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  第11题      
  知识点:   非数值数据的表示   编码
  关键词:   编码   计算机系统   微型计算机        章/节:   数据的表示       

 
目前在小型和微型计算机系统中普遍采用的字母与字符编码是(11)。
 
 
  A.  BCD码
 
  B.  海明码
 
  C.  ASCII码
 
  D.  补码
 
 
 

 
  第6题    2009年下半年  
   43%
以下关于汉字编码的叙述中,错误的是(6)。
 
   知识点讲解    
   · 非数值数据的表示    · 编码
 
       非数值数据的表示
        计算机处理的数据不仅有数码,还有字符、汉字、声音、图像等。
        1)字符代码
        目前计算机中用得最广泛的字符集及其编码是由美国国家标准局(ANSI)制定的ASCII码(American Standard Code for Information Interchange,美国标准信息交换码),它已被国际标准化组织(ISO)定为国际标准,称为ISO 646标准。
        标准ASCII码用7位二进制数表示,可以表示128种代码,每种代码对应一个字符(或控制码),ASCII码的低4位用作行编码,高3位用作列编码。其形式如下图所示。
        
        ASCII码的表示形式
        在计算机的存储单元中,一个ASCII码值占8个二进制位,其最高位在计算机内部通常保持为0,在数据传输时可用作奇偶校验位。
        由于标准ASCII字符集字符数目有限,在实际应用中往往无法满足要求。为此,国际标准化组织又制定了ISO 2022标准,它规定了在保持与ISO 646兼容的前提下将ASCII字符集扩充为8位代码的统一方法。ISO陆续制定了一批适用于不同地区的扩充ASCII字符集,每种扩充ASCII字符集分别可以扩充128个字符,这些扩充字符的编码均为高位为1的8位代码(即十进制数128~255),称为扩展ASCII码。
        2)汉字编码
        (1)汉字国标码。我国国家标准局于1981年颁布了《信息交换用汉字编码字符集.基本集》(GB 2312),规定6763个常用汉字和其他字符682个,共7445个符号。国标码规定,每个字符由一个两字节的代码组成。每个字节的最高位恒为0,共可表示128×128=16 384个符号。国标码规定了所有符号为94×94的方阵,行称为"区",列称为"位",行号和列号组成区位码。国标码并不等于区位码,而是由区位码稍作转换得到的,其转换方法为:先将十进制区码和位码转换为十六进制的区码和位码,再将这个代码的第一个字节和第二个字节分别加上20H,就得到国标码。如"保"字的国标码为3123H,它是经过下面的转换得到的:1703D→1103H+20H→3123H。
        (2)汉字机内码。在计算机内部传输、存储、处理的汉字编码称汉字机内码,就是在国标码的基础上将两个字节的最高位全改为1,以便和ASCII码区分,也就是先将十进制国际码转换为十六进制,高字节和低字节分别加上80H。从区位码转换为机内码时先将十进制区码和位码转换为十六进制的区码和位码,再将这个代码的第一个字节和第二个字节分别加上A0H,就得到机内码。
        (3)汉字输入码。为了方便从键盘输入汉字而设计的编码称为输入码,不同的输入法有不同的输入编码。实际上不管采用什么输入法,存入计算机的都是它的机内码。
        (4)汉字字形码。文字字形存储在字库中的数字化代码称为字形码。汉字字形是以点阵方式表示汉字。用16×16点阵存储汉字时占用16×16÷8=32B。常用的有24×24点阵(占用24×24÷8=72B)、32×32点阵(占用128B)等。
        3)图形和图像的表示
        矢量图形是用一系列计算机指令来描述和记录的一幅图的内容。一幅图像可认为是由一个个像点构成的,每个像点必须用若干二进制位表示出现实世界五彩缤纷的颜色。当将图像分解为一系列像点、每个点用若干比特表示时,这幅图像就被数字化了。以像素点阵形式描述的图像称为位图。图像的属性有分辨率和图像深度。图像的分辨率是指组成一幅图像的像素密度,即用每英寸多少点表示数字化图像的大小。图像深度是指存储每个像素所用的位数。如果一幅图像的图像深度为n位,则该图像的最多颜色数为2n种。数字图像数据量特别巨大,一个没有进行压缩的图像需要占用的内存空间可以使用以下公式进行计算:文件所占容量=(图像总像素×图像深度)/8B,假定画面上有150 000个点,每个点用24B来表示,则这幅画面就要占用450 000B。如果想在显示器上播放视频为25帧的画面,相当于处理1125 000B的信息量。因此,用计算机进行图像处理要求是很高的。所以要进行图像编码与压缩。从本质上来说,就是对要处理的图像源数据用一定的规则进行变换和组合,从而达到以尽可能少的代码(符号)来表示尽可能多的数据信息的目的。压缩通过编码来实现,或者说编码带来压缩的效果,目前对动态图像的压缩比一般在20~200倍,一般把此项处理称为压缩编码。对动态图像进行压缩处理的基本条件是:动态图像中帧与帧之间具有相关性。彩色图像可以用红、绿、蓝三基色表示。
        有关图像压缩编码的国际标准主要有以下几种。
        (1)JPEG标准:于1991年提出。
        (2)JPEG 2000标准:1997年提出,1999年完成。JPEG 2000基于小波变换的静止图像压缩标准,不仅有更优秀的压缩性能,而且有更丰富的处理功能。
        (3)MPEG-1标准:用于多媒体和广播电视,数据率要求1.5Mb/s。
        (4)MPEG-2/H.262标准:DVD制式的压缩标准,数据率要求4~10Mb/s。
        (5)MPEG-4标准:1999年完成第3版,是一个新的视频和音频编码的国际标准。最大特点是基于对象的编码方式以及对合成对象的编码能力。支持固定和可变速率视频编码(低速小于64kb/s,中速64~384kb/s,高速384kb/s~4Mb/s),目的在于提供适合用于交互多媒体环境下应用的核心技术,解决视频信号的有效存储和传输问题。
        (6)MPEG-7标准:对图像内容进行描述,根据描述进行一般检索。
        (7)H.261:全彩色实时视频图像压缩标准。
        (8)H.263:低码率通信视频图像编码标准。
        4)声音的表示
        声音是一种连续变化的模拟量,可以通过"模/数"转换器对声音信号按固定的时间进行采样,把它变成数字量(一旦转变成数字形式,便可把声音存储在计算机中并进行处理了)。和图像一样,声音也必须进行压缩,常见的格式有WAVE、MOD、MIDI、MP3、RA系列(RA、RAM和RM)、VQF、MD、CD等。
        声音信号的数字化的步骤如下。
        (1)采样。采样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的信号。
        (2)量化。量化处理是把在幅度上连续取值的每一个样本转换为离散值表示,也称为A/D转换。
        (3)编码。将量化后的声音信号按照一定的要求进行数据压缩和编码,以减少数据量,并按规定的格式将数据组织成为文件。
        5)动画和视频的表示
        动画是将静态的图像、图形及图画等按一定的时间顺序显示出来的,从而形成连续的动态画面。电视是现代最有影响的多媒体信息传播工具,它传播的信号是模拟信号。数字视频与动画一样,是由一幅幅帧序列组成,这些帧以一定的速率播放就形成动态画面。
        数字视频的信息量很大,必须对其进行压缩编码处理。帧间和帧内压缩是数字视频压缩中常用的压缩分类。
        常用的视频文件格式有GIF文件、Flic文件、AVI文件、Quick Time文件、MPEG文件、RealVideo文件等。
 
       编码
               编码过程
               在给定了软件设计规格说明书后,下一步的工作就是编写代码。一般来说,编码工作可以分为四个步骤:
               (1)确定源程序的标准格式,制订编程规范。
               (2)准备编程环境,包括软硬件平台的选择,包括操作系统、编程语言、集成开发环境等。
               (3)编写代码。
               (4)进行代码审查,以提高编码质量。为提高审查的效率,在代码审查前需要准备一份检查清单,并设定此次审查须找到的bug数量。在审查时,要检查软件规格说明书与编码内容是否一致;代码对硬件和操作系统资源的访问是否正确;中断控制模块是否正确等。
               编码准则
               在嵌入式系统中,由于资源有限,且实时性和可靠性要求较高,因此,在开发嵌入式软件时,要注意对执行时间、存储空间和开发/维护时间这三种资源的使用进行优化。也就是说,代码的执行速度要越快越好,系统占用的存储空间要越小越好,软件开发和维护的时间要越少越好。
               具体来说,在编写代码时,需要做到以下几点:
               .保持函数短小精悍。一个函数应该只实现一个功能,如果函数的代码过于复杂,将多个功能混杂在一起,就很难具备可靠性和可维护性。另外,要限制函数的长度,一般来说,一个函数的长度最好不要超过100行。
               .封装代码。将数据以及对其进行操作的代码封装在一个实体中,其他代码不能直接访问这些数据。例如,全局变量必须在使用该变量的函数或模块内定义。对代码进行封装的结果就是消除了代码之间的依赖性,提高了对象的内聚性,使封装后的代码对其他行为的依赖性较小。
               .消除冗余代码。例如,将一个变量赋给它自己,初始化或设置一个变量后却从不使用它,等等。研究表明,即使是无害的冗余也往往和程序的缺陷高度关联。
               .减少实时代码。实时代码不但容易出错、编写成本较高,而且调试成本可能更高。如果可能,最好将对执行时间要求严格的代码转移到一个单独的任务或者程序段中。
               .编写优雅流畅的代码。
               .遵守代码编写标准并借助检查工具。用自动检验工具寻找缺陷比人工调试便宜,而且能捕捉到通过传统测试检查不到的各种问题。
               编码技术
                      编程规范
                      在嵌入式软件开发过程中,遵守编程规范,养成良好的编程习惯,这是非常重要的,将直接影响到所编写代码的质量。
                      编程规范主要涉及的三方面内容:
                      .命名规则。从编译器的角度,一个合法的变量名由字母、数字和下画线三种字符组成,且第一个字符必须为字母或下画线。但是从程序员的角度,一个好的名字不仅要合法,还要载有足够的信息,做到“见名知意”,并且在语意清晰、不含歧义的前提下,尽可能地简短。
                      .编码格式。在程序布局时,要使用缩进规则,例如变量的定义和可执行语句要缩进一级,当函数的参数过长时,也要缩进。另外,括弧的使用要整齐配对,要善于使用空格和空行来美化代码。例如,在二元运算符与其运算对象之间,要留有空格;在变量定义和代码之间要留有空行;在不同功能的代码段之间也要用空行隔开。
                      .注释的书写。注释的典型内容包括:函数的功能描述;设计过程中的决策,如数据结构和算法的选择;错误的处理方式;复杂代码的设计思想等。在书写注释时要注意,注释的内容应该与相应的代码保持一致,同时要避免不必要的注释,过犹不及。
                      性能优化
                      由于嵌入式系统对实时性的要求较高,因此一般要求对代码的性能进行优化,使代码的执行速度越快越好。以算术运算为例,在编写代码时,需要仔细地选择和使用算术运算符。一般来说,整数的算术运算最快,其次是带有硬件支持的浮点运算,而用软件来实现的浮点运算是非常慢的。因此,在编码时要遵守以下准则:
                      .尽量使用整数(char、short、int和long)的加法和减法。
                      .如果没有硬件支持,尽量避免使用乘法。
                      .尽量避免使用除法。
                      .如果没有硬件支持,尽量避免使用浮点数。
                      下图是一个例子,其中两段代码的功能完全一样,都是对一个结构体数组的各个元素进行初始化,但采用两种不同的方法来实现。下图(a)采用数组下标的方法,在定位第i个数组元素时,需要将i乘以结构体元素的大小,再加上数组的起始地址。下图(b)采用的是指针访问的方法,先把指针fp初始化为数组的起始地址,然后每访问完一个数组元素,就把fp加1,指向下一个元素。在一个奔腾4的PC上,将这两段代码分别重复10 700次,右边这段代码需要1ms,而左边这段代码需要2.13ms。
                      
                      算术运算性能优化的例子
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第11题    在手机中做本题