模块一信息的特征及信息的编码

课本：信息是指数据、信号、消息中所包含的意义。香农：信息是“用来消除不确定的东西”。信息的特征普遍性依附性共享性价值性时效性真伪性不完全性传递性什么是信息技术信息技术是指在信息的获取、整理、加工、存储、传递和利用过程中所采用的技术和方法。第一次：语言的产生第二次：文字的发明第三次：造纸术和印刷术的发明第四次：电报、电话、电视、广播的发明第五次：电子计算机和现代通讯技术的发明计算机怎么区分0和1？高低电平是把高于某一电平的信号作为高电平，把低于某一电平的信号作为低电平，因而产生0、1这样的二进制数；在计算例如：5+6=？这样的式子时，要先把5和6转换成二进制数，再相加，然后再转换成十进制数•那为什么不将电平多分几段，进而使计算机用我们习惯的十进制呢？因为信号传输过程中会出现各种干扰因素，使电平水平发生波动，如果使用10档电平的话，比如5可能在传输中变成6或者4（变高或变低）这样运算就出错了而用两档电平的好处就是不论你怎么变只要不超过那个高低电平的分界点，他们就不会出错，这样准确度大大提高另外一个重要因素：双电平电路设计非常简单，设计成本低也是一个重要因素十进制转换为二进制除二取余运算。在学习小数以前，我们遇到5÷3=？怎么做的呢？5÷3=1……2商是1余数是2对任何一个自然数除以2会有什么结果，它的余数有哪些？数制数制：是用一组固定的数字和一套统一的规则来表示数目的方法。常见的数制：十进制，二进制，十六进制，八进制……数制也称计数制，是用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。人们通常采用的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制。数码：数制中表示基本数值大小的不同数字符号。例如，十进制有10个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。位权：数制中某一位上的所表示数值的大小（所处位置的价值）。例如，十进制的123，1的位权是100，2的位权是10，3的位权是1。二进制代码的特征1、基本数码：0、1。2、采用逢二进一的进位规则。3、每个数码在不同的数位上，对应不同的权值。例，十进制数157它可以展开为:(157)10=1×102＋5×101＋7×100而二进制数1101它可以展开为：(1101)2=1×23+1×22+0×21+1×20其中每一位乘的值：102、101、100、23、22、21、20为该位的权。（111）a=1×a2+1×a1+1×a0进位制的转换由于计算机中存储和处理的数据都为二进制数，而为了书写，阅读方便，用户在编程中一般使用十、十六进制形式表示一个数，因此各种数制之间经常需要进行转换。十进制二进制001121031141005101611071118100091001101010书写规则：十进制100=100D=(100)10二进制100=100B=(100)2方法是：把各个非十进制数展开求和即可。数制间的转换（1）二进制与十进制的转换①二进制数转化成十进制(1011)2=1×23+0×22+1×21+1×20=(11)10②十进制数转化成二进制数：顺序规则可概括为“先余为低，后余为高，即最后的余数为高位，依次向低位”。当把十进制数转化成二进制数时，应采用“除二取余”，一直除到商为0结束十进制数59，在计算机内对应的二进制是多少？259229……120系数低214……121系数27……022系数23……121……10……12n系数高∴5910=（111011）2数制间的转换十进制二进制十六进制0001112102311341004510156110671117810008910019101010A111011B121100C131101D141110E151111F书写规则：十六进制100=100H=(100)16计算机中存储信息的单位位（bit）：位是表示信息的最小单位，表示一位二进制信息。字节(byte)：用8位来存放信息，称为一个字节。字节是计算机存储信息的基本单位。常用的单位有：B1B=8bKB1KB=210B=1024BMB1MB=210KB=1024KBGB1GB=210MB=1024MBTB1TB=210GB=1024GBPB1PB=210TB=1024TBEB1EB=210PB=1024PB1.2.2字符编码为了能让计算机存储、处理这些数据，需要为每个字符规定一个二进制形式的代码。十进制中的运算规则是人为规定的，同样的，字符转化为二进制的规则也是人为规定的，但是如果每个国家都制定各自的方案，那么世界上将会有成千上万种的转换方式，这样就会给国家或地区之间的通信造成极大的不方便。因此，为了便于信息之间的交换，使通信变得更加快速，国际上统一制定了一种字符编码，即ASCⅡ码(美国信息交换标准代码)。ASCⅡ码简介ASCⅡ码是美国信息交换标准委员会制定的7位二进制码，共有128种元素(详见书本的第6页表1.2.3ASCⅡ字符编码表)。它包括两部分：94个图形字符码和34个控制符码，图形字符码包括52个大小写英文字母、10个数字符号、32个标点及其他常用符号(如@$%等)。其中34个控制符不可以打印显示，而其余的94个可以全部打印显示出来。为什么7位二进制数就能够表示出128个代码呢？计算机中的存储器用来存储计算机运行时的数据、程序等，它在存放ASCII码时，占用1个字节（Byte），相当于8位二进制数，在存放ASCⅡ码时占用一个字节的右面7位，剩下的最左面一位用“0”填充。例如：小写字母“a”的ascii码是65，65的二进制是1000001，小写字母“a”在计算机内存储为01000001如果内存中有一个字节的内容是65，它究竟代表的是65这个数值，还是表示字母“A”,或是其它呢？计算机中会设置相应的数据类型加以区分这些数码，也就是说首先将他们归类，然后再进行相应的机器识别。编程语言会要求程序员指定数据类型以便计算机加以区分。例：如果规定显示的为字符类型，则这个65就表示字母“A”；如果规定为数值类型，那么这个65它就表示65这个数值。1.2.3汉字编码汉字与西文字符一样，也是一种字符，在计算机内同样是以二进制代码形式表示的。计算机系统B汉字输入汉字编码处理的有关部件汉字输出汉字信息交换计算机系统A汉字输入、处理、输出编码关系图1.汉字输入汉字输入两大类方法：一类是自动识别方式，包括汉字字形的自动识别（例如：手写输入）和汉字语音的自动识别（例如：语音输入）；另一类就是将汉字编码输入，这种用来将汉字输入计算机的编码称为输入码（又称外码）。阅读教材P7回答输入码有那些种类？（1分钟）按照汉字的音特征编码，称为音码（如只能拼音码、搜狗拼音输入法、QQ拼音输入法等等）；按照汉字的形体结构特征编码，称为形码（如五笔字型码）以字音为主，辅以字型特征的编码，称为音形码。反之，则称为型音码。音码形码音形码音码1.2.3汉字编码计算机系统B汉字输入汉字编码处理的有关部件汉字输出汉字信息交换计算机系统A汉字输入、处理、输出编码关系图2.交换码为了方便各种数字系统（不仅是计算机系统）之间的汉字信息的通信交换，早在1981年，国家颁布了编号为GB2312-80的标准《信息交换用汉字编码及字符集》，这种汉字信息交换用的代码又称为区位码。010203…92939401…………………02………………………………………16啊阿埃…包褒剥17薄雹保…秉饼炳……………………94…………………位区区位码分成94个区，每个区包含94个位，构成一张94×94个单元格。在计算机中，用第一个字节标记区，第二个字节标记位。一个字节（byte）占用八位二进制数000000010000001000010000000100010101111000000001000000101.2.3汉字编码计算机系统B汉字输入汉字编码处理的有关部件汉字输出汉字信息交换计算机系统A汉字输入、处理、输出编码关系图3.处理码处理码是计算机内部用于信息处理的汉字代码，也称汉字机内码。计算机内部怎么区分汉字编码和ASCⅡ码？为了在计算机内部能够区分是汉字编码还是ASCⅡ码，将区位码的每个字节的最高位设置为“1”，并将区号和位号各增加一个适当的常数，构成汉字机内码。这样，汉字机内码的每个字节都大于128，而每个西文字符的ASCⅡ码值均小于128。1.2.3汉字编码计算机系统B汉字输入汉字编码处理的有关部件汉字输出汉字信息交换计算机系统A汉字输入、处理、输出编码关系图4.字形码为了汉字的输出显示和打印，需要描述汉字的字形，汉字字形通常有两种表示方式：点阵方式和矢量方式。这种对汉字字形的编码，称为汉字的字形码。（注意：这里的“形”是形状的形，意思就是输出这个汉字的样子。）字形码汉字点阵码是一种用黑白两色点阵来表示汉字字形的编码，一个16X16点阵字模的存储容量为A1字节B16字节C32字节D64字节在图中，用16进制形式显示了“PC个人电脑”这几个字的内码，共10个字节。其中英文字母使用单字节的ASCII编码，汉字使用双字节的GB18030-2000编码。“个”字对应的内码是B8F6提示：8位二进制数可以转换为2位16进制数P9实践体验查看字母和汉字的内码用UltraEdit查看字符的内码PC个人电脑1.2.4多媒体信息编码汽车的速度、钟摆的位置和水流量这些都是连续、平滑变化的量，通常称为模拟量。传感器（sensor）的作用是进行能量方式的转换，例如它可以把各种物理量的变化转换成电流或电压的变化形式。常见的传感器有话筒、温度传感器、光敏传感器、红外传感器、距离传感器等。通过对它们获得的电流或电压波形进行取样和量化，变为数字形式的数据，计算机可以存储和处理这些信息了。1.2.4多媒体信息编码模拟信号怎么转换成数字信号？模拟量的采样示意1.2.4多媒体信息编码模拟信号怎么转换成数字信号？对采样所得的样本进行量化1.2.4多媒体信息编码模拟信号怎么转换成数字信号？采样和量化。通过采样和量化可以实现模拟量的数字化，这个过程称为“模数转换”。相关定义：采样：按一定的频率，即每隔一小段时间，测得模拟信号的模拟量值。采样频率：每秒对声音波形采样的次数，即每秒读的点数，单位是赫兹(Hz)。量化：按整个电压变化的最大幅度划分成几个区段，把落在某个区段的采样到的样本值归成一类，并给出相应的量化值。2.图像和视频数字化把一幅图像看成由许许多多彩色或各种级别灰度的点组成的，这些点按纵横排列起来构成一幅画，这些点称为像素（pixel）。扫描仪、数码相机、摄像头每个像素的颜色都被数字化成一定的数值50×50100×100300×300每个像素有深浅不同的颜色，像素越多，排列越紧密，图象就越清晰。①黑白图像容量大小（b）=图像水平分辨率×垂直分辨率图像的三种类型②灰度图像容量大小（b）=水平方向像素点个数×垂直方向像素点个数×8图象和视频的数字化③彩色图像图象和视频的数字化现在我们更多地使用256色或1670万种颜色来显示图像，更高质量的照片图像甚至已经开始采用真彩色，这种真彩色图像带来优越的图像质量，其代价是需要更多的存储空间和传送时间。容量大小（b）=分辨率（水平分辨率×垂直分辨率）×位数图象和视频的数字化视频是由连续的图像帧组成的。我国采用的是PAL制式，每秒显示25帧；而NTSC制式每秒显示的是30帧。计算：1秒钟PAL制式640×480像素的256色视频的存储空间是多少MB？(提示：256色图像每一像素需要用3个字节来表示)(25×640×480×3)/1024=22500KB=21.97MB一幅画、一首歌或一段视频，经过数字化后产生的数据量很大，为了提高存储、处理和传输这信息的效率，我们需要进行压缩。JPG是图片的压缩格式MP3是音乐的压缩格式VCD和DVD格式的影视内容分别使用MPEG-1和MPEG-2格式压缩。