數位時代 1

本章概念

數位時代

1

1-1 數位化概念 P.06

認識數位化、二進位數字系統、

資料儲存單位

1-2 資料數位化 P.12

正整數數位化、文字數位化

1-3 聲音數位化 P.16

聲音的取樣、聲音的量化、聲音的編修

1-4 影像數位化 P.26

認識數位影像、影像的取樣、

影像的量化、影像的編修

4

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調控的環境中，我們要親自到博物館參觀，才能一窺廬山真面目。

    隨著資訊科技的進步，現在我們可以藉由電腦、網路等工具，輕易地 透過螢幕近距離觀看文物的面貌，這都是「數位化」的功勞。

5

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數位化概念

1-1 1-1

在資訊科技蓬勃發展之前，文字資料通常是透過抄寫或書籍印 刷而得以保存，影像資料多半是透過照片、圖書、錄影帶等來保存，

而聲音則是藉由錄音帶或唱片來記錄。

隨著資訊科技的發展，不論是文字、影像或聲音等資料，都能 經由數位化存放在電腦或行動載具中，讓我們能隨時隨地帶著走（圖 1-1-1）。

1 ^{認識數位化}

你去小島度假，每天除了 曬太陽還做了什麼？

搬那麼多書去度 假，不累嗎？

我還看完了全套 的哈利波特喔！

我是看電子書啦！

圖 1-1-1 電子書以數位化形式儲存書籍內容，方便保存、攜帶與傳播。

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由於電腦是由各種電子元件所組成，只能接收電路上「高電壓」

和「低電壓」的電流訊號，為了讓電腦能辨別數字、文字、影像、

聲音等資料，我們必須將這些資料轉換成電腦能識別的電流訊號。

我們會以「 1」表示高電壓、「0」表示低電壓，而將資料轉換 成 0 和 1 的數字格式，就稱為「數位化」（圖 1-1-2）。

圖 1-1-2 實體書經由數位化，成為方便攜帶與傳播的電子書。

…01010101…

數位化

在電路中，我們常以 1（高電壓）表示通電，0（低電壓）表示斷電，

因此日常生活中，許多開關上都會標示 1 和 0，用來表示開或關（下圖）。

延伸學習 開關標示

高電壓

低電壓

1 _數

位 時 代

第 章

1-1 1-2 1-3 1-4

1-1　數位化概念

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2 ^{二進位數字系統}

我們平常買東西計算金額時，都是使用十進位數字系統來 計算。十進位的數字由 0 ∼ 9 共十個數字組成，以十為基數，

逢十就進位，不同位數的數字分別有不同的權重（表 1-1-1）。

而像電腦這樣只透過 0 與 1 共兩個數字來表示資料的，就 稱為二進位數字系統。二進位的數字以二為基數，逢二就進位，

不同位數的數字分別代表不同的權重，可透過計算將二進位轉 換為十進位（表 1-1-2）。

想一想，下列這些二進位數字在十進位中分別是多少？

1. (10)

＝ 3. (1011)

＝ 2. (101)

＝ 4. (11011)

＝

手腦並用

表 1-1-1 十進位數字系統的權重與計算方式（以數字「4736」為例）。

數字 4 7 3 6

權重 10

10

10

10

計算方式

(4736)

＝ 4×10

＋ 7×10

＋ 3×10

＋ 6×10

＝ 4000 ＋ 700 ＋ 30 ＋ 6

＝ 4736

表 1-1-2 二進位數字系統的權重與計算方式（以「1101」為例）。

數字 1 1 0 1

權重 2

2

2

2

計算方式

（轉十進位）

(1101)

＝ 1×2

＋ 1×2

＋ 0×2

＋ 1×2

＝ 8 ＋ 4 ＋ 0 ＋ 1

＝ 13 知識快遞

數字右下角標示的 10 或 2， 指 的 是 數 字的基數。以十進位 數 字「13」 為 例，

會表示為(13)₁₀，而 其二進位數字會表示 為(1101)₂。

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延伸學習 數字系統

系統

數字

十進位 二進位 十六進位

0 0 0 0

1 1 1 1

2 2 10 2

3 3 11 3

4 4 100 4

5 5 101 5

6 6 110 6

7 7 111 7

8 8 1000 8

9 9 1001 9

10 10 1010 A

11 11 1011 B

12 12 1100 C

13 13 1101 D

14 14 1110 E

15 15 F

16 16 10

17 17 11

18 18 12

19 19 13

20 20 14

逢 2 回到 0，

進一位 1

＋ 1 1 1 0

逢 2 回到 0，

進一位 加上進位，

逢 2 回到 0，

進一位 加上進位，

逢 2 回到 0，

進一位 1 1 1

1 1 1

＋ 1

1 0 0 0

逢 2 回到 0，

進一位 加上進位，

逢 2 回到 0，

再進一位 1 1

＋ 1 1 1 1 0 0

逢 10 回到 0，

進一位 1

＋ 1 9 1 0

逢 10 回到 0，

進一位 1

＋ 1 1 9 2 0

逢 16 回到 0，

進一位 1

＋ 1 F 1 0

由 0 ～ 9 和 A ～ F 共 16 個字來表示。

你來填填看！

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位 時 代

第 章

1-1 1-2 1-3 1-4

1-1　數位化概念

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請將附件 1 的紙牌剪下，並依下圖順序擺放：

①

8

2³＝8

②

4

2²＝4

③

2

2¹＝2

④

1

2⁰＝1

1. 若紙牌數字向上時，代表紙牌上的數字，背面向上時代表「0」，則：

(1) 各紙牌的數值相加，最大可以組合出多大的數字？

(2) 如何組合紙牌，可讓數字的總和為「13」？

(3) 如何組合紙牌，可讓數字的總和為「7」？

2. 承上題，若紙牌數字向上時記錄為「1」，背面向上記錄為「0」，則：

(1) 四張紙牌能組合出最大的數，應如何表示？

(2) 「13」應如何表示？

(3) 「7」應如何表示？

手腦並用

要將十進位轉二進位，須將數字÷2，再將商數÷2，以此類推，一直 到商數為 0，再由後往前取各步驟的餘數。以十進位的數字「13」為例：

延伸學習 十進位轉二進位

步驟① 13÷2 ＝ 6 餘 1 步驟② 6÷2 ＝ 3 餘 0 步驟③ 3÷2 ＝ 1 餘 1 步驟④ 1÷2 ＝ 0 餘 1

二進位數字為「1 1 0 1」

由後往前取餘數

10

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3 ^{資料儲存單位}

電腦中最小的儲存單位稱為「位元（ bit ）」，一個位元只能表示 0 或 1 這兩個數字。兩個位元可以表示 00、01、10、11 共 4 個數字，三個位元 則可以表示 8 個數字，而 n ^{個位元則可表示} 2

個數字（表 1-1-3）。

表 1-1-3 位元數與表示的數字。

位元數 1 個位元 2 個位元 3 個位元 4 個位元

可表示的 數字

0 1

00 01 10 11

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111

1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 可表示的

數量

2 個數 (2

)

4 個數 (2

)

8 個數 (2

)

16 個數 (2

)

在電腦中， 8 個位元可視為一個單位，稱為位元組（ byte ^{），共可表} 示 2

＝ 256 個數字。以下為電腦常見的儲存單位：

1 byte ＝ 8 bits

1 KB ＝ 1024 bytes ＝ 2

bytes 1 MB ＝ 1024 KB ＝ 2

bytes 1 GB ＝ 1024 MB ＝ 2

bytes 1 TB ＝ 1024 GB ＝ 2

bytes

購買手機或記憶卡時，常看到不同的容 量大小（右圖），這些數字都是由二進位計 算出來的。

例如： 64 ＝ 2

128 ＝ 2

延伸學習 容量大小

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位 時 代

第 章

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1-1　數位化概念

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資料數位化

1-2 1-2

1 ^{正整數數位化}

在上一節中，我們學到 8 位元可以表示 0 ∼ 255 共 256 個數字，若以 8 位元（1 個位元組）的容量來儲存正整數，

每個正整數會固定占用 8 位元的容量。以十進位的數字「23」

為例，轉換成二進位是「 10111」，由於必須使用 8 個位元來 儲存，因此沒有使用到的位元要補 0，記錄為「00010111」。

23 以二進位表示：10111 23 以 8 位元儲存：00010111

共 8 個位元

若以 16 位元（2 個位元組）來儲存正整數，則共可表示 2

＝ 65536 個正整數，也就是 0 ∼ 65535。以十進位的數字

「 147」為例，轉換成二進位是「10010011」，若以 16 位元 表示，沒用到的位元一樣要補 0。

147 以二進位表示：10010011 147 以 8 位元儲存：10010011

147 以 16 位元儲存：0000000010010011

共 16 個位元

想一想，十進位的正整數「1988」，若使用 16 位元儲存 的結果為何？

手腦並用

12

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2 ^{文字數位化}

我們用鍵盤在電腦中輸入的數字、符號、中文、英文等 都屬於文字資料，將這些文字資料轉換成電腦可以理解的內 容之過程，就稱為「編碼」。

1 ASCII 編碼系統

就像設定通關密語或暗號一樣，每個人都能制定自己的 編碼方法，但若要讓不同電腦內的資料可以交互使用，就必 須制定相同的編碼規則，因此美國國家標準協會（ ANSI）

制定了「 ASCII 編碼系統

」。

ASCII 編碼系統最初是以 7 個位元來表示 1 個字元，共 可表示 2

＝ 128 個字元，包含英文大小寫、數字、標點符 號等

（表 1-1-4）。但許多歐洲國家並非使用純英文的字 元，於是後期擴充為 8 個位元，共可表示 256 個字元，適用 於所有拉丁文字字母。

參考下頁表 1-1-4，想一想，下列 ASCII 編碼的翻譯結果為何？

(1) 01001000 ＝ (2) 01100101 ＝ (3) 01101100 ＝ (4) 01101100 ＝ (5) 01101111 ＝

手腦並用

知識快遞

1. 美國資訊交換標準碼 (American Standard Code for Information Interchange，ASCII)。

2. ASCII 編碼系統中除了文字與符號，還包含一些控制字元，例如：

BS 退格 (backspace)、CR 確認 (carriage return，同 enter)、

CAN 取消 (cancel)、DEL 刪除 (delete)。

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第 章

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1-2　資料數位化

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表1-1-4 ASCII 編碼系統

十進位 二進位 字元 十進位 二進位 字元 十進位 二進位 字元 十進位 二進位 字元 000 00000000 NUL 032 00100000 (space) 064 01000000 @ 096 01100000 ` 001 00000001 SOH 033 00100001 ! 065 01000001 A 097 01100001 a 002 00000010 STX 034 00100010 " 066 01000010 B 098 01100010 b 003 00000011 ETX 035 00100011 # 067 01000011 C 099 01100011 c 004 00000100 EOT 036 00100100 $ 068 01000100 D 100 01100100 d 005 00000101 ENQ 037 00100101 % 069 01000101 E 101 01100101 e 006 00000110 ACK 038 00100110 & 070 01000110 F 102 01100110 f 007 00000111 BEL 039 00100111 ' 071 01000111 G 103 01100111 g 008 00001000 BS 040 00101000 ( 072 01001000 H 104 01101000 h 009 00001001 HT 041 00101001 ) 073 01001001 I 105 01101001 i 010 00001010 LF 042 00101010 * 074 01001010 J 106 01101010 j 011 00001011 VT 043 00101011 + 075 01001011 K 107 01101011 k 012 00001100 FF 044 00101100 , 076 01001100 L 108 01101100 l 013 00001101 CR 045 00101101 - 077 01001101 M 109 01101101 m 014 00001110 SO 046 00101110 . 078 01001110 N 110 01101110 n 015 00001111 SI 047 00101111 / 079 01001111 O 111 01101111 o 016 00010000 DLE 048 00110000 0 080 01010000 P 112 01110000 p 017 00010001 DC1 049 00110001 1 081 01010001 Q 113 01110001 q 018 00010010 DC2 050 00110010 2 082 01010010 R 114 01110010 r 019 00010011 DC3 051 00110011 3 083 01010011 S 115 01110011 s 020 00010100 DC4 052 00110100 4 084 01010100 T 116 01110100 t 021 00010101 NAK 053 00110101 5 085 01010101 U 117 01110101 u 022 00010110 SYN 054 00110110 6 086 01010110 V 118 01110110 v 023 00010111 ETB 055 00110111 7 087 01010111 W 119 01110111 w 024 00011000 CAN 056 00111000 8 088 01011000 X 120 01111000 x 025 00011001 EM 057 00111001 9 089 01011001 Y 121 01111001 y 026 00011010 SUB 058 00111010 : 090 01011010 Z 122 01111010 z 027 00011011 ESC 059 00111011 ; 091 01011011 [ 123 01111011 { 028 00011100 FS 060 00111100 < 092 01011100 \ 124 01111100 | 029 00011101 GS 061 00111101 = 093 01011101 ] 125 01111101 } 030 00011110 RS 062 00111110 > 094 01011110 ^ 126 01111110 ~ 031 00011111 US 063 00111111 ? 095 01011111 _ 127 01111111 DEL

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2 Big-5 code（大五碼）

「大五碼」是由臺灣財團法人資訊工業策進會（簡 稱「資策會」）制定的編碼系統，採用 16 位元來編碼，

以 2 個位元組表示 1 個中文字，共收錄了 13060 個中文 字，是繁體中文最常用的中文編碼，普及於臺灣、香港 與澳門。

3 Unicode（萬國碼）

因世界各國制定的文字編碼都不相同，為了讓電腦 能同時處理多國語言混用的情況，「 U nicode ^」將世界 上大部分的語言和符號都統一整理成一套編碼系統。

U nicode 中的每一個字元都有獨一無二的「編碼」，

常以 16 位元來表示 1 個字元，現今的作業系統都是採 用 U nicode ^編碼。

試試看，利用「全字庫中文標準交換碼」網站，查詢自 己姓名的 Big-5 code、Unicode 並記錄下來：

（網址：https://www.cns11643.gov.tw/）

●

姓名為

●

Big-5 code 為

●

Unicode 為

手腦並用

1 _數

位 時 代

第 章

1-1 1-2 1-3 1-4

1-2　資料數位化

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聲音數位化

1-3 1-3

我們的周遭環境中充滿了各式各樣的聲音，聲音是由物體振 動產生聲波，透過空氣、固體、液體等介質傳播，並被聽覺系統 所感知的現象。

每種聲音在我們聽起來都不太一樣，有的大聲、有的小聲、

有的高昂、有的低沉，還有各種不同特色的聲音。這些聲音帶給 我們不同的感受，主要是受到響度、音調、音色這三個因素的影 響（圖 1-1-3）：

響 度 音 調 音 色 聲音的大小，又稱

為音量。聲波的振 幅 越 大、 音 量 越 大。

聲音的高低。聲波 的振動頻率越高、

音調越高。

聲音的特色。由聲 波的波形決定，不 同的人及樂器產生 的波形都不同。

圖 1-1-3 影響聲音的三要素。

振幅

時間 振幅

時間

大聲（振幅大） 小聲（振幅小）

振幅

時間

高音（頻率大）

時間 振幅

低音（頻率小）

音色不同^{（波形不同）}

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1 ^{聲音的取樣}

由於電腦只能接受 0 與 1 的數位訊號，所以聲音必須經過轉 換才能儲存到電腦中，而轉換的方法就是取樣與量化。

聲音的取樣指的是在單位時間內，將聲波切割成數個時間間 隔相等的樣本，而取樣頻率就是在每一秒內，對聲音訊號取樣的 次數，單位為赫茲（ H z ）。取樣頻率越高，所能獲得的資訊就 越多，取樣下來的聲音就會越接近原來的聲音（圖 1-1-4）。

想一想，若 CD 音質的取樣頻率為 44.1kHz，是指 1 秒鐘取樣 幾次樣本？

手腦並用

圖 1-1-4 單位時間內，取樣頻率越高，越接近原音。

振幅

時間

振幅

時間 取樣4次

振幅

時間

振幅

時間 取樣6次

振幅

時間

振幅

時間 取樣12次

1 _數

位 時 代

第 章

1-1 1-2 1-3 1-4

1-3　聲音數位化

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2 ^{聲音的量化}

聲音的量化是將振幅的高度切割成相等的間距，再將落在相 同間距內的樣本歸類為相同的數值。量化的精確度取決於切割間 距的位元數，例如：以 1 位元量化，可將振幅劃分成 2

＝ 2 個 間距；以 8 位元量化，可將振幅劃分成 2

＝ 256 個間距；以 16 位元量化，則可劃分成 2

＝ 65536 個間距。劃分的間距越多，

所記錄的曲線就會越平滑、越接近原本的聲音（圖 1-1-5）。

圖 1-1-5 在取樣頻率固定的情況下，量化的位元數越高，越接近原始聲

波。

振幅

時間

振幅

時間 以1位元量化

振幅

時間

以2位元量化

振幅

時間

以4位元量化 振幅

時間

振幅

時間

18

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一個未經壓縮的聲音檔案大小，可透過取樣頻率、

量化的位元組、通道數 、音檔時間（秒數）來計算：

檔案

大小 ＝ 取樣

頻率 × 量化的

位元組 × 通道數 × 秒數

註

一般電腦的容量是以「位元組」來計算，所以計算檔案大小 時「量化的位元數」要 ÷8，換算成位元組。

知識快遞

通道數指的是聲音的通道 數量，常見的為單聲道及雙 聲道（立體聲），單聲道是 將聲音都儲存在同一個聲道 中；雙聲道則是儲存成左、

右兩個聲道，可以建構出空 間環境的聲音感受。

假 設 有 一 首 １ 分 鐘、 單 聲 道 的 歌 曲， 取 樣 頻 率 為 44.1kHz，並以 24 位元量化，想一想，其數位化後的檔案 大小為何？

手腦並用

因應不同的需求，聲音數位化後的格式也各不相同，

常見的聲音檔格式有 WAV、MIDI、MP3 等。

延伸學習 常見的聲音格式

格式 說明

WAV (.wav)

WAV 檔不會經過壓縮，所以數位化後音質不會失 真，但檔案也相當大，常需編輯聲音檔的使用者 多半會選擇此格式，副檔名為「.wav」。

MIDI (.mid)

MIDI（Musical Instrument Digital Interface，樂器 數位介面）是一種電子樂器的數位化標準，不儲 存聲音，而是記錄聲音的資訊（例如音調、響度 等），所以檔案很小，且音質不比WAV 真實，常 用來記錄以樂器演奏的音樂，副檔名為「.mid」。

MP3 (.mp3)

MP3 檔會經過壓縮，所以檔案容量較小，但音質 只比WAV 稍微失真，對多數使用者的聽覺感受影 響不大，故成為主流的音樂檔案格式，副檔名為

「.mp3」。

1 _數

位 時 代

第 章

1-1 1-2 1-3 1-4

1-3　聲音數位化

19

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3 ^{聲音的編修}

數位化後的聲音檔案，可以透過音樂編輯軟體進行編修，

常見的有 A udacity ^、 W ave E ditor 等。音樂編輯軟體的操作 介面與使用方式大同小異，本書將以 A udacity ^{為例，介紹基本} 操作方法。請利用所學，完成以下任務。

知識快遞

提供多國語言，支 援 WAV、MP3 等 多種檔案格式。

本書畫面使用 Audacity 2.4.1 版本，由於軟體會 不定時改版更新，因此最新版的介面、翻譯，可能與 本書畫面略有不同。

官網：https://www.audacityteam.org/

小安製作了一個動畫，邀請兩位朋友各自在家錄製對 話，分別存成 1-3-1_大吉.wav 、 1-3-2_大利.wav 。現在，

請協助小安剪輯聲音檔，並將剪輯後的檔案輸出為 WAV 與 MP3 的檔案格式。

對話內容：

任務說明

順序 角色 對話

1 大吉 傳染病大流行，我們要維持良好的衛生習慣，才能避 免被傳染！

2 大利 沒錯！那你知道該怎麼洗手才正確嗎？

3 大吉 我 有 看 到 衛 生 福 利 部 的 宣 導 ， 要「 內 外 夾 弓 大 立 腕」！但那個指的是什麼呀？

4 大利 指的是我們用肥皂洗手時，要確實搓揉手掌、手背、

指縫、指背與指節、大拇指及虎口、指尖、手腕。

5 大吉 而且洗完手用清水沖乾淨之後，一定要擦乾！

6 大利 對！養成良好衛生習慣，才能維持身體健康。

檔案 1-3 下載方式請見 P.3

20

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功能表

工具列 時間軸

時間工具列 編輯區

編輯區

Step1 介面說明

1

2 3

1. 匯入聲音檔 ① 點擊 檔案 。 ② 選擇 匯入 。 ③ 點擊 音訊 。

匯入聲音檔 Step2

1 _數

位 時 代

第 章

1-1 1-2 1-3 1-4

1-3　聲音數位化

21

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1

2

2. 選擇檔案

① 選取要匯入的檔案。

② 點擊 開啟舊檔 。

1

2

註

3. 依相同方法匯入兩個聲音檔

① 聲音檔 1-3-1_大吉 。 ② 聲音檔 1-3-2_大利 。

註

如果有麥克風的話，也可 以點擊「 」，自行錄製 聲音檔。

1 2

1. 將其中一個聲音檔靜音 ① 點擊 靜音 。

② 被靜音的聲音檔會呈現灰 色的。

Step3 靜音

22

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2

1

1. 播放聲音檔

① 點擊欲開始聆聽的位置。

② 按下「 」。

1

2

2. 暫停播放 ① 按下「 」。

② 目前播放到的位置。

播放與暫停 Step4

1 註 3

4

2

1. 刪除不需要的片段 ① 點擊 選擇工具 。

② 拖曳選取不需要的區域。

③ 點擊 編輯 。 ④ 點擊 刪除 。

註

亦可直接點擊工具列上的

「 」剪下不需要的區域。

Step5 編輯聲音

1 _數

位 時 代

第 章

1-1 1-2 1-3 1-4

1-3　聲音數位化

23

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3 1 4

2 註

2. 複製特定的聲音片段 ① 點擊 選擇工具 。 ② 拖曳選取需要的區域。

③ 點擊 編輯 。 ④ 點擊 複製 。

註

亦可直接點擊工具列上的

「 」進行複製。

3 1

4 2

註

3. 在指定位置貼上聲音片段 ① 點擊 選擇工具 。 ② 點擊欲貼上的位置。

③ 點擊 編輯 。 ④ 點擊 貼上 。

註

亦可直接點擊工具列上的

「 」貼上聲音片段。

1

4. 貼上的聲音片段

24

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3 1

2

1. 匯出 WAV 檔 ① 點擊 檔案 。 ② 選擇 匯出 。

③ 點擊 匯出為 WAV 。

3 1

2

2. 匯出 MP3 檔 ① 點擊 檔案 。 ② 選擇 匯出 。

③ 點擊 匯出為 MP3 。

匯出聲音檔 Step7

請比較看看，匯出的 WAV 檔和 MP3 檔，哪種檔案比較小？

手腦並用

1

1. 刪除不需要的聲音檔

① 在不需要的聲音檔上，點 擊「×」。

刪除聲音檔

Step6 1 _數

位 時 代

第 章

1-1 1-2 1-3 1-4

1-3　聲音數位化

25

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影像數位化

1-4 1-4

1 ^{認識數位影像}

傳統相機拍攝的影像會存在底片中（圖 1-1-6），底片 要沖洗成照片後才能觀看，而數位相機拍攝的影像會直接記 錄為數位檔案，讓我們可以隨拍隨看。常見的數位影像可分 為「點陣圖」與「向量圖」兩種。

1 點陣圖

點陣圖是由若干個小方塊所組成，這些小方塊就稱為

「像素（ P ixel ）」，每一個像素都有單一的色彩和明確的位 置，會決定影像呈現的樣貌。

點陣圖檔中記錄了影像的所有資料，所以打開影像時，

顯示的速度較快，但檔案較大，當影像放大時會失真，且影 像邊緣會出現一格一格的鋸齒（圖 1-1-7）。

解析度（Dots Per Inch，DPI）指的是將每一英吋長度內的 畫面切割成幾份。例如 300 DPI，表示每一英吋的長度，切分 為 300 等份。同樣的畫面大小，解析度越高，影像就越清晰。

延伸學習 影像的解析度

圖 1-1-7 點陣圖放大後可看到影像是由數個小

方塊組成，每一個小方塊就是一個像素。

圖 1-1-6 傳統相機利用底片 儲存拍攝的影像。

26

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2 向量圖

向量圖是以數學公式來記錄影像資訊，例如：圓形的圓 心坐標、半徑、顏色等，因此就算放大影像，只要重新計算 數學公式之後再依比例變更，就能畫出相同的圖形，影像不 會失真，且檔案較小（圖 1-1-8）。

圖 1-1-8 向量圖放大後邊緣沒有鋸齒狀。

2 ^{影像的取樣}

影像的取樣是將影像切割成多個大小相同的方塊（圖 1-1-9），若在固定範圍內所切割的方塊越多，呈現的畫質就 越精細，常以寬 × 高來表示，例如 1024×768，表示將圖片 的寬切成 1024 等分、高切成 768 等分。

若將 4×6 英吋的照片，使用掃描器以 300 DPI 數位化，想 一想，影像的寬、高各被切成幾等分？

手腦並用

圖 1-1-9 取樣的數量越多，影像會越接近原始圖片。

以20×20 取樣 以10×10

取樣

1 _數

位 時 代

第 章

1-1 1-2 1-3 1-4

1-4　影像數位化

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3 ^{影像的量化}

1 灰階影像

影像的量化是以特定的數值來表示像素的亮暗程度，

在灰階影像中，使用 1 個位元量化時，只能表示 0（暗）與 1（亮）兩種顏色（圖 1-1-10）；以 8 個位元量化，則可表

示 2

＝ 256 種不同亮暗程度的灰色（圖 1-1-11）。

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 010 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 01 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

2 彩色影像

紅、綠、藍（ R ed G reen B lue ^， RGB）三個顏色稱為光學三原色，電腦中的數位 影像色彩就是由不同亮度的 RGB 光點所形成（圖 1-1-12）。以 8 位元的彩色影像為例，

RGB 三種顏色各以 8 個位元表示，因此每個像素會使用 8×3 ＝ 24 位元（圖 1-1-13）。

圖 1-1-11 以不同位元量化的灰階影像。位元數越多，影像的灰階變化就越自然平順。

A

0 1

B

0 7

C

0 255

A

R

G B

圖 1-1-12 RGB 色彩。

C

B

28

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因應不同的需求，影像數位化後的格式也各不相同，常 見的影像格式有 BMP、JPEG、GIF、PNG 等。

延伸學習 常見的影像格式

格式 說明

BMP (.bmp)

BMP 取自點陣圖的英文 bitmap，支援 1 位元到 24 位元的色彩，BMP 檔不會經過壓縮，所以檔 案較大，副檔名為「.bmp」。

JPEG (.jpg)

JPEG（Joint Photographic Experts Group，聯合 圖像專家小組）是一種影像檔案壓縮格式，支援 24 位元的色彩，JPEG 檔會經過壓縮，所以檔案 較小，但若壓縮的程度越高，影像也會越失真，

副檔名為「.jpg」。

GIF (.gif)

GIF（Graphics Interchange Format，圖形交換格 式），只支援8 位元的色彩，也就是 256 色，但 可儲存多重影像，製作出動畫的效果，副檔名為

「.gif」。

PNG (.png)

PNG（Portable Network Graphics，可攜式網路 圖形），支援24 位元的色彩及透明度，PNG 檔使 用的是非破壞性壓縮，所以影像較不會失真，但 檔案通常會比JPEG 大。

0

255 0

255 0

255 圖 1-1-13 以 RGB 各 8 位元表示影像色彩。

1 _數

位 時 代

第 章

1-1 1-2 1-3 1-4

1-4　影像數位化

29

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4 ^{影像的編修}

數位化後的影像檔案，可以透過影像編輯軟體來進行編修，常 見的有 P hoto C ap ^、 GIMP、A dobe P hotoshop ^等，其中 P hoto C ap ^是 由臺灣的程式設計師 J ohnson W ang 所開發，是一款免費的影像編 輯軟體。影像編輯軟體的操作介面與使用方式大同小異，本書將以 P hoto C ap 為例，介紹基本操作方法。請利用所學，完成以下任務。

【參考成品】

小安參加畢業旅行時拍攝了一張風景照，想製作成年曆以便收 藏，但照片有點歪斜，且畫面中有一些雜物，需要透過影像編輯軟 體來後製。請協助小安編輯檔案 1-4-1.jpg ，完成年曆的製作！

任務說明

原圖 修圖後

檔案 1-4 下載方式請見 P.3

本書畫面使用 PhotoCap6.0 版本。若使用不 同版本，介面可 能與本書畫面略 有不同。

30

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功能表

選項列 工具列

圖層 面板

物件工具列

編輯區 工具組

Step1 介面說明

1

1. 匯入影像檔 ① 點擊 載入 。

1

2

2. 選擇檔案

① 選取要匯入的檔案。

② 點擊 OK 。

匯入影像檔 Step2

1 _數

位 時 代

第 章

1-1 1-2 1-3 1-4

1-4　影像數位化

31

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1

2

3

※目標： 將影像畫面轉正，

並裁切多餘畫面。

1. 旋轉影像 ① 點擊 影像 。 ② 點擊 旋轉版面 。 ③ 點擊 任意角度旋轉 。

1 2

註

2. 依需求調整旋轉角度 ① 設定旋轉角度。

② 點擊 OK 。

註

勾選 顯示格線 ，可輔助確 認影像的角度。

旋轉與裁切 Step3

若拍照時相機未保持水平，畫面就會產 生歪斜的情況。我們可以利用影像編輯軟 體旋轉、裁切影像，修正畫面的呈現結果。

經過旋轉、裁切，會損失四周的影像，

建議拍攝時就掌握好構圖與水平。

32

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1

2

※目標： 讓影像的亮度接近 真實色彩。

1. 調整亮度／對比 ① 點擊 影像 。

② 點擊 亮度 / 對比調整 。

原圖 調整後

1

2

註

2. 調整濾鏡效果

① 依需求調整亮度與對比的 數值。

勾選「自動預覽」，可在 調整時預覽效果。

② 點擊 OK 。

調整亮度、對比 Step4

影像的亮度易受到拍攝時的光線強度、角度等影響，若天候不佳或燈光不足，

拍攝出來的影像往往太暗，此時可利用影像編輯軟體調整影像的亮度，使影像更 加明亮。

此外，隨著亮度提升，有時影像會變得灰濛濛的，彷彿覆蓋一層薄霧，我們可 以藉由調整影像的對比度，強化亮處與暗處的差異，讓影像更清晰。

1 3

4 5

2

3. 裁切影像

① 點擊 選取工具 。

② 框選欲保留的影像範圍。

③ 點擊 影像 。 ④ 點擊 裁切 。 ⑤ 點擊 選取裁切 。

1 _數

位 時 代

第 章

1-1 1-2 1-3 1-4

1-4　影像數位化

33

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1

2

※目標： 調整影像的顏色與 色彩濃度。

1. 調整 RGB 顏色 ① 點擊 影像 。

② 點擊 RGB 顏色調整 。

1 2

2. 依需求調整顏色

① 調整影像的 RGB 顏色。

② 點擊 OK 。

1

2

3. 調整影像的飽和度 ① 點擊 影像 。

② 點擊 色相 / 飽和調整 。

調整顏色、飽和度 Step5

影像拍攝時的光源會影響影像畫面的顏色，可能使影像產生偏紅、偏綠、偏藍 等狀況，為了使顏色更接近真實色彩，我們可以利用影像編輯軟體，直接調整影 像的顏色。另外，若影像的色彩不明顯，也可以調整色彩的飽和度，增加色彩顏 色的濃度，使畫面更加鮮豔。

34

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1

2

4. 調整色相與飽和度

① 依需求調整影像的色相及 飽和度。

② 點擊 OK 。

前面介紹過電腦的色彩是由 RGB 三原色混合而 成，然而要以 RGB 形容一個顏色時，必須分別指出 RGB 三 色 的 數 值 為 何， 例 如： 粉 紅 色 為 R255、

G51、B204，對人類而言非常難辦到。

因此在處理影像時，常使用較接近人類對於顏 色認知的 HSV（Hue Saturation Value）彩色模型，

以色相、飽和度、明度組成的圓柱坐標系統來表示 顏色：

●

色相（H）：人眼所感受到的顏色，例如：紅色、

綠色、藍色等。

●

飽和度（S）：色彩的彩度，也就是色彩鮮艷、混 濁的程度。飽和度越高顏色就越鮮艷，飽和度變低 則會逐漸變灰色。

●

明度（V）：色彩的明暗程度，明度越高的色彩越 亮，明度越低的色彩越暗（越接近黑色）。

延伸學習 HSV 彩色模型

色相 Hue

明度 Value

Saturation飽和度

1 _數

位 時 代

第 章

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1-4　影像數位化

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1. 目標：修掉圖中的雜物

2 1

2. 開啟仿製筆刷

① 點擊筆刷工具旁的 ▼ 。 ② 點擊 仿製筆刷 。

2

1

3. 設定仿製目標

① 利 用 S h i f t 鍵 ＋ 滑 鼠 左 鍵，點擊要仿製的目標位 置。

② 在要修掉的目標周圍，點 擊滑鼠左鍵並拖曳滑鼠。

註

修圖時，可隨時重新調整 目標位置，修圖效果會更 自然。

利用筆刷仿製影像內容 Step6

若想去除照片中的部分影像，例如：雜物、臉上的疤痕或斑點，我們可以利用 修圖的方式進行處理，其中，「仿製筆刷」可用來複製局部的影像畫面，覆蓋不 滿意的地方。

36

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1

2 3

※ 目標：讓影像變成彩色素 描。

1. 套用彩色描邊的濾鏡 ① 點擊 濾鏡 。 ② 點擊 藝術風 。 ③ 點擊 彩色描邊 。

1

2

原圖 彩色描邊

2. 調整濾鏡效果 ① 依需求調整效果。

② 點擊 OK 。

Step7 套用濾鏡

4. 修改完成

若希望影像擁有特殊效果，例如：素描、油畫、模糊、扭曲等，可套用影像編 輯軟體提供的「濾鏡」，方便我們依需求為影像增添特殊效果，省去逐步修改調 整的麻煩。

1 _數

位 時 代

第 章

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1

※目標： 繪製如底片膠捲般 的相框。

1. 繪製圖形

① 點擊 向量圖形物件 。

1

2

2. 繪製矩形

① 選擇出現的矩形。

② 點擊 OK 。

Step8 繪製相框

影像編輯軟體除了針對影像內容進行編修，也可自行繪製物件來豐富畫面的呈 現，例如自行加上圖形、符號，或為影像繪製外框等。

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2 1

3. 修改物件屬性 ① 選擇出現的矩形。

② 點擊 物件屬性設定 。

4

2

3

1

4. 修改顏色 ① 點擊顏色。

② 選擇黑色。

③ 點擊 確定 。 ④ 選擇 OK 。

1

5. 調整圖形大小

① 按著 Shift 鍵＋滑鼠左鍵 不放，拖曳移動調整圖形 大小。

註

若未按著 Shift 鍵，則會 鎖定長寬比，等比例縮放 圖形。

1 _數

位 時 代

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1

2

6. 依相同方法繪製圓角矩形 ① 繪製一個圓角矩形。

② 複製貼上多個圓角矩形。

註

可按鍵盤 Ctrl ＋ C 、 Ctrl ＋ V ，快速進行複 製貼上。

4

5 3

2

1

7. 平均分布圓角矩形的位置 ① 將一個圓角矩形移至最右

方。

② 在圖層區按下 Shift 鍵，

選取所有的圓角矩形。

③ 在任一圓角矩形上，按滑 鼠右鍵，點擊 物件分佈 。 ④ 點擊 依平均距離 。 ⑤ 點擊 OK 。

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2 1

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8. 將圓角矩形排列於相同高度 ① 在任一圓角矩形上，按滑 鼠右鍵，點擊 物件對齊第

一個選擇的物件位置 。 ② 點擊 （向上對齊）。

③ 點擊 OK 。

9. 完成單邊相框

2

1

10. 完成相框

① 複製相框到畫面下方。

② 繪製矩形完成相框左右的 黑邊。

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位 時 代

第 章

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1-4　影像數位化

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除了手動繪製相框之外，我們也可以直接套用 PhotoCap 中內建的相框模板：

延伸學習 套用相框模板

1

1. 增加圖片外框

① 點擊 加外框 。

註

2

1

2. 選擇外框

① 選擇適合的外框。

② 點擊 OK 。

註

選擇外框時，可一邊預 覽效果。

3. 完成

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1

1. 套用年曆模板 ① 點擊 套模板 。

3 2

1

2. 選擇模板

① 選擇適合的模板。

② 勾選 回 PhotoCap 主畫面時 將套上模板的結果物件化 。 ③ 點擊 OK 。

Step9 製作年曆

除了基本的影像編修、繪圖之外，影像編輯軟體也常提供特定的模板，例如：

月曆、拼圖、證件照等，讓使用者能快速套用。

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位 時 代

第 章

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1-4　影像數位化

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3

3. 修改年曆標題

① 滑鼠雙擊年曆標題。

② 輸入年份。

③ 點擊 OK 。

5

4 1

2 3

4. 修改年曆日期 ① 滑鼠雙擊月曆。

② 輸入年份。

③ 輸入月份。

④ 調整文字顏色。

⑤ 點擊 OK 。

5. 完成年曆

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1-1 數位概念

1. 將資料轉換成「1」與「0」的數字格式，就稱為「數位化」。

2. 電腦中最小的儲存單位為「位元（bit）」。

3. 一個位元只能表示 0 或 1 這兩個數字；n 個位元可表示 2

個數字。

1-2 資料數位化

1. 儲存正整數時，必須將十進位的數字轉成二進位，且沒有使用到的位元要補 0。

例

(1) 以 8 位元儲存數字「23」：00010111

(2) 以 16 位元儲存數字「23」：0000000000010111

2. 將文字資料轉換成電腦可理解的內容之過程，就稱為「編碼」：

(1) ASCII code：收錄英文、拉丁文字字母。

(2) Big-5 code：收錄繁體中文字，普及於臺灣、香港及澳門。

(3) Unicode：收錄了世界上大部分的語言和符號，是現今最廣泛使用的編碼。

1-3 聲音數位化

1. 影響聲音的三要素為「響度」、「音調」、「音色」。

2. 聲音訊號必須經過「取樣」與「量化」才能儲存到電腦中。

定義 影響

取樣 在單位時間內，將聲波切割成數個時間

間隔相等的樣本。 取樣頻率越高，越接近真實聲音。

量化 將振幅的高度切割成相等的間距，再將 相同間距內的樣本歸類為相同的數值。

在取樣頻率固定的情況下，量化的位元 數越高，越接近原始聲波。

1-4 影像數位化

1. 常見的數位影像可分為「點陣圖」與「向量圖」兩種：

點陣圖

由若干個像素組 成，影像放大時 會失真。

向量圖

以數學公式來記 錄影像資訊，放 大時較不失真。

2. 影像的取樣是將影像切割成多個大小相同的方塊，常以寬 × 高來表示。

3. 影像的量化是以特定的數值來表示像素的亮暗程度。

第 1章 學習重點 1 _數

位 時 代

第 章

第1章　數位時代

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科技廣角

在本 章 中，我 們 學到電腦的文字有 ASCII、B ig -5 C ode ^、 U nicode ^等不同 的編碼系統，常見的中、英文字可經由注音、倉頡、嘸蝦米、英數等輸入法打 出來。若想輸入特殊符號（例如：①②③▲◎

），我們也可以利用中文輸入 法，以 U nicode 的編碼打出指定的字元（不同作業系統的操作方式不同，下方以 W indows ^為例）。

1. 將輸入法切換為「新注音」（中文、半形模式）。

2. 點擊鍵盤左上角的「`」。

3. 點擊鍵盤上的英文字「U」。

4. 依需求輸入符號的編碼（下表）。

註

數字必須使用鍵盤注音符號上方的數字鍵輸入，不可用鍵盤右側的數字鍵。

5. 點擊鍵盤上的 E nter ^。

符號 編碼 符號 編碼 符號 編碼 符號 編碼 符號 編碼

← 2190 ① 2460 ▣ 25A3 ☀ 2600 ♥ 2665

↑ 2191 ② 2461 ▲ 25B2 ☁ 2601 ♦ 2666

→ 2192 ③ 2462 ▶ 25B6 ☂ 2602 ♧ 2667

↓ 2193 ④ 2463 ▼ 25BC ★ 2605 ♨ 2668

↔ 2194 ⑤ 2464 ◀ 25C0 ☆ 2606 ♩ 2669

↕ 2195 ⑥ 2465 ◈ 25C8 ♠ 2660 ♪ 266A

↖ 2196 ⑦ 2466 ○ 25CB ♡ 2661 ♫ 266B

↗ 2197 ⑧ 2467 ◎ 25CE ♢ 2662 ♬ 266C

↘ 2198 ⑨ 2468 ● 25CF ♣ 2663 ♭ 266D

↙ 2199 ⑩ 2469 ◑ 25D1 ♤ 2664 ♮ 266E

特殊符號

與表情符號

範例 輸入 `U2665 畫面 ♥

利用鍵盤輸入 Unicode 編碼

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時，僅用文字表達心情顯得不夠生動，因此開始出現了 各種以文字為基礎的表情或圖片，稱為「 ASCII 藝術」。

ASCII 藝術可以是 2 ∼ 3 個字元組成的表情符號，

也可以是多行文字組成的大型圖片，常使用於網路論壇、

電子布告欄系統（ BBS）等以呈現文字為主的系統中。

西元 1982 年，美國卡內基美隆大學的史考特．法 爾曼教授，忙著清除孫子在電腦上亂按出來的符號時，

發現「 :-)」奇妙地組合成一張側躺的笑臉。

後來，法爾曼在論壇中提出使用「 :-)」作為代表笑 臉的表情符號，並獲得大家一致贊同，所以人類歷史上 第一張電腦笑臉就此誕生，而網路表情符號也因此大為 盛行。

史 考 特 ． 法 爾 曼

（Scott Elliott Fahlman，

西元1948年～）。

第一張電腦笑臉

以 ASCII 藝術繪製蒙娜麗莎

ASCII 表情 說明 ASCII 表情 說明 ASCII 表情 說明

:-D 開心 ^_^ 高興 (︶︿︶) 不滿

:-( 難過 T_T 哭泣 (￣￣﹁￣￣) 流口水

:-P 吐舌頭 = = 無言 b（￣▽￣￣▽￣）d 豎起大拇指

;-) 眨眼 (×_×) 暈倒 づ￣￣ 3￣￣)づ 飛吻

:-x 閉嘴 (⊙_⊙) 震驚 ╮╮(￣▽￣￣▽￣)╭╭ 攤手 :-O 驚訝 *\(^_^)/* 加油 (╯￣╯￣皿￣￣)╯╯ 憤怒 常見的 ASCII 表情

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第1章　科技廣角

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