信息的表示与数字化.ppt

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1、第2章 信息的表示与数字化,本章要点,二进制及其运算 数值在计算机中的表示文本信息在计算机中的表示多媒体信息的数字化,目 录,第一节 二进制及其运算第二节 数值在计算机中的表示第三节 文本信息在计算机中的表示第四节 多媒体信息的数字化技术,第一节 二进制及其运算,计算机采用二进制数据的原因 容易实现 仅有两种稳定状态的物理元件在技术上很容易实现，如电位的高和低，0和1这两个数字就表示这两种状态。运算简单 二进制的运算规则是“逢二进一，借一当二”，算术运算特别简单。便于表示逻辑量 二进制的0和1与逻辑量“假”和“真”相对应，便于计算机进行逻辑判别和逻辑运算。,第一节 二进制及其运算,计数制的基本

2、概念计数制：利用符号来计数的方法。按进位的方法计数就称为进位计数制。进位计数制的三个基本概念 数码：某种进位计数制中用来计数的符号。如十进制的数码有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；二进制的数码有0、1。基：某种进位计数制的数码个数。如十进制基为10，二进制基为2。权：在进位计数制中，数码在不同的位置上有不同的值，确定数位上实际值所乘因子称为权。,第一节 二进制及其运算,十进制 数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。运算规则：“逢十进一，借一当十”。基：10，各相邻位权的比值为10，权的一般形式10n（整数部分n取值0，1，2，；小数部分n取值-1，-2，）。任何十进制数都可以按

3、权展开表达。例如：12345.678=1104+2103+3102+4101+5100+610-1+710-2+810-3为了明确表示是十进制数，也可以在数后加D，或将数用小括号括起，在右下角标上基10，例如：12345.678D或(12345.678)10。,二进制数码有0、1。运算规则“逢二进一，借一当二”。基是2，各相邻位权的比值为2，权的一般形式2n（整数部分n取值0，1，2，；小数部分n取值-1，-2，）。任何二进制数都可以按权展开表达。例如：(11001.011)2=124+123+120+12-2+12-3二进制数表示时，可在数后加B，或将数用小括号括起，在右下角标上基2，例如：

4、11001.011B或(11001.011)2。,第一节 二进制及其运算,八进制数码：0、1、2、3、4、5、6、7。运算规则：“逢八进一，借一当八”。基：8，各相邻位权的比值为8，权的一般形式8n（整数部分n取值0，1，2，；小数部分n取值-1，-2，）。例如：(12345.671)8=184+283+382+481+580+68-1+78-2+18-3八进制数表示时，可在数后加字母O，或将数用小括号括起，在右下角标上基8，例如：12345.671O或(12345.671)8。,第一节 二进制及其运算,十六进制数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其中A，B，

5、C，D，E，F（也可以是小写字母）分别表示十进制值10，11，12，13，14，15。运算规则：“逢十六进一，借一当十六”。基：16，各相邻位权的比值为16，权的一般形式16n。例如：(FE12A.6BD)16=15164+14163+1162+2161+10160+616-1+1116-2+1316-3十六进制数表示时，可在数后加H，或将数用小括号括起，在右下角标上基16，例如：FE12A.6BDH或(FE12A.6BD)16,第一节 二进制及其运算,数制之间的转换二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数 将一个二、八、十六进制数转换成十进制数，只要将它写成按权展开表达式，然后求出该表达

6、式的值 例2.1 将二进制数(11001.011)2转换成等值的十进制数。(11001.011)2=124+123+120+12-2+12-3=16+8+1+0.25+0.125=25.375,第一节 二进制及其运算,数制之间的转换例2.2 将八进制数(123.4)8转换成等值的十进制数。(123.4)8=182+281+380+48-1=64+16+3+0.5=83.5例2.3 将十六进制数(12A.6)16转换成等值的十进制数。(12A.6)16=1162+2161+10160+616-1=256+32+10+0.375=298.375,第一节 二进制及其运算,十进制数转换为二进制数、八进

7、制数、十六进制数 整数部分和小数部分转换方法不同，将这两部分分别转换，用小数点连接起来。整数部分的转换方法：除以基数（2、8、16）取余法，将此十进制数整数部分除以基数取余数，最先取得的余数为转换后的最低位，商再除以基数取余数一直到商为0止，最后得到的余数是转换后的最高位，即余数从右到左排列就是转换后的结果。小数部分的转换方法：采用乘以基数取整法，将此十进制数小数部分乘以基数取结果的整数部分，依次写在小数部分右边，再将结果小数部分乘以基数取结果的整数部分，一直到小数部分为0或者达到所要求的精度为止。,第一节 二进制及其运算,例2.4 将十进制数(37.375)10转换成等值的二进制数。,得到：

8、(37)10=(100101)2(0.375)10=(0.011)2 则：(37.375)10=(100101.011)2。,第一节 二进制及其运算,例2.5 将十进制数(75.375)10转换成等值的十六进制数。,得到：(75)10=(4B)16(0.375)10=(0.6)16 则：(75.375)10=(4B.6)16,第一节 二进制及其运算,例2.6 将十进制数(123.345)10转换成等值的八进制数。,得到：(123)10=(173)8(0.345)10(0.2605)8 则：(123.345)10(173.2605)8,第一节 二进制及其运算,高位,15,8,8,1,0,3,7,

9、1,高位,低位,123,余数,0.345,8,2.760,取整数,2,8,0.64,6,8,0,低位,6.08,8,8,5.12,5,二进制数、八进制数、十六进制数间的相互转换 3位二进制数可以用1位八进制数表示，4位二进制数可以用1位十六进制数表示。,第一节 二进制及其运算,表2.1 二进制数和八进制数的转换表,二进制数、八进制数、十六进制数间的相互转换,第一节 二进制及其运算,表2.2 二进制数和十六进制数的转换表,二进制数、八进制数、十六进制数间的相互转换 例2.7 将二进制数2转换成等值的十六进制数。,第一节 二进制及其运算,0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1.1 0 0

10、1 1 1 0 0,补0,二进制数,十六进制数,7,6,F.,C,9,补0,得到：2=(76F.9C)16,二进制数、八进制数、十六进制数间的相互转换 例2.8 将八进制数(1346.752)8转换成等值的二进制数。,第一节 二进制及其运算,得到：(1346.752)8=(1011100110.11110101)2,八进制数 1 3 4 6.7 5 2 二进制数 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0.1 1 1 1 0 1 0 1 0,在计算机中，可对二进制数作两种基本运算：算术运算和逻辑运算，其中算术运算包括加、减、乘、除，逻辑运算包括与、或、非。二进制数据的算术运算 加法运算 二

11、进制数的加法运算规则如下：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0（向高位进位1）,第一节 二进制及其运算,例2.9 计算(11010)2+(1011)2的值。得到：(11010)2+(1011)2=(100101)2 两个二进制数相加，每位上有本位的被加数、加数和来自低位的进位（有进位为1，无则为0）3个数相加。,第一节 二进制及其运算,减法运算 二进制数的减法运算规则如下：0-0=0 1-1=0 1-0=1 0-1=1（向高位借位1）例2.10 计算(11010)2-(1011)2的值。得到：(11010)2-(1011)2=(1111)2 两个二进制数相减，每位上有本位的被减数、来

12、自高位的借位（借1当2，无借位则为0）和减数参与减法运算。,第一节 二进制及其运算,乘法运算 二进制数的乘法运算规则如下：00=0 01=0 10=0 11=1例2.11 计算(11010)2(1011)2的值。,得到：(11010)2(1011)2=(100011110)2 二进制乘法可以转换为加法和移位运算，每左移一位相当于乘以2，左移n位相当于乘以2n，计算机实际的乘法运算就是采用这种方法实现的。,第一节 二进制及其运算,第一节 二进制及其运算,除法运算 二进制数的除法运算规则如下：除法：01=0 11=1例2.12 计算(1100101)2(1011)2的值。,得到：(1100101)

13、2(1011)2(1001)2 除法运算是乘法运算的逆运算，二进制除法可以转换为减法和移位运算，每右移一位相当于除以2，右移n位相当于除以2n。,二进制信息的逻辑运算逻辑信息的表示方法可以表示“真”与“假”、“对”与“错”、“是”与“非”等具有逻辑性质的信息称为逻辑量，二进制的1和0在逻辑上可以表示这种信息。一般来说，在计算机中，逻辑量用于判断某一事件是否成立，成立为1（真），事件发生；不成立为0（假），事件不发生。基本逻辑运算逻辑量间的运算称为逻辑运算，结果仍为逻辑量。基本逻辑运算包括与（常用符号、表示）、或（常用符号+、表示）、非（常用符号表示）。,第一节 二进制及其运算,二进制信息的逻辑

14、运算逻辑与运算逻辑与运算表示这样的逻辑关系，当一个事件的条件同时具备（为真）时，这一事件才会发生（为真），只要有一个条件不具备（为假），这一事件不会发生（为假）。逻辑与运算规则：00=0 01=0 10=0 11=1,第一节 二进制及其运算,表2.3 逻辑与真值表,例如：某机关单位招考公务员，必要条件是本科毕业，党员，年龄30岁以下，三个条件分别用A、B、C表示，则符合报考条件的逻辑表达式为ABC。,二进制信息的逻辑运算逻辑或运算 逻辑或运算表示这样的逻辑关系，决定一个事件的条件中，有一个或一个以上条件具备（为真）时，这一事件就会发生（为真），只有当所有条件都不具备（为假），这一事件才不会发生

15、（为假）。逻辑或运算规则：00=0 01=1 10=1 11=1,第一节 二进制及其运算,表2.4 逻辑或真值表,例如：要得到“中央处理器”方面的有关信息，可以用“中央处理器”和“CPU”两个同义词来表达，这两个同义词分别用A、B表示，则符合条件的逻辑表达式为AB。,二进制信息的逻辑运算逻辑非运算 逻辑非运算表示逻辑的否定，决定一个事件的条件具备（为真）时，这一事件就不会发生（为假），当决定一个事件的条件不具备（为假）时，这一事件会发生（为真）。逻辑运非算规则：0=1 1=0,第一节 二进制及其运算,表2.5 逻辑非真值表,例如：要选拔少数民族干部，这一事件只要表示为不是汉族即可，不需将众多的

16、少数民族一一罗列出来。假定用A表示汉族，则表示少数民族的逻辑表达式为A。,二进制信息的逻辑运算逻辑运算是计算机中最基本的运算，三种基本逻辑运算可以混合使用。逻辑运算的优先级依次为“非”、“与”和“或”；改变优先级的方法是使用括号“（）”，括号内的逻辑式优先执行。若A、B、C、D分别表示本科、硕士、博士学历和女性，则符合“学历为本科以上女性”条件的逻辑表达式为（ABC）D。,第一节 二进制及其运算,二进制信息的逻辑运算逻辑异或运算逻辑异或运算表示这样的逻辑关系，决定一个事件的两个条件相同（都为真或都为假）时，这一事件就不会发生（为假），当决定一个事件的两个条件不相同（一个为真，一个为假）时，这一

17、事件会发生（为真）。逻辑异或常用符号表示。逻辑异或运算规则：00=0 01=1 10=1 11=0,第一节 二进制及其运算,表2.6 逻辑异或真值表,例2.5 逻辑运算举例。,第一节 二进制及其运算,信息的计量单位各种信息在计算机内部都以二进制形式存储。基本存储单位 位(bit)：比特，计算机存储信息的最小单位，能够存储二进制数据中的一位数据0或1。字节(Byte)：计算机信息处理和存储分配的基本单位，由8位二进制位组成，简记为B，1B=8bit。扩展存储单位 KB：千字节。1KB=210B=1024B MB：兆字节。1MB=210KB=1024KB GB：吉字节。1GB=210MB=1024

18、MB TB：太字节。1TB=210GB=1024GB,第一节 二进制及其运算,数值在计算机中是以二进制形式表示的，除了要表示一个数的值外，还要考虑符号、小数点的表示。正、负号只能用0、1表示，小数点的表示总是隐含在某一位置上（称为定点数）或可以任意浮动（称为浮点数），小数点不占用数位。另外，要考虑如何表示更有利于计算机实现，使得表示数范围更大、精度更高。整数的表示用存放整数的最高数位表示数的符号，正数为0，负数为1，整数表示有：原码、反码、补码三种。由于补码运算规则统一、简单，在数值有效范围内，符号位与数值位一样参加运算，所以计算机系统中大多用补码表示整数。,第二节 数值在计算机中的表示,正整

19、数的原码、反码、补码相同，最高位为符号位，值为0，其它位是数值位，存放整数的二进制形式。负整数三种编码表示方式不相同，以上以一个字节（8位）表示一个整数为例，介绍上述各种编码如何表示负整数。原码 最高位为符号位，值为1，其它位是数值位，存放负整数绝对值的二进制形式。如-39原=10100111，-1原=10000001在原码表示中，0有两种表示形式，即：+0原=00000000，-0原=10000000 由于0占用2个编码，8位二进制数只能表示28-1=255个原码，所以8位带符号数原码表示的范围为-127+127。在参加运算时必须确定运算数的符号位及数值才能确定结果符号及结果值，所以处理麻烦

20、，不便于运算。,第二节 数值在计算机中的表示,反码最高位为符号位，值为1，数值位是原码的数值位按位求反。如-39反=11011000，-1反=11111110 在反码表示中，0也有两种表示形式，即：+0反=00000000，-0反=111111118位带符号数反码表示的范围为-127+127。反码运算也不方便，不实用。补码 最高位为符号位，值为1，数值位是原码的数值位按位求反再加1，即反码加1。如-39补=11011001，-1补=11111111 在补码表示中，0只有一种表示形式，即+0补=-0补=00000000 8位带符号数补码表示的范围为-128+127。补码符号位与数值位同样处理，运

21、算方便，实用。,第二节 数值在计算机中的表示,例2.14 计算5-2的值。,第二节 数值在计算机中的表示,00000101 5的补码11111110-2的补码,+,00000011,5-2=5+(-2),1,丢失高位1，运算结果是00000011，即3。可见，用补码表示，在数的有效表示范围内，符号位如同数值一样参加运算，允许丢失所产生的最高位进位，所以被广泛采用。,例2.15 计算2-5的值。,第二节 数值在计算机中的表示,00000010 2的补码11111011-5的补码,+,11111101,2-5=2+(-5),结果为11111101，因为符号位为1，所以这是一个负数的补码。符号位不变

22、，其余各位按位求反，得到10000010，数值部分转换为十进制数为2，添上符号再减1就是该补码所表示的数值，-2-1=-3，即11111101为-3的补码形式。,定点数和浮点数定点数小数点位置固定的数，在计算机中没有设专门表示小数点的数位，小数点的位置是约定默认的。固定在机器数（数在计算机中的表示）的最低位之后（称为定点纯整数），用于表示整数；固定在符号位之后，数值位之前（称为定点纯小数），用于表示小于1的纯小数。定点数表示法简单直观，但是表示的数值范围受表示数据的字长限制，运算时容易产生溢出。,第二节 数值在计算机中的表示,定点数和浮点数浮点数小数点的位置可以变动的数，类似于十进制中的科学计

23、数法。在计算机中通常把浮点数分成阶码和尾数两部分来表示。例如：1100101.011=0.11001010112111-0.0000101101=-0.1011012-100 一般浮点数在机器中的格式为：,第二节 数值在计算机中的表示,定点数和浮点数浮点数阶符表示指数的符号位、阶码表示幂次、数符表示尾数的符号位、尾数表示规格化后的小数值。N=尾数基数阶码 阶码只能是一个带符号的整数，本身的小数点约定在最右边；尾数是用纯小数表示数的有效部分，本身的小数点约定在数符和尾数之间。阶码的位数决定数的范围，尾数的位数决定数的精度。例如，二进制数-1001110110.101011可以写成：1010 以3

24、2位表示一个浮点数为例，若规定阶码8位，尾数24位表示，则这个数在机器中的格式为,第二节 数值在计算机中的表示,ASCII码ASCII码(American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换码)，是由美国国家标准局提出的一种信息交换标准代码，是目前计算机中使用最广泛的西文字符编码。采用7位二进制编码，有0127即128个编码，可表示128个字符。计算机存储分配的基本单位为字节（8位二进制），计算机中实际上用一个字节（8位）表示一个字符，最高位用“0”填充。在大型机中，西文字符常采用另一种EBCDIC码（Extended Bina

25、ry Coded Decimal Interchange Code，扩展的二十进制交换码）。,第三节 文本信息在计算机中的表示,表2.ASCII字符编码表,ASCII码十进制编码值为031、127的是控制字符，不可打印，32是空格，其余94个是普通字符，有具体字形，可打印；09、AZ、az的编码是顺序排列的，数字字符“0”的编码为十进制48，则“1”的编码为49；英文字符“A”的编码为十进制65，则“B”的编码为66；英文字符“a”的编码为十进制97，则“b”的编码为98；小写字母比相同大写字母的编码大32，转换非常方便。,第三节 文本信息在计算机中的表示,汉字编码方案在输入、内部的存储与处理

26、、输出时，为了确切的表示汉字及方便处理，要采用不同的编码，计算机汉字处理系统在处理汉字时，不同环节采用不同的编码，这些不同编码根据使用要求要相互转换。汉字信息处理过程如下图所示。,第三节 文本信息在计算机中的表示,汉字国标码 GB2312-80信息交换用汉字编码字符集基本集 该字符集收录了6763个常用汉字，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个。另外还收录了各种符号682个，合计7445个。编码原则为：以94个可显示的ASCII码字符为基集，采用双字节对汉字和符号进行编码，即用连续的两个字节表示一个汉字的编码，每一字节取ASCII码中可打印字符的编码33126（即21H7EH）。国标码的

27、取值范围：2121H7E7EH,第三节 文本信息在计算机中的表示,汉字国标码 GB2312-80为了便于编码，GB2312-80将所有的国标汉字与符号组成一个9494的矩阵。矩阵中的每一行称为一个“区”，每一列称为一个“位”。因此共有94个区（区号：0194），每区94个位（位号：0194），将区号和位号连在一起就构成了区位码，区号和位号各加32（20H）就是国标码。区位码的编码范围是：01019494。区位码的十六进制表示+2020H=国标码。例如：“中”的区位码为5448（3630H），所以，“中”的国标码为8680（5650H）。,第三节 文本信息在计算机中的表示,汉字国标码 GB231

28、2-80机内码中文或西文信息在计算机系统中的代码表示称为机内码。ASCII码是一种西文机内码，用一个字节表示。汉字机内码用连续两个字节表示，每个字节的最高位是1。机内码=国标码+8080H=（区位码的十六进制表示）+A0A0H。GB2312-80的机内码编码范围为：A1A1HFEFEH。,第三节 文本信息在计算机中的表示,汉字国标码 GB2312-80,第三节 文本信息在计算机中的表示,汉字国标码 GBK国家信息技术标准化技术委员会 1995 年发布的扩充后的汉字编码方案，双字节编码，向下与 GB2312 编码兼容，收录了20902 个汉字，只是一种规范，不是一个国家标准。GB18030 20

29、00年颁布，是取代GBK的正式国家标准。收录了27484个汉字，同时还收录了藏文、蒙文、维吾尔文等主要的少数民族文字。编码采用单字节、双字节和4字节方案。其中单字节、双字节和GBK完全兼容。,第三节 文本信息在计算机中的表示,汉字输入码 输入码就是用键盘输入汉字的编码，是用户向计算机输入汉字的手段。大体可分为顺序码、音码、形码、音形码四类，各种输入法对同一汉字的编码不相同，输入码也称为“外码”。在有的输入法中，一个“外码”与多个汉字对应，称为“重码”，为了提高汉字录入速度，目前提供了很多智能化的输入方法，如语音输入、笔输入、扫描输入。,第三节 文本信息在计算机中的表示,汉字字库 字模字的模型，

30、汉字的字形表示，储存计算机内，字模的集合就构成了字模库，简称字库。汉字输出时，需要先根据内码找到字库中对应的字模，再根据字模输出汉字。汉字字形码通常有两种表示方式：点阵和矢量表示方式。,第三节 文本信息在计算机中的表示,点阵法每一个汉字以点阵形式存储在记录介质上，有点的地方为“1”，空白的地方为“0”。16*16点阵：16*16/8=32字节24*24点阵：24*24/8=72字节,汉字字库 字模向量（矢量）法存储的是描述汉字字形的轮廓特征。将汉字分解成笔画，每种笔画使用一段段的直线（向量）近似地表示，这样每个字形都可以变成一连串的向量。点阵法编码、存储方式简单、无需转换直接输出，但字形放大后

31、产生的效果差，而且同一种字体不同的点阵需要不同的字库。矢量表示法输出汉字时要经过计算机的计算，还原复杂，但可以方便地进行缩放、旋转等变换，与大小、分辨率无关，能得到美观、清晰、高质量的输出效果。Windows操作系统中使用的TrueType技术就是汉字的矢量表示方式。,第三节 文本信息在计算机中的表示,汉字字库软字库把汉字字库存放在磁盘上，使用时全部或部分调入内存储器。硬字库固化在EPROM（Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦除可编程只读存器）或MASK-ROM（掩模型只读存储器）的芯片中。如打印机等设备中安装有带有固化汉字库的集成电路芯片。,第

32、三节 文本信息在计算机中的表示,Unicode Unicode（Universal Multiple-Octet Coded Character Set）是一种由国际组织设计编码方法，可以容纳全世界所有语言文字的字符编码方案。将世界上使用的所有字符都列出来，并给每一个字符一个唯一特定数值，统一地表示世界上的主要文字。Unicode中采用两个字节的编码方案，可以表示216-1=65535个字符，前128个字符是标准ASCII字符，接下来是128个扩展ASCII字符，其余字符供不同语言的文字和符号使用。,第三节 文本信息在计算机中的表示,信息的数字化过程 采样也称取样，是模拟信号数字化的第一步。对

33、音频信号的采样过程如下：将连续变化的模拟音频信号在时间轴上进行分割，以转换成计算机能处理的离散化数字信号。对图像的采样过程如下：将一个连续画面划分为离散的小区域，每个小区域是一个采样点（称为像素），将连续画面转换为像素点特征信息的离散化数字信息组合。,第四节 多媒体信息的数字化技术,信息的数字化过程 量化 量化是将每个采样点得到的信息用数值来度量，即用若干二进制位来表示这些离散值。量化位数（即采样精度）表示存放采样点幅度值的二进制位数，它决定了模拟信号数字化后的动态范围。若量化位数为16位，则表示有216=65535个等级不同的量化值。编码 编码就是将经过采样、量化得到的离散数据记录下来，按一

34、定的规则进行组织，形成计算机内部运行的数据，以利于计算机处理。,第四节 多媒体信息的数字化技术,声音信息的采集与数字化 声音是空气中分子震动产生的声波传到我们耳膜产生的结果，声波具有周期性和一定的幅度。周期性表现为频率，控制音调的高低。频率越高，声音越尖，反之就越沉。幅度控制声音的音量，幅度越大，声音越响，反之就越弱。下图为声音的波形示意图。,第四节 多媒体信息的数字化技术,声音信息的采集与数字化 电脑的声音根据产生机制的不同分为两种：合成音乐和数字声音。合成音乐使用专门用于记录乐器演奏声音的乐谱而组合形成的音乐，MIDI（Musical Instrument Digital Interfac

35、e 乐器数字接口）是合成音乐的标准。数字声音采集各种声音的机械振动（模拟声音）进行数字化转换（量化）后得到的数据。包括乐器的数字音乐、数字语音及数字化的自然界的效果音等。,第四节 多媒体信息的数字化技术,声音信息的数字化,第四节 多媒体信息的数字化技术,模拟信号,采样,量化,编码,数字信号,采样：每隔一定时间间隔对模拟波形上取一个幅度值。量化：将每个采样点得到的幅度值以数字存储编码：将采样和量化后的数字数据以一定的格式记录下来。,声音信息的数字化采样频率f：1/T，每秒钟的采样次数；采样点精度：存放采样点振幅值A的二进制位数；声道数：声音通道的个数，立体声为双声道。每秒钟存储声音容量的公式为：

36、采样频率采样精度（位数）声道数/8=字节数例：标准采样频率为44.1kHZ，量化位数为16位，双声道立体声，其每秒音乐所需要的存储量：44.1 1000 16 2/8=1764000 B,第四节 多媒体信息的数字化技术,声音信息的编码 编码就是将采样、量化后的数字声音信息按一定的格式记录下来，使之可以在计算机中运行。码方式有很多种，常见的有PCM(Pulse Code Modulation，脉冲编码调制)。PCM编码在时间轴上对模拟信号按一定的速率采样，然后将幅度样本分层量化，将其变换为数字代码形式传输和存储。PCM编码的主要特点：抗干扰能力强，失真小，传输特性稳定。,第四节 多媒体信息的数字

37、化技术,数字音频的文件格式 WAVE文件.WAV记录了真实声音的二进制采样数据，通常文件较大。MPEG文件.mp1/.mp2/.mp3 采用MPEG音频压缩标准进行压缩的文件。MPEG是运动图像专家组（Moving Picture Experts Group）的英文缩写，MPEG音频层（MPEG Audio Layer）代表MPEG标准中的音频部分。压缩比高，音质优美，制作简单，交换方便。MIDI文件.mid/.rmi 数字音乐的国际标准.记录的是音符数字，文件小。,第四节 多媒体信息的数字化技术,数字音频的文件格式 RA文件.ra 音乐压缩文件格式，压缩比可达96:1，主要用于在低速广域网中

38、实现网上实时播放，即边下载边播放。WMA文件.wma WMA是Windows Media Audio的速写，WMA文件是Windows media的一个子集，表示Windows media音频格式。WMA文件只有MP3的一半大小，音质基本保持相同，目前，大部分的MP3播放器都支持WMA文件。,第四节 多媒体信息的数字化技术,图像信息的采集和数字化 采样 将画面划分成MN个网格，每个网格成为一个取样点，称为像素（pixel）点。一幅模拟图像就转换为MN个取样点组成的一个阵列。量化 量化就是将采样后每一像素点的色彩浓淡（亮度）用数值量来表示。为表示量化的色彩值所需的二进制位数称为量化位数，一般用8

39、位、16位、24位或更高的位数来表示图像的颜色。,第四节 多媒体信息的数字化技术,图像信息的采集和数字化 量化 量化位数也称图像的颜色深度。彩色图像是由红、蓝、绿（R、G、B三基色）不同亮度混合而成的，当三基色每个颜色的强度级别分为256级，则每个颜色分量要用8位来量化，每个像素点的颜色深度就要用24位表示，它们共可表示224=16777216种颜色，称为真彩色。一幅不经压缩的图像数据量计算公式为：字节数=图像水平分辨率图像垂直分辨率颜色深度（位数）/8,第四节 多媒体信息的数字化技术,图像信息的采集和数字化 量化 例：一幅分辨率为1024768（即有1024768个采样点）的24位真彩色图像

40、所需要的存储量：存储量=102476824/8=2359296B=2.25MB 编码 数字化后的图像数据量非常大，在图像的传输、存储时开销过大，必须经过编码技术来大大压缩信息量，才有实用价值。,第四节 多媒体信息的数字化技术,图像文件格式 BMP格式.bmp 与设备无关的位图格式文件，Windows软件中常用的一种位图形式的图像格式。GIF格式.gif Internet上WWW中的重要文件格式之一,最大不超过64 KB，只能是256色，压缩比较高，与设备无关。JPEG格式.jpg 利用JPEG方法压缩的图形文件，适用于处理256色以上、大幅面图像，适用于在Internet上进行图像传输。,第四

41、节 多媒体信息的数字化技术,图像文件格式TIFF格式.tif用于扫描仪和桌面出版系统的文件格式，支持单色到32位真彩色的所有图像，不依赖操作平台及机型，有多种数据压缩存储方式。PNG格式.png 一种网络图像格式，它汲取了JPEG及GIF的优点，存储形式丰富。PNG格式的特点是：采用无损压缩使图像不失真，显示速度快，但不支持动画应用效果。,第四节 多媒体信息的数字化技术,计算机图形计算机图形学（Computer Graphics）主要研究如何将景物（真实或假想的）的结构、形状或外观用计算机进行描述，包括利用计算机进行图形的处理、计算及显示的具体原理及算法。计算机图形学一个主要的目的就是要利用计

42、算机产生令人赏心悦目的真实感图形。图形与图像的区别图像纯指计算机内以位图形式存在的灰度信息。图形含有几何属性，或者说更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。图形处理技术主要应用在计算机辅助设计和制造、计算机艺术、可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实、游戏等领域。,第四节 多媒体信息的数字化技术,第四节 多媒体信息的数字化技术,视频信息的采集与数字化视频信息的采集视频是图像的动态形式动态的图像是由一系列的静态画面按一定的顺序排列组成。每一幅称为“帧（Frame）”。这些帧以一定的速度连续地投射到屏幕上，由于视觉的暂留现象产生动态效果视频分为模拟视频和数字视频。视

43、频信号在生成、传递及显示过程中所遵循的标准即制式，常用的电视制式有NTSC制、PAL制、SECAM制。美国、日本等国家采用NTSC制式，中国、德国等国家采用PAL制式，法国、俄罗斯等国家采用SECAM制式。,第四节 多媒体信息的数字化技术,视频信息的数字化采样在PAL彩色电视制式中采用YUV彩色空间，Y表示亮度信号，U、V表示压缩幅度的色差信号。计算机的CRT显示器显示时采用RGB彩色空间，这就要求在显示每个像素前要把YUV彩色分量转换成RGB值。具体的转换公式如下：Y=0.299R0.587G0.114B U=0.169R0.331G0.5B V=0.5R0.419G0.081B,第四节 多

44、媒体信息的数字化技术,视频信息的数字化采样由于人眼对颜色远没有对亮度敏感，所以为了减少数字视频的数据量，色差信号的采样频率可以比亮度信号的采样频率低一些。如果用Y:U:V来表示YUV三分量的采样比例，数字视频的采样格式有：4:1:1格式、4:2:2格式、4:4:4格式。ITU-R建议使用4:2:2格式，即色差信号取亮度信号采样频率的一半。,4:2:2采样格式 亮度信号 色度信号,第四节 多媒体信息的数字化技术,视频信息的数字化量化将采样后的连续像素值转化为有限的离散值。量化位数率决定系统的动态范围，更高的比特率可以获得更好的性能，但需要的存储空间也更多。编码视频信号数字化后若不经过压缩，数据量

45、非常庞大。例如：连续显示分辨率为1280 1024的“真彩色”电视图像，帧速为30帧/秒，显示1分钟，需要的存储量：1280 1024 3 30 606.6GB 数字视频编码技术主要有JPEG、MPEG及H.264标准。,第四节 多媒体信息的数字化技术,视频文件格式影像视频文件AVI格式文件.avi 将视频与音频信息交错地保存在一个文件中，较好地解决了音频与视频的同步问题，已成为Windows视频标准格式文件，数据量较大，要压缩。MOV格式文件.mov可以合成视频、音频、动画、静止图像等多种素材。数据量较大，要压缩。MPEG格式文件.mpeg/.mpg/.datMPEG文件格式是运动图像压缩算

46、法的国际标准，它采用有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息，压缩效率高，图像和音响的质量非常好。DAT格式文件是VCD专用的格式文件，与MPEG文件格式的文件结构基本相同。,第四节 多媒体信息的数字化技术,视频文件格式流媒体文件流媒体是一种可以使音频、视频等多媒体文件在Internet上以实时的、无需下载等待的流式传输方式进行播放的技术。RealMedia可以根据网络数据传输速率的不同而采用不同的压缩比率，在数据传输过程中边下载边播放视频影像。ASF及WMV是 Microsoft 为了和 Real player 竞争而发展出来的一种在Internet上实时传播多媒体的技术标准。WMV是一种动态图像压缩技术，也是一种在Internet上实时传播多媒体的技术标准。QuickTimeApple计算机公司开发的一种视音频文件格式，用于保存视频和音频信息，具有先进的视频和音频功能，被几乎所有主流的个人计算机平台支持。,【本章小结】,通过本章学习，应理解和掌握：1.各数制之间的转换方法。2.二进制数的算术运算和逻辑运算。3.整数的补码表示形式。4.ASCII码及各种汉字编码方案。5.多媒体信息的采集与数字化过程。,