第四章-數(shù)字媒體及應(yīng)用

第四章數(shù)字媒體及應(yīng)用4.1.1 數(shù)制及相互轉(zhuǎn)換數(shù)制也稱計數(shù)制，是指用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。編碼是采用少量的基本符號，選用一定的組合原則，以表示大量復(fù)雜多樣的信息的技術(shù)。計算機(jī)是信息處理的工具，任何信息必須轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)后才能由計算機(jī)進(jìn)行處理、存儲和傳輸。1.基本概念(4)數(shù)位，基數(shù)和位權(quán)①數(shù)位是指數(shù)碼在一個數(shù)中所處的位置。②基數(shù)是指在某種進(jìn)位計數(shù)制中，每個數(shù)位上所能使用的數(shù)碼的個數(shù)。例如：二進(jìn)制數(shù)基數(shù)是2，每個數(shù)位上所能使用的數(shù)碼為0和1兩個數(shù)碼。③對于多位數(shù)，處在某一位上的“1”所表示的數(shù)值的大小，稱為該位的位權(quán)。例如，二進(jìn)制第2位的位權(quán)為2，第3位的位權(quán)為4。一般情況下，對于N進(jìn)制數(shù)，整數(shù)部分第i位的位權(quán)為Ni－1，而小數(shù)部分第j位的位權(quán)為N－j。(5)常用進(jìn)制數(shù)及其書寫方式考試中常用到的進(jìn)制數(shù)是二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)。進(jìn)制數(shù)的書寫方式有兩種：用（進(jìn)制數(shù)）下角標(biāo)。如(1001)2(45)8用大寫字母表示，B—二進(jìn)制，D—十進(jìn)制，O—八進(jìn)制，H—十六進(jìn)制。如1001B，45O，3AH。注意，十進(jìn)制在書寫的時候可以不用標(biāo)示出符號。2.數(shù)制與編碼(1)二進(jìn)制（二進(jìn)位計數(shù)制）具有二個不同的數(shù)碼符號0、1，其基數(shù)為2；二進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)是逢二進(jìn)一，例如：(1011)2=1×23+1×22+1×21+1×20=(11)10(2)十進(jìn)制(十進(jìn)位計數(shù)制)具有十個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，其基數(shù)為10；十進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)是逢十進(jìn)一，例如：(1011)10＝1×103＋0×102＋1×101＋1×100=1011(3)八進(jìn)制(八進(jìn)位計數(shù)制)具有八個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、6、7，其基數(shù)為8；八進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)是逢八進(jìn)一，例如：(1011)8＝1×83＋0×82＋1×81＋1×80＝(521)10(4)十六進(jìn)制(十六進(jìn)位計數(shù)制)具有十六個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其基數(shù)為16，十六進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)是逢十六進(jìn)一，例如：(1011)16＝1×163＋0×162＋1×161＋1×160＝(4113)103.不同數(shù)制的轉(zhuǎn)換（五句口訣）①十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制數(shù)——除R（基數(shù)）取余法，余數(shù)倒序排列。②十進(jìn)制純小數(shù)轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制數(shù)——乘R（基數(shù)）取整法，整數(shù)正序排列。③R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)——乘權(quán)求和法。④八．十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制——每1位八進(jìn)制數(shù)碼用3位二進(jìn)制數(shù)碼表示，每1位十六進(jìn)制數(shù)碼用4位二進(jìn)制數(shù)碼表示。⑤二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八．十六進(jìn)制——從小數(shù)點(diǎn)開始分別向左向右展開：每3位二進(jìn)制數(shù)碼用1位八進(jìn)制數(shù)碼表示，每4位二進(jìn)制數(shù)碼用1位十六進(jìn)制數(shù)碼表示。4.1.2 數(shù)值計算1.R進(jìn)制算數(shù)運(yùn)算法則加法運(yùn)算：逢R進(jìn)一。減法運(yùn)算：借一位，當(dāng)R用。2.邏輯運(yùn)算①二進(jìn)制有兩個邏輯值：1（邏輯真），0（邏輯假）②邏輯加（也稱“或”運(yùn)算，用符號“OR”．“∨”或“＋”表示）當(dāng)A和B均為假時，結(jié)果為假，否則結(jié)果為真③邏輯乘（也稱“與”運(yùn)算，用符號“AND”．“∧”或“?”表示）當(dāng)A和B均為真時，結(jié)果為真，否則結(jié)果為假。④取反（也稱“非”運(yùn)算，用符號“NOT”或“－”表示）⑤異或（用符號“XOR”表示）兩個值不同時為真，相同時為假。4.1.3 數(shù)值信息表示1.整數(shù)表示（定點(diǎn)數(shù)）

計算機(jī)中的整數(shù)一般用定點(diǎn)數(shù)表示，定點(diǎn)數(shù)指小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中有固定的位置。整數(shù)又可分為無符號整數(shù)(不帶符號的整數(shù))和整數(shù)(帶符號的整數(shù))。無符號整數(shù)中，所有二進(jìn)制位全部用來表示數(shù)的大小，有符號整數(shù)用最高位表示數(shù)的正負(fù)號，其它位表示數(shù)的大小。如果用一個字節(jié)表示一個無符號整數(shù)，其取值范圍是0～255(28－1)。表示一個有符號整數(shù)，其取值范圍－128～＋127(－27～＋27－1)。例如：如果用一個字節(jié)表示整數(shù)，則能表示的最大正整數(shù)為01111111(最高位為符號位)，即最大值為127，若數(shù)值＞|127|，則“溢出”。計算機(jī)中表示一個帶符號的整數(shù)，數(shù)的正負(fù)用最高位來表示，定義為符號位，用“0”表示正數(shù)，“1”表示負(fù)數(shù)。

帶符號整數(shù)有原碼和補(bǔ)碼兩種表示方式，其中帶符號的正數(shù)的補(bǔ)碼就是原碼本身；帶符號的負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是原碼取反再加一換算得來，計算機(jī)中帶符號的負(fù)數(shù)采用補(bǔ)碼的形式存放。

原碼到補(bǔ)碼的換算過程是：保持最高位符號為不變，其余各位取反，然后末位加1。

補(bǔ)碼到原碼的換算過程是：保持最高位符號為不變，其余各位取反，然后末位加1。注意：如果是正數(shù)，則補(bǔ)碼就是其原碼本身，反推，如果帶符號數(shù)補(bǔ)碼的最高位是0，則該補(bǔ)碼表示形式也是該數(shù)值的原碼表示形式。2.浮點(diǎn)數(shù)表示實(shí)數(shù)一般用浮點(diǎn)數(shù)表示，因?yàn)樗男?shù)點(diǎn)位置不固定，所以稱浮點(diǎn)數(shù)。它是既有整數(shù)又有小數(shù)的數(shù)，純小數(shù)可以看作實(shí)數(shù)的特例。任何一個實(shí)數(shù)都可以表達(dá)成一個乘冪和一個純小數(shù)之積，57．6256．－1984．043．0．004567都是實(shí)數(shù)以上三個數(shù)又可以表示為：57.6256＝102×(0.576256)－1984.043＝104×(－0.1984043)0.004567＝10-2×(0.4567)

其中指數(shù)部分（稱為“階碼”，是一個整數(shù)）用來指出實(shí)數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置，括號內(nèi)是一個純小數(shù)（稱為“尾數(shù)”）。二進(jìn)制的實(shí)數(shù)表示也是這樣，例如：1001.011=2100×(0.1001011)-0.0010101=2-10×(-0.10101)

在計算機(jī)中通常把浮點(diǎn)數(shù)分成階碼和尾數(shù)兩部分組成，其中階碼一般用補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)表示，尾數(shù)一般用補(bǔ)碼或原碼定點(diǎn)小數(shù)表示。階符表示指數(shù)的符號位，階碼表示冪次，數(shù)符表示尾數(shù)的符號位，尾數(shù)表示規(guī)格化的小數(shù)值。用科學(xué)計數(shù)法表示：N=S×2i

，其中S為尾數(shù)，i為階碼。階符階碼數(shù)符尾數(shù)N=-S×2i數(shù)符尾數(shù)階符階碼4.2 文本與文本處理4.2.1 基本概念字符（character）：是記錄語言的符號，它適用于一種或多種書面語言。字符集（characterset）：相關(guān)的多個字符的集合稱為字符集。文本（text）：基于特定字符集的、具有上下文相關(guān)性的一個字符流，每個字符均使用編碼表示。如：一個記事本文檔、一個Word文檔。字符的編碼1.西文字符編碼（ASCII碼）西文字符集：由拉丁字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號及一些特殊符號組成。西文字符的編碼：對字符集中每一個字符各有一個二進(jìn)制編碼，通常記為十進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)。(1)標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼——美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)使用7個二進(jìn)位對字符進(jìn)行編碼。每個ASCII字符以一個字節(jié)存放（8位，最高位為0）標(biāo)準(zhǔn)的ASCII字符集共有128個字符，其中含：96個可打印字符（常用字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號等），32個控制字符。一般要記住幾個特殊字符的ASCII碼：空格（32）、A（65）、a（97）、0（48）注意：數(shù)字、字母的ASCII碼是連續(xù)的；對應(yīng)大小寫字母ASCII碼相差32。不同類型的ASCII碼的十進(jìn)制數(shù)值由小到大的排序：數(shù)字<大寫字母<小寫字母128個字符與8位(01111111)是否相沖突?(2)擴(kuò)展ASCII碼標(biāo)準(zhǔn)ASCII字符集只有128個不同的字符，在很多應(yīng)用中無法滿足要求。擴(kuò)展ASCII碼：將標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼的最高位置1，得到十進(jìn)制數(shù)代碼

128～255，稱為擴(kuò)展ASCII碼，可代表擴(kuò)展的另128個字符。擴(kuò)充ASCII字符集=標(biāo)準(zhǔn)ASCII字符集+擴(kuò)展字符集2.漢字字符的編碼(1)我國漢字編碼的國家標(biāo)準(zhǔn)GB2312-80（6763個常用簡體漢字和682個圖形符號）GBK-95（21003個漢字和883個圖形符號）GB18030-2000（27000

多個漢字）區(qū)分這兩個128?1000000011111111(2) GB2312-80字符集GB2312構(gòu)成：包括6763個漢字和682個非漢字字符一級常用漢字3755個，按漢語拼音排列二級常用漢字3008個，按偏旁部首排列非漢字字符682個GB2312構(gòu)成一個二維平面，分成94行和94列，行號稱為區(qū)號，列號稱為位號。唯一標(biāo)識一個漢字。將區(qū)位碼的區(qū)號和位號分別加上32（20H），得到國標(biāo)交換碼將國標(biāo)碼的兩個字節(jié)的最高位置1（加128，即80H），得到PC機(jī)常用的機(jī)內(nèi)碼漢字的區(qū)位碼、國標(biāo)碼、機(jī)內(nèi)碼有如下關(guān)系：國標(biāo)碼=區(qū)位碼H機(jī)內(nèi)碼=國標(biāo)碼H機(jī)內(nèi)碼=區(qū)位碼+A0A0H漢字機(jī)內(nèi)碼雙字節(jié)，最高位是1；西文字符機(jī)內(nèi)碼單字節(jié)，最高位是0。

漢字:雙字節(jié)1

西文:單字節(jié)0(4)UCS/Unicode編碼標(biāo)準(zhǔn)UCS/Unicode—通用編碼字符集UCS—國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的ISO/IEC10646標(biāo)準(zhǔn)Unicode—統(tǒng)一碼或聯(lián)合碼，微軟、IBM等聯(lián)合制定、與UCS完全等同的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。UCS/Unicode用4個字節(jié)對全世界現(xiàn)代書面文字所使用的所有字符、符號進(jìn)行編碼（記作UCS-4）漢字輸入編碼方法的分類：①數(shù)字編碼：使用一串?dāng)?shù)字來表示漢字的編碼方法，例如電報碼、區(qū)位碼等缺點(diǎn)：難以記憶，不易推廣②字音編碼：一種基于漢語拼音的編碼方法，簡單易學(xué)，適合于非專業(yè)人員。缺點(diǎn)：同音字引起的重碼多，需增加選擇操作③字形編碼：將漢字的字形分解歸類而給出的編碼方法，重碼少、輸入速度較快，如五筆字形法和表形碼等。缺點(diǎn)：編碼規(guī)則不易掌握④形音編碼：吸取了字音編碼和字形編碼的優(yōu)點(diǎn)，使編碼規(guī)則適當(dāng)簡化、重碼減少。缺點(diǎn)：不易掌握

印刷體漢字識別：將傳統(tǒng)紙介質(zhì)上的文字信息自動輸入計算機(jī)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字文本形式的一種技術(shù)，也叫做漢字OCR（OpticalCharacterRecognition）。4.2.4 文本類型文本是計算機(jī)表示文字及符號信息的最常用也是最基本的一種數(shù)字媒體。使用計算機(jī)制作的數(shù)字文本，根據(jù)用途分為：簡單文本、豐富格式文本和超文本三類。1.簡單文本（純文本）除了表達(dá)正文的字符和幾個打印控制字符外，不含其它格式信息和結(jié)構(gòu)信息。簡單文本又稱為純文本或ASCII文本。如在Windows中，文件的后綴名為“.txt”的文件就是文本文件。簡單文本為一種線性結(jié)構(gòu)，由若干行構(gòu)成，每行由若干個字符構(gòu)成。2.豐富格式文本在簡單文本中增加格式控制和結(jié)構(gòu)說明信息，構(gòu)成豐富格式文本，如Word文本。RTF是一種中間格式，它的目的是使各種豐富格式文本在不同的軟件和系統(tǒng)中互換使用。3.超文本超文本采用一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來組織信息節(jié)點(diǎn)可以是文字、文本塊、圖形、圖像、聲音或視頻超鏈接、鏈源、鏈宿通過鏈接、跳轉(zhuǎn)、導(dǎo)航、回溯等操作實(shí)現(xiàn)跳躍式閱讀超文本中的節(jié)點(diǎn)不單是文本節(jié)點(diǎn)，還包含圖形、圖像、聲音或動畫節(jié)點(diǎn)，這種基于多媒體信息結(jié)點(diǎn)的超文本，有時也稱為“超媒體”例如：Windows中的“幫助”文件就是一種典型的超文本。Web中的網(wǎng)頁通常也是超文本。(2) 面向辦公的文本處理軟件MS-OfficeWPS2000永中Office中的文本處理軟件(3) 面向出版的文本處理軟件排版軟件的主要功能：將文字、圖形和圖像等合理地安排在頁面內(nèi)方正集團(tuán)公司的“飛騰”排版軟件。美國Adobe公司的PageMaker和PDFWriter。4.3圖像與圖形4.3.2 圖像的表示方法與主要參數(shù)1.圖像的表示方法一幅取樣圖像由M行×N列個取樣點(diǎn)組成，每個取樣點(diǎn)稱為像素（pictureelement,簡寫為pixel）。2.取樣圖像的屬性圖像分辯率（包括垂直分辨率和水平分辨率）：圖像在屏幕上的大小常用顏色模型：RGB(紅、綠、藍(lán))、CMYK(青、品紅、黃、黑)、HSV(色彩、飽和度、亮度)、YUV(亮度、色度)等。像素深度：像素的所有顏色分量的二進(jìn)制位數(shù)之和，它決定了不同顏色（亮度）的最大數(shù)目。3.圖像數(shù)據(jù)量的計算公式（以字節(jié)為單位）數(shù)據(jù)量=圖像水平分辨率×圖像垂直分辨率×像素深度／8幾種常用圖像的數(shù)據(jù)量圖像大小8位(256色)16位(65536色)24位(真彩色)512×512256KB512KB768KB640×480300KB600KB900KB1024×768768KB1.5MB2.25MB1024×10241MB2MB3MB1280×10241.25MB2.5MB3.75MB4.3.3 圖像的壓縮編碼圖像數(shù)據(jù)壓縮的可能性：由于數(shù)字圖像中的數(shù)據(jù)相關(guān)性很強(qiáng)，數(shù)據(jù)的冗余度很大，因此對數(shù)字圖像進(jìn)行大幅度的數(shù)據(jù)壓縮是完全可能的。而且，人眼的視覺有一定的局限性，即使壓縮前后的圖像有一定失真，只要限制在人眼允許的誤差范圍之內(nèi)，也是允許的。1.數(shù)據(jù)壓縮類型無損壓縮：壓縮以后的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像還原(也稱為解壓縮)時，重建的圖像與原始圖像完全相同例如：行程長度編碼（runlengthcoding,RLC）：哈夫曼(Huffman)編碼：對出現(xiàn)概率高（低）的編短（長）碼，是變長碼有損壓縮：使用壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建時，重建后的圖像與原始圖像雖有一定的誤差，但不影響人們對圖像含義的正確理解。如變換編碼、矢量編碼等2.壓縮編碼方法優(yōu)劣的評價壓縮倍數(shù)的大小重建圖像的質(zhì)量（有損壓縮時）壓縮算法的復(fù)雜程度名稱壓縮編碼方法性質(zhì)典型應(yīng)用開發(fā)組織/公司BMPRLC無損Windows應(yīng)用程序MicrosoftTIFRLC,LZW無損desktoppublishingAldus，MicrosoftGIFLZW無損InternetCompuServeJPEGDCT，Huffman無損/有損Internet,數(shù)碼相機(jī)等ISO/IECJPEG2000小波變換，算術(shù)編碼無損/有損Internet,數(shù)碼相機(jī)等ISO/IECJPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮比越低，圖像質(zhì)量越好；壓縮比越高，圖像質(zhì)量越差。BMP(BitMaP-file)圖像微軟公司在Windows操作系統(tǒng)下使用的一種標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式，一個文件存放一幅圖像，可以使用行程長度編碼（RLC）進(jìn)行無損壓縮，也可不壓縮。不壓縮的BMP文件是一種通用的圖像文件格式，幾乎所有Windows應(yīng)用軟件都能支持。GIF(GraphicsInterchangeFormat)

互聯(lián)網(wǎng)上廣泛使用的一種圖像文件格式，它的顏色數(shù)目較少（不超過256色），文件特別小，適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。尤為突出的是，它可以將許多張圖像保存在同一個文件中，顯示時按預(yù)先規(guī)定的時間間隔逐一進(jìn)行顯示，從而形成動畫的效果，因而在網(wǎng)頁制作中大量使用。由CompuServe公司1987年開發(fā)，基于Lempel-ZivWalch(LZW)壓縮算法、使用特殊碼、可變長度。4.矢量繪圖軟件矢量繪圖軟件：制作矢量圖形的軟件，如：AutoCAD、MAPInfo、ARCInfo等2D的矢量繪圖軟件：Corel公司的CorelDrawAdobe公司的IllustratorMacromedia公司的FreeHand(制圖)微軟公司的MicrosoftVisio(流程圖制作軟件)微軟公司Office辦公套件中的Word和PowerPoint注意:判斷軟件類型的題型4.4數(shù)字聲音及應(yīng)用聲音的帶寬多媒體技術(shù)處理的聲音信號主要是人耳可聽到的20～20kHz的音頻信號(audio)：4.4.1波形聲音的獲取與播放聲音信號的數(shù)字化聲音信號的數(shù)字化：將模擬聲音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼形式以便于計算機(jī)進(jìn)行處理的過程。聲音信號數(shù)字化的過程取樣：按照一定的取樣頻率獲取聲音信號。量化：將聲音信號量化為一定范圍內(nèi)的數(shù)，如8位、12位或16位二進(jìn)制數(shù)。編碼：將量化后的聲音值按要求編碼，進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮。P702.波形聲音的獲取設(shè)備麥克風(fēng)：將聲波轉(zhuǎn)換為電信號(模擬量)。聲卡（soundcard）：進(jìn)行模擬電信號的數(shù)字化。PC機(jī)的聲卡較多的已經(jīng)與主板集成在一起，不再做成獨(dú)立的插卡。聲音重建（reconstruction）：把聲音從數(shù)字形式轉(zhuǎn)換成模擬信號形式。音箱分類：普通音箱：接收的是重建的模擬聲音信號數(shù)字音箱：可直接接收聲卡輸出的數(shù)字聲音信號，避免信號在傳輸中發(fā)生畸變和受到干擾，其音響效果更加突出4.4.2 波形聲音的表示與壓縮編碼1.波形聲音的主要參數(shù)取樣頻率量化位數(shù)聲道數(shù)目使用的壓縮編碼方法數(shù)碼率（bitrate）：指的是每秒鐘的數(shù)據(jù)量，也稱比特率、碼率。數(shù)字聲音未壓縮前，其計算公式為：波形聲音的碼率（kb/s）＝取樣頻率×量化位數(shù)×聲道數(shù)壓縮編碼以后的碼率＝壓縮前的碼率/壓縮倍數(shù)P71聲音類型帶寬(Hz)取樣頻率(kHz)量化位數(shù)(bits)未壓縮時的碼率壓縮后的碼率(kB/s)數(shù)字語音300～3,40088164kb/s2~64kb/sCD唱片20～20,00044.1162176.4(kB/s)1411.2kb/s176.4(kB/s)MP3音樂20～20,00044.1162176.4(kB/s)1411.2kb/s128～112kbps64kb/s聲道數(shù)1分鐘高保真聲音數(shù)據(jù)量=176.4kB