《信息的表示》课件

信息的表示信息是人类社会不可或缺的一部分。它可以是文字、图像、声音、视频等等。但是，信息本身是抽象的，为了方便人类理解和处理，我们需要将其表示为具体的形式。信息的定义数据是指原始的、未经加工的符号、信号或文字，例如数字、字母、图像等。信息是指对数据进行加工处理后得到的具有意义的结果，它能够减少不确定性、增加知识和改变人们的认知。知识是指对信息进行整理、分析和归纳后形成的结构化的、有组织的体系，它能帮助人们理解世界、解决问题和进行决策。信息的度量1比特最小的信息单位，表示一个二进制位。8字节由8个比特组成，是计算机中常用的信息单位。1024千字节表示1024个字节，简称KB。1024兆字节表示1024个KB，简称MB。信息与不确定性1减少不确定性信息的作用是减少不确定性2不确定性对事件结果的未知3信息消除不确定性二进制编码计算机使用二进制系统表示信息，这是一种用0和1两种数字来表示信息的系统。二进制编码是将信息转换为二进制形式的过程。每个二进制位称为一个比特（bit），它可以是0或1，用来表示信息的最小单位。文本信息的编码ASCII编码ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）是美国信息交换标准代码，是基于拉丁字母的一套字符编码标准，它为每个字符分配一个唯一的数字代码，可以有效地存储和传输文本信息。Unicode编码Unicode编码是一种更通用的字符编码标准，它支持全球范围内多种语言的字符，能够表示更多种类的字符，包括汉字、日文、韩文等。图像信息的编码图像信息通常由像素矩阵构成，每个像素代表一个颜色值。常用的图像编码格式包括：位图(BMP):每个像素用多个比特表示，支持各种颜色深度，适合用于存储高精度的图像。JPEG(JointPhotographicExpertsGroup):采用有损压缩，压缩比高，适合用于压缩照片和图像，但在压缩时会损失一些细节。PNG(PortableNetworkGraphics):采用无损压缩，压缩比不如JPEG高，但可以保存图像的细节和颜色信息，适合用于存储网页图像和图形。声音信息的编码模拟信号数字化将模拟声音信号转换为数字信号的过程，以便计算机能够存储和处理。采样与量化通过采样将连续的声音信号分解为离散的样本，并通过量化将每个样本转换为数字值。编码压缩使用压缩算法减小数字音频文件的大小，提高存储效率和传输速度。视频信息的编码视频信息由图像序列和声音信息组成，需要将图像和声音分别编码，再进行合成。常用的视频编码标准有MPEG、H.264、AV1等，它们利用图像压缩技术和音频压缩技术来减少数据量，并进行同步处理。模拟信号与数字信号1模拟信号模拟信号是连续的，可以取任意值。例如，声音信号、温度信号。2数字信号数字信号是离散的，只能取有限个值。例如，计算机内部的信号。采样与量化采样将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，以一定的频率采集信号。量化将采样得到的离散信号转换成有限个离散的数值，用数字表示信号的幅度。采样定理定义要准确地恢复模拟信号，采样频率必须大于信号最高频率的两倍。公式fs>2fm应用数字音频、视频和图像处理等补码表示正数补码与原码相同负数补码符号位不变，其余位取反加1优点简化加减运算，便于硬件实现定点数表示整数部分表示整数部分的位数小数部分表示小数部分的位数定点表示在计算机中，定点数表示是指小数点位置固定不变的表示方式。浮点数表示1符号位表示数字的正负号。2阶码表示数字的指数部分，决定数值的大小。3尾数表示数字的有效数字部分，决定数值的精度。数值的精度与取舍精度数值的精度是指表示数值的位数，也就是有效数字的位数。精度越高，表示的数值越精确。取舍在计算机中，由于存储空间有限，无法精确地表示所有实数。因此，需要进行取舍，将精确的实数近似地表示为有限位数的数值。计算机中的字长字长决定了计算机一次能够处理的位数，它影响着计算机的运算速度、存储容量和寻址能力。信息的压缩1存储空间压缩可以减少文件大小，节省存储空间。2传输效率压缩可以提高数据传输速度，节省带宽成本。3数据冗余压缩可以去除数据中的冗余部分，提高数据效率。无损压缩算法数据完整性保证压缩后的数据与原始数据完全一致。压缩效率通过模式识别和数据冗余去除，减少数据大小。算法示例Run-LengthEncoding(RLE),HuffmanCoding,Lempel-Ziv(LZ)有损压缩算法不可逆压缩算法，压缩时会丢失部分信息。常用于图像、音频、视频等多媒体数据。压缩比率高，但会降低数据质量。信息加密1数据安全保护信息不被未经授权访问或修改2保密性确保只有授权用户才能访问信息3完整性确保信息在传输或存储过程中不被篡改密码学基本概念保密性确保信息只能被授权者访问，防止未经授权的访问或泄露。完整性确保信息在传输或存储过程中不被篡改，保证信息的真实性和可靠性。身份验证验证用户的身份，确保只有合法用户才能访问系统或资源。不可否认性防止发送者否认发送信息，确保信息来源的真实性。对称密码算法加密与解密使用同一个密钥例如：DES、AES、3DES速度快，效率高适用于数据量大、实时性强的场景。密钥管理是关键密钥的安全性直接影响算法的安全性。非对称密码算法公钥加密使用公钥加密数据，只有对应的私钥才能解密。私钥签名使用私钥对数据进行签名，任何人可以使用对应的公钥验证签名。密钥管理公钥可以公开，私钥必须保密。数字签名1验证身份数字签名用于验证发送者的身份，确保信息来源的真实性。2保证完整性数字签名能够检测到信息是否被篡改，确保信息的完整性。3不可否认发送者无法否认发送过信息，确保信息的不可否认性。哈希函数不可逆性无法从哈希值反推出原始数据。唯一性不同的数据经过哈希函数运算后，生成的哈希值几乎不可能相同。快速性哈希函数的计算效率很高，能够快速地生成哈希值。密钥管理1密钥生成随机生成安全且唯一的密钥，并确保密钥的机密性。2密钥存储安全存储密钥，防止未授权访问，并提供密钥备份和恢复机制。3密钥分发安全地分发密钥给授权用户，并确保密钥在传输过程中的安全性。4密钥撤销及时撤销失效或泄露的密钥，防止恶意使用，并确保密钥的完整性。安全协议定义通信双方行为规范，确保信息安全传输和交互。包含身份认证、数据加密、完整性验证等机制，防止信息泄露、篡改或伪造。常见的安全协议包括SSL/TLS、SSH、IPSec等，用于网络通信、数据传输和远程访问。密码学应用实例密码学在现代信息技术中发挥着重要作用，应用于各种场景，例如：网络安全：保障网络通信的安全，防止数据泄露和攻击。电子商务：保护交易安全，确保用户身份验证和支付信息的保密性。数字版权保护：防止盗版和非法复制，保护知识产权。数据加密：保护敏感数据，防止未经授权的访问。信息安全的发展趋势云计算安全随着云计算的普及，云安全成为关键，需要加强数据加密、访问控制和安全审计。人工智能安全人工智能技术的应用也带来新的安全挑战，需要研究对抗