0、1编码

一、声音的0、1编码

1.声音数据的编码过程

声音是一种连续的波。要把连续的波用0.1进行编码,需要经过采样、量化两步完成。

1)采样就是每隔一定的时间,测取连续波上的一个振幅值。
2)量化就是用一个二进制尺子计量采样得到的每个脉冲。
假设有图1.40(a)所示的声波,对其周期地采样可以得到图1.40(b)的脉冲样本。对每个样本进行量化,得到一串0.1码(见图1.40(c))。

2.两个技术参数

将一个连续波(模拟信号)转化为数字信号的过程通常称为模数转换(analog-to-digital,A/D)。在A/D转换过程中,有两个基本参数采样频率和量化精度。
采样频率,即一秒钟内的采样次数,它反映了采样点之间的间隔大小。间隔越小,丢失的信息越少,采样后的图形越细腻和逼真。

1928年美国电信工程师H.奈奎斯特(Harry Nyquist,1889-1976)只要采样频率高于信号最高频率的两倍,就可以从采样准确地重现通过信道的原始信号的波形。因此,要从抽样信号中无失真地恢复原信号,采样频率应大于2倍信号最高频率。一般电话中语音信号的最高频率约为3.4kHz,选用8kHz的采样频率就够了。

测量精度是样本在垂直方向的精度,是样本的量化等级,它通过对波形垂直方向的等分而实现。由于数字化最终要用二进制数表示,
常用的二进制位数—字长表示样本的量化等级。若每个样本用8b二进制数字长表示,则共有2^8=256个量级,若每个样本用16b二进制数字长表示,则共有2^16=65536个量级。

二、图形/图像的0、1编码

严格地说,图形(graphic·)与图像(image)是两个具有联系又不
相同的概念图形是片计算机表示和生成的图(如直线、矩形、椭圆、曲线、平面、曲面、立体及相应的阴影等),称为主观图像是基于绘图命令和坐标点的存储与处理。图像是指由摄像机、照相机或扫描仪零输入设备获得的图,这种图像称为客观图像。随着计算机技术的发展以及图形和图像技术的成熟,图形、图像的内涵日益接近并相互融合。

在计算机中处理图有两种方法:

(1)矢量图(vectorgraphic)法用一些基本的几何元素(直线、弧线·、圆、,矩形等)以及填充色块等描述图像,并用一组指令表述。这种图像一般称为图形或合成图像。

(2)位图
(bitmappedgraphics)法用点阵描述图像,并用一组0、1码数据描述。这种图像成为位图。

1 图像的离散化

一个图像原图本来是线条和颜色都是连续的,为了用位图表示,要把它看作由一些块组成,这个过程成为离散化。离散化后的图像被看成一个M*N的像素点阵组成的图。每个像素点都是一个单色的小方块,放大了就是马赛克。图像中像素点的密度成为图像分辨率,单位为dpi(dots per inch,每英寸像点数)。例如,某图像的分辨率为300dpi,表示每英寸的像点数是300。显然,图像分辨率越高,图像就越细腻;图像分辨率越低,就将造成马赛克现象。

2 采样与量化

采样(sampling)就是在每个小块中取它的颜色参数。通常,将它的颜色进行分解,计算出红、黄、蓝(R、G、B)一三种基色分量的亮庾值。将每个采样点的每个分量进行0.1编码,就称为量化。
显然,各颜色分量划分得越细,即所描述的0.1码位数越多,色彩就越逼真。因为它能进一步把颜色划分得更细。为了描述颜色的逼真程度,将像素的所有颜色的0.1码的位数总和,称为像素深度。
目前,像素深度有如下一些标准类型

(1)黑白图(Black&White)。颜色深度为1,只有黑白两色。,
(2)灰度图(Gray&Scale)。颜色深度为8,有256个灰度等级。
(3) 8色图(RGB 8-Colori。颜色深度为3,用3基色产生8种颜色。
(4)索引16色图(Indexed 16-Col·r)。颜色深度为4,建立调色板,提供16种颜色。
(5)索引256色图(Indexed 256-Color)。颜色深度为16,建立调色板,提供256种颜色。
(6)真彩色图(RGB True Color)。颜色深度为24,提供16 777 216种颜色,大大超出人眼分辨颜色的极限(16 000种)。颜色深度可以达,到32,更为真实。

当然,由数码摄像机和数码相机拍摄时,上述过程是自动完成的。

3 位图图像的存储

一幅数字图像,常用一个文件存储,存储空间为:
文件字节数=(位图宽度位图高度位图颜色深度)/8

例1.17计算一幅6 4 0 * 4 8 0图像按照下列颜色深度存储时的存储空间。
1)灰度图
2)真彩色图

(1)灰度图的存储空间大小

(640*480* 8) /8 = 307. 2KB

(2)真彩色图的存储空间大小

(640 * 480 *24) /8 = 921. 6KB

4 视频显示标准

与微型计算机配套的显示系统有两大类。一类是基本显示系统,用于字符/图形显示;另一类是专用显示系统,用于高分辨率图形或图像显示。这里仅介绍几种基本显示标准。

1)MDA(Monochrome Display Adapter,单色显示适配器)标准
MDA是单色字符显示系统的显示控制接口板。MDA显示标准采用9 × 14点阵的字符窗口,满屏显示80列、25行字符,对应分辨率为720×350.MDA不能兼容图形显示。

2)CGA(Colour Graphics Adapter,彩色图形适配器)标准
CGA是彩色图形/字符显示系统的显示控制接口板,其特点是可兼容字符与图形两种显示方式。在字符方式下字符窗口为8 × 8点阵,因而字符质量不如MDA,但是字符和背景可以选择颜色。在图形方式下,可以显示分辨率为640 × 200(两种颜色)或320 ×200(4种颜色)的彩色图形。

3)EGA(Enhanced Graphics Adapter,增强型彩色图形适配器)标准EGA标准的字符显示窗口为8×14点阵,字符显示质量优于CGA而接近于MDA.图形方式下分辨率为640×350(16种颜色),彩色图形的质量优于CGA,且兼容原CGA和MDA的各种显示方式。

4)VGA(Video Graphics Array,视频图形阵列)标准
VGA本来是IBM PS/2系统的显示标准,后来把按照VGA标准设计的显示控制板用于IBM pC/AT和386等微机系统。在字符方式下,字符窗口为9×16点阵,图形方式下分辨率为640×480(16种颜色)或320×200(256种颜色),改进型的VGA显示控制板(如TVGA)的图形分辨率可达1024× 768(256种颜色)。

习惯上,将MDA.CGA称作PC的第一代显示标准,EGA是第二代,VGA是第三代。

5)SVGA(Supei VGA,超级视频图形阵列)标准
SVGA是视频电子标准协会VESA于1989年推出的标准,用于定义分辨率超过vGA640×480的图形模式。它允许最高分辨率达1600×1200,最高显示颜色数达1600种。

6)XGA(Extended Graphics Array,增强图形阵列)标准
XGA由IBM公司于1990年推出。它允许逐行扫描,并用硬件实现图形加速,支持
1024×768(256色)。其改进版XGA-2进一步支持1024×768(每像素16位)和1360X
1024(每像素4位,可选16色)。
7)近年的新标准
SXGA(Super XGA,高级扩展图形阵列)分辨率达1280×1024(每像素32位,本色)
8)UXGA(Ultra XGA,极速扩展图像阵列):分辨率大1600*1200(每像素32位,本色)
9)WXGA(Wide XGA)宽屏扩展图形阵列)展示横纵比为16: 10,最大分辨率为1280X 800.
10)WSXGA(Wide Super XGA,宽屏高级扩展图形阵列)显示横纵比为16:10,分辨率可达1680×1050.

分辨率选择的主要依据是所需颜色深度和显示存储器(VRAM)的容量。

三、文字的0、1编码

计算机不仅能够对数值数据进行处理,还能够对文字数据信息进行处理。但是,对于文字的处理就不像对于数字的处理那样简单了。下面以汉字为例,介绍对文字编码过程中的有关技术。

一个计算机上从汉字的输人到输出(显示)的过程如图1.43所示。

0、1编码_第1张图片

1)用一种输入方法输入汉字;
2)键盘管理程序按照码表将外码变换成机内码;
3)机内码经字库检索程序查对应的点阵信息在字模库的地址,从字库取出子模;
4)字模送显示驱动程序,产生显示控制信号
5)显示器按照字模点阵将汉字字形在屏幕上显示出来

对于文字的处理主要涉及三种编码:
(1)外码,即在键盘上如何输入这个字
(2)内码,即在计算机内部如何标识这个字
(3)字模,即这个字是个什么形状—字体

1.外码

现在使用的计算机键盘普遍是根据英文设计的,要输入别的文字,就需要先用英文字母对该种文字进行编码。以汉字为例,由于汉字形状复杂,没有确切的读音规则,且一字多音,
一一音多字,要像输人西文字符那样在现有键盘上利用机内码进行输入非常困难。为此,不得不专门设计用来进行输入的汉字编码——汉字外码。常见的输入法有以下几类:

1)按排列顺序形成的汉字编码(流水码如区位码。
2)按读音形成的汉字编码(音码如全拼、简拼、双拼等。
3)按字形形成的汉字编码(形码)如五笔字型、郑码等。
4)按音、形结合形成的汉字编码(音形码)如自然码、智能ABC.
简单地说,外码就是用键盘上的符号对文字进行的编码。除汉字外,像日文、阿拉伯文字、朝鲜文字、中国的少数民族文字等都存在这种问题。对于直接采用英文字母的文字,就不会存在这种问题。

2 内码

内码是计算机中进行文字存储和处理的形式——实际的文字编码。这个编码与一种语言的文字符号的数量有关。常见的有:

1)ASCII码和EBCDIC码,几乎所有的小型计算机和微型计算机都采用ASCII码

2)汉字编码方案:
(1)GB2312-1980和GB2312-1990
(2)BIG5编码,是目前台湾、香港地区普遍使用的
(3)GBK编码
(4)GB18030-2000

3)Unicode编码
(Universal Multiple Octet Coded Character Set)万国码是国际标准组织ISO的标准。

3 字模库

机内码仅仅是用于存储和处理的文字符号的代表。根据机内码不能直接得到文字符号的形状。因为,文字形状有非常重要的特征-字体,即文字的字形,如汉字有宋、楷、隶、草、篆。。。在计算机中,字形即字体是由字模形成的。

目前形成的字形技术有三种:点阵字形、矢量字形和曲线轮廓字形。不管是字母还是汉字都可以采用这些技术。下图为采用这三种技术的“汉”字。

0、1编码_第2张图片

点阵字形是在一个栅格中把一个字分割成方块组成的点阵,来作为字模。显然,字模的点阵数越多,字形就越细腻,但占用的存储空间越大。如·个英语字母,用8×8点阵字模,占用的存储空间8B,而用一个16×16点阵字模,占用的存储空间32B.一般的点阵类型有
16×16、24×24、32×32、48×48等。把一个点阵字形放大到一定倍数,就会显示出明显的锯齿。针式打印机适合使用这种字模。

矢量字形是用矢量指令生成一些直线条来作为字形的轮廓。这种字形可以任意放大而不会出现锯齿,特别适合支持矢量命令的输出设备(如笔式绘图仪、刻字机等)。

曲线轮廓字形由一组直线和曲线勾画字的轮廓。
一种字体的所有字符的字模,构成一个字模库。要进行输出某种字体的一个字符,就须驱动该字模库中需要调用的字模的存储地址(或者干脆把某字符对应的ASc打码值当作字库的地址),然后控制打印机的针头或显示器的像素(发光点),打印或显示出要求字体的要求字符。

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