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1.2信息的编码


信息的编码

信息的编码
信息编码(Information Coding)是为了方便信息的存储、检索和 使用,在进行信息处理时赋予信息元素以代码的过程。

计算机内的信息表示
1、计算机最主要的功能是信息处理。在计算机内部,各种信息,
如数字、文字、图形、图像、声音等必须采用数字化的编码形式进 行存储、处理

和传输。

2、计算机内存储和处理的信息的存在形式:二进制数 3、采用二进制的原因:由于二进制在电器组件中最容易实现,
而且稳定、可靠,二进制只要求识别“0”和“1”两个符号,计 算机就是利用电路输出的电压的高或低分别表示数字“1”或“0” 的。

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。 ? 基数:数制所使用数码的个数。例如,二进制的基数为2;十进

制的基数为10。
? 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1001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 0

二进制 0

1
2 3 4

1
10 11 100

5
6 7 8

101
110 111 1000

9
10

1001
1010

书写规则: 十进制100=100D=(100)10 二进制100=100B=(100)2

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 方法是:把各个非十进制数展开求和即可。 (1011)2=1×23+0×22+1×21+1×20=(11)10
②十进制数转化成二进制数:

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

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”。

数制间的转换
如,将十进制数(115)转化二进制数。

2

1 2

1

5

余数 1 1

低位

5
2

7
8

2
2

1
2

4
7 3

0
0 1 1 1 高位

结果:(115)10=(1110011)2

2
2

1
0

数制间的转换
十进制数59,在计算机内对应的二进制是多少? 2 59 2 2 9 ……1 20系数 低 2 1 4 ……1 21系数 2 7 ……0 22系数 2 3 ……1 2 1 ……1 0 …… 1 2n系数 高 ∴ 59 10=(111011)2

十进制 0

二进制 0

十六进制 0

1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1
10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

1
2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 书写规则: 十六进制100=100H=(100)16

数制间的转换
(2)二进制与十六进制的转换:
①二进制转换成十六进制 方法:根据它们在数位上的对应关系,将二进制数分别转换成十六 进制,每四位一组构成一位十六进制数。从最右边开始,每四位二 进制一组,当最后一位不够四位时,应在左侧添加“0”,凑足四 位。 例如:将二进制数11110000110111转换为十六进制
00 11 3 1100 12 0011 3 0111 7

结果为:(111100001100111)2=(3C37)16

数制间的转换
②十六进制数转换成二进制数: 只是上述过程的逆过程,即把每一位的十六进制数用相应的但必须 满足四位的二进制数即代替可。
例如:将十六进制数1A7DC转换为二进制
1 0001 A 1010 7 0111 D 1101 C 1100

结果为:(1A7DC)16=(11010011111011100)2

数制间的转换
(3)十进制与十六进制的转换
①十六进制转换成十进制 (2C)16=2×161+12×160=(44)10 ②十进制数转换成十六进制 使用“除十六取余”法进行转换

数制间的转换
例如:将十进制数506转换成十六进制数

16

5 16

0 3 16

6 1 1 0

余数 低位 10 15 1 高位

结果为:(506)10=(1FA)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: – B 1B=8b – KB 1KB=210 B=1024 B – MB 1MB=210 KB =1024 KB – GB 1GB=210 MB =1024 MB – TB 1TB = 210 GB =1024 GB

字符及字符编码
字符:是指英文字母、汉字和各种符号,包括数字符号、运算符 号、标点和分隔符号、各种特殊符号如:#¥%—等等 。另外, 还包括各种操作控制符号和一些用于通迅控制、数据处理及报文 传输的符号。
所谓字符编码:就是规定如何用二进制数来表示字符 目前在小型机和微型机上国际上最广泛使用的字符编码是:“美 国信息交换标准码”(American Standard Code for Internation Interchange)简称ASCII码。

标准的ASCII码
标准的ASCII码采用七位二进制编码,由128个字符组成,分为94个 图形字符码(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)、34个控制符号(10个传输控制符、6个版面调整符、 4个设备控制符、4个信息分隔符和10个特殊控制符)。每个字符对 应一个七位的二进制数,这个二进制数的值称为ASCII码值。

在计算机中信息处理的基本单位是字节,而ASCII码只占用了一个 字节八位中的七位,规定其最高位为0。

字符编码:ASCII美国通用信息交换代码

汉字编码
? ? ? ? ? 用计算机处理汉字信息需要解决的几个问题: (1)怎样将汉字输入计算机? (2)在计算机之间怎样交换汉字信息? (3)在计算机内部怎样处理汉字? (4)计算机如何实现汉字信息的输出?

汉字输入

交换码

处理码

字形码

汉字编码方法
① 输入码 以利用汉字的音、形或其他的相关特征信息,按照一定的规 则,对指定的汉字集编制相应的的代码,就叫做汉字输入码,或 叫汉字的外码

输入码的类型大致可分为:音码、形码和音形码等几种。

汉字编码方法
音码:是用汉字拼音字母组成的编码。如拼音码等。 形码:是把组成汉字的基本构件如偏旁、部首和字根等分类,以不 同的键相对应,组成编码。如五笔字型码、表形码、首尾码等。

音形码:是根据汉字的读音并兼顾汉字的字形而设计的编码。如 自然码、声韵部形码、快速输入码等。

汉字编码方法
② 交换码(区位码)
交换码是用于各种数字系统(不仅是计算机系统)之间交换信息的标 准汉字代码。这种代码的编制单位通常是国家或国际标准化组织,带有法 定的强制性。

根据1981年公布的国家标准GB2312-80〈信息交换用汉字编码 字符集-基本集〉(国标码),共收录汉字,字母,图形符号共 7445个。其中汉字6763个,按其出现的频度分为一级汉字3755个, 二级汉字3008个。另外,该字符集标准中还包括682个非汉字图形 字符代码。
GB2312-80,规定每个图形字符由两个7位二进制编码表示, 即每个编码需要两个字节,每个字节占用7位信息,最高位补0

位 01
区 01 02 …… 16 17 …… 94

02

……

93

94



阿 雹



汉字编码方法
交换码可以有很多种,例如台湾、香港等地区常用的Big5码。

已知:一个区位码占用两个字节,每个字节最高位为0;英文字符 的机内码是7位ASCII,最高位也是0. [思考]两者如何区分呢?

汉字编码方法
③ 处理码(汉字机内码)
处理码是计算机系统内部处理和存贮汉字时所用的代码,简 称内码。

目前汉字机内码尚未有统一的标准码,但对于一个系统而言, 内码是统一的。不管用何种输入码将汉字从键盘输入系统,都 由相应的处理软件将其转换为统一的机内码。

汉字编码方法
④ 输出码

汉字字型码用在输出时产生汉字的字型,通常有两种方式: 点阵方式和矢量方式,一般采用点阵形式产生
如: 24×24的字型点阵,每个汉字需要72字节

? 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 ? A 1字节 ? B 16字节 ? C 32字节 ? D 64字节

汉字编码方法
计算机系统B

交换码

输入码 (外码)

译码

处理码 (内码)

字型码

汉字显示

OS的汉字服务程序

用“UltraEdit”软件观察到“学”字的内码D1A7H,其对 应的二进制编码是多少?
A.11010001 B.1010000110100010

C.11000110 D.1101000110100111

多媒体信息编码
? 多媒体是对多种媒体的融合,将文字、声音、图像、视频等通 过计算机技术和通信技术集成在一个数字环境中,以协同表示 更多的信息。

声音的数字化
模拟量
? 指变量在一定范围连续变化的量也就是在一定范围(连续、平滑变化的量)。

声音的数字化

声音的数字化

声音的数字化
音频文件存储空间大小的计算

—般的CD立体声采用44.1KHz的采样频率,由于立体声有两个 声道,若量化位数为16,因此每秒需要用2×44100×2B(或 16b) = 88200次(点)×16b振幅的存储空间,存储空间很大。 每秒存储空间=声道数×采样频率(Hz)×量化位数(B或位 数b) 例题: 录制一段时长1分钟、双声道、16位量化位数、44.1kHz采样频 率的不压缩的音频数据是: A、10.1MB B、80.8MB C、17.2KB D、344.5KB

图象和视频的数字化
问题一:有哪些东西能将图像和视频输入计算机? 现实生活中的物体或它们的照片,可以通过扫描仪、数字 相机、图像信号采集卡等设备输人到计算机内,计算机以数 字化的信息表示和存放图像信息,数字化的图像包含有分辨 率、颜色表示和数据压缩等重要概念。 问题二:将电视信号接入计算机中需要添加什么设备?
视频处理卡 。

以上设备的重要部件多采用CCD(电荷耦合器件)或CM OS(互补金属氧化物半导体)图像检光部件。

图象和视频的数字化
(1)图像的数字化 图像数字化的基本思想是把一幅图像看成由许许多多或各种级 别灰度的点组成的,这些点纵横排列起来构成一幅画,这些点 成为像素(pixel)。
每个像素由深浅不同的颜色,像素越多,排列越紧密,图像就 越清晰。

每个像素的颜色都被数字化成一定的数值。

图象和视频的数字化
①黑白图像

容量大小(b)=图像水平分辨率×垂直分辨率

图象和视频的数字化
②灰度图像

容量大小(b)=图像水平分辨率×垂直分辨率×8

图象和视频的数字化
③彩色图像

图象和视频的数字化
容量大小(b)=分辨率(水平分辨率×垂直分辨率)×位数

? 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。

图象和视频的数字化
(2)视频数字化
视频是由一连串相关的静止图像组成 。 我们将一幅图像称为一个帧,视频每秒显示的帧数是因不同的制 式而异的,如中国使用的是PAL制,每秒显示25帧,欧美国家常 采用NTSC制,每秒显示30帧。
假如视频1秒要显示30帧,可以计算1秒钟640×480像素256色(28 =256,即 8个比特即1个字节)的视频存储空间为: 640×480×8÷8×30 = 640×480×30 = 9216000个字节(约9M B)
如果采用的是24位真彩色,那么90分钟的电影需139GB(1G=1024M) 的存储空间。这样庞大的数据处理对计算机的要求很高,代价很大, 因此科学家们通过编码、压缩的方法来减少视频信号的数据量(JPG 静态图像,MP3音乐信息,VCD和DVD格式的影片别分使用MPEG-1 和MPEG-2压缩标准来压缩、存储数据)。


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