文字,图片,视频,音频的二进制表示

众所周知,计算机中的数据,指令都是二进制形式的,为什么明明我们在日常生活中都是使用十进制,而在计算机中偏偏采用二进制呢?从某种角度上来说,算是不得已而为之。追溯到远古,那时候的人们采用十进制的原因我猜想应该是因为我们有十个手指头,采用十进制方便计数,那么同样的对于计算机,要是我们能在自然界中找到能够拥有十种稳定态物质分别对应不同的含义用于其中,那么就能采用十进制,符合我们的生活习惯了。

可惜,在自然界中很少有拥有十种稳定态的物质,且能用在计算机中的,更多的是两种状态(磁极的NS, 光线的有无, 电频的高低等等),在这种不得已的背景之下,计算机中数据的形式确定为了二进制。

有失必有得,二进制形式的表示也不是一无是处,随着人们对二进制的研究逐渐深入,人们发现二进制还是有许多优点:

技术上容易实现。用双稳态电路表示二进制数字0和1是很容易的事情。

可靠性高。二进制中只使用0和1两个数字，传输和处理时不易出错，因而可以保障计算机具有很高的可靠性。

运算规则简单。与十进制数相比，二进制数的运算规则要简单得多，这不仅可以使运算器的结构得到简化，而且有利于提高运算速度。

适合逻辑计算,能够使用0,1来表示假(true)与真(false)

易于与十进制进行转化。人们使用计算机时可以仍然使用自己所习惯的十进制数，而计算机将其自动转换成二进制数存储和处理，输出处理结果时又将二进制数自动转换成十进制数，这给工作带来极大的方便。

如今的我们站在巨人的肩膀上,通过约定的各种编码方式,需要的绝大部分信息都能用二进制在计算机中表示。

首先,我们来介绍计算机如何用二进制来表示文字。

为了让一串0,1能够代表特定的文字,人们规定使用一个字节中的七位来表达特定的文字,这就是大名鼎鼎的ASCll(American Standard Code for Information Interchange)码,ASCll码能够表达27=128种字符(编码从0~127),对于26个英文字母和一些常用的可打印字符,这完全足够了。

可是,世界文化是多元的,面对类似汉字这样的象形文字,ASCll码表用起来自然是捉襟见肘。穷则思变,一个字节不行,那就两个字节,这就是大名鼎鼎的Unicode码,不难看出,Unicode码有216=65536种表示方式,这样就足以表达一些常用的字符了,值得一提的是,Unicode码算是在ASCll码上的一种扩充,其第0~127个编码字符与ASCll码表一模一样。(注:Unicode码有多种标准,这里只是笼统地介绍了其中一种)

计算机又是怎么用二进制又是怎样表达图片的呢?原来,人们规定,在计算机中,每一种颜色都对应一个二进制数值,图片存储时,图片上每一个像素点对应一个值,再将图片的长宽等属性保存下来,最后经特定算法压缩,就形成了特定格式的图片。基于此,我们又将1秒化为24帧(通常情况下),这样,一张张间断的图片在我们眼中便形成了动画。

以上都是对于看得见的数据基于二进制进行表示,那么计算机是怎么通过二进制来保存音频这种看不见,摸不着的数据呢?这里就用到了模拟音频技术,模拟音频技术中以模拟电压的幅度表示声音强弱, 其在时间上是连续的,而在计算机中,人们将这种连续的信号离散,以某一间距用二进制数来记录特征点,最后将所取的特征点连起来便还原了音频。