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1、第二章 信息的采集与数字化,电子信息技术导论,第2章 信息的采集与数字化,2.1 信息的来源2.2 信息的采集信息检索2.3 信息的采集与数字化,2.1 信息的来源,信息源信息源指产生和持有信息的个人、机构或负荷信息的载体，产生或为了传递信息而持有信息的系统。信息源的分类加工层次或顺序不同：一次、二次、三次信息源 载体不同：文献型：印刷型、缩微型、机读型等非文献型：口头信息源、实物信息源、声像信息源等,2.1信息的来源,口头信息源 准信息，瞬时信息速度快，传播范围广，但缺乏查考依据。记录方式：录音，文字实物信息源直观性实物信息载体文献信息源 知识文献，索引文献载体,2.1 信息的来源,数据与信
2、息的区别 数据（Data）对客观事物记录下来的，可以鉴别的符号。描述5个人：5，五，伍，正，101，five，条形码等。数据是信息的载体，信息通过数据得到体现。,第2章 信息的采集与数字化,2.1 信息的来源2.2 信息的采集信息检索2.3 信息的采集与数字化,2.2 信息的采集,“知识的一半就是知道到哪里去寻求”知道获取知识的途径比知识本身更重要信息采集方法：基于人工的信息采集方法基于计算机系统的信息采集方法,2.2 信息的采集,1 直接观察法 直接观察法指的是在信息源现场，信息采集者对客观对象不加任何干预，一般不直接向被调查对象提问，只是凭视觉、听觉和基于上述感知的思维，以及借助于录音机、
3、摄像机客观地记录信息源所生信息的行为过程。,基于人工的信息采集方法,2.2 信息的采集,2 社会调查法按照社会调查对象范围选择不同，可分为：普遍调查典型调查抽样调查个别访谈信息沟通,基于人工的信息采集方法,2.2 信息的采集,3 查阅资料 检索思路就是4个寻找：寻找专业对口的报刊寻找相关的论文寻找相关的图书寻找相关的国外文献检索引擎是当今信息高速公路的重要手段,信息检索,检索者应具备的基本常识,在我们的科研工作中，对科技文献的检索目标可能有很多：对某个领域的综述对某个技术的初步了解对某个专家相关工作的调查为撰写科研申请项目的专利技术查新无论是何种检索目的，检索者都应了解以下基本常识：国内外科技
4、文献的分类、文献索引本技术领域的学术组织、重要会议、期刊杂志,科技文章的分类,按发表形式技术报告(Technical Report)：国外大学或者研究所发表，可作为正式的参考文献，一般篇幅较长会议论文期刊论文学位论文,会议论文,会议论文(Conference Proceeding)由国际组织举办的学术会议所发表论文形式包括Regular Paper(通常5-8pages，顶级牛会10-12pages)和Short Paper(1-2pages)发表形式包括oral presentation 和poster常有Workshop同会议一起举办，其录用文章一般也收录在Proceeding中,期刊论文
5、,期刊论文(Journal and Magazine)由正式的学术刊物发表论文形式包括Paper和Letter一般是在会议上发表后修改而成,学位论文,学位论文(Thesis)学位授予机构(大学)所发表学位申请人在攻读学位期间主要工作的集合论文分章节，重点章节应有已发表论文支持,中英文期刊格式区别,科技文章的分类,按发表内容刊物编辑按照文章内容进行的栏目分类例如通信学报的栏目分类分别对应于不同的学术深度和创新性学术论文学术通信技术报告综述短文,科技文献索引,评判指标：国际论文（期刊和会议论文集）三大国际著名检索工具：美国科学情报研究所(ISI)编辑出版的科学引文索引(SCI)，工程索引(EI)，
6、科学技术会议录索引(ISTP)国内主流高校图书馆系统的规定：被这三个检索系统收录的我国科技人员所发表的论文即为国际论文,科技文献索引,评判指标：国内论文（期刊）国内索引：全国中文核心期刊、中国科技论文统计与分析源期刊、中国科学引文数据库来源期刊、学会会刊、校内索引：国内权威期刊，由华中科技大学公布,本技术领域学术组织,国际组织：NSF 美国自然科学委IEEE(美国)国际电子电气工程师协会IEEE Communication Society(ComSoc)IEEE Computer SocietyACM 美国计算机联合会ACM Special Interest Group on Communic
7、ations(SIGCOMM)ACM Special Interest Group on Mobile(SIGMOBILE)SPIE 国际光学工程协会IEE(英国)电机工程师协会IEICE(日本)电子信息与计算机协会,本技术领域学术组织,国内组织NSFC 国家自然科学基金委中国科学院电子所、计算所、软件所中国电子学会中国通信学会中国计算机学会中国光学学会,本领域重要期刊杂志,IEEE刊物IEEE 杂志：IEEE NetworkIEEE MultimediaIEEE Pervasive ComputingIEEE Wireless Communications IEEE Communicatio
8、ns MagazineIEEE Journal on Selected Areas in CommunicationsIEEE Transactions on Communications IEEE Transactions on Mobile Computing IEEE Transactions on Networking IEEE Transactions on Wireless Communications,本领域重要期刊杂志,国内综合性科学杂志中国科学高技术通讯中科院系统主办学报计算机学报软件学报电子与信息学报计算机研究与发展小型微型计算机系统计算机科学,国内一级学会主办的学报电子学
9、报通信学报国内大学主办的学报计算机科学与工程华中科技大学学报,检索数据库工具,我校图书馆数据库 http:/,我校图书馆的电子资源,K10046cnkikw,中国期刊网,万方数据库,检索数据库工具,我校图书馆电子资源支持的数据库工具ISI数据库：检查是否被SCI/ISTP索引引用EI 信息村数据库：检查是否被EI索引引用IEEEXplore：IEEE刊物数据库ACM Library：ACM刊物数据库Elsevier Science Library：Elsevier刊物数据库中国科技期刊数据库万方数据库互联网常用检索工具NEC CiteSeerGoogle,作业,利用图书馆检索系统，检索一篇文章
10、。提交方式：Email提交 邮件名称：班级+学号+姓名+”关键词”例如：电信张三+语音采集,第2章信息的采集与数字化,2.1 信息的来源2.2 信息采集信息检索2.3 信息的采集与数字化,第二章信息的采集与数字化,2.3 信息的采集与数字化,数字化是计算机处理模拟信号的前提。比尔 盖茨：只有经过数字化的事情，计算机才能对其处理。,一、为什么要数字化,一、为什么要数字化?,（一）计算机操作的是二进制数码信号,二进制数码的信号波形,（二）只有数字信号才能精确表示物理量,模拟万用表,模拟量根据表的指针读数，一般只能精确到三位数。,数字万用表,二进制数字可表示物理量所要求的精度。目前可精确到10位数以
11、上（对应采用32位二进制数码表示一个数值）。,逻辑电路有两个状态，分别对应“1”和“0”，计算机通过逻辑电路实现运算。,一、为什么要数字化,（三）数字信号受干扰后可以再生，消除干扰影响,一、为什么要数字化,（四）数字信号可采用时间复用提高传输效率,例如：在闭路电视电缆上，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）。,（五）数字电路性能稳定可靠，设计、维护、生产方便，体积小，重量轻,数字电路,高频模拟电路,数字化优点,一、为什么要数字化,二、二进制代码及数制,十进制、二进制、八进制和十六进制数的对应关系表,1）同一数值可表示为不
12、同数制的数，它们之间可相互转换。,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。,3）数制之间的转换运算方法请阅读教材。,三、数字化的实现-A/D、D/A简介,（一）A/D转换器原理,A/D的原理简化框图,A/D是专用集成电路成熟产品，以A/D的位数标明它能达到的转换精度。固定电话使用8位A/D，移动通信使用13位A/D。由A/D实现语音数字化。目前高精度A/D可达32位。,模拟量（信号）通过A/D转换器变为数字量（信号）。,三、数字化的实现-A/D、D/A简介,（一）A/D转换器原理（续）,A/D的位数与 量化电平数之间的对应关系是：M=2n
13、 其中 M表示量化电平数，n表示位数。,A/D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。,三、数字化的实现-A/D、D/A简介,（二）D/A转换器原理,由D/A完成由数码到模拟信号的反变换。,四、字符的数字化编码,（一）英文的字符编码,采用 ASCII码,四、字符的数字化编码,（二）汉字的字符编码,汉字编码分为输入码、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ASCII码。,1 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。,2 交换码：计算机内部处理汉字信息的一种标准代码。中国国家标准
14、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，即把国标GB2312-80中的汉字、图形符号与一个9494的方阵对应。,国标码字符集中收集了常用汉字和图形符号7445个，其中7445个汉字和图形字符各占一个位置后，还剩下1391个空位，这1391个位置空下来保留备用。,四、字符的数字化编码,区位码的物理模型图：,方阵包含的位置总数是94948836个，利用“区”、“位”的代号来编码汉字，因而可以编码8836个汉字与字符。,（二）汉字的字符编码（续1）,四、字符的数字化编码,（二）汉字的字符编码（续2）
15、,3 机内码国标码变换为二进制代码需要两个7位码，一个7位（27=128）表示“区”，另一个7位表示“位”。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1。由于ASCII码只用7位（首位置0），所以，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“1”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ASCII码。,4 汉字的字形码：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
16、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。,（1）声音信息的特点：信息量大精细、准确。最方便、最熟悉（使用信息作为传递方式）,五、语音信息的采集与数字化,（2）声音有三个要素：音强、音调和音色。音强（或称响度）声音的强弱，由声波的振幅决定的。幅度越大、音强越大。音调声波的频率有关频率快则音调高，频率慢则音调低。音色基音和泛音正是由于泛音的不同，才出现了不同的音色。,五、语音信息的采集与数字化,五、语音信息的采集与数字化,（一）语音的波形采集与数字化,把语音信号波形幅度值变为二进制数码，见图。方法是将连续语音波形“采样”，再
17、将每一个采样值编码。,3位码、8电平的采样、编码过程示意图,（一）语音的波形采集与数字化,采样定理：设取样脉冲s(t)的重复频率为fs=1/T，输入模拟信号x(t)的频谱中的最高频率分量的频率为fmax，只要fs满足fs 2 fmax，则将采样脉冲信号y(t)通过一截止频率为fmax的低通滤波器就可以无失真地恢复原模拟信号x(t)。,理论基础：采样定理。,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。,五、语音信息的采集与数字化,五、语音信息的采集与数字化,（二）语音的参量编码,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
18、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。,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。,（3）声音的数字化需要解决两个
19、基本问题：1、每秒钟需要采集多少个声音样本，也就是采样频率（fs）是多少2、bps应该是多少，也就是量化精度（采样位数）。,采样精度和采样频率的确定,五、语音信息的采集与数字化,采样位数：声卡处理声音的精度。采样位数越大，精度越高，录制和回放的声音就越真实。例如：一段相同的音乐信息，16位声卡能把它分为64K个精度单位进行处理，而8位声卡只能处理256个精度单位，造成了较大的信号损失，最终的采样效果自然是无法相提并论的。每秒钟数字化后的声音数据量由下式给出：每秒声音的数据量=采样频率采样精度（以位计）声道数/8（字节）,五、语音信息的采集与数字化,重要参数语音的最高频率：3400Hz，在固定电
20、话系统中使用的采样频率=8kHz，采用8位二进制码（256个量化电平）编码，得固定电话中的码速率：码速率=88kHz=64kHz,注1：1Hz等效于1bit/s（1比特/秒），这一说法不严格，为什么？学到专业课时就能明白。,注2：VCD、DVD中的音乐编码的A/D位数和采样频率都要高很多，以保 证良好音质。,提示,重要参数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编码方式的转换！,提示,图形和图像的概念图形：由计算机软件
21、生成的，矢量图。图像：图像的实质是光栅图，或者称为位图图像与图形相似是一种模拟信号也是由一个个点组成的，但它的每个点包含的已不是作用点、大小和方向而是色彩、灰度等的图像信息，我们把这样的点称为像素,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,图形,图像,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,图形和图像的概念区别（续）,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,（一）图像编码的应用领域及类型,数字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。,（二）图像的数字化,5656个像素点“人头像”,用3位码编码的人头像,图像的数字化：是将每一个像素点的“灰度”值编码
22、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。,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,颜色的加法混合,色彩模型：RGB模式和CMYK模式RGB模式,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,（二）图像的数字化,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
23、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：在彩色电视原理课程中会详细讲述实现原理、技术。,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,（三）静止图像的编码格式,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用在照像机中。（见教材）,（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。,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,（四）视频图像编码（续）,视
24、频编码应用：,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,（五）高清数字电视,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，是现代图像编码、信道编码、信号调制技术成就于一身的现代高科技的产品。,1）三种国外数字电视标准：,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,2）中国的地面数字电视标准-DMB-TH DMB-TH（Terrestrial Digital Multimedia TV/Handle Broadcasting）,（五）高清数字电视,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
25、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（HDTV）,我国将在2010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）,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,我国DMB-TH数字电视标准的制定，以及在北京奥运期
26、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、图像信息的采集与数字化编码及应用,（六）液晶和等离子显示器,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。,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（RGB）三基色荧光粉发出可见光，而构造显示屏。,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,(1)等离子的优势相比液晶电视，等离
27、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。,（2）液晶电视的优势 液晶电视的主要优势是图像清晰度优于等离子，所以50英寸以下的电视对液晶有利；手机显示、计算机显示器等小屏幕显示几乎是液晶的一统天下。性能最好的显示器还是在电子管基础上发展的传统CRT显像管，在性能指标方面LCD、PDP都不
28、能与CRT相比，问题是CRT体积太大了。,液晶与等离子显示的比较,六、图像信息的采集与数字化编码及应用,本章小结,1）文字、语音和图像的数字化技术，已广泛应用在通信、计算机、家用电子设备和电视系统中。2）消息数字化是信息化的前提，只有数字化的消息才能被 计算机所接纳，人们才能利用计算机对其进行处理、识 别、显示和存储，才可能发展“数字化家庭”、“数字化 网络”、“数字化城市”、“数字化地球”等。3）图像数字化带给人们的可视成果是数字高清电视。数字 高清电视是电子信息技术多学科最新成果的综合。,本章介绍的内容涉及众多的技术概念，这些概念随着今后学习专业课程将会逐渐明白。,Thank You!,第二章（完）,
