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1、第二章数据的表示第一页，本课件共有76页2.1 数据类型 n计算机最基本的功能是进行数据的计算和处理加工。数据有两种形式，一种是数值数据，如+12、-18.6；另一种是非数值数据，如各种字母、符号、声音、图像等。早期，计算机所处理的数据几乎都是数字或文本，但近些年来也可以处理各类多媒体的数据如：音频、视频、图形和图像。第二页，本课件共有76页2.2 二进制表示法 n计算机中采用了具有两个稳定状态的二值电路，二值电路只能代表两个数码：低电位表示数码“0”，高电位表示数码“1”。n计算机采用统一的数据表示法来表示所有的数据类型，数据经过转换存入计算机，取出时从计算机还原输出，这种格式称为二进制编码
2、。第三页，本课件共有76页2.2 二进制表示法1、数制的概念数码：一组用来表示某种数制的符号。如：1、2、3、A、B。基数：数制所用数码个数。用R表示，称R进制，“逢R进一”。如：十进制的基 数是10，逢10进1。位权：数码在不同位置上的权值Rn。如：十进制的个位的位权是“1”即100，百位位权是“100”即102。第四页，本课件共有76页1、数制的概念（续）n十进制数十进制数v十进制数的基数为10，它有10个数码0、1、2、9，超过9的数必须用多位数表示,其中低位数和相邻高位数之间的关系是“逢十进一、借一当十”。一个十进制数各位的权是以10为底的幂。例如：n一般地说，任意一个十进制数N，都可
3、以表示成：第五页，本课件共有76页1、数制的概念（续）n二进制数二进制数 v二进制数的基数为2，只有2个数码0、1，“逢二进一、借一当二”。一个二进制数各位的权是以2为底的幂。例如：n任意一个二进制数N，可以表示成：第六页，本课件共有76页1、数制的概念（续）n八进制数八进制数 v八进制数的基数为8，它有8个数码0、1、2、7，“逢八进一、借一当八”。一个八进制数各位的权是以8为底的幂。例如：n任意一个二进制数N，可以表示成：第七页，本课件共有76页1、数制的概念（续）n十六进制数十六进制数 v十六进制数的基数为16，它有16个数码0、1、2、9、A、B、C、D、E、F，“逢十六进一、借一当十
4、六”。这里，用符号A表示十进制中的10，B表示十进制中的11，F表示十进制中的15。一个十六进制数各位的权是以16为底的幂。例如：v任意一个十六进制数N，可以表示成：第八页，本课件共有76页1、数制的概念（续）各进制书写格式：各进制书写格式：1110110111101101（2 2），331 331（8 8），35.8135.81（1010），FA5FA5（1616）(10110.011)(10110.011)2 2，(755)(755)8 8，(139)(139)1010，(AD6)(AD6)16 16 10101001 10101001B B ，732 732O O ，3762 3762D
5、 D ，2CE6 2CE6H H B、O、D、H分别表示二进制1、八进制2、十进制、十六进制。第九页，本课件共有76页2、二进制运算 n算术运算包括加、减、乘、除，具体规则如下：加法：00=0 10=1 01=1 11=0（有进位）减法：00=0 10=1 11=0 01=1（需要借位）乘法：00=0 10=0 01=0 11=1 除法：01=0 11=1 第十页，本课件共有76页2、二进制运算（续）n 逻辑运算包括与、或、非3种基本运算，具体规则如下：或运算（）：0 0=0 1 0=1 0 1=1 1 1=1 与运算（）：0 0=0 1 0=0 0 1=0 1 1=1 非运算（！）：!0=1
6、 !1=0 异或运算（）：000011 101 110 即相同为0，不同为1 第十一页，本课件共有76页2、二进制运算（续）n应用v在计算机编程和外部硬件设备控制的时候，常常需要把某个字节的某位或某几位置1或0，在这个时候可以灵活使用二进制的逻辑运算来实现。第十二页，本课件共有76页2、二进制运算（续）例例2.12.1 有一个字节的二进制数据10001010B，请完成如下操作：把其第3位和第4位置1，其他位保持不变（最右边为第1位）。把其第8位和第4位置0，其他位保持不变（最右边为第1位）。第题，可以通过如下逻辑运算解决：第题，可以通过如下逻辑运算解决：第十三页，本课件共有76页2、二进制运算
7、（续）由例2.1我们可以得出：v如果对于需要某些位置1，使用“或”运算，并把需要操作的对应位置1，其余位置0。v如果对于需要某些位置0，使用“与”运算，并把需要操作的对应位置0，其余位置1。第十四页，本课件共有76页3、二进制数的存贮 n二进制数通常在计算机中储存的数据单位称为比特（Bit）。n比特是计算机中存储数据的最小单位，一位表示一个二进制信息0或者1，即表示两种状态中的一种，如开关是合还是开，习惯上1表示开关合起来。n计算机中是通过半导体器件的“导通”和“截止”来表示每个位上存放的是0还是1。第十五页，本课件共有76页3、二进制数的存贮（续）在现实中如何用二进制位表示具体的事物呢？v我
8、们用1表示甜，0表示不甜，那么我们仅用一个位就可以表示 v如果需要分成甜、不甜、辣、不辣四种情况的组合，那么需要如下方式来表示：v考虑如果有八种情况需要采用几位来表示？第十六页，本课件共有76页4、字节n一个字节有8个位组成，字节是计算机数据处理的基本单位n通常一个字节可以存放一个ASCII码如一个英文字母“A”，两个字节可以存放一个汉字内码。n其他度量单位：KB、MB、GB、TB 1KB=210Byte=1024Byte1MB=210KB1GB=210MB1TB=210GB 第十七页，本课件共有76页2.3 数制之间的转换 虽然在计算机中采用二进制代码表示各种数据，但是日常生活中人们习惯采用
9、十进制（decimal），在计算机程序编写中，还会用到八进制（octal）或十六进制（hexadecimal）第十八页，本课件共有76页1、二进制、十六进制转换为十进制n按权展开即可，方法见2.2.1 第十九页，本课件共有76页2、十进制数转换为二进制数n整数部分整数部分：“除2取余”法，即逐次除以2，直至商为0，得出的余数即为二进制数各位的数码。比如把十进制数37转换为二进制的具体操作如下图：第二十页，本课件共有76页2、十进制数转换为二进制数（续）n凑数法，适用于小于256的十进制转换为二进制，当然如果你的口算能力强的话，更大的数乃至四位数或者五位数也是同样可以转换，其转换思想如下：v记住
10、1、2、4、8、16、32、64、128这几个数，其实就是2n（n=0、1、2、3、4、5、6、7）。v用以上的各数相加来凑某个十进制整数，凑数原则：大数优先，并且每个数只能用一次。第二十一页，本课件共有76页2、十进制数转换为二进制数（续）n 对于图2.2的例子，我们可以列出以下的凑数式子37=3241=252220，这个结果根据二进制的位权就很容易转换成二进制数10101B。n 再举些例子：192=133=12864=1100 0000B12841=1000 0101B第二十二页，本课件共有76页2、十进制数转换为二进制数（续）n小数部分小数部分：“乘2取整”法，即逐次乘以2，从每次乘积的
11、整数部分得到二进制数各位的数码。十进制小数0.34375转换为二进制的具体操作如下图：第二十三页，本课件共有76页2、十进制数转换为二进制数（续）n同样的“乘2取整”法也有对应的凑数法，其转换思想如下：v记住0.5、0.25、0.125、0.0625这几个数，其实就是2n（n=1、2、3、4）。v用以上的各数相加来凑某个十进制小数，凑数原则：大数优先，并且每个数只能用一次。第二十四页，本课件共有76页2、十进制数转换为二进制数（续）n对于如图2.3所示的十进制小数0.34375采用凑数法并不方便，但是对于4位小数内的能完全转换为二进制的十进制小数来说却是简便的，如0.75=0.50.25=21
12、22，这个结果根据二进制的位权就很容易转换成二进制数0.11B。n再举些例子：0.875=0.5625=0.8125=0.50.250.125=0.111B0.50.0625=0.1001B0.50.250.0625=0.1101B第二十五页，本课件共有76页2、十进制数转换为二进制数（续）n注意：注意：v一个有限的十进制小数并非一定能够转换成一个有限的二进制小数，即上述过程中乘积的小数部分可能永远不等于，可按要求进行到某一精确度为止。v如果一个十进制数既有整数部分，又有小数部分，则可将整数部分和小数部分分别进行转换，然后再把两部分结果合并起来。第二十六页，本课件共有76页3、二进制数与十六进
13、制数的转换n 每个十六进制数能表示成4个二进制数，4个二进制数也能被一个十六进制数表示，下表给出了二进制数和十六进制数之间的关系：第二十七页，本课件共有76页3、二进制数与十六进制数的转换(续)n对于二进制数按以下方法转换成十六进制数。v整数部分整数部分：从右向左进行分组，四位一组，不足左边补零v小数部分小数部分：从左向右进行分组，四位一组，不足右边补零。第二十八页，本课件共有76页3、二进制数与十六进制数的转换(续)n对于十六进制数转换成二进制数，按每个十六进制数转成4个二进制数从左到右进行，最后去掉多余的“0”4第二十九页，本课件共有76页4、二进制数与八进制数的转换n每个八进制数能表示成
14、3个二进制数，3个二进制数也能被一个八进制数表示，下表给出了二进制数和八进制数之间的关系：第三十页，本课件共有76页4、二进制数与八进制数的转换(续)n对于二进制数按以下方法转换成八进制数。v整数部分整数部分：从右向左进行分组，三位一组，不足左边补零v小数部分小数部分：从左向右进行分组，三位一组，不足右边补零。第三十一页，本课件共有76页4、二进制数与八进制数的转换(续)n对于八进制数转换成二进制数，按每个八进制数转成3个二进制数从左到右进行，最后去掉多余的“0”。第三十二页，本课件共有76页5、八进制与十六进制的转换n八进制与十六进制之间不能直接进行转换，一般先把八进制（十六进制）转换成二进
15、制，然后转换成十六进制（八进制）。第三十三页，本课件共有76页数值转换的应用n例例2.22.2：计算机中地址的概念是内存各存储单元的编号，现有一个32KB的存储器，用十六进制对它进行编码，则编号可从0000H到_H。（A）32767（B）7FFF（C）8000（D）8EEE 答：正确答案答：正确答案B。第三十四页，本课件共有76页4、数字数据的表示第三十五页，本课件共有76页1、数的机器码表示n一个数除了其绝对值外，还有正负号的问题，由于计算机内部采用二进制，只能采用0或1来表示正负，而不能采用通常我们数学中所使用的“”号。n计算机发展历史中出现过很多种数编码方案，主要有：原码、反码和补码，现
16、在计算机基本上采用补码。n这三个方案中，都将最高位作为符号位，其中0表示正，1表示负。第三十六页，本课件共有76页1、数的机器码表示（续）一、原码：一、原码：最高位为符号位，其余为数值位，数值部分用二进制数的绝对值来表示。如+57和-57的原码表示如下：（用8位来表示）+57原=00111001B-57原=10111001B注意：按照原码定义，在原码中0有两种表示方式：+0原=00000000B-0原=10000000B并且我们发现+57和-57的原码和为11110010B，并非0的两种表示方法中的其中一种。因此原码的运算逻辑将会很复杂，一般不常使用。第三十七页，本课件共有76页1、数的机器码
17、表示（续）二、反码二、反码正数的反码与原码相同，负数的反码符号位为1，然后将原码的数值位各位取反。如+57和-57的反码表示如下：（用8位来表示）+57反=00111001B -57反=11000110B注意：按反码定义，在反码中0也有两种表示方式：+0反=00000000B -0反=11111111B反码中+57和-57的和为11111111B，情况要比原码好些。第三十八页，本课件共有76页1、数的机器码表示（续）三、补码三、补码正数的补码与原码相同，负数的补码符号位为1，然后将原码的数值位各位取反后最低位加1。如+57和-57的补码表示如下：（用8位来表示）+57补=00111001B -
18、57补=11000111B注意：在补码中0只有一种形式+0补=00000000B -0补=00000000B补码中+57和-57的和为00000000B，解决了原码和反码中存在的问题。采用补码的好处在于当需要两数相减时可以转换成加其负数来完成，可使运算逻辑简化。第三十九页，本课件共有76页2、数据格式n定点数的表示方法 v约定机器中所有数据的小数点位置是固定不变的。由于约定在固定的位置，小数点就不再使用记号“.”来表示。通常将数据表示成纯小数（定点小数）或纯整数（定点整数）。v目前计算机中多采用定点整数表示，因此将定点数表示的运算简称为整数运算。第四十页，本课件共有76页2、数据格式n浮点数的
19、表示方法 v电子的质量(91028克)和太阳的质量(21033克)相差甚远，在定点计算机中无法直接来表示这个数值范围。要使它们送入定点计算机进行某种运算，必须对它们分别取不同的比例因子，使其数值部分绝对值小于1，即：910280.91027210330.21034v这里的比例因子1027和 1034要分别存放在机器的某个存储单元中，以便以后对计算结果按这个比例增大。显然这要占用一定的存储空间和运算时间。v任意一个十进制数可以写成 N=10eM 第四十一页，本课件共有76页2、数据格式v同样，在计算机中一个任意进制数可以写成 e ：尾数，是一个纯小数。e：比例因子的指数，称为浮点数的指数，是一个
20、整数。R：比例因子的基数，对于二进计数值的机器是一个常数，一般规定 为2，8或16。v一个机器浮点数由阶码、尾数、符号位组成（尾数：用定点小数表示，给出有效数字的位数决定了浮点数的表示精度；阶码：用整数形式表示，指明小数点在数据中的位置，决定了浮点数的表示范围。）第四十二页，本课件共有76页IEEE754标准（基数R2）（不做要求）n其中阶码E采用移码方法来表示正负指数，将浮点数的指数真值e变成阶码E时，应Ee127（01111111B）32位位浮点数：数符 阶码尾数 S E M 1位23位8位（移码表示）第四十三页，本课件共有76页IEEE754标准（续）n如不对浮点数的表示不做明确规定，同
21、一个浮点数表示是不唯一的，比如(1.75)10可以表示1.11*20，0.11121，0.011122n因此为提高精度，并保持一致性，IEEE754规定：当尾数的值不为0时，尾数域的最高有效位为1，如不满足需要左右移动小数点使其满足这一要求，这称为尾数规格化，即变成尾数规格化，即变成1.M1.M形式形式第四十四页，本课件共有76页例例若浮点数若浮点数的二进制存储格式为的二进制存储格式为(41360000)16，求其，求其32位浮点位浮点数的十进制值。（本题可以根据学生情况而定，不作要求）数的十进制值。（本题可以根据学生情况而定，不作要求）于是有于是有(1)s1.M2e解解:将十六进制数展开后，
22、可得二进制数格式为将十六进制数展开后，可得二进制数格式为 指数指数e阶码阶码127100000100111111100000011=(3)10包括隐藏位包括隐藏位1的尾数的尾数1.M1.011 0110 0000 0000 0000 00001.011011(1.011011)231011.011(11.375)10第四十五页，本课件共有76页2.5 文本信息的表示n在计算机中为表示英文字符、标点、汉字和其他字符，出现了很多种编码方案，或者又称字符集，下面介绍国内常见的几种字符集。第四十六页，本课件共有76页1、ASCII字符集nASCII的全称为美国标准信息交换码(American Stan
23、dard Code for Information Interchange)。最初，ASCII字符集用7位表示每个字符，这样总共可以表示27即128个字符，每个字节的第8位最初用作校验位，用于检测数据传输正确与否。课本P37图2.9列出了完整的ASCII字符集，b3b2b1b0为ASCII的低4位，b6b5b4位ASCII的高3位。n由于标准的ASCII字符集只有128个字符，在很多实际应用中无法满足要求，就又制定了扩展ASCII码，统一使用一个字节（即8位）来表示一个字符，这样在扩展ASCII码中总共可以表示28即256个字符。第四十七页，本课件共有76页2、汉字字符集nASCII字符集虽然
24、能足够表示英文，但是对汉字的表示却无能为力。目前汉字的总数超过6万字，并且字型复杂、同音字多、异体字多，在计算机发展早期汉字在计算机内的表示是一个巨大的问题第四十八页，本课件共有76页2、汉字字符集（续）一、GB2312-80字符集v它是我国1981年颁布的一个国家标准信息交换用汉字编码字符集基本集，简称国标字符集，其编码称为国标码。v国标码由两个字节构成，最高位均为0。在国标码的字符集中收录了一级汉字3755个(最常用汉字，用汉语拼音排序)，二级汉字3008个(次常用汉字，用偏旁部首排序)，各种符号682个，合计7445个。99.75%常用字第四十九页，本课件共有76页2、汉字字符集（续）二
25、、区位码（0101H5E5EH）vGB2312字符集构成一个二维平面，有94行94列构成，其中行称为区号，列称为位号。每个汉字或符号都有唯一的区号和位号，将区号和位号放一起构成了区位码。v区位码与国标码之间的关系：国标码首字节区号20H国标码尾字节位号20H区位码（2121H7E7EH）第五十页，本课件共有76页2、汉字字符集（续）三、汉字机内码v计算机系统中用来表示中文或西文信息的代码称为机内码。v汉字机内码也用连续的两个字节表示，那么有两个字节的字符，怎么区分它是两个ASCII字符还是一个汉字呢？n为解决这个问题，采用的方法是将国标码的两个字节的最高位通过一定规则都置为1，这样就可以将一个
26、双字节的汉字和两个单字节的ASCII字符（标准ASCII字符最高位为0）区分开了。nEudcedit可以自己造字第五十一页，本课件共有76页2、汉字字符集（续）三、汉字机内码v汉字机内码与国标码的关系为：汉字机内码首字节国标码首字节80H汉字机内码尾字节国标码尾字节80H第五十二页，本课件共有76页2、汉字字符集（续）n举例：比如“文”在汉字的区位码为4636，区码46和位码36分别用十六进制数表示为2EH和24H，即为2E24H(二进制数0010 1110 0010 0100)，n转换成国标码就是：2E24H2020H4E44Hn再转换为机内码是：4E44H8080HCEC4H其中CEH为机
27、内码的高位字节，C4H为机内码的低位字节。第五十三页，本课件共有76页2、汉字字符集（续）四、GB18030-2000字符集v由于GB2312表示的汉字有限，因此一些生僻字无法用它表示。随着计算机应用的普及，这个问题日益突出，国家标准GB18030-2000信息交换用汉字编码字符集基本集的扩充的推出解决了这些问题。vGB18030编码空间约为160万码位，编码的字符约2.6万。随着我国汉字整理和编码研究工作的不断深入，以及国际标准ISO/IEC 10646的不断发展，GB18030所收录的字符将在新版本中增加。第五十四页，本课件共有76页2、汉字字符集（续）五、Unicode字符集v随着互联网
28、的发展，进行数据交换的需求越来越大，不同的字符集成为信息交换的障碍，于是产生了Unicode字符集 vUnicode字符集的创建者的目标是表示世界上使用的所有语言中的所有字符，包括亚洲的表意字符如中文、韩文、日文，此外还表示了许多专用符号如科学符号 vUnicode使用2个字节即16位来表示每个字符，因此总共可以表示216即65536个字符 第五十五页，本课件共有76页2、汉字字符集（续）六、汉字字库v汉字信息存储在计算机中采用机内码，但是输出时必须转换成字形码，以人们熟悉的汉字字库输出才有意义v每个汉字都有对应的字的模型存储在计算机中，字模的集合就构成了字库 v构造汉字字模的两种方法：向量法
29、和点阵法。n向量法：将汉字分解成笔画，每个笔画用一段直线（向量）来近似的表示，这样每个字形都可以变成一连串的向量。n点阵法：所构成的汉字称为“字模点阵码”，每个汉字以点阵形式存储，有点的地方存储“1”，空白的地方存储“0”第五十六页，本课件共有76页2.6 图形和图像的表示图形和图像的表示n图像：通过数字化设备从现实世界摄取的图像称为取样图像、点阵图像和位图图像 n图形：计算机合成的图像 第五十七页，本课件共有76页1、颜色的表示 n所有颜色都能由红、绿、蓝三原色合成 n在计算机中颜色通常用RGB（Red、Green、Blue）来表示，使用3个数字，分别表示每种原色的相对份额n如果每个数字的范
30、围为0255，那么（255，0，0）表示红色，（0，0，0）表示黑色，（255，255，255）表示白色，（255，255，0）为黄色。n以上使用的为真彩色即24位色，RGB的每个数字由一个字节即8位表示，三个字节24位，总共可以组合1670万种以上的颜色。第五十八页，本课件共有76页2、图像的数字化 n我们所看到的画面是连续的，计算机中的图像是数字化的，有点像素构成。n图像数字化步骤：取样、分色、量化 v取样：将画面分成MN个网格，每个网格为一个取样点。这样一个图像转换成为MN点阵的阵列。v分色：彩色图像取样点的颜色分解成RGB三原色，非彩色图像取亮度值。v量化：对取样点的每个分量进行A/D
31、转换（模拟量/数字量转换）n下图演示了图像数字化第五十九页，本课件共有76页2、图像的数字化(续）n通常可以把数字化的结果保存为BMP格式，一种非压缩的格式n非压缩图像存储容量：像素值(行数列数）颜色位数/8例如：800600像素的BMP图像的存储空间为：80060024/8=1.37MB第六十页，本课件共有76页3、图像的压缩 n图像压缩是指以尽可能少的比特数代表图像或图像中所包含信息的技术。压缩方案可以是保持原信息，即可从压缩图像中没有误差地重建原图像，即无损压缩；也可以是非信息保持的，即允许与原图像有某种合理程度的失真，即有损压缩。n为什么要进行图像压缩？v首先是为了减少存储容量，以利信
32、息的保存；v其次可以极大地减少必须传输的数据量，有利于数据传输；v第三是便于特征提取，以利计算机模式识别。如用计算机对卫星图像中不同类型的农作物进行分类时，使用图像压缩方法，只要考虑区分植物与非植物的特征以及区分植物类型特征即可，从而减少了数据量又满足了实际需要。第六十一页，本课件共有76页3、图像的压缩(续)n常见图像格式：vBMP是英文Bitmap（位图）的简写，它是Windows操作系统中的标准图像文件格式，能够被多种Windows应用程序所支持。随着Windows操作系统的流行与丰富的Windows应用程序的开发，BMP位图格式理所当然地被广泛应用。这种格式的特点是包含的图像信息较丰富
33、，几乎不进行压缩，但由此导致了它与生俱生来的缺点占用磁盘空间过大。所以，目前BMP在单机上比较流行。vGIF是英文Graphics Interchange format（图形交换格式）的缩写。顾名思义，这种格式是用来交换图片的。事实上也是如此，上世纪80年代，美国一家著名的在线信息服务机构CompuServe针对当时网络传输带宽的限制，开发出了这种GIF图像格式。GIF格式的特点是压缩比高，磁盘空间占用较少，所以这种图像格式迅速得到了广泛的应用。最初的GIF只是简单地用来存储单幅静止图像（称为GIF87a），后来随着技术发展，可以同时存储若干幅静止图象进而形成连续的动画，使之成为当时支持2D动
34、画为数不多的格式之一（称为GIF89a），而在GIF89a图像中可指定透明区域，使图像具有非同一般的显示效果，这更使GIF风光十足。目前Internet上大量采用的彩色动画文件多为这种格式的文件，也称为GIF89a格式文件。但GIF有个小小的缺点，即不能存储超过256色的图像。尽管如此，这种格式仍在网络上广泛应用，这和GIF图像文件短小、下载速度快、可用许多具有同样大小的图像文件组成动画等优势是分不开的。第六十二页，本课件共有76页3、图像的压缩(续)vJPEG也是常见的一种图像格式，它由联合照片专家组（Joint Photographic Experts Group）开发并以命名为“ISO1
35、0918-1”，JPEG仅仅是一种俗称而已。JPEG文件的扩展名为.jpg或.jpeg，其压缩技术十分先进，它用有损压缩方式去除冗余的图像和彩色数据，获取得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，换句话说，就是可以用最少的磁盘空间得到较好的图像质量。vPSD格式这是著名的Adobe公司的图像处理软件Photoshop的专用格式Photoshop Document（PSD）。PSD其实是Photoshop进行平面设计的一张“草稿图”，它里面包含有各种图层、通道、遮罩等多种设计的样稿，以便于下次打开文件时可以修改上一次的设计。在Photoshop所支持的各种图像格式中，PSD的存取速度比其它格
36、式快很多，功能也很强大。由于Photoshop越来越被广泛地应用，所以我们有理由相信，这种格式也会逐步流行起来。第六十三页，本课件共有76页3、图像的压缩(续)vPNG是目前保证最不失真的格式，它汲取了GIF和JPG二者的优点，存贮形式丰富，兼有GIF和JPG的色彩模式；它的另一个特点能把图像文件压缩到极限以利于网络传输，但又能保留所有与图像品质有关的信息，因为PNG是采用无损压缩方式来减少文件的大小，这一点与牺牲图像品质以换取高压缩率的JPG有所不同；它的第三个特点是显示速度很快，只需下载1/64的图像信息就可以显示出低分辨率的预览图像；第四，PNG同样支持透明图像的制作，透明图像在制作网页
37、图像的时候很有用，我们可以把图象背景设为透明，用网页本身的颜色信息来代替设为透明的色彩，这样可让图像和网页背景很和谐地融合在一起。第六十四页，本课件共有76页4、图形的矢量表示 n矢量图形是另一种表示图形的方法。它不像位图图像那样把颜色赋予每个像素，而是使用线段或几何形状来描述图像，矢量图形是一系列描述线段方向、线宽和颜色的命令，而非记录所有的像素。n对于位图图像如果想重新调整大小，就必须改变像素的大小，这将产生波纹状或颗粒状；而矢量图形可以通过数学计算调整大小，这些改变可以根据需要动态的计算。n但是矢量图形并不适用于表示现实世界中的图像。JEPG图像是表示现实世界图像的首选，而矢量图形则适用
38、于艺术线条和卡通绘画。第六十五页，本课件共有76页2.7 声音的表示声音的表示1、声音的数字化、声音的数字化 n由于音频信号是一种连续变化的模拟信号，而计算机只能处理和记录二进制的数字信号 nPCM（Pulse Code Modulation）脉冲编码调制是一种模数转换的最基本编码方法。n步骤：v采样：在时间轴上对信号数字化；v量化：在幅度轴上对信号数字化；v编码：按一定格式记录采样和量化后的数字数据。n声音数字化的主要指标如下 一、采样频率：采样频率是指一秒钟内采样的次数一、采样频率：采样频率是指一秒钟内采样的次数 二、量化位数：对模拟音频信号的幅度轴进行数字化使用的二进制位二、量化位数：对
39、模拟音频信号的幅度轴进行数字化使用的二进制位三、声道数：音频有单声道和双声道之分三、声道数：音频有单声道和双声道之分声音存储量=（采样频率量化位数声道数）/8（字节）例如：例如CD唱片其标准采样频率44.1KHz，量化位数16，双声道立体声，每秒音乐的存储量为：44.11000162/8=176.4KB第六十六页，本课件共有76页2、音频格式 n目前，网络上最流行的压缩音频格式是MP3、RA/RM和WMA 现在下载的音乐文件大部分是MP3格式的 在线听音乐，那么常常是RA/RM或WMA流媒体数字音频格式。n所谓流媒体指：可实现流式传输，将声音、影像或动画由服务器向用户计算机进行连续、不间断传送
40、 nMID音乐第六十七页，本课件共有76页2.8 视频的表示视频的表示n视频是图像（通常称为帧）在时间上的表示。电影就是一系列的帧，一张接着一张播放而形成的运动图像。前面介绍了如何数字化图像，那么数字化视频就是把每一帧转换成一系列的二进制代码存储于计算机中，这些帧的组合就可以表示数字视频。n如果使用数字视频，需要考虑的一个重要因素是文件大小，因为数字视频文件往往会很大，这将占用大量硬盘空间。解决这些问题的方法是压缩让文件变小。第六十八页，本课件共有76页2.8.1 为什么数字视频要压缩 n数字视频之所以需要压缩，是因为它原来的形式占用的空间大得惊人。视频经过压缩后，文件会更小，存储时会更方便。
41、数字视频压缩以后并不影响视频的最终视觉效果，因为它只影响人的视觉中不能感受到的那部分视频。例如，有数十亿种颜色，但是我们的眼睛只能辨别大约1024种，这是因为我们觉察不到一种颜色与其邻近颜色的细微差别，所以也就没必要将每一种颜色都保留下来。另外还有一个冗余图像的问题如果在一个1分钟的视频作品中每帧图像都有位于同一位置的同一把椅子，那么有必要在每帧图像中都保存这把椅子的数据吗？n压缩视频的过程实质上就是去掉我们感觉不到的那些东西的数据。标准的数字摄像机的压缩率为5比1，有的格式可使视频的压缩率达到 100 比 1。但过分压缩也不是件好事，因为压缩得越多，丢失的数据就越多，如果丢弃的数据太多，产生
42、的影响就显而易见了，过分压缩的视频会导致无法辨认。第六十九页，本课件共有76页2.8.2 压缩的策略压缩的策略n1心理声学音频压缩心理声学音频压缩v心理声学，是指“人脑解释声音的方式”。压缩音频的所有形式都是用功能强大的算法将我们听不到的音频信息去掉。例如：如果您扯着嗓子喊一声，同时轻轻地踏一下脚，我就会听到您的喊声，但可能听不到您踏脚的声音。通过去掉踏脚声，就会减少信息量，减小文件的大小，但听起来却没有区别。n2心理视觉视频压缩心理视觉视频压缩v心理视觉视频压缩与和其对等的音频压缩相似。心理视觉压缩模型去掉的不是我们听不到的音频数据，而是去掉眼睛不需要的视频数据。第七十页，本课件共有76页2
43、.8.2 压缩的策略压缩的策略(续）续）n3无损压缩无损压缩v无损，是指“不丢失数据”。当一个文件以无损格式压缩时，全部数据仍然存在，这与压缩文档很相似文档文件虽然变小了，但解压缩之后每一个字都还存在。您可以反复保存无损视频而不会丢失任何数据，这种压缩只是将数据压缩到更小的空间。无损压缩节省的空间较少，因为在不丢失信息的前提下，只能将数据压缩到这一程度。n4有损压缩有损压缩v有损压缩，丢弃一些数据，以便获得较低的位速（位速是指在一个数据流中每秒钟能通过的信息量）。心理声学压缩和心理视觉压缩是有损压缩技术，压缩结果使文件变小，但包含的源数据也更少。每次以有损文件格式保存文件时，都会损失很多数据。
44、在制作数字视频过程中，一条好的经验是：只在项目的最后阶段才使用有损压缩。第七十一页，本课件共有76页2.8.3 常见的视频压缩格式 n1AVIvAVI，Audio Video Interleaved（音频视频交错）的缩写。它于1992年被Microsoft公司推出，随Windows3.1一起被人们所认识和熟知。AVI格式兼容好、调用方便、图像质量好，但缺点就是文件体积过于庞大。n2ASFvASF，Advanced Streaming Format（高级流格式）的缩写，是微软为了和RealPlayer竞争而发展出来的一种可以直接在网上观看视频节目的文件压缩格式。ASF使用MPEG-4压缩算法，所
45、以压缩率和图像的质量都很不错。因为ASF是以一个可以在网上即时观赏的视频“流”格式存在的，所以它的图象质量比VCD差一点，但比同是视频“流”格式的RM格式要好。作为微软的的产品，ASF有其特有的优势，各类软件对它的支持方面无人能敌。第七十二页，本课件共有76页2.8.3 常见的视频压缩格式(续)n3MPEGvMPEG，Motion Picture Experts Group（运动图像专家组）的缩写。这类格式包括了MPEG-1，MPEG-2和 MPEG-4在内的多种视频格式。vMPEG-1，制定于1992年，它是针对1.5Mbps以下数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音编码而设计的国际标准，
46、被广泛的应用在VCD的制作和一些视频片段下载的网络应用上面，可以说99%的VCD都是用 MPEG-1格式压缩的。使用MPEG-1的压缩算法，可以把一部120分钟长的电影（未压缩视频文件）压缩到1.2 GB左右。MPEG-1视频格式的文件扩展名包括.mpg、.mlv、.mpe、.mpeg及VCD光盘中的.dat文件等。v MPEG-2，制定于1994年，设计目标为高级工业标准的图像质量以及更高的传输率，应用在DVD的制作方面，同时在一些HDTV（高清晰电视广播）和一些高要求视频编辑、处理上也有相当的应用面。使用MPEG-2的压缩算法可以把一部120分钟长的电影（未压缩视频文件）压缩到4到8GB的
47、大小（注意，其图象质量等性能方面的指标远胜于MPEG-1）。MPEG-2视频格式的文件扩展名包括.mpg、.mpe、.mpeg、.m2v及DVD光盘上的.vob文件等。vMPEG-4，制定于1998年，MPEG-4是为了播放流式媒体的高质量视频而专门设计的，它可利用很窄的带度，通过帧重建技术、压缩和传输数据，以求使用最少的数据获得最佳的图像质量。目前MPEG-4最有吸引力的地方在于它能够保存接近于DVD画质的小体积视频文件。另外，这种文件格式还包含了以前MPEG压缩标准所不具备的比特率的可伸缩性、动画精灵、交互性甚至版权保护等一些特殊功能。使用MPEG-4压缩算法的ASF格式，可以把一部120
48、分钟长的电影（未压缩视频文件）压缩到300M左右的视频流。MPEG-4视频格式的文件扩展名包括.asf、.mov和DivX AVI等。第七十三页，本课件共有76页2.8.3 常见的视频压缩格式(续)n4DivXvDivX，这是由MPEG-4衍生出的另一种视频编码（压缩）标准，也即我们通常所说的DVDrip格式，它采用了MPEG-4的压缩算法同时又综合了MPEG-4与MP3各方面的技术，即使用DivX压缩技术对DVD盘片的视频图像进行高质量压缩，同时用MP3或AC3对音频进行压缩，然后再将视频与音频合成并加上相应的外挂字幕文件而形成的视频格式。其画质直逼DVD并且体积只有DVD的几分之一。这种编
49、码对机器的要求也不高，所以DivX视频编码技术可以说是一种对DVD造成威胁最大的新生视频压缩格式，号称DVD杀手或DVD终结者。n5MOVvMOV，美国Apple公司开发的一种视频格式，默认的播放器是Apple公司的Quick Time Player。具有较高的压缩比率和较完美的视频清晰度等特点，但是其最大的特点还是跨平台性，即不仅能支持MacOS，同样也能支持Windows系列。第七十四页，本课件共有76页2.8.3 常见的视频压缩格式(续)n6WMV vWMV，Windows Media Video的缩写，是在Internet上实时传播多媒体的Microsoft技术标准，WMV的主要优点在
50、于：可扩充的媒体类型、本地或网络回放、可伸缩的媒体类型、流的优先级化、多语言支持、扩展性等。n7RM vRM，Real Media的缩写，是Real Networks公司所制定的音频视频压缩规范。用户可以使用RealPlayer或RealOne Player对符合RealMedia技术规范的网络音频/视频资源进行实况转播并且RealMedia可以根据不同的网络传输速率制定出不同的压缩比率，从而实现在低速率的网络上进行影像数据实时传送和播放。这种格式的另一个特点是用户使用RealPlayer或RealOne Player播放器可以在不下载音频/视频内容的条件下实现在线播放。另外，RM作为目前主流