究活动一：

1.预览十字绣.jpg 图片，观察十字绣作品

图像信息的存储与表示

引领学生从现实模拟世界的认识过渡到数字化世界的认识，理解图像数字化的第一步：

采样，为后面的“十字绣”用不

探究活动做铺同颜色的绣点

垫。

拼成了一幅美学生观察、

妙的作品。

思考

回答

2.在画图中打开“艺术长廊.bmp”，放大至最大

倍，观察图片出现的效果

通过预览观察这两个文件给你的启发，你能猜测

出计算机存储的是每个像素的什么信息吗？

结论：我们发现图像由是水平方向和垂直方向的

若干个颜色不同的像素点构成，所以计算机存储的是

每个像素的颜色，即把每个像素的颜色用二进制编码

存储下来。

2

那么图像中每个像素的颜色是怎样用二进制表示的呢？我们以只有黑白两种颜色的太极图为例，来探究一番。图1所示，把这张黑白太极图看作由45×45的像素组成，即宽45个像素，高45个像素，每个像素的颜色非黑即白。

图1 思考

探究活动二

回答

1.以45×45像素构成的黑白太极图为例，怎样

用二进制数据表示每个像素的颜色，你有什么好办法

吗？

教师总结：黑色的像素点用0表示，白色的像素点用

1表示，如图2，每个像素的颜色用二进制数表示非

1即0，所以每个像素只需用一个二进制位表示即可。

领会

理解

图2

2.每个像素只需用一个二进制位表示，那要存储这张

45×45黑白太极图需要用多少位二进制位呢？1个

字节由8个二进制位组成，把单位换算成字节是多少

字节呢？

结论：

思考

45×45黑白太极图需要用45×45×1=2025位

计算

即2025/8≈254字节

回答

3

以简单的只有黑白两种颜色的位图文件为起点，引导学生理解单色位图的存储，进而了解单色位图文件容量的计算。

教师总结讲解，让全体学生从这个问题得到结论更加明确

通过前面的分析我们知道了黑白色图像每个像

对于彩色位素用1位二进制数表示即可。可是生活中我们更多地

图，每个像素至需要用彩色的图像来表达信息，对于彩色图像而言，

少需要的二进颜色会很丰富。下面我们一起探讨一下16种颜色的

制位数是学生图像是怎样存储与表示的。

比较难理解的探究活动三

一个点，设计这1. 16种颜色的图像，需要用多少个不同的二进完成探究活个表格用于引制数与每一种颜色对应呢？每个像素用1位二进制动，填写表导学生发现二存储够用吗？每个像素需要多少位二进制数才够用格，得出16进制位数与颜呢？这需要我们来分析讨论一下，这里有个表格你来种颜色位图

色数之间的数填一填，或许能找到答案。

每个像素的量关系，从而突颜色需要用破难点。 可以表示二进制

4位二进制

可以表示的二进制数

的最多的位数

来存储

颜色数

从上一个1位

0、1 2种

探究活动中获

取的经验，再通

2位

过探究活动3，

引导学生在活

3位

动中分析、总

结，主动建构位

图的存储原理

位

16种

和色彩深度的

含义，归纳出位. . . . . .

图文件容量的. . .

计算方法

教师总结

N位

讲解，让全体学

生更清楚，使个教师总结：16种颜色图像

每个像素的颜色需要用4

别学生纠正错位二进制来存储。图像能够所达到的最大颜色数称为

误的想法。

色彩深度，存储每个像素颜色所用的二进制位数称为

位深度。

在总结归纳

2.请你来计算16种颜色的100×100像素的位思考

出位图容量的计图，需要用多少个字节来存储呢？

算方法后，部分学计算

（100×100×4）/8=5000（字节）

生查看文件的属

3.通过前面两个图像文件容量的计算，你发现文

性后计算来进行件容量除了与位深度有关，还和什么有关呢？

验证，会发现计算思考

教师总结：文件容量除了与位深度有关，还和水平方理解

出的文件容量与向的像素点数与垂直方向的像素点数有关

属性中的容量不

水平像素数×垂直像素数

我们称为图像的分辨率，

太相符，这个问题即数字化图像的成像大小

可提供一些课外

4.你能归纳出图像文件容量的计算方法吗？

思考回答

扩展知识。

结论：

总结归纳

文件容量=（分辨率×位深度）/8

字节

4

刚才我们介绍了图片的色彩深度，那么不同的色彩深度对图像质量有着怎样的影响呢？我们把一张图片另存为不同的色彩深度，来感受一下。

探究活动四

1.首先右击原始文件“樱桃.bmp”,查看位深度和文件大小。

（预览查看“樱桃.bmp”文件属性时教师解释“位图”）“位图”是指像这样由水平方向和垂直方向的若干个颜色不同的像素点构成，把每个像素点的颜色用二进制编码存储下来，用这种图像的表示和存储的图。位图又称点阵图，bmp格式是被普遍采用的一种位图格式文件。解释32位位图的含义：每个像素的颜色用32位的二进制数存储。

然后用“画图”软件打开

樱桃.bmp，以不同的色彩深度另存文件，完成下表，进行观察比较。

查看文件相

关属性

学生通过观察、

对比，感受不同

色彩深度的文

件效果，得出色用“画图”彩深度是描述软件打开樱图像质量的重颜色二进制

图像

文件大文件名

保存类型

桃.bmp以要参数并总结数

位数

质量

小(KB) 不同的色彩出位图文件特32位位图

3232 976 樱桃.bmp 好

2

深度另存

点。

（原始）

感性认识→理

单色.bmp 单色位图

填写表格

性认识→实践，

使得学生对位

16色.bmp 16色位图

图的存储与表

256色.bmp 256色位图

示有了完整的理解色彩深认识。

教师总结：

学生另存为16色位图时，教师解释16色位图与度对图像质

量的影响，

16位位图的区别

总结出色彩色彩深度是描述图像质量的重要参数。

学生总结：同样大小的图片，色彩深度越大，图深度与图像质量、文件像质量越好。随之位图文件容量越大。

因为位图能表达丰富的颜色，所以多用于表达真容量的联实的景物和创作富于层次、色彩和光感的作品，色彩系。

深度越大，需要的存储容量也越大，这是位图与生俱

来的一个缺点。

2. 使用画图打开“樱桃.bmp”，观察图片，并缩

放观察图片的变化，你能总结位图的优点和缺点吗？

对位图的优缺点建立感结论：

性认识

位图优点：颜色丰富，表现景物逼真

位图缺点：放大失真，文件容量较大

5

图像文件的压缩

二、图像文件的压缩

通过前面的探究活动我们了解到位图文件的数据量比较大，所以在网络上不易传送，人们是怎样解决这个问题的呢？（生活中棉花的运输）

人们采用图像压缩技术来减少存储空间，压缩后的媒体文件更便于传输使用。图像的压缩是根据图像数据中存在着大量的冗余现象而设计的。比如“樱桃.bmp”图中有些大片的绿色红色，许多连续的像素是有规则分布的，会有大量的重复存储的数据，压缩技术就是利用了这些冗余进行计算编码，使得重复的数据量大大减少。常用的压缩文件格式有哪些呢？我们来认识一下。

探究活动五

1.使用画图打开樱桃.bmp，另存为以下不同格式的文件，观察比较不同类型的文件图像质量，查看文件容量，不同格式的文件容量是多少？

联系生活实际，

了解位图压缩听讲

的必要性

将樱桃.bmp通过探究活动文件在画图5-1，使学生体中打开，另验不同格式的存为JPG、文件的特点，图像

文件的大小获图像格式

图像文件

GIF、TIF、得感性认识

质量

（KB）

PNG格式的

32位位图

976 樱桃.bmp 好

文件，观察、

原始bmp 对比，完成

JPEG(.jpg)

樱桃.jpg 探究活动

GIF(.gif)

樱桃.gif

TIFF(.tif)

樱桃.tif

PNG(.png)

樱桃.png

学生另存JPEG格式后教师发问“图像画面质量

有变化吗？”学生有回答有的，有回答没有的。“文观察

回答

件大小多少？”

教师解释：由于数据冗余的种类不同，图像的压

缩方法也有所不同，不同的压缩方法会产生不同的压

缩质量。

JEPG：静态压缩图片格式，正是利用了人眼对图

像某些变化的不敏感性而对图像进行的压缩，图像质

量略微下降，也许人眼观察不到，压缩率较高。我们

使用手机、数码相机拍摄的照片，已经在机内进行了

压缩，通常压缩为JPEG格式。

学生另存GIF格式后教师发问“图像画面质量有观察

回答

变化吗？”

“文件大小多少？”

GIF:动态压缩图片格式，在一个文件中可以存放

多幅彩色图像，将这些图像连续显示，可产生一种简

单的动画效果。最大色彩深度为256色，压缩率较高

学生另存TIFF格式后教师发问“图像画面质量观察

回答

有变化吗？”

“文件大小多少？”

TIFF:不损失数据，保留原有画质，压缩率有限。

多用于出版、印刷、喷绘等用途。

6

学生另存PNG格式后教师发问“图像画面质量有观察

回答

变化吗？”

“文件大小多少？”

PNG：能保留所有与图像品质有关的信息

压缩率

有限。

2.我们发现JPEG、 GIF文件图像质量有变化，那

能还原成原来的画质吗？将

樱桃.JPG樱桃.GIF再次

另存为

樱桃1.bmp ，樱桃2.bmp观察。

教师总结：JPEG图片改变了原始图像，不能完全恢

复成原始数据，称为有损压缩

TIFF PNG 与牺牲图像品质以换取高压缩率的JPG格

式不同，能保留所有与图像品质有关的信息，能还原

成与压缩前完全一致的压缩，称为无损压缩。

在今后的信息活动中，我们要能根据需求，合理

选择图像文件的格式。当我们对图片的画面质量要求

不特别高，比如一般家用、发布到博客微博、文档的

普通配图等这些用途，需要便于传输，可以采用压缩

率较高的JPEG格式；对于更看重图片画面质量，比

如高质量的印刷、辅助教学、医学成像等，而文件大

小放在其次，可以采用保留了图像质量的无损压缩。

通过探究活动5-2把JPG 、GIF另存回到BMP，通过实践活动感受有损压缩、无损压缩的特点

引导学生乐于探究思考，学以致用，提高解决实际问题的能力

展示本节课知识点思维导图。通过本节课的探总结

究学习，我们了解了图像信息数字化表示和存储的相课堂小结

关概念、知识；了解并观察了不同格式的图像压缩文

件，能够合理的选择文件的类型应用到自己的信息加工中，相信同学们今后一定能设计制作出有效表达自己思想的电子作品。

指导学生把新旧知识联系形成知识网络,梳理总结知识要点,有效促进学生知识内化。

1.本节内容的特点就是理论知识较多，本节课的设计思想是从原来的注重知识技能的培养转移到学生对知识建构能力的培养，探究活动是根据学生的认知特点设计，环环相扣，层层推进，激发了学生对图像信息数字化的学习兴趣。使学生在5个活动中经历了由感性认识到理性认识，再由理性认识回归实践的过程，教学反思

亲历探究过程、思考总结，主动建构知识，达到了预期效果。

2.本节课的知识点较多，理论性强，在以后的教学及复习要特别注意知识点的衔接以及系统运用。

3.学生关于二进制知识的较薄弱，给图像数字化中的量化带来了难度，所以这部分内容在今后的教学中也需加强。

7