计算机通识之信息编码（一）
信息编码
目录
1、进制转换
1.1 二进制与十进制之间的转换
1.1.1 十进制转二进制
1.1.2 二进制转十进制
1.2 二进制与八进制之间的转换
1.2.1 二进制转八进制
1.2.2 八进制转二进制
1.3 二进制与十六进制之间的转换
1.3.1 二进制转十六进制
1.3.2 十六进制转二进制
1.4二进制与十六进制之间的转换
1.4.1 十进制转八进制或者十六进制有两种方法
1.4.2 八进制或者十六进制转十进制
1.4.3 十六进制与八进制之间的转换
2、位运算
3、存储单位换算
4、带宽换算
5、数据校验
5.1 最简单的校验
5.2 奇偶校验
5.3 BBC异或校验位（Block check character，块校验位）
5.4 CRC循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check）
5.5 LRC纵向冗余校验（Longitudinal Redundancy Check）
5.6 md5校验和数字签名
6、字符编码
ASCll编码：
GB系列：
Unicode:
UTF-8：
7、多媒体格式
7.1 图
7.2 音频
7.2.1 声音文件
7.2.2 MIDI文件
7.3 视频文件
1、进制转换
1.1 二进制与十进制之间的转换
1.1.1 十进制转二进制
方法：除二取余法
即十进制除2，余数为权位上数，得到的商值继续除2，依次步骤继续向下运算直到商为0为止
1.1.2 二进制转十进制
方法：把二进制按权展开，相加即得十进制数
1.2 二进制与八进制之间的转换
1.2.1 二进制转八进制
方法：3位2进制按权展开相加得1位八进制数。（注意：3位二进制转成八进制是从右往左开始转换，不足时补零）
1.2.2 八进制转二进制
方法：八进制数通过除2取余法
对每个八进制为3个二进制，不足时在最左边补零
1.3 二进制与十六进制之间的转换
1.3.1 二进制转十六进制
方法：与二进制转八进制方法近似，八进制是取三合一，十六进制是取四合一。
（注意：4位二进制数转成十六进制是从右到左开始转换，不足时补零）
1.3.2 十六进制转二进制
方法：十六进制数通过除2取余法，得到2进制数，对每个十六进制为4个二进制，不足时在最左边补零。
1.4二进制与十六进制之间的转换
1.4.1 十进制转八进制或者十六进制有两种方法
①间接法：把十进制转成二进制，然后再由二进制转成八进制或者十六进制。
②直接法：把十进制转八进制或者十六进制按照除8取余或者16取余，直到商为0为止。
1.4.2 八进制或者十六进制转十进制
方法：把八进制、十六进制按权展开，相加即得十进制数
1.4.3 十六进制与八进制之间的转换
八进制与十六进制之间的转换有两种方法
第一种：他们之间的转换可以先转成二进制再相互转换
第二种：他们之间的转换可以先转成十进制再相互转换
2、位运算
|
符号 |
描述 |
运算规则 |
|
& |
与 |
两个位都为1时，结果才为1 |
|
| |
或 |
两个位都为0时，结果才为0 |
|
^ |
异或 |
两个位相同为0，相异为1 |
|
~ |
取反 |
0变1，1变0 |
|
<< |
左移 |
各二进位全部左移若干位，高位丢弃，低位补零 |
|
>> |
右移 |
各二进位全部右移若干位，对无符号数，高位补0，有符号数，各编译器处理方法不一样，有的补符号位（算术右移），有的补0（逻辑右移） |
3、存储单位换算
字节(byte)：8各二进制位为一个字节（B）
1B（Byte 字节）=8bit
1KB(kilobyte 千字节) = 1024B
1MB（Mega byte 兆字节）=1024KB
1GB（Giga byte 吉字节）=1024MB
1TB（Tera byte 太字节）=1024GB
扩展：
位：位是计算机存储的最小单位，简记b，也称比特（bit）计算机种用二进制中的0和1来表示数据，一个0或1就代表一位。位数通常指计算机中一次能处理的数据大小。
1位（b）=1比特
字节：字节，英文（Byte），是计算机用于计量存储容量的一种计量单位，通常情况下一字节等于八位，字节同时也在一些计算机编程语言中表示数据类型和语言字符。在现代计算机中，一个字节等于八位。
1字节（B）=8位（b）
字：字是表示计算机自然数据单位的术语，在某个特定计算机中，字是其用来一次性处理事务的一个固定长度的位（bit）组。在现代计算机中，一个字等于两个字节。
1字=2字节（B）=16位（b）
4、带宽换算
贷款的换算关系位1Mbps=1000kbps
速度是1Mbps=1000kbps，不是1024，下载速度是以B计算，区别于小写b，这个换算公式是1B=8b
1B/s=8b/s
1GB/s=1000MB/s=1000 000KB/s=1000 000 000B/s
1Gb/s=1000Mb/s=1000 000Kb/s=1000 000 000b/s
5、数据校验
数据检验是为了保证数据的完整性而进行的一种验证操作。通常用一种指定算法对原始数据计算出的一个校验值，接收方用同样的算法计算一次校验值，如果两次计算得到的校验值相同，则说明数据是完整的。
校验方法：
5.1 最简单的校验
最简单的校验就是把原始数据和待比较数据直接进行比较，看是否完全一样。这种方法是最安全最准确的，同时也是效率最低的。
例如：龙珠CPU在线调试工具tbbug.exe。它和龙珠CPU间通讯时，bbug发送一个字节CPU返回收到的字节，bbug确认是刚才发送字节后才继续发送下一个字节的。
5.2 奇偶校验
实现方法：在数据存储和传输中，字节中额外增加一个比特位，用来检验错误。校验位可以通过数据位异或计算出来。
例如：单片机串口通讯有一模式就是8位数据通讯，另加第9位用于放校验值
5.3 BBC异或校验位（Block check character，块校验位）
实现方法：很多基于串口的通讯都用这种既简单又相当准确的方法。它就是把所有数据都和一个指定的初始值（通常是0）异或一次，最后的结果就是校验值，通常把它附在通讯数据的最后，一起发送出去。接收方收到数据后自己也计算一次异或和校验值，如果和收到的校验值一致就说明收到的数据是完整的。
适用范围：适用于大多数要求不高的数据通讯。
应用例子：ic卡接口通讯，很多单片机系统的串口通讯都使用。
5.4 CRC循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check）
实现方法：这是利用除法及余数的原理来进行错误检测的。将接收到的码组进行除法运算，如果除尽，则说明传输无误；如果未除尽，则表明传输出现差错。CRC校验还具有自动纠错能力。
适用范围：CRC-12码通常用来传送6-bit字符串；CRC-16及CRC-CCITT码则是用来传送8-bit字符串。CRC-32：硬盘数据。网络传输等。
应用例子：rar，以太网芯片。MPEG解码芯片中
5.5 LRC纵向冗余校验（Longitudinal Redundancy Check）
实现方法：将ASCLL码帧中的头和尾去掉，将串中的每个字节变成16进制相加，再将结果取反加1（补码），就是VRC（vertical redundant code，垂直冗余码）了。
应用例子：在行列格式中（如磁带）
5.6 md5校验和数字签名
实现方法：主要有md5和des算法
适用范围：数据比较大的或要求比较高的场合。如md5用于大量数据、文件校验、des用于保密数据的校验（数字签名）等
应用例子：文件校验、银行系统的交易数据
6、字符编码
字符编码：字符编码（Character encoding）也称字集码，是把字符集中的字符编码为指定集合中某一对象（例如：比特模式、自然数序列、8位组或者电脉冲），以便文本在计算机中存储和通过通信网络的传递。
ASCll编码：
由于计算机是美国人发明的，因此，最早只有127个字符被编进计算机里，也就是大小写英文字母、数字和一些符号，这个编码被称为ASCll编码。
GB系列：
中国国家标准总局发布了一套《信息交换用汉字编码字符集》的国家标准，其标准号就是GB2312-1980，再后来生僻字、繁体字及日韩字也被纳入字符集，就又有了后来的GBK字符集及相应的编码规范，GBK编码规范也是向下兼容GBK2312的。
Unicode:
为了实现跨语言、跨平台的文本转换和处理需求，ISO国际标准化组织提出了Unicode的新标准，这套标准中包含了Unicode字符集和一套编码规范。Unicode字符集涵盖了世界上所有的文字和符号字符，Unicode编码方案位字符集中的每一个字符指定了统一且唯一的二进制编码，这就彻底解决了之前不同编码系统的冲突和乱码问题。
UTF-8：
为了提高Unicode的编码效率，于是就出现了UTF-8编码。UTF-8可以根据不同的符号自动选择编码的长度，比如英文字母可以只用一个字节就够了。
7、多媒体格式
多媒体技术从根本上改变了昔日基于字符的各种计算机处理，动感十足的图像、声音给计算机带来无限生机。多媒体技术的核心就是适用计算机综合处理声音、文字、图像等多媒体信息，使得计算机更富有娱乐性，更趋于人性化。
7.1 图
BMP(*.bmp):一种位图(BitMap)文件格式，它是一组点（像素)组成的图像，Windows系统下的标准位图格式，使用很普遍。其结构简单，未经过压缩，一般图像文件会比较大。它最大的好处就是能被大多数软件"接受"，可称为通用格式。常应用于 Windows壁纸等方面。
GIF(*.gif):图形交换格式（ Graphics Interchage Format)(.GIF):支持256色。分为静态GIF和动画GIF两种，支持透明背景图像，适用于多种操作系统，"体型"很小，网上很多小动画都是GIF格式。其实GIF是将多幅图像保存为一个图像文件，从而形成动画,所以归根到底GIF仍然是图片文文件格式。
JPEG(*.jpg,*.jpeg):是应用最广泛的图片格式之一，它采用一种特殊的有损压缩算法，将不易被人眼察觉的图像颜色删除，从而达到较大的压缩比(可达到2:1甚至40:1)，但压缩后受损的图像无法还原。常用于网页中，现也是数码相机保存图像的首选格式。所以"身材娇小，容貌姣好“，特别受网络青睐。
PSD:图像处理软件"大哥大"Photoshop 的专用图像格式，图像文件一般较大。
PNG:与JPG格式类似,网页中有很多图片都是这种格式，压缩比高于GIF，支持图像透明，可以利用Alpha通道调节图像的透明度。
7.2 音频
音频文件通常分为两类:声音文件和MIDI文件，声音文件指的是通过声音录入设备录制的原始声音，直接记录了真实声音的二进制采样数据，通常文件较大;而MIDI文件则是一种音乐演奏指令序列，相当于乐谱，由于不包含声音数据，其文件尺寸较小。
7.2.1 声音文件
数字音频同CD音乐一样，是将真实的数字信号保存起来，播放时通过声卡将信号恢复成悦耳的声音。然而，这样存储声音信息所产生的声音文件是相当庞大的，因此，绝大多数声音文件采用了不同的音频压缩算法,在基本保持声音质量不变的情况下尽可能获得更小的文件。
Wave 文件——.WAV
Wave格式是Microsoft公司开发的一种声音文件格式,用于保存 Windows平台的音频信息资源，被 Windows平台及其应用程序所广泛支持。文件尺寸较大，多用于存储简短的声音片断。
MPEG音频文件——.MP1/.MP2/.MP3.mp4
MPEG是运动图象专家组(Moving Picture Experts Group)的英文缩写,代表MPEG运动图象压缩标准，这里的音频文件格式指的是MPEG标准中的音频部分，即 MPEG音频层(MPEG Audio Layer)。MPEG音频文件的压缩是一种有损压缩，根据压缩质量和编码复杂程度的不同可分为三层(MPEG Audio Layer 1/2/3)，分别对应MP1、MP2和 MP3这三种声音文件。MPEG音频编码具有很高的压缩率，MP1和MP2的压缩率分别为4∶1
和6∶1~8∶1，而MP3的压缩率则高达10∶1~12∶1，也就是说一分钟CD音质的音乐，未经压缩需要10MB存储空间，而经过MP3压缩编码后只有1MB左右，同时其音质基本保持不失真，因此，目前使用最多的是MP3文件格式。
RealAudio 文件―—.RA/.RM/.RAM
RealAudio文件是RealNetworks 公司开发的一种新型流式音频(Streaming Audio)文件格式，它包含在RealNetworks 公司所制定的音频、视频压缩规范RealMedia中，主要用于在低速率的广域网上实时传输音频信息。网络连接速率不同，客户端所获得的声音质量也不尽相同:对于14.4Kbps 的网络连接，可获得调幅(AM)质量的音质；对于28.8Kbps 的连接，可以达到广播级的声音质量;如果拥有ISDN或更快的线路连接，则可获得CD音质的声音。
7.2.2 MIDI文件
MIDI文件一—.MID/ .RMI
MIDI是乐器数字接口(Musical Instrument Digital Interface)的英文缩写，是数字音乐/电子合成乐器的统一国际标准，它定义了计算机音乐程序、合成器及其他电子设备交换音乐信号的方式，还规定了不同厂家的电子乐器与计算机连接的电缆和硬件及设备间数据传输的协议，可用于为不同乐器创建数字声音，可以模拟大提琴、小提琴、钢琴等常见乐器。相对于保存真实采样数据的声音文件，MIDI文件显得更加紧凑，其文件尺寸通常比声音文件小得多。
7.3 视频文件
广义的视频文件又可以分两类，即动画文件和影象文件:动画文件指由相互关联的若干帧静止图象所组成的图象序列，这些静止图象连续播放便形成一组动画，通常用来完成简单的动态过程演示;影象文件，主要指那些包含了实时的音频、视频信息的多媒体文件，其多媒体信息通常来源于视频输入设备，由于同时包含了大量的音频、视频信息。
1．动画文件GIF文件―—.GIF
GIF是图形交换格式(Graphics Interchange Format)的英文缩写，是由CompuServe公司于80年代推出的一种高压缩比的彩色图象文件格式。目前Internet上大量采用的彩色动画文件多为这种格式的GIF文件。在Flash中可以将你的设计输出GIF格式。
2．影像文件AVI文件——.AVI
AVI是音频视频交错(Audio Video Interleaved)的英文缩写，它是Microsoft 公司开发的一种数字音频与视频文件格式。AVI文件目前主要应用在多媒体光盘上，用来保存电影、电视等各种影象信息，有时也出现在Internet 上，供用户下载、欣赏新影片的精彩片断。
QuickTime文件一—.MOV/.QT
QuickTime是Apple计算机公司开发的一种音频、视频文件格式，用于保存音频和视频信息，具有先进的视频和音频功能。
MPEG文件―—.MPEG/.MPG/.DAT
MPEG文件格式是运动图象压缩算法的国际标准，它采用有损压缩方法减少运动图象中的冗余信息，同时保证每秒30帧的图象动态刷新率，已被几乎所有的计算机平台共同支持。MPEG压缩标准是针对运动图象而设计的，其基本方法是:在单位时间内采集并保存第一帧信息，然后
只存储其余帧相对第一帧发生变化的部分，从而达到压缩的目的。
MPEG的平均压缩比为50∶1，最高可达200∶1，压缩效率非常高，同时图象和音响的质量也非常好，并且在微机上有统一的标准格式，兼容性
相当好。
RealVideo 文件―—.RM
RealVideo文件是RealNetworks 公司开发的一种新型流式视频文件格式，主要用来在低速率的广域网上实时传输活动视频影象,可以根据网络数据传输速率的不同而采用不同的压缩比率，从而实现影象数据的实时传送和实时播放，在数据传输过程中边下载边播放视频影象，而不
必像大多数视频文件那样，必须先下载然后才能播放。目前，Internet上已有不少网站利用RealVideo技术进行重大事件的实况转播。
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