消息的数字化及应用学习教案

1、会计学1消息消息(xio xi)的数字化及应用的数字化及应用第一页，共31页。（一）计算机操作的是二进制数码（一）计算机操作的是二进制数码(shm)信号信号二进制数码的信号波形二进制数码的信号波形（二）只有数字信号才能（二）只有数字信号才能(cinng)精确表示物理量精确表示物理量模拟万用表模拟万用表模拟量根据模拟量根据表的指针表的指针(zhzhn)读读数，一般只数，一般只能精确到三能精确到三位数。位数。数字万用表数字万用表二进制数字可二进制数字可表示物理量所表示物理量所要求的精度。要求的精度。目前可精确到目前可精确到10位数以上（对应采用位数以上（对应采用32位二进制数码表示一个位二进制数码

2、表示一个数值）。数值）。逻辑电路有两个状态，分别对应逻辑电路有两个状态，分别对应“1”和和“0”，计算机通过逻辑电路实现运算，计算机通过逻辑电路实现运算。数字示波器数字示波器 第2页/共31页第二页，共31页。二进数二进数码波形码波形实际信号波实际信号波形形受干扰受干扰后的波后的波形形定时信定时信号号再生信再生信号号（三）数字信号受干扰后可以再生，消除（三）数字信号受干扰后可以再生，消除(xioch)干扰影响干扰影响受干扰后的信号经再生定时判决可正确恢复。受干扰后的信号经再生定时判决可正确恢复。第3页/共31页第三页，共31页。（四）数字信号可采用（四）数字信号可采用(ciyng)时间复用提高

3、传输效率时间复用提高传输效率例如：在闭路电视电缆例如：在闭路电视电缆(dinln)上，原传一路模拟电视信号的通道内，可以同时传上，原传一路模拟电视信号的通道内，可以同时传48路数字电视节目（由于这涉及较多概念，在通信原理课程中才会详细讲授）。路数字电视节目（由于这涉及较多概念，在通信原理课程中才会详细讲授）。（五）数字电路性能稳定可靠（五）数字电路性能稳定可靠(kko)，设计、维护、生产方便，体，设计、维护、生产方便，体积小，重量轻积小，重量轻数字电路数字电路高频模拟电路高频模拟电路第4页/共31页第四页，共31页。数字化优点数字化优点(yudin)性能稳定、性能稳定、生产方便生产方便（五）（

4、五）便于计算便于计算机操作机操作（一）（一）传输效传输效率高率高（四）（四）抗干扰抗干扰能力强能力强（三）（三）精确表示精确表示物理量物理量（二）（二）一、为什么要数字化（续一、为什么要数字化（续3）第5页/共31页第五页，共31页。十进制二进制八进制十六进制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F十进制、二进制、八进制和十六进制十进制、二进制、八进制和十六进制(sh li jn zh)数的数的对应关系表对应关系

5、表1）同一数值可表示为不同数制的数，它们）同一数值可表示为不同数制的数，它们(t men)之间可相互转换。之间可相互转换。2）日常书面语言习惯用十进制。计算机运算用二进制数。计算机程序书写为简便，可用八进制、十六进制。日常书面语言习惯用十进制。计算机运算用二进制数。计算机程序书写为简便，可用八进制、十六进制。3）数制之间的转换运算方法请阅读教材。数制之间的转换运算方法请阅读教材。第6页/共31页第六页，共31页。（一）（一）A/D转换器原理转换器原理(yunl)A/D的原理简化框的原理简化框图图A/D是专用是专用(zhunyng)集成电路成熟产品，以集成电路成熟产品，以A/D的位数标明它能达到

6、的转换精度。的位数标明它能达到的转换精度。固定电话使用固定电话使用8位位A/D，移动通信使用，移动通信使用13位位A/D。由。由A/D实现语音数字化。实现语音数字化。目前高精度目前高精度A/D可达可达32位。位。模拟量（信号）通过模拟量（信号）通过A/D转换器变为数字量（信号）转换器变为数字量（信号）。第7页/共31页第七页，共31页。（一）（一）A/D转换器原理转换器原理(yunl)（续）（续）A/D的位数与的位数与 量化电平数之间的对应关系是：量化电平数之间的对应关系是：M=2n 其中其中(qzhng) M表示量化电平数，表示量化电平数，n表示位数。表示位数。3位位A/D对应对应8个量化电

7、平关系图个量化电平关系图。A/D允许的输入信号幅值一般为允许的输入信号幅值一般为 5V，根据电平数即可计算出量化精度，根据电平数即可计算出量化精度。第8页/共31页第八页，共31页。（二）（二）D/A转换器原理转换器原理(yunl)由由D/A完成由数码完成由数码(shm)到模拟信号的反变换。到模拟信号的反变换。数码变模拟信号的原理说明简图数码变模拟信号的原理说明简图第9页/共31页第九页，共31页。 （一）英文的字符（一）英文的字符(z f)编码编码高3位低4位0000010100111001011101110000NULDELSP0P.p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC22

8、BRbr0011ETXDC3#3CScs0100DOTDC4$4DTdt0101ENGNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYIy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFFS,Nn1111SIUS/?OoDEL采用采用(ciyng) ASCII码码第10页/共31页第十页，共31页。 （二）汉字（二）汉字(Hnz)的字符编码的字符编码汉字编码汉字编码(hn z bin m)分为输入码、交换码、机内码和字形码。目的是将汉字也用二进制编码表示，并映射成分为输入码、交换码

9、、机内码和字形码。目的是将汉字也用二进制编码表示，并映射成ASCII码。码。1 输入码输入码 输入码将汉字影射到计算机键盘上的一组键盘符号。目前常用的输入码有拼音码、五笔字型码、自然码、表形码和电报码等。不同的汉字输入法，仅仅是输入码不同。计算机在处理汉字信息时需把不同的输入码转换成国家规定的汉字的标准代码。2 交换码交换码 交换码是计算机内部处理汉字信息的一种标准代码。中国国家标准总局于1981年制定了中华人民共和国国家标准GB2312-80信息交换用汉字编码字符集-基本集，即国标码。国标码的物理模型表现形式是区位编码区位编码，即把国标GB2312-80中的汉字、图形符号与一个9494的方阵

10、对应。 第11页/共31页第十一页，共31页。国标码字符集中收集了常用国标码字符集中收集了常用(chn yn)汉字和图形符号汉字和图形符号7445个，其中个，其中7445个汉字和图形字符各占一个位置后，还剩下个汉字和图形字符各占一个位置后，还剩下1391个空位，这个空位，这1391个位置空下来保留备用。个位置空下来保留备用。区位码的物理区位码的物理(wl)模型图：模型图：方阵包含的位置总数是方阵包含的位置总数是94948836个，利用个，利用“区区”、“位位”的代号来编码汉字，因而可以编码的代号来编码汉字，因而可以编码8836个汉字与字符。个汉字与字符。 （二）汉字的字符编码（续（二）汉字的字

11、符编码（续1）第12页/共31页第十二页，共31页。 （二）汉字的字符（二）汉字的字符(z f)编码（续编码（续2）3 机内码机内码 国标码变换国标码变换(binhun)为二进制代码需要两个为二进制代码需要两个7位码，一个位码，一个7位（位（27=128）表示）表示“区区”，另一个，另一个7位表示位表示“位位”。但是这个代码在计算机内部处理时会与。但是这个代码在计算机内部处理时会与ASCII码发生冲突，为解决这个问题，把国标码的每一个字节的首位上加码发生冲突，为解决这个问题，把国标码的每一个字节的首位上加1。由于。由于ASCII码只用码只用7位（首位置位（首位置0），所以，这个首位上的），所以

12、，这个首位上的“1”就可以作为识别汉字代码的标志，计算机在处理到首位是就可以作为识别汉字代码的标志，计算机在处理到首位是“1”的代码时把它理解为是汉字的信息，在处理到首位是的代码时把它理解为是汉字的信息，在处理到首位是“0”的代码时把它理解为是的代码时把它理解为是ASCII码。码。4 汉字的字形码汉字的字形码字形码又称汉字输出码。在计算机中用一组二进制数表示点阵，用0表示白点，用1表示黑点。汉字字形点阵有1616、2424、4848几种。点阵数越多对每个汉字的修饰作用就越强，打印质量也就越高。点阵是汉字图形的数字化信息，又称汉字字模。可以选择不同的字模，如“宋体”、“楷体”等来改变字体图形。第

13、13页/共31页第十三页，共31页。（一）语音的波形（一）语音的波形(b xn)编码编码波形编码：是把语音信号波形幅度值变为二进制数码，见图。方法是将连续波形编码：是把语音信号波形幅度值变为二进制数码，见图。方法是将连续(linx)语音波形语音波形“采样采样”，再将每一个采样值编码。，再将每一个采样值编码。3位码、位码、8电平的采样、编码过程示意图电平的采样、编码过程示意图第14页/共31页第十四页，共31页。（一）语音（一）语音(yyn)的波形编码（续）的波形编码（续）采样定理：设取样脉冲采样定理：设取样脉冲(michng)s(t)的重复频率为的重复频率为fs=1/T，输入模拟信号，输入模拟

14、信号x(t)的频谱中的最高频率分量的频率的频谱中的最高频率分量的频率为为fmax ，只要，只要fs满足满足fs 2 fmax ，则将采样脉冲，则将采样脉冲(michng)信号信号y(t)通过一截止频率为通过一截止频率为fmax的低通滤波器就的低通滤波器就可以无失真地恢复原模拟信号可以无失真地恢复原模拟信号x(t)。低通滤低通滤波器波器波形编码的理论基础是采样定理。波形编码的理论基础是采样定理。在在信号与线性系统或通信原理课程中将证明采样定理原理。信号与线性系统或通信原理课程中将证明采样定理原理。第15页/共31页第十五页，共31页。 重要参数重要参数语音的最高频率：语音的最高频率：3400Hz

15、，在固定电话系统中使用的采样在固定电话系统中使用的采样(ci yn)频率频率=8kHz，采用，采用8位二进位二进制码（制码（256个量化电平）编码，得个量化电平）编码，得固定电话中的码速率：固定电话中的码速率： 码速率码速率=88kHz=64kHz 注注1：1Hz等效于等效于1bit/s（1比特比特(b t)/秒），这一说法不严格，为什么？秒），这一说法不严格，为什么？ 学到专业课时就能明白。学到专业课时就能明白。 注注2：VCD、DVD中的音乐编码的中的音乐编码的A/D位数和采样频率位数和采样频率(pnl)都要高很多，以保都要高很多，以保 证良好音质。证良好音质。提示提示第16页/共31页第

16、十六页，共31页。（二）语音的参量（二）语音的参量(cnling)编码编码语音参数，如：元音、辅音、清音、浊音、升调、降调和声强等等。不同的语言可能有不同的参量。假设某种语言是由256个不同的参量组成，因为28=256，所以只需要用8比特就可以表示(biosh)这256个不同参量了；又假设该语言语流的最快发音速度也不超过10个参量/秒，从而可以估算出所需的编码数据速率是：8比特/参量10参量/秒=80比特/秒。参量编码：编码的是语音参数，而不是波形。参量编码优于波形编码。参量编码：编码的是语音参数，而不是波形。参量编码优于波形编码。目前GSM和CDMA移动通信系统中所采用的语音编码方案是以8千

17、赫兹速率采样，13比特A/D均匀量化编码，每160个采样点（20毫秒时长）为一组，用数字信号处理方法分析提取这20毫秒时长内的语音参量，再编码传输，接收机依据语音参量再合成语音。因而移动通信中的语音数码速率大大低于固定电话移动通信中的语音数码速率大大低于固定电话。第17页/共31页第十七页，共31页。 重要参数(cnsh)GSM移动通信系统中传送语音的数据速率是13kbit/s 。CDMA 移动通信系统中传送语音的最低数据速率是1.2kbit/s 。移动通信中的语音编码方案明显优于固定电话，但较复杂。注：移动电话和固定电话通话时要进行语音注：移动电话和固定电话通话时要进行语音(yyn)编码方式

18、的转编码方式的转换！换！提示提示(tsh)第18页/共31页第十八页，共31页。（一）图像编码的应用领域及类型（一）图像编码的应用领域及类型(lixng)数字数字(shz)图像编码已应用到人们日常生活、生产和社会活动的各个领域。图像编码已应用到人们日常生活、生产和社会活动的各个领域。3 MPEG-4标准 网络电视网络电视 移动电视移动电视 视频监控视频监控活动图活动图像编码像编码 数码像机数码像机 图书出版图书出版 资源遥感资源遥感1 JPEG标准固定图固定图像编码像编码类型类型标准标准应应 用用 领领 域域2 MPEG 标准 数字电视数字电视 数码摄像机数码摄像机 DVD活动图活动图像编码像

19、编码第19页/共31页第十九页，共31页。（二）图像（二）图像(t xin)的数字化的数字化5656个像素点个像素点“人头像人头像” 用用3位码编码的人头像位码编码的人头像图像的数字化：是将每一个像素点的图像的数字化：是将每一个像素点的“灰度灰度”值编码值编码(bin m)二进制数码。二进制数码。图像信息处理技术的重要性将随着工业信息化建设的推进显得日益重要图像信息处理技术的重要性将随着工业信息化建设的推进显得日益重要。第20页/共31页第二十页，共31页。（二）图像（二）图像(t xin)的数字化的数字化所有的颜色都可以由几种基本的彩色按一定比例调配而成。彩色电视中选的3种基本颜色是：R（红

20、色）、G（绿色）和B（蓝色）。考虑到利用黑白电视机要能收看彩色电视节目信号，因而在设计彩色电视体制(tzh)时又将三种彩色相加合成出一个亮度信号Y，亮度信号的组成比例是：Y=0.30R0.59G0.11B彩色电视在传送亮度信号的同时再传送两个色差分量信号Pr 、Pb ，保持三个信号通道。色差方程是： Pr=RY=0.7R0.59G0.11B Pb=BY=0.30R0.59G0.89B彩色图像的编码是同时编码Y、 Pr 、Pb 三个分量的信号。接收端再通过解码，还原出R、G、B原三色，以合成出彩色图像。 注：在注：在彩色电视原理彩色电视原理课程中会详细讲述实现原理、技术。课程中会详细讲述实现原理

21、、技术。第21页/共31页第二十一页，共31页。（三）静止图像的编码（三）静止图像的编码(bin m)格式格式静止图像的编码与活动图像的编码有很大不同。静止图像的编码主要静止图像的编码与活动图像的编码有很大不同。静止图像的编码主要(zhyo)用在照像机中。（见教材）用在照像机中。（见教材）（四）视频图像编码（四）视频图像编码视频图像即活动图像。在网络上传送的活动图像又称为流媒体。像素点按扫描光栅的时间顺序安排。视频图像即活动图像。在网络上传送的活动图像又称为流媒体。像素点按扫描光栅的时间顺序安排。 偶数场偶数场奇数场奇数场电视图像奇偶光栅扫描示意电视图像奇偶光栅扫描示意第22页/共31页第二十

22、二页，共31页。（四）视频（四）视频(shpn)图像编码（续）图像编码（续）流媒体流媒体VCDDVD数字电视视频视频(shpn)编码应用：编码应用：第23页/共31页第二十三页，共31页。（五）高清数字电视（五）高清数字电视(sh z din sh)ATSC（美国地面） DVB（欧盟）ISDB（日本地面）DVB-T（地面）DVB-C（电缆）DVB-S（卫）视频编码方式MPEG2MPEG2MPEG2MPEG2MPEG2音频编码方式AC-3MPEG2MPEG2MPEG2MPEG2复用方式MPEG2MPEG2MPEG2MPEG2MPEG2调制方式8VSBCOFDMQAMQPSKQPSK带宽（Hz）6

23、M8M-27M高清晰度数字电视是广播电视、通信、信号处理、计算机和微电子等诸多领域高新技术的总成，是现代高清晰度数字电视是广播电视、通信、信号处理、计算机和微电子等诸多领域高新技术的总成，是现代(xindi)图像编码、信道编码、信号调制技术成就于一身的现代图像编码、信道编码、信号调制技术成就于一身的现代(xindi)高科技的产品。高科技的产品。1）三种国外数字电视标准：三种国外数字电视标准：第24页/共31页第二十四页，共31页。2）中国的地面）中国的地面(dmin)数字电视标准数字电视标准-DMB-TH DMB-TH（Terrestrial Digital Multimedia TV/Han

24、dle Broadcasting）（五）高清数字电视（五）高清数字电视(sh z din sh)DMB-TH 在覆盖范围、抗干扰能力、接收性能、系统稳定性等方面比欧洲标准（DMB-T）有明显提高。DMB-TH 的技术核心是采用了MQAM/QPSK与时域同步正交频分复用（TDSOFDM）相结合的调制技术，使用了当前最先进的低密度奇偶校验信道编码LDPC（low density parity-check code）。 该标准支持高清晰度电视、标准清晰度电视和移动电视(Mobile TV)、多媒体数据广播等。扫描方式：逐行扫描720P 图像宽高比：16：9图像分辨率（或者称有效像素）：1280720

25、（ HDTV）我国将在我国将在2010年实现高清数字电视的普及，年实现高清数字电视的普及，2015年将全面取代现有的模拟电视系统。（当前推广使用的是标清数字电视）年将全面取代现有的模拟电视系统。（当前推广使用的是标清数字电视）第25页/共31页第二十五页，共31页。 我国DMB-TH数字电视标准的制定，以及(yj)在北京奥运期间的试播成功，再一次说明了我国在电子信息技术方面的自主创新能力。这是继第三代移动通信标准TD-SCDMA之后的又一项重大电子信息技术科技成果。 高清数字电视将带动电子信息技术的又一巨大产业群的成长。六、图像的数字化编码六、图像的数字化编码(bin m) 及应用及应用第26

26、页/共31页第二十六页，共31页。（六）液晶（六）液晶(yjng)和等离子显示器和等离子显示器 液晶液晶柱状液晶分子的排列可由电场控制，由薄膜晶体管产生可变电场控制液晶分子排列，从而也就控制了透过液晶光的强弱，而构成图像。柱状液晶分子的排列可由电场控制，由薄膜晶体管产生可变电场控制液晶分子排列，从而也就控制了透过液晶光的强弱，而构成图像。 等离子等离子在很小的等离子管电极间加高压，离子管小容器中的气体产生紫外光，利用该紫外光激励红绿蓝（在很小的等离子管电极间加高压，离子管小容器中的气体产生紫外光，利用该紫外光激励红绿蓝（RGB）三基色荧光粉发出可见光，而构造显示屏。）三基色荧光粉发出可见光，而

27、构造显示屏。第27页/共31页第二十七页，共31页。(1)等离子的优势等离子的优势相比液晶电视，等离子电视的优势相比液晶电视，等离子电视的优势:价格相对便宜；等离子显示屏尺寸可做得很大；在视角、立体感、色彩还原等方面等离子优于液晶；在功耗方面，等离子电视在工作状态下，功耗是动态变化的，暗画面时因像素不发光而几乎不耗电，而液晶电视由于背光灯的亮度恒定，无论价格相对便宜；等离子显示屏尺寸可做得很大；在视角、立体感、色彩还原等方面等离子优于液晶；在功耗方面，等离子电视在工作状态下，功耗是动态变化的，暗画面时因像素不发光而几乎不耗电，而液晶电视由于背光灯的亮度恒定，无论(wln)画面亮暗，功耗始终恒定，因此实际使用的耗电量液晶要多于等离子；在时间响应上等离子优于液晶，因而等离子电视显示运动图像的效果更好。画面亮暗，功耗始终恒定，因此实际使用的耗电