神奇的数字编码

2024-09-10

神奇的数字编码（精选八篇）

神奇的数字编码篇1

关键词：H.26x,MPEG,混合编码,可伸缩编码,多视点视频编码

0 引言

在计算机中以位图记录、处理和保存图像，其特点在于适合表现大量的图像细节，很好地反映明暗的变化、复杂的场景和颜色，逼真地表现图像的效果。但是位图图像在缩放时会降低图像质量，若不压缩处理其庞大的数据信息在文件存储及有限带宽传输中多有不便，因此迫切需要一种可靠有效的方法对数据进行压缩处理。

图像数据压缩技术的基本思想就是删除原始图像中因视觉图像数据存在各种形式的相关性带来的数据冗余或是不需要的信息，保留不确定的信息，去掉确定的信息，用尽可能少的数据量来表达尽可能完整的图像信息。根据图像编码压缩过程中是否存在信息丢失可分为无损编码压缩算法和有损编码压缩算法。

基于统计特性的运动补偿结合变换编码的混合编码框架在数据压缩方面取得了很大的成功，国内外的通用视频压缩标准大多基于此框架，比如H.26x系列、MPEG系列以及我国的AVS1-P2标准。在文献[1]中，将混合编码归类于有损编码压缩方法，如图一所示。

1 基于混合编码的数字图像编码标准

1.1 H.26x系列编码标准

H.26x系列标准[2]最早起始于1984年，并且在1989年完成第一个标准———H.261，这是ITU-T针对视频电话和可视会议而制定的标准。H.261主要采取16×16子块的运动补偿、8×8 DCT、标量量化、Z-Z扫描、行程编码和变长编码的编码结构，虽然只能支持CIF和QCIF两种图像格式，但它适应了有限的硬件和软件处理器性能，获得了里程碑式的成功，此混合编码方法和编码结构也在之后的编码标准中得到沿袭。然而，它的缺点是低压缩比和缺乏灵活性。

在1995年制定的H.263标准中，使用了半像素运动矢量和重新设计的可变长编码表，并且编码模式的可选择性使其应用更加灵活。与H.261相比较大地提高了编码性能，支持多种格式的图像。

H.264/AVC标准是ITU-T的视频编码专家组联合MPEG共同开发的一个新的数字视频编码标准。它主要采取帧间预测编码和帧间变换编码的混合编码方式，并且采用可变尺寸的运动估计、4×4块的整数变换、统一的可变长编码表、多种帧内预测等技术，因此具有更高的数据压缩比和更好的信道适应性。在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。

1.2 MPEG系列编码标准

H.26x系列标准主要针对多媒体通信而制定，而MPEG系列标准[3]多为数字电视采用。MPEG-1沿袭了H.261标准的编码结构，采用缩减时间冗余度的16×16子块的运动补偿及减少空间冗余度的DCT两个基础技术，平均压缩比可达到50:1，码率可达到1.5Mbps。

MPEG-1针对CD-ROM制定，而MPEG-2则较大地提高了码率，支持高低四种级别的分辨率格式，并且在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善，它特别适用于广播级的数字电视的编码和传送。

MPEG-4与MPEG-1和MPEG-2有很大的不同。MPEG-4不只是具体压缩算法，它是针对数字电视、交互式绘图应用、交互式多媒体等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。MPEG-4标准具有基于内容的交互性、高效的压缩性、互联网视音频广播等广泛应用性的众多独特的优点。

1.3 AVS编码标准

AVS标准[4]是我国于2002年开始制定的、第一个具有自主知识产权、达到国际先进水平的数字音视频编解码标准，是高清晰度数字电视、高清晰度激光视盘机、网络电视、视频通信等重大音视频应用所共同采用的基础性标准。其中AVS1-P2部分主要针对高清晰数字电视广播和高密度存储媒体应用，采用混合编码的方法，应用了8×8整数变换量化、帧内预测、帧间预测运动补偿、1/4精度像素插值、二维熵编码等核心技术。因此在编码效率上与H.264/AVC相当，但在算法复杂度上明显占优，对硬件和带宽的需求也较低，并且这是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系。

混合编码技术以运动补偿、预测编码、变换编码以及熵编码等编码为框架，采用整数变换量化、多种帧内预测、多参考帧运动补偿、1/4精度像素插值和基于上下文的熵编码等技术，在数据压缩方面取得了很大的成果。但是随着计算机网络的不断发展和应用需求的多样化，视频编码技术的研究逐渐摆脱压缩特性的局限，渐渐向网络适应性和用户交互性等方面倾斜，以此特性为特点的可伸缩编码、多视点视频编码得到了越来越多的关注。

2 可伸缩视频编码

可伸缩视频编码(Scalable Video Coding,SVC)[5]技术考虑了更多的网络适应性和灵活性，作为H.264/AVC的扩展集方案，实现了时域、空域和质量/信噪比等三个维度上的可伸缩性，可以让视频编码器提供既有较高压缩率、又有良好的伸缩性和容错性的视频码流，适用于不同的网络环境和用户的需求。编码器分别通过空域滤波和时域分解形成不同空域及时域分辨率的图像序列，然后按不同时域分辨率进行基本层编码，再在每一基本层上进行精细编码形成SNR增强层。图二是一个具有两个空域层的编码器。

时域的可伸缩，每个空间层通过时域分解来实现时域的可伸缩性[6]。在H.264/AVC扩展集方案中，是通过层级B帧图像实现的。图三所描述的GOP为8，以相邻帧为参考帧的3级时域分解B帧图像编码结构。首先以I帧或P帧的模式编码，第0帧和第8帧作为关键帧，其余以B帧模式进行编码。先编码第4帧，然后编码第2、6帧，最后编码第1、3、5、7帧，通过这样的金字塔式的编码顺序实现了时间的分级。

空域的可伸缩性，为了满足不同用户的需求，将原始尺寸的输入视频序列进行下采样，在给定帧的基础上产生较低的空域分辨率码流序列，每个空域分辨率在各自独立的层内编码。为了去除各空间层之间的冗余信息，采用了层间预测。由于低层是由高层通过下采样得到的，因此在相同的时域分辨率情况下，高层帧和与之相对应的低层帧之间存在着一定的相关性，通过对低层帧的纹理信息和运动信息进行插值来作为高层帧的预测参考信息，可以去除层间冗余信息。

质量/信噪比(SNR)可伸缩性，在SNR可伸缩技术中[7]，使用传统的混合编码技术，经过整数变换、量化和编码得到基本层。增强层位于基本层之上，它是由基本层和原始子带图像之间的残差信息经过变换和量化而来，不同的是采用渐进细化(progressive refinement)的纹理编码方法，使用较小的量化步长进行重新量化来减小量化误差，从而生成精细度由大到小的SNR增强层。最后基本层系数和增强层系数再使用位平面编码和行程编码相结合的方式进行熵编码，分别形成基本层码流和增强层码流输出。

此外，在时域的可伸缩技术上，有一种混合框架结合MCTF(基于运动补偿的时间滤波)技术具有一定的优势，能获得较高的编码效率和较好的兼容效果。

3 多视点视频编码

多视点视频(Multi-view Video)是针对交互式媒体提出的，它主要解决3D交互视频的表现、交互以及存储、传输等。其通过在场景中放置多台摄像机，记录下多个视点数据，提供给用户以视点选择和场景漫游的交互能力。然而多视点则必然引起多倍的数据量，因此多视点视频编码成为多视点视频应用迫切需要解决的问题之一，而高效的编码、灵活的视点切换机制以及降低视点切换所导致的解码代价是多视点视频编码的价值所在。

实现多视点视频编码(MVC)可以基于传统混合编码框架，也可基于小波编码以及分布式编码等新一代视频编码工具。视点间相关性是多视点视频序列的重要特性，因此编码中的一个重要问题是如何消除多视点画面由于其内在的相关性而引起的数据冗余，而且不仅是空间上的，还有时间上的冗余。

目前存在着多种MVC方案[8]：Simulcast编码结构，该结构在H.264/AVC视频编码标准的基础上实现多视点视频编码框架，方案对各视点视频独立编码，但是没有考虑视点间的相关性，编码效率较低;Sequential View Prediction编码结构，该结构在率失真性能和计算复杂度方面有一定优势;Multi-direction Prediction编码结构对于视点间相关性较高的视频序列有着较为优越的编码效率，该方案更适合稠密相机拍摄的视频序列;Group-of-GOP(GoGOP)Prediction编码结构更适合随机访问，视点切换，但是在其他方面稍逊一筹。

文献[9]提出一种面向交互应用的多视点视频编码方案，在Simulcast的基础上，通过修改GOP结构将顺序帧间预测方式改变为所有的P帧均以I帧作为参考帧进行预测编码，使I帧成为GOP内唯一的参考帧，从而消除帧间相关性，提高交互性能;将视点内与视点间预测编码结合起来，预测帧可将本视点及其它视点帧作为参考帧，同时在空间和时间上进行预测编码，形成Sequential View Prediction编码结构，在时间预测编码的基础上，引入空间预测，同时降低时间和空间上的冗余，从而提高压缩效率。该方案改善了系统的交互性能，同时提高压缩效率和降低了视点切换引起的解码代价，满足交互式多视点视频的应用需求。其缺陷是修改GOP结构不适用于运动剧烈的场景，因为GOP结构中P帧和I帧距离较大时容易引起预测误差的增大，导致压缩效率下降。

4 结束语

视频编码技术是视频产业的关键技术。计算机网络的不断发展和应用需求的多样化要求视频编码技术一方面继续以混合编码为框架研究如何进一步提高压缩特性，另一方面不断的向可伸缩编码、多视点编码等分支方向发展。追求更高的压缩效率需要对传统的“整数变换、运动补偿、基于视觉的量化、熵编码”混合结构有所突破，才能为视频编码性能带来新的提升。可伸缩编码以其独特的适应性在当前的网络环境下会获得越来越多的应用，而多视点视频编码在自由视点电视、立体电视和沉浸感视频会议等应用方面有巨大的潜力。

参考文献

[1]张瑜,吴勇,左玉梅.多媒体技术[M].北京:清华大学出版社;北京交通大学出版社,2004.

[2]乔轩.H.26X系列的算法研究[D].杭州:浙江大学,2005.

[3]向健勇,朱学涛.MPEG系列标准的比较及最新进展[J].电子工程师,2004,(7):37-40.

[4]国家数字音视频编解码技术标准工作组.视频编码标准AVS技术介绍[J].电子产品世界,2005,(10):58-62.

[5]Draft ITU-T recommendation and final draft internation-al standard of joint video specification(ITU-T Rec.H.264/ISO/IEC14496-10AVC).Joint Video Team of ISO/IEC MPEG and ITU-T VCEG[S].JVTG050,2003.

[6]费伟,朱善安.基于H.264的自适应可伸缩编码研究[J].光电工程,2008,(3):102-107.

[7]胡瑞敏,刘琼.视音频编解码技术发展现状和展望[J].中国安防,2007,(3):56-64.

[8]徐秋敏,张云,郁梅等.多视点视频编码方法研究[J].宁波大学学报,2006,(9):296-301.

数字的编码篇2

教材来源：义务教育课程标准试验教科书，人民教育出版社2014年 6月出版社

教内容来源：小学三年级数学（上册）第六单元教学主题：数字编码课时：1课时

授课对象：三年级学生

设计者：刘全秀郑州市郑东新区杨桥中心小学目标确定的依据 1.课程标准的相关要求

（1）让学生“进一步体会数在日常生活中的作用，会运用数表示事物，并能进行交流”。

（2）参与综合实践活动，积累综合运用数学知识、技能和方法解决简单的数学活动经验。

(3)积极参与数学活动，对数学有好奇心和求知欲。2.学情分析

学生对数字已经很熟悉，利用数字已经能解决一些生活中简单的数学问题，对一些编码也有了初步的认识。本课在学生已有的知识基础和生活经验上加深对数字的印象，着重达到生活中使用数字编码的应用价值 3.教材分析《数字编码》，遵循数学源于生活，寓于生活，用于生活的理念．专门在第四单元之后安排了实践活动，“数字编码”为学生提供了一个实际背景，设计一些与学生生活联系比较紧密又蕴含着数学问题的活动，使学生通过在活动中解决数学问题，感受、体验、理解数学。教学目标：

1、通过教学，使学生了解身份证号码蕴含的一些简单信息和编码的含义。

2、探索数字编码的简单方法，学会用数进行简单的编码，加深对编码方法的理解和掌握。

3、体会数字编码在日常生活中的广泛应用。

4、使学生在数学活动中养成与人合作的良好习惯，初步学会表达和交流解决问题的过程和结果。

评价任务

1、通过说一说、折一折检测目标1和2，达标率约为96%。

2、通过评价样题检测目标3，达标率约为99%。

教学过程：

一、导入：（出示幻灯片）

故事导入，埋下伏笔，引入新课。

有一个在逃的罪犯，打算坐飞机逃走，他劫持了一个专门制作身份证的工人为他做了一个号码为“***928”的身份证。正当罪犯拿着身份证去坐飞机，却在出关检查时扣住了。原来是工人在制作身份证时留下了线索，协助警方抓罪犯。那么工人留下的什么线索呢？

同学们想不想知道？今天我们就通过了解身份证的数字信息来学习数字编码。（板书课题）

二、探索新知。

（一）、小组讨论自己课前调查的收获。

调查家庭成员的身份证号码，在调查的过程中你知道了什么？同学们通过什么途径进行的调查呢？教师鼓励学生通过向家长询问，上网搜查等调查学习的方法。

（二）、考考你的自学成果：找学生汇报调查结果，（三）明确身份证号码各部分的意义。

请三位同学抽取老师手里锦囊里的谜底为大家宣读，教师通过幻灯片进行展示。

谜底一：居民身份证的号码是按照国家的标准编制的，由18位组成：前六位为行政区划代码，第七至第十四位为出生日期码。谜底二：居民身份证编码的第15至17位为序码：同一地区一天出生的人不止一人，这些人去派出所报户口时，就按一定的顺序排列起来。顺序码的奇数分配给男性，偶数分配给女性。

谜底三：居民身份证编码的第18位(最后一位)为校验码。校验码用来验证身份证的真伪，是计算机按一定的公式计算出来的，校验码一般用1-10来表示，如果校验码是10，身份证号码就会变成19位，所以校验码是10就用X来表示。

（三）考查巩固

1、小警察

我国《未成年人保护法》明确规定：网吧不得接纳未满18周岁的未成年人，请你判断一下下面两个身份证号码的主人哪一个不能进入网吧：

120107 19870206 167 2 120107 19971013 212 5 做题的同时教育学生不能进网吧1

2、小马虎的难题

“小马虎”在课前收集了爷爷、奶奶、爸爸和妈妈四个人的身份证号码，但是不记得这四个号码分别是谁的了，你们能帮帮他吗？

***412 ***313 ***408 ***161 学生运用所学知识解决、汇报。

3、解决预设的问题。

• 有一个在逃的罪犯，打算坐飞机逃走，他劫持了一个专门制作身份证的工人为他做了一个号码为“***928”的身份证。正当罪犯拿着身份证去坐飞机，却在出关检查时扣住了。原来是工人在制作身份证时留下了线索，协助警方抓罪犯。那么工人留下的什么线索呢？学生轻松解答。

4、教师温馨提示：身份证是我国目前唯一的法定个人身份证件，将来要注意妥善保管好自己的身份证，不要随意借给他人使用。

三、活动实践数字编码。

（一）、了解其他生活中的其它编码

（二）、实践活动。

1、设计我们班学生的学号。教师提出要求：

1、先想一想在编码里应注入哪些有用的信息？

2、注意编码的简洁性、规律性、唯一性。学生分小组活动，教师巡视。学生汇报，集体评价，评选最优。

四、课堂总结：这节课你有什么收获？学身自由发言。

五、教师寄语：

数学就在我们的生活中，生活处处是学问，只要你用敏锐的眼光发现，用智慧的头脑思考，用勤劳的双手奋斗，你一定会取得成功，一定是一位对社会有用的人！

六、布置作业：

数字通信系统的信源编码仿真篇3

信源编码简介。信源编码是将消息或其特征信号经采样变换为数字代码的技术。消息 (信源信号) 一般为连续变化的模拟量, 若直接用这连续变化的信号进行调制、传输, 则称为模拟通信。经编码变为数字代码后再调制、传输, 则称为数字通信。数字信号的特点是在有限时间段仅具有有限种状态, 而模拟信号或其特征信号在有限时间段上有无限种状态。这样, 编码首先应在时间和幅度上以有限的离散值来表征, 继而用数字代码来表示这离散值。这就是实现编码所需的三个环节, 即采样、量化和编码。信源编码技术随着数字化技术的推广应用已普遍用于通信、测量、计算机应用和自动化系统中。

2 信源编码技术

模拟信号数字传输系统如图1所示。在发送端把模拟信号转换为数字信号的过程简称为模数转换, 通常用符号A/D表示。简单地说, 模数转换要经过抽样、量化和编码三个步骤。其中抽样是把时间上连续的信号变成时间上离散的信号;量化是把抽样值在幅度进行离散化处理, 使得量化后只有预定的Q个有限的值;编码是用一个M进制的代码表示量化后的抽样值, 通常采用M=2的二进制代码来表示。

反过来在接收端把接收到的代码 (数字信号) 还原为模拟信号, 这个过程简称为数模转换, 通常用符号D/A表示。数模转换是通过译码和低通滤波器完成的。其中, 译码是把代码变换为相应的量化值。

2.1 抽样定理

结合图2可以得到以下关于抽样的结论:

(1) 具有无穷大的带宽; (2) 只要抽样频率, 中n值不同的频谱函数就不会出现重叠的现象; (3) 中n=0时的成分是, 它与的频谱函数只差一个常数, 因此只要用一个带宽B满足的理想低通滤波器, 就可以取出的成分, 以不失真地恢复的波形。

2.2 模拟信号的量化。

用有限个电平来表示模拟信号抽样值被称为量化。抽样是把时间连续的模拟信号变成了时间上离散的模拟信号, 量化则进一步把时间上离散但幅度上仍然连续的信号变成了时间上和幅度上都离散了的信号, 显然这种信号就是数字信号了。但这个数字信号不是一般的二进制数字信号, 而是多进制数字信号, 真正在信道中传输的信号是经过编码变换后的二进制 (或四进制等) 数字信号。

2.3 脉冲编码调制原理 (PCM) 。

本地译码电路包括记忆电路、7/11变换电路和恒流源。记忆电路用来寄存二进代码, 因为除第一次比较外, 其余各次比较都要依据前几次比较的结果来确定标准电流IW的值。因此, 7位码组中的前6位状态均应由记忆电路寄存下来。

在接收端的译码器中, 仍保留本地译码器部分。由记忆电路接收发送来的码组。当记忆电路接收到码组的最后一位c8后, 使恒流源再产生一个权值电流, 它等于最后一个间隔的中间值。由于编码器中的比较器只是比较抽样的绝对值, 本地译码器也只是产生正值权值电流, 所以在接收端的译码器中, 最后一步要根据接收码组的第一位c1值控制输出电流的正负极性。

3 MATLAB介绍

MATLAB是矩阵实验室 (Matrix Laboratory) 的简称, 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件, 用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境, 主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Simulink是基于Matlab的框图设计环境, 可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真, Simulink提供了利用鼠标拖放的方法来建立系统框图模型的图形界面, 而且还提供了丰富的功能块以及不同的专业模块集合, 利用Simulink几乎可以做到不书写一行代码即完成整个动态系统的建模工作。

Simulink简单模型的建立的步骤:

(1) 建立模型窗口; (2) 将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口; (3) 对模块进行连接, 从而构成需要的系统模型。

Simulink是从底层开发的一个完整的仿真环境和图形界面, 是模块化了的编程工具, 它把Matlab的许多功能都设计成一个个直观的功能模块, 把需要的功能模块用连线连起来就可以实现需要的仿真功能, 是一种很不错的仿真工具。

4 仿真实现过程

4.1 MATLAB仿真:

分析:离散信号还原为连续信号时, 可采用理想和实际恢复两种方式进行。理想方式利用理想模拟低通滤波器进行恢复, 即在时域采用内插函数sinc。零内插过程会产生失真分量, 失真分量集中在原采样率的倍数处。当采样频率提高后, 采样点数增多, 可实现无失真恢复。

4.2 Simulink仿真。

分析:正弦信号在均匀量化编码前加了一个A律压缩器, 在量化解码后加了一个A律扩展器。信号经过这种非线性压缩处理后, 改变了大信号和小信号之间的比例关系, 使大信号的比例基本不变或变得较小, 而小信号相应地按比例增大, 即“压大补小”。因为先进行了压缩处理, 后面的量化, 解码都是256级的均匀量化, 综合效果是非均匀量化。可以看出, A律扩展后信号是近似原始正弦信号。

5 结论

本文介绍了信源编码技术的现状和原理, 使用了MATLAB/Simulink对PCM13折线编译码进行了仿真, 完成了信源编码仿真的一般性研究。

本次毕业设计中, 详细研究了抽样定理, 模拟信号的量化和脉冲编码调制原理, 熟悉了MATLAB/Simulink仿真工具, 最终通过编码和建模完成了仿真过程。该仿真还有不足地方, 理想低通是非因果的, 未采用实际信号恢复方法和调制解调, 在以后的学习仿真中将进一步改善, 相信对以后的理论研究和仿真设计会有很大的帮助。

参考文献

[1]张德丰.MATLAB/Simulink建模与仿真[M].北京:电子工业出版社, 2009.53-75.

数字通信中的语音编码技术篇4

在数字移动电话通信中, 发送端需要把模拟语音信号变换为数字信号, 然后进行传输这一过程即是语音编码。语音编码是实现数字通信的主要方式之一, 主要技术指标有数码率、语音质量、编解码延时。 (1) 数码率:是指编码器每秒钟输出的二元码数目其单位为比特/秒 (b/s) 或千比特/秒 (kb/s) 。 (2) 语音质量:语音质量评价方法有客观评价法和主观评价法, 最常用的主观评价法是“平均评价得分”。采用5分制, 4.0~4.5为高质量数字化语音, 3.5左右为通信质量。 (3) 编解码延时:解码器输出语音信号相对于编码器输入语音信号的延时。

2 语音编码分类

2.1 波形编码

对语音信号波形直接编码, 编码器输出数字信号表示取样点的波形值或其变化量。PCM、△M是两种基本波形编码方法。 (1) 、脉冲编码调制 (PCM) 将模拟信号抽样、量化、直到变换成二进制符号的基本过程, 称之为脉冲编码调制, 简称脉码调制。 (2) 、增量调制△M增量调制, 可看成PCM的一个特例。一位二进制码有两种状态, 不能代表抽样值大小。但一位码却可表示相邻抽样值的相对大小, 而相邻抽样值的相对变化将能反映模拟信号变化规律。 (3) 、差分脉冲编码调制DPCM, 在PCM中我们把每个样本单独量化, 这样相当于把样本看成彼此独立的随机变量。 (4) 、自适应差分脉冲编码调制ADPCM, ADPCM是在DPCM基础上发展起来的。同DPCM一样它利用语音信号的相关性找出可反映信号变化特征的一个差值量进行编码, 这一差值的幅度范围小于原信号的幅度范围。

2.2 参量编码

参量编码又称声源编码或声码器, 参量编码的原理和设计思想与波形编码完全不同。波形编码是忠实再现话音时域波形, 而参量编码以发音器官物理模型为基础。当人的声道呈不同形状舌、齿、唇等器官处于不同位置时形成一个具有不同零极点分布的滤波器。气流通过该滤波器后产生相应频响输出, 从而发出不同音素。音素分两类:伴有声带振动为浊音, 声带不振动为清音。

a、浊音:声带在气流作用下, 能够激励起准周期声波 (准周期特性) , 这一准周期音称基音。b、清音:当气流速度达到某一临界值时, 就会引起湍流。此时声带不振动, 声道被噪声状随机波激励产生较小幅度的声波, 其波形与噪声相似, 这就是清音。c、语音信号产生模型:为期信号源表示浊音激励源, 随机性信号源表示清音激励源。该模型主要参数:基音周期Tp、清浊音判决u/v、音量增益G、线性时变系统参数ai。

2.3 混合编码

各种声码器语音质量难以提高主要症结在于模型激励信号过于粗糙, 为了使激励信号含有更多语音信号, 激励源可以从语音波形信号本身来提取, 这就是声激励声码器。有两条不同传播途径, 一条路径产生通常线性预测参数并传送出去, 另一条路径滤出信号低频部分, 并通过波形编码传输出去。在接收端语音合成器中, 接收到的低频语音信号经过适当组合以及平滑处理后, 作为激励信号输入到数字滤波器中以恢复语音, 而数字滤波器由接收到的预测参数所确定。子带编码是波形编码和参量编码的结合, 属混合编码, 下面就原理及特征做一简要介绍: (1) 原理:子带编码首先将输入信号分割成几个不同的频带分量, 分别进行编码, 这类编码方式称为频域编码。 (2) 子带编码比特分配及编码速率:在子带编码器设计中, 必须考虑子带数目、子带划分、编码参数、子带中比特分配、每样值编码比特和带宽等主要参数。在子带编码中, 各子带带宽可相同, 也可不同。等带宽子带编码易于用硬件实现, 也便于理论分析。此时ΔBk=B/m (1-1) 其中m:子带总数;B:编码信号总带宽;△Bk:第k个子带带宽。变带宽子带编码中, △Bk+1>△Bk。 (1-2) 也就是低频段子带宽度较窄, 高频段较宽。这样划分不仅和语音信号的功率相匹配, 而且也和语音信号可懂度或清晰度随频率变化的关系相匹配。研究表明, 语音信号频带中具有相同带宽各子带对语音可懂度影响是不同的。低频段影响大, 高频段影响小。因此, 将低频段的子带分得细一些, 量化精度高一些。在等带宽分割时, 对不同子带分配不同比特数, 也能获得很好质量。在子带编码中, 每一个子带信号Xk (t) 按照频率fsk经过抽样后, 其每个样点使用Rk比特来进行数字编码, 因此编码所需总速率I为对于等带宽子带编码有:ΔBk=ΔB=B/M, 则fsk=ΔB=2B/M (1-4) , 这时, 。如果R表示各子带每样点编码所用比特平均值, 即则I=2BR (1-5) 这也就是通常熟知的全带时域小型编码传输速率的表示式。在等带宽子带编码中, 总传输速率I同Rk的和成正比。

摘要：数字通信涉及的技术问题有信源编码与译码、信道编码与译码、数字调制与解调、同步以及加密与解密等技术。本文主要阐述数字通信中的语音编码技术。

基于矢量量化压缩编码的数字水印篇5

多媒体数据的数字化进程, 使得多媒体信息的存取和交换也变成了一个相对简单的过程。特别是随着Internet等信息网络的迅速发展, 借助于数码像机、扫描仪等数字化I/O设备, 人们可以方便地将各种多媒体数字信息传播到世界的各个角落。技术日益进步, 随之出现的问题也日益严重, 对数字多媒体产品的非法拷贝、恶意篡改、破坏和散播屡见不鲜。因此, 如何在当前网络环境下提供有效的信息安全手段实现有效的版权保护已经成为一个迫在眉睫的现实问题。自Tirkel于1994年提出数字水印的概念以来, 数字水印技术取得了长足的发展, 各种算法层出不穷, 主要包括:空间域水印、变换域水印、分形水印等。然而经典的水印算法在水印的不可感知性、可检测性、鲁棒性三个方面不能做到很好的兼顾, 从一定程度上阻碍了数字水印技术的应用和普及[1,2]。2000年Lu等人提出一种了基于VQ编码的图像数字水印方案[3], 这种算法采用码书扩展的方法来产生码书划分, 然后利用码书划分嵌入水印信息, 但要求码书是保密的。后来有人提出了基于可变维VQ的图像水印算法, 但这种算法嵌入的水印是易碎性的, 鲁棒性较差[4]。

本文提出一种将水印嵌入于图像VQ压缩数据中的数字水印新算法, 算法中水印同时存在于VQ压缩后的数据中和VQ解压后的图像中。更重要的是, 实验证明这种算法对裁剪、模糊、JPEG、扭转等攻击具有一定的鲁棒性并且适用于比灰度图像更为普遍的彩色图像。所以, 可以利用本算法在Internet和其他应用VQ压缩的环境下, 有效地实现数字水印的嵌入和提取。

1 VQ编码

矢量量化 (Vector Quantization, VQ) 编码的基本操作包括:将矢量空间分割成有限的、彼此不相交的子空间, 并对每个子空间选择一个代表矢量作为量化结果[4]。将VQ编码用于图像处理时, 首先将图像分割成大小相同的像块。例如512×512的图像按照4×4的尺寸可以分成16 384个像块, 每个像块代表一个16维的矢量, 称为训练矢量。VQ算法就是要从这些训练矢量中找到代表矢量, 组成码书 (Code Book) , 码书中的各矢量称为码字 (Code Word) 。编码时, 对各个训练矢量, 找出码书中最接近的码字对应的索引值, 组成一张索引表。这张索引表就是图像经VQ编码后的压缩数据。

码书的生成算法有很多, 常见的有LBG算法及其各种改进算法[5], 本文采用细胞分裂算法。仍以一张512×512的图像为例, 基本步骤如下:

(1) 将图像切割成4×4的小方格。

(2) 找出所有码字的质心X ( x1, x2, …, xk) 作为初始矢量。

(3) 设细胞分裂的步长为常数值 δ, 将初始矢量X分别减加步长 δ, 形成二个矢量:Y (y1, y2, ..., yk) 、 Z (z1, z2, ..., zk) , 其中yi= xi- δ, zi= xi+ δ, 且当yi< 0时, 取yi= 0, 当zi> 255时, 取zi= 255。

(4) 对Y, Z构成的码书执行LBG算法。即以Y及Z为质心, 将其余各码字归群到这两个质心, 并重新计算各群的质心, 得到Y′ 及Z′。

(5) 将Y′和Z′各分裂成两个矢量, 并重复步骤 (3) 、步骤 (4) , 如此每一次码书大小以2的倍数增长, 一直到产生足够的码字个数。

算法中步长 δ 可以通过实验选取适当值, 比如10。这里的归群, 就是寻找与某矢量最接近的质心并归入其代表的子空间。矢量之间的近似程度由欧几里德失真来度量, 对于矢量Y和X, 定义:

显然失真越小, 近似程度越高。

2基于VQ编码的数字水印技术

Pitas和Kaskalis利用基于统计的数字水印方案的基本原理[6], 提出了数字签名的思想, 这种算法可以有效抵抗二次采样和JPEG压缩攻击。Fridrich提出了一种称为混合水印 (Hybrid Watermarking) 的算法, 它是在Cox提出的DCT变换算法的基础上, 再在中频DCT系数上叠加一扩频信号[7,8,9]。Kundur等人提出基于小波融合的水印嵌入算法, 它是在不同的分辨率下将水印和图像的小波系数相加, 相加前, 将水印的小波系数使用一种人类视觉模型约束进行调制[10]。VQ编码是一种压缩比比较可观, 压缩失真小, 适用范围广的压缩编码方案。本文提出的基于VQ编码的水印策略, 嵌入位置为VQ压缩编码后的压缩域。

2.1水印嵌入

水印嵌入的重要步骤是码书划分。码书划分是指对VQ编码后产生的码书按码字之间的相似度进行划分, 即将彼此最相似的2个或几个码字分在同一子划分中。设一个码书有256个码字, 如果规定码书划分中的每个子划分含2个码字, 则共有128个子划分, 每个码字在对应子划分中的偏移量或为0, 或为1;于是要定位1个码字, 需要1个字节, 字节的高7位用于定位子划分, 字节的最低位用于定位子划分中的码字, 如:第一个码字的索引码为00000000, 第二个码字的索引码为00000001, 第十个码字的索引码为00001001。

当码书划分完成后, 就可以开始水印的嵌入过程, 图1为水印嵌入的原理框图, 详细步骤如下:

(1) 对原图像HI进行VQ编码, 包括:图像分块, 产生训练矢量集, 根据相似度利用细胞分裂法产生码书CB (Code Book) 与索引表IT (Index Table) , 也可以使用公共码书。对CB进行划分, 产生码书划分CD (Code Di-vided) , 每个子划分含2个码字。

(2) 根据嵌入水印信息的比特长度产生相同长度的取值不重复的随机序列Seed K, Seed K的取值范围由索引表的长度决定 (例如:水印图像为32×32的二值黑白图像, 索引表长度为4 096, 则Seed K为长度是1 024, 取值范围是1~4 096的随机序列) ;Seed K作为密钥, 决定水印比特嵌入索引表的哪些位置, 或者说将水印比特嵌入原图像的哪些子方格中。

(3) 取出水印比特流的当前比特位b, 根据密钥Seed K从IT中找到当前索引值index, 根据码书划分CD找到Index码字对应的子划分, 确定Index码字在子划分中的偏移量py。若b = py = 0或b = py = 1 , 则索引表IT中的Index值不变;否则, 将IT中的Index值改为子划分中偏移量为b的码字对应的索引值, 对于图像, 这相当于用子划分中另一个码字对应的子方格内容代替原方格内容。

(4) 重复步骤 (3) , 直至水印比特流结束, 水印嵌入完毕。

可以看出, 算法是通过码书划分来实现水印嵌入的, 过程中可能会用子划分中另一个码字对应的子方格内容代替原方格内容。因此, 如果同一个划分中的两个码字相差较大, 水印嵌入后的VQ压缩数据经VQ解码后, 其图像质量会下降得比较厉害。为解决这个问题, 可以在步骤 (2) 中码书划分CD产生后, 对码书CB进行优化, 优化方法为:对CD中的每个子划分, 用式 (2) 表示同一子划分中两个k维码字的距离:

设定一个阈值TH, 若DS>TH, 表明该子划分中的两个码字相差较大, 可以用式 (3) :

来提高两个码字间的相似度, 从而改善VQ解码后的图像质量。

在上述水印嵌入算法中, 水印嵌入的最大容量取决于原图像大小和子方格大小, 设原图像A × A, 子方格a × a, 则可以嵌入的水印信息量最大为:

本文提出的数字水印策略中, 在VQ编码后嵌入水印, 但水印仍然存在于VQ解码后的图像中。

2.2水印提取

水印的提取过程, 需要有与水印嵌入时相同的码书CB, 密钥Seed K, 如果未经VQ解码, 还需要水印嵌入算法的输出:索引表IT;如果已经经过VQ解码, 则需要解码后的图像 (码书可以与索引表一起通过网络传输至接收端, 也可以是收发端都有的公共码书) 。

图2为水印提取的原理框图, 水印提取的详细步骤如下:

(1) 对码书进行划分, 重新产生码书划分CD。若已经VQ解码, 跳至步骤 (2) ;若未经过VQ解码, 跳至步骤 (3) ;

(2) VQ解码后的图像HO, 对其进行分块, 并产生矢量集。根据密钥Seed K找到嵌入水印位的子方格对应的矢量, 利用码书确定该矢量对应的码字索引值Index, 即找出码书中与该矢量最接近的码字对应的Index。

(3) 直接由IT (Seed K (i) ) 确定嵌入水印位的子方格对应的矢量的Index。i表示当前提取的水印位在完整的水印比特流中的位置。

(4) 找到Index在码书划分中所属的子划分, 根据Index在子划分中的偏移量py, 即当前提取的水印位b=py。

(5) i=i + 1, 重复步骤 (2) ~ (4) , 直到i= length (Seed K) , 水印比特提取完毕, 由水印比特流重新组成水印图像。

3结果与分析

数字水印的优劣主要从嵌入水印后图像的失真程度, 以及对图像做各种处理后水印的鲁棒性两个方面评估。

失真可以用峰值信噪比 (PSNR) 测量。不同分辨率水印嵌入后的灰度图像如图3所示。图3中, 左边“龙” 字为嵌入的原水印, 右边为水印嵌入后的解码图像。

鲁棒性可以通过规范化系数NC (Normalized Corre-lation) 衡量。对嵌入水印的lena图像做各种裁减攻击, 测试结果如图4所示。

其中, 图4 (a) 为1 4白色裁减攻击实验图NC= 0.743 0;图4 (b) 为1 4裁减攻击实验图 (用原图像左上角1 4区域替代解码图的对应1 4区域) NC=0.874 2; 图4 (c) 为1 2白色裁减攻击实验图NC=0.490 7;图4 (d) 为1 2裁减攻击实验图 (用原图像上1 2区域替代解码图的对应1 2区域) NC=0.760 7。

索引裁减攻击是指对算法中的索引表进行裁减, 以试图破坏水印。实验结果如图5所示。

模糊操作又称平滑, 包括领域平均和中值滤波等。模糊攻击是指对解码图像进行模糊操作, 以降低检测出的水印质量或使得接收端检测不出水印。实验结果如图6所示。

下面以彩色图像Linger (128×128) 为例, 嵌入水印图像大小为32×32, 给出彩色图像水印算法的鲁棒性实验结果, 见表1。

4结语

本文提出的水印策略正是利用VQ压缩编码向压缩数据中嵌入水印, 其区别于一般水印算法的特点在于:水印同时存在于压缩数据和解码图像中, 这使得它没有传统传输加密方法的局限性, 同时也让它在传输带宽有限、传输数据量受限制甚至可能有实时性要求的网络环境中有广阔的应用前景。

本文所述的算法, 在今后的研究中可以做如下扩展:每个子划分中含有码字数由2个扩展到2n (本文中n=1) , 则每个子方格可以嵌入的水印比特数为n。例如: 每个子划分中含4个码字, 则子划分中码字的偏移可以是00, 01, 10, 11中的一个, 所以由密钥决定的每个子方格中都可以嵌入2个水印位。另外, 在细胞分裂法的基础上, 进一步改进码字搜索算法及码书生成算法, 从而提高算法中码字的搜索速度和码书的生成速度, 这也是VQ编解码领域的核心问题之一。

摘要：提出一种基于矢量量化压缩编码 (简称VQ编码) 技术的水印策略, 在对原图像进行VQ编码后, 按码书中码字的相似程度对码字进行划分, 根据待嵌入水印图像的大小产生一个随机序列作为密钥, 然后根据密钥在压缩数据的特定位置嵌入水印。提出的水印策略, 其主要特征在于水印既存在于原图像VQ编码后的压缩数据中, 也存在于接收端VQ解码后的图像中。压缩后的数据在数据量上远小于原始数据, 所以由它替代原图像携带水印, 既节省存储空间, 也减小了网络传输时间, 特别适用于网络环境下的水印嵌入和提取。更重要的是, 这种水印策略具有较好的鲁棒性, 能够抵抗诸如裁剪、模糊、JPEG压缩等波形攻击和扭转几何攻击。

关键词：数字水印,矢量量化编码,码书,细胞分裂法,码书划分

参考文献

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[3]LU Zhe-ming, PAN Zheng-xiang, SUN Sheng-he.VQ codebook design based on the modified tabu search algorithms[J].ACTA Electronica Sinica, 2000, 28 (10) :23-26.

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[6]NIKOLAIDIS N, PITAS I.Robust image watermarking in the spatial domain[J].Signal Processing, 1998, 66:385-403.

[7]何军辉, 蔡汉添.一种基于DCT中频的图像水印技术[J].华南理工大学学报, 2001, 29 (12) :57-60.

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[9]程颖, 张明生, 王林平, 等.基于DCT域的自适应图像水印算法[J].计算机应用研究, 2005, 12 (1) :147-149.

数字视频编码:回顾与展望篇6

在过去的30年里,视频编码标准经历了三代跨越,包括ISO/IEC的视频压缩标准MPEG-1,2,4,AVC,HEVC及图像压缩标准JBIG1/2,JPEG, JPEG2000,以及ITU-T H.26X视频压缩标准H.261,2,3,3+,3++,4,5等。此前一直到1996年,中国都在被动采用国际标准。1996年,中国开始基本照搬欧洲的MPEG标准作为自己的标准。 2002年3月18日,在工信部、发改委等国家部委的支持下,AVS在香山科学会议中诞生,开始直面视听产业的标准和专利问题。2006年3月1日,AVS1正式成为国家标准。2013年底,AVS2无损音频编码由IEEE颁布为IEEE 1857.2~ 2013标准并正式出版发行。

目前,AVS标准在中国的地面数字电视中得到应用,已在上海、河北、山西、四川、山东等20个省、市投入使用; AVS数字电视频道已达650个;北京市从2010年部署的200万台高清机顶盒全部支持AVS标准。

截至2012年3月18日,AVS标准组得到了国家发改委、科技部2 000万的资金投入,并有1 000多位科学家加入,共提出200多项技术提案,通过竞争,采纳42项,内含52项专利,共同组成了中国第一个专利池。标准成立以后, 也得到各个地方政府产业基金的支持, 包括23家芯片企业、22个省市地方,4个国家播出AVS频道上千套。这个标准未来的目标是为国家节省上亿元的标准专利费,同时自主专利、自主标准、自主芯片,打造中国芯片的健康产业。

2012年3月18日,AVS十周年庆典大会之际,国家广播电影电视总局和工业和信息化部共同发文成立“AVS技术应用联合推进工作组”,聘任中央电视台丁文华总工程师和北京大学高文院士担任联合专家组组长,年内完成技术测试和产业化等工作,2013年初实现AVS的高清和立体电视的播出。

制定AVS+完全按照AVS工作组的既有流程,遵循AVS知识产权政策。 3月21日推进组发布《面向3D和高清电视广播应用的视频技术征集书》,编码效率的参照对象达到MPEG-4 AVC/ H.264 High Profile。5月7日完成《广播电视先进音视频编解码第1部分:视频》(征求意见稿),征求专家意见。6月1日广电总局标准审查会通过了对《广播电视先进音视频编解码第1部分:视频》广电行业标准的审查。7月10日《广播电视先进音视频编解码第1部分:视频》广电行业标准正式发布。 2013年6月4日,AVS/AVS+颁布为IEEE 1857标准。

AVS+ 是AVS标准的第十六部分。AVS+作为广电的行业标准,从2013年年底开始将在广电的有线电视、地面电视广播、卫星广播等方面全面实施。在码率上,与AVC/H.264 High Profile比较,AVS+码率节省约5%,编码时间则是AVC/H.264的70%。

为了进一步加快推进AVS在中国产业的应用,一定要以运营商作为牵头单位来大力推进。中央电视台是AVS+最主要的应用单位,2013年下半年已经实现高清化的CCTV-10/12/14和CCTV-3/5/8分两批采用AVS+实现了卫星播出。2014年7月起,开始AVS+直播星平台的应用部署。

截至目前,支持AVS+解码芯片的生产企业已超过了10家,并实现了量产。其中,北京博雅华录设计完成了业界第一款专业级的AVS高级芯片,并且形成了嵌入式的编码系统。今年其升级产品BH1200实现了支持AVS+,至此,中国的AVS+产业已可与国际H.264产业相抗衡。

展望——AVS2和AVS3

AVS国标的三个发展方向分别为: 面向移动通信的AVS移动档,面向高清应用的AVS加强档,面向视频监控的AVS伸展档。其中,面向高清应用的AVS加强档形成了AVS+,接着形成了国家标准AVS和国际标准IEEE P1857。在今年年底和明年年初将完成AVS2标准。

AVS未来的发展目标是在2018年做出AVS3——云编码标准。目前生活中越来越离不开云技术,云端可以存储视频和照片,利用云编码技术可从群体图像中提取视觉单词,利用视觉词典编码图像视频。目前相关的工作已经开展,在国家自然基金委的支持下,重大课题已经分四大方向,相关的测试结果令人鼓舞。

《数字编码》教学设计评析篇7

西师版小学数学四年级 (上) P26~P28

教学目标:

1) 理解数字编码的意义, 探索数字编码的简单编排方法。

2) 能进行简单的编码, 能运用所学知识解决简单实际问题。

3) 激发对数学的学习兴趣, 培养良好的学习能力。

教学重点:了解数字编码的意义;探索用数字进行编码的方法。

教学难点:1) 运用所学知识解决实际问题, 探索用数字进行编码的方法。

2) 培养概括、逻辑推理能力, 提升数学素养。

教学具准备:多媒体课件、题单、学生收集身份证号码以及其它编码信息。

教学过程:

1 导入新课 (3分钟)

1.1 游戏导入

1) 同学们, 我们来做个游戏, 怎么样?师:老师出示1, 男生起立, 老师出示2, 女生起立, 男生坐下。调整一下位置, 注意安全。

2) 师:加点难度敢不敢?老师要在1前面加一个组数3, 出示31, 第3组的男生起立;出示32, 第3组的女生起立。想一想, 你自己应该是哪两个数字?游戏开始!

1.2 揭示课题

1) 刚才的游戏有意思吗?这里的32表示32个同学吗?表示第32个同学吗?这个32表示_____?师:看来, 数字不仅可以表示数量和顺序, 还可以用来编码。今天我们就一起来学习《数字编码》。 (板书)

2) 看到课题, 你想知道什么?师:大家提的问题都很有价值, 这节课我们就以身份证号码为例来研究数字编码。

【设计意图:以游戏方式展开, 调动学生的兴趣, 粗略感知编码, 并引发学生的数学思考, 可以轻松自然地直奔主题。】

2 认识身份证 (23分钟)

2.1 同桌交流

提问:课前我们收集了身份证号码, 了解了它的相关知识。现在请同学们拿出你们收集的号码, 同桌放在一起, 比一比, 把你知道的说给同学听。

2.2 对比猜想、交流质疑

1) 认识身份编码的组成:课件出示只保留号码的身份证

师:从身份证号码中你都知道了哪些信息?

(1) 学生全部说出身份证号码各部分名称, 师:谁再来说说?

(2) 板书。

(3) 师:引导学生说:看来我们都知道身份证号码前六位是: __中间的8位是: ___后面的三位是: ___最后一位是: ___ (指着板书) 。

2) 质疑——探讨身份编码的规则

过渡语:看来, 同学们了解的身份证信息真多!对于身份证号码你还有什么不明白的?

(1) 地址码。

预设: 学生:我的爸爸妈妈都是51开头, 我的却是50, 这是为什么?师:这个问题问得好!你的地址码是:500109老师板书在510215的上面。统计:地址码是500109请举手!看来这个问题还不是你一个人的, 谁来解答? (我觉得可能是和直辖有关……) !正如这位同学说的, 这里的51表示什么?02表示什么?15表示什么?

(2) 日期码。

预设:如果学生没有提出日期问题:同学们提出了很多问题, 不知大家注意没有, 这里的01表示?为什么不用1表示呢?还有吗?这儿的0能少吗?为什么?

(3) 顺序码。

预设:

生:顺序码是什么一意思呢?

师:你们想知道吗?

其实顺序码就是指同一个地址码、同一天出生的人在办理身份号码时候, 派出所要按一定的顺序编号, 编号的时候有个原则, 就是把单数分配给男性, 双数分配给女性。比如第一个女性就是000, 第二个女性就是002, ……第一个男性就是001。因此我们也把顺序码第三位, 也就是第17位称作性别码。老师手指板书中的第17位性别码说:马上看看自己第17位都是什么数字?男同学都是?女同学都是?

(4) 校验码

生:我不知道校验码是什么?

生:我的号码最后一位怎么有个X啊?……

预设:老师讲解:对!这个X就是10。校验码就是用来检验身份证真实性的, 它是由前面的17个数字通过很复杂的公式算出一个结果, 再来除以11就得到一个余数, 每个余数会对应一个不同的校验码。这里的X是一个罗马数字, 表示10。

2.3 整体感知身份编码的规则

师:通过刚才的交流、质疑, 我们知道身份证的前六位表示什么?中间这8位表示什么?后边的这三位表示什么?最后一位表示什么?也就是说身份证号码是按照地址码、日期码、顺序码和校验码这样的规则来编码的。

2.4猜猜他是谁?感悟身份编码的特性

1) 认识身份编码的简洁性。

现在, 我们已经知道这个身份证号码的地址是?直辖后也就是重庆市北碚区。出生日期是?性别是?

2) 认识身份编码的唯一性。

(1) 猜一猜。

师:猜猜这个人是谁?下面我们到同名同姓网上去搜索一下。

(2) 搜一搜。

师:输入XXX和验证码、点击搜索。一共有几个XXX?

你想知道自己的名字有多少个吗?哪些孩子愿意来试试?如果你对自己的名字有多少个感兴趣, 可以到同名同姓网查询一下。

(3) 感悟唯一性:看来, 只看名字能确定一个人的身份吗?性别呢?出生日期呢?地址呢?能确定我们身份的就是:身份证号码。为什么?

生:因为我们每个人的号码都不同。

3) 了解身份编码的发展变化。

你知道我们现在使用的是第几代身份证吗?你知道身份证的发展变化吗? (课件出示)

【设计意图:本环节有效运用多种学习方式, 为学生营造了一个交流、质疑的广阔空间。有学生课前对编码信息的搜集、整理, 有课上同学之间对于信息的观察、比较、猜测与交流, 有生生、师生之间的质疑、交流, 也有教师对于身份编码中数字所代表含义的补充性讲解, 充分体现了双主共学中师与生的平等地位。】

3 考考你——猜猜小雨的家人 (4分钟)

过渡语:看来, 身份证号码包含的学问真多!你们掌握得怎么样啊?你能根据今天学习的知识找出小雨和他的家人吗?

1) 连线完成第一题。

2) 抽生汇报。

(1) 抽学生回答, 学生一起判断。第一个号码是:第二个是:……全部找对的举手。真厉害!

(2) 你是怎么找出奶奶的?

(3) 小雨呢?

同学们能综合运用性别码和日期码, 还有地址吗的知识来解决实际问题, 真能干!

【设计意图:通过找找小雨及家人解决实际问题, 既提高学生兴趣, 又达到巩固新知的目的】

4 联系生活 (8分钟)

4.1 联系生活——P27页课堂活动第2题 (1分钟)

我们已经了解了编码的一些知识, 在日常生活中, 你还知道哪些有趣的数字编码?

4.2认识邮政编码 (3分钟)

1) 出示明信片。

出示有编码的明信片, 这是什么编码?我们龙凤桥小学的邮政编码是

2) 认识邮政编码。

你能结合这个邮政编码和它对应的文字信息说说400700这个编码的含义吗?邮政编码有什么作用?我们一起来看看。

看了短片, 现在你知道邮政编码的作用了吧?

师:所以, 正确、工整地填写邮政编码才能更好地提高邮政效率。

4.3 实践应用——编门牌号 (4分钟)

过渡语:看来数字编码在我们的生活中真是无处不在, 想不想自己来编一编?

1) 课件出示门牌编码信息。

课件出示:陈老师家住9层4号房。师:请大家给我编一编门牌号吧。

2) 学生编码, 教师巡视收集4种编码情况。板书4种编码:9-4 A-9-4 A-09-04 A-09-4。

3) 明晰编码的方法。

师:老师收集了4个具有代表性的门牌编号, 你赞成哪一种?

【设计意图:当数学与生活紧紧地结合到一起时, 学生就会感受到数学是那么的平易近人、充满乐趣;再让学生尝试一些简单的门牌编码, 正是对这一环节的准确定位。学生在认识了编码之后, 创设这样一个情境, 这是对学到的编码思想与方法的学以致用。】

5 结语拓展: (2分钟)

1) 同学们, 今天我们通过身份证号码学习了数字编码, 你有什么收获?

2) 小结:看来, 同学们的收获真不少!其实在我们的数学书上也有数字编码这个编码又是什么意思呢?带着这个问题课后去研究研究。

《数字编码》教学实录及反思篇8

数字编码是人教版三年上册的星号内容。关于这一课教材给出的提示语只有两点:生活中还有哪些数字编码? 你知道这些编码包含的信息吗?然后要求学生自己练习编学号。我的困惑是: (1) 生活中有大量的数字编码, 要不要把目标定位于“使学生了解常见的数字编码中所蕴含的简单信息和编码的含义”。如果这样定位, 内容多而且学生自己可以查阅, 编写数字编码的时候仍然无从下手。 (2) 数学编码的难点是什么? 教学数字编码多是让同学模仿编写, 那么学生是否真的掌握了为什么需要编码的方式传递信息?如何编码? 如何从编码中提取信息? (3) 我们教学有三个层次———教知识、教方法、教思想。以前我教学数字编码是只是注重知识和方法, 这节课可以给学生什么样的思想呢? 经过查阅、搜集、思考、交流和比较, 最后我决定采用如下方法解决这三个主要问题。

(一) 创设熟悉的情境。

学校里经常会发生学生捡到校牌的情形, 校牌上有学号比如20120122, 2012表示入学年份, 也就表示了年级, 01表示班级, 22表示学号。可是没有学习数字编码前很多孩子对这串数字视而不见, 不能把校牌准确归还。所以就以捡到校牌的情景入手。而生活中其他大量的编码则由老师个人信息为例, 一笔带过, 既介绍了生活中的编码又节省了时间, 最后再让大家说一说生活中的编码。

(二) 通过对已有经验的启发举例体现编码的规则。

在学校每个人都会有自己的八位学号, 在班级每个人的学号只用最后两位表示, 一般便于老师统计人数。学生对已有经验的思考, 很容易理解数字相对于名字更便于统计, 然后, 教师启发比如22能代表某某某吗? 不能, 别的班也有22号, 如何区别呢?加班级代码。那比如是1班的同学, 0122能代表这个某某某吗? 还不能, 因为学校六个年级都有1班。如此类推, 了解编码规则。

(三) 培养唯一、有序、全面的编码思想。

通过数字编码, 让学生体验“为了需要进行编码”, 体验编码中所蕴含的丰富和有效的信息, 体验编码的唯一, 有序和全面的编码思想。感受编码的应用价值, 体验数学求真、求简的魅力。因此, 确定教学目标: (1) 了解邮政编码和身份证号码; (2) 会编写简单的学号; (3) 感受编码的思想, 进一步形成编码意识。

二、课堂实录

(一) 创设情境, 导出课题。

师: (PPT出示李卓凝同学的校牌) 孩子们, 请看屏幕。潘老师今天捡到了这个校牌, 你们也捡到过校牌吗?

众:捡到过。

师:谁帮老师还给李卓凝同学? (举手) 那你打算还给几年几班呢?

生: (预设:四年一班三年一班, 等等)

师:那么李卓凝同学到底在几年几班呢? 其实这串数字编码20120122已经明确地告诉了大家。同学们, 生活中还有很多这样的编码, 比如邮政编码、身份证号码、电话号码、车牌号码、QQ号码等都是数字编码, 它们反映了很多信息, 但需要有一双数学的眼睛才能发现。这节课我们就来学习 (板书:数字编码) 。

(二) 了解邮政编码。

师: (实物出示:信封) 在这个信封上有数字编码吗? (有) 在哪里?

生:右下角138000。

师:谁知道138000是哪里的邮编? (松原市) 哪信封上哪里还会出现邮政编码?

生:左上角。

师:谁来说一说关于邮政编码你都知道了什么?

生:邮政编码由6位数字组成, 前两位代表省、自治区或直辖市, 第三位代表邮区、第四位代表县或市, 最后两位代表投递所。

师: 我的好朋友鲍杰在湖北省荆门市沙洋县五里镇小学当老师, 潘老师想写封信给她。她的邮编是448268。那你知道448268都表示什么吗? (学生答)

师:那么信封上既写地址了又写邮编, 是不是重复啊? (重复和不重复)

师:孩子们, 邮编是实现邮件机器分拣的专用代号。最早是1963年在美国诞生的, 写上邮政编码能快速帮助机器分拣。你看! (PPT播放视频) 因为电脑不能识别中文, 但能识别数字。如果, 人工看汉字分拣邮件, 一小时只能看一小时只能分拣2000件左右, 如用机器看编码分拣, 每小时可提高到2万件到4万件。写邮政编码可以大大加快邮件分拣速度, 减少发送邮件的时间。

师:老师知道, 班级的每位同学都有一个两位的学号, 下面请学号为22的同学到前面来。

生: (到前面来, 并自我介绍) 我叫刘铭。

师:22号一定是刘铭吗? (一定)

师:有没有不同意见?

生:如果其他班同学也在这里, 三年级有6个班就会有6个22号。 22号不一定是刘铭。 (恍然大悟状)

师:那我们可以怎么用数字表示他是1班的刘铭哪? (0122)

师:0122一定能代表一班的刘铭吗?

生: (这回受到了启发) 不一定, 全校六个年级, 每个年级都有1班, 全校会有6个1班的22号。

师:那可不可以用3表示三年级呢? 30122是不是一定能表示现在站在你面前的刘铭?

生: (思考, 小声讨论) 不能, 因为他会长大, 上4年级以后30122就不能表示他了。我们可以用2013入学年份表示。这样只要在松江小学1—6年级就都能表示他了。 (掌声)

(三) 比较学号设计异同。

师:大家判断一下, 李卓凝同学到底是几年几班的? (四年一班)