信息——墨默的猜想
介紹信息
第四章 信息傳遞工具的曆史
第一節 信息傳遞曆史
信息的傳遞曆史，百度百科這樣說的：
遠古：口耳相傳或借助器物，信息傳遞速度慢、不精確。
古代：靠驛差長途跋涉，信息傳遞速度慢、信息形式單一。
近代：依靠交通工具的郵政係統，信息傳遞速度相對快一些、距離遠相對就慢、且費用高。
現代：電報、電話。速度快、信息傳遞單一，以文字和語言為主。
當代：計算機網絡，傳遞的信息量大、信息多樣化，語言、聲音、文字、圖像都可以傳遞，傳遞速度極快、不受地域阻礙。
人類文明的進步史，也是信息傳遞的發明史，一路走來，人類發明了很多思想交流和傳遞信息的工具。
一、書信
書信是相隔較遠，暫時見不到麵的人們相互交流情感與思想的工具。書信擁有悠久的曆史且世界各國的人們都有使用。無論是托人捎的口信，還是通過郵差郵遞的書信，都用語言文字向特定對象傳遞信息和進行思想感情交流的。書信的特征：一是有運用文字述說事情原委和表達自己思想感情的能力；二是具備相應的書寫工具；三是有人進行傳遞。
古代書信作為主要的通信來源，它不僅僅傳達著國與國的文化交流，同時也傳遞著人們思想的情懷（對家鄉父老、對愛人、對朋友...）。還起到了報平安的深層含義。
在沒有郵政以前，長途通訊的主要方法包括有：驛送、信鴿、信狗等。驛送是由專門負責的人員，乘坐馬匹，接力將書信送到目的地。建立一個可靠及快速的驛送係統需要十分高昂的成本，首先要建立良好的道路網，然後配備合適的驛站設施。在交通不便的地區更是不可行。使用信鴿通訊可靠性甚低，而且受天氣、路徑所限。
英國於19世紀前期在主要城市設置郵政機構，采用郵票形式作為郵資（寄遞費用）已付的憑證，收集大眾各種書信及郵件，集中在一起，通過汽車、火車、輪船運輸工具運送到其他的郵政機構，並由其派送，這是現代郵政的開始。現代郵政極大提高了書信交往的時間。
二、電報
電報（telegram）是通信業務的一種，是最早使用電進行通信的方法。它利用電流(有線)或電磁波(無線)作載體，通過編碼和相應的電處理技術實現人類遠距離傳輸與交換信息的通信方式。1837年，英國庫克和惠斯通設計製造了第一個有線電報，且不斷加以改進，發報速度不斷提高。
電報大大加快了消息的流通，是工業社會的其中一項重要發明。早期的電報隻能在陸地上通訊，後來使用了海底電纜，開展了越洋服務。到了二十世紀初，開始使用無線電拍發電報，電報業務基本上已能抵達地球上大部份地區。電報主要是用作傳遞文字訊息，使用電報技術用作傳送圖片稱為傳真。
三、無線電廣播
無線電廣播的過程如圖所示，話筒把聲音信號轉變成音頻信號，放大後搭載到高頻電磁波上，然後由天線向周圍空間發送出去。
接收機上的天線，接收來自廣播電台的電磁波，經調諧器選取所需信號，放大後送給揚聲器，再現聲音，收音機上的“調諧”旋鈕就是起選台作用的。
為了使各個電台發射的電磁波互不幹擾，每個電台都是隻能使用特定頻率的電磁波發射信號。
無線電廣播的過程
四、電視
電視通過電磁波傳播視頻信號，其原理與傳播音頻信號相似。
通常由微波傳送電視信號，微波隻能沿直線傳播，碰到高大的建築物或高山就會被阻隔。因此，必須每隔一定距離建立中繼站，發射天線也必需架設在較高的地方。
現在人們發射了距離地麵約36000KM、相對地球靜止的同步通信衛星，把電磁波信號先傳送給通信衛星。然後由通信衛星把信號轉發回地麵，大大增加了信號的覆蓋麵積，因此，衛星電視能被廣闊的地域收視，理論計算與實踐表明，隻要三顆通信衛星就幾乎可以覆蓋整個地球的表麵。
五、雷達
雷達是利用電磁波進行測距、定位的儀器。
在發射端，把電磁脈衝——持續時間很短的電磁波發射出去，如途中碰到物體，就會反射回來一部分電磁波，測定發射波與反射波之間的時間差，便可確定物體的位置。
第一張照片由法國發明者 Joseph Nicéphore Niépce 於 1826 年所創造。
照片通過照相機拍攝出來的。
照相機(圖)是利用凸透鏡能成倒立，縮小的實像的原理製成的，它主要由鏡頭、光圈、快門和暗盒等部件組成。照相機的鏡頭相當於一個凸透鏡，暗盒中的感光膠片（或感光元件）相當於光屏。
選定被拍攝的景物後，調節鏡頭到膠片（或感光元件）的距離，由於被攝景物一般是在鏡頭的2倍焦距以外，因此膠片（或感光元件）上會出現倒立、縮小的實像，從而使膠片（或感光元件）感光，影像便記錄在膠片（或感光元件）上（圖）。
電話的發明家是英國人亞曆山大•貝爾。
（一）電話的原理
通過電磁感應原理，在話筒內設有一個振動膜，你說話時聲音是機械波會使振動膜震動，產生感應電流，根據聲音的大小不同，振膜震動情況不同，因此通過的電流大小也不同。電流通過處理，在另一台電話中用儀器把點信號轉化回聲音信號。 而這儀器可以理解為繞有線圈的永久磁鐵，電流通過線圈時產生感應磁場，吸引磁鐵中的薄鐵片產生振動，發出聲音。
（二）移動電話
現代通信技術是電磁波最輝煌的應用成果之一，無繩電話、無線對講機、移動電話、智能手機均是通過電磁波實現信號的發射與接收的。
移動電話又稱為手機，每台手機都是一個小型電磁波發射台，它將用戶的聲音或數字信息轉變為高頻信號發射到空中，同時它又相當於一個收音機，捕捉空中的電磁波、使用戶接收到通話對方送來的信息。
手機之間的通信示意圖
甲手機通過電磁波將信號發射到它附近的基站，基站接收後利用有線方式將信號傳到A地電信局的總機，A地電信局總機利用有線方式傳輸到B地電信局總機，再傳送到乙手機附近的基站，最後由基站通過電磁波將信號傳到乙手機，這樣便實現了甲、乙手機之間的通信。
（三）智能手機
百度百科是這樣說的：智能手機，是指像一個電腦一樣，具有獨立的操作係統，獨立運行空間，可以由用戶自行安裝軟件、遊戲、導航等第三方服務商提供的程序，並可以通過移動通訊網絡來實現無線網絡接入手機類型的總稱。
智能手機就像一台隨身攜帶的電腦，它不需要鍵盤，但可以隨時發布、接收、查詢、轉發，編輯各種信息，聲音、圖像、語言、文字等信息並能即時互通。而且可以導航、購物、訂餐、訂房、查找信息等各種工作。
八、互聯網
互聯網是一個由各種不同類型和規模的、獨立運行和管理的計算機網絡組成的世界範圍的巨大計算機網絡——全球性計算機網絡，它的英文名字叫Internet。組成互聯網的計算機網絡包括小規模的局域網（LAN）、城市規模的區域網（MAN）以及大規模的廣域網（WAN）等等。這些網絡通過普通電話線、高速率專用線路、衛星、微波和光纜等線路把不同國家的大學、公司、科研部門以及軍事和政府等組織的網絡連接起來。
互聯網是一個世界規模的巨大的信息和服務資源。它不僅為人們提供了各種各樣的簡單而且快捷的通信與信息檢索手段，更重要的是為人們提供了巨大的信息資源和服務資源。通過使用互聯網，全世界範圍內的人們既可以互通信息，交流思想，又可以獲得各個方麵的知識、經驗和信息。
互聯網也是一個麵向公眾的社會性組織。世界各地數以萬計的人們可以利用互聯網進行信息交流和資源共享。而又有成千上萬的人自願地花費自己的時間和精力螞蟻般地辛勤工作，構造出全人類所共同擁有的互聯網，並允許他人去共享自己的勞動果實。互聯網反映了人類所共享的無私精神，互聯網也使人們學會如何更好地和平共處。
互聯網是人類社會有史以來第一個世界性的圖書館和第一個全球性論壇。任何人，無論來自世界的任何地方，在任何時候，他（她）都可以參加，互聯網永遠不會關閉。
互聯網是人類曆史發展中的一個偉大的裏程碑，它正在對人類社會的文明悄悄地起著越來越大的作用。也許會像瓦特發明的蒸汽機導致了一場工業革命一樣，互聯網將會極大地促進人類社會的進步和發展。
人類的發展曆史中,還使用過很多的信息交流工具,墨默不能一一羅列出來,人類以後的發展過程,也將會出現更方便更快捷的信息交流工具。
第三節 回顧信息的發展過程
墨默有幸出生在中國改革開放的初期，他見證了傳遞信息工具變遷的過程。出生的那個年代，通信還不發達，郵寄信件是信息的主要方式，信息通過文字進行交流。電對信息的發展是巨大的，小時間沒有電，但有電池可以聽收音機，那時候最喜歡的就是聽《西遊記》和《水滸傳》；五、六歲的時候可以通過天線接收無線信號，看黑白電視，最初看的電視劇是《鐵臂阿童木》、《大西洋海底來的人》、《阿裏森敢死隊》、《資三四郎》，晚上吃完飯後，早早的拿著凳子在鄰居家等待看電視的情形還曆曆在目。上小學了，學校不時會組織學生看一些電影，進行思想教育，那時候看電影是件很高興的事情。上初中，家裏終於有了第一台黑白電視，到了高中，家裏換成彩色電視機，不久有了第一台電話，上大學了，接觸到電腦，有了聯網的係統，還是DOS的，畢業時有了WINDONS係統,畢業後裝了尋呼機,人們可以通過尋呼台將信息留言，打電話給尋呼台的服務員，讓她們打字將文字信息轉發給要留言對方的尋呼機。那時候已經有人用水壺大的移動電話了。2000年之後,有了手機和自己的電腦,聲音信息通過手機可以隨時傳遞，文字短信也可以隨時收發。電腦已經是發展到WINDONS98係統,再過了幾年,能上互聯網,網上的信息越來越多,發布信息的功能也越來越強。2011年,終於有了智能手機,可以隨時隨地收發各種信息。想看什麽、學什麽？網上基本都有。
第四節 數字化
一、 數字
數字是信息的最佳表現形式。數字是一種用來表示數的書寫符號。
數字並不是阿拉伯人發明創造的，而是發源於古印度。數字後來被阿拉伯人用於經商而掌握，經改進，並傳到了西方。
數字是古代印度人在生產和實踐中逐步創造出來的。在古代印度，進行城市建設時需要設計和規劃，進行祭祀時需要計算日月星辰的運行，於是，數學計算就產生了。
大約在公元前3000多年，印度河流域居民的數字就比較先進，而且采用了十進位的計算方法。
到公元前三世紀，印度出現了整套的數字，但在各地區的寫法並不完全一致，它的特點是從“1”到“9”每個數都有專字。現代數字就是由這一組數字演化而來。在這一組數字中，還沒有出現“0”（零）的符號。“0”這個數字是到了印度笈多王朝（公元320—550年）時期才出現的。這樣，一套從“1”到“0”的數字就趨於完善了。（百度百科：數字）
數據是信息的一種表現形式和載體，信息有多種表現形式，可以是符號、數字、言語、聲音、文字、圖像、視頻等，但由於數據的定位、定性、定量、定時等性質，因此它是信息的最佳表現形式。（百度百科：數據）
數字本身是最簡單的文字，但它有著簡單、量化、準確和計算的特征，它消除了其它信息的隨機性。收集信息的工作往往是收集具體的數據。隨著計算機的發展，信息的語言、聲音、文字、圖型都以數字的形式存儲和傳遞。同時由於計算機運行處理速度的提高，信息像是被數據點燃了的炸藥庫，猛烈暴發，我們進入了信息時代。越來越多的人從事著信息的職業。如何將信息轉化為數字？
二、數字化
數字化信息指一切以數字形式生產和發行的信息資源。所謂數字形式，是以能被計算機識別的，不同序列的“0”和“1”構成的形式。 數字資源中的信息，包括語言，文字，圖片，聲音，動態圖像等，都是以數字代碼方式存儲在硬盤、光盤等介質上，通過計算機輸出設備和網絡傳送，最終顯示在用戶的終端上。
數字化就是將許多複雜多變的信息轉變為可以度量的數字、數據，再以這些數字、數據建立起適當的數字化模型，把它們轉變為一係列二進製代碼，通常用模數轉換器執行這個轉換。引入計算機內部，進行統一處理，這就是數字化的基本過程。
早在40年代，香農證明了采樣定理，即在一定條件下，用離散的序列可以完全代表一個連續函數。采樣定理為數字化技術奠定了重要基礎。
數字化的優缺點。
（一）優點：
1、數字信號與模擬信號相比，前者是加工信號。加工信號對於有雜波和易產生失真的外部環境和電路條件來說，具有較好的穩定性。可以說，數字信號適用於易產生雜波和波形失真的錄像機及遠距離傳送使用。數字信號傳送具有穩定性好、可靠性高的優點。
2、數字信號需要使用集成電路(IC)和大規模集成電路(ISI) [2] ，而且計算機易於處理數字信號。數字信號還適用於數字特技和圖像處理。
3、數字信號處理電路簡單。它沒有模擬電路裏的各種調整，因而電路工作穩定、技術人員能夠從日常的調整工作中解放出來。
例如，在模擬攝像機裏，需要使用100個以上的可變電阻。在有些地方調整這些可變電阻的同時，還需要調整攝像機的攝像特性。各種調整彼此之間又相互有微妙的影響，需要反複進行調整，才能夠使攝像機接近於完善的工作狀態。
在電視廣播設備裏，攝像機還算是較小的電子設備。如果攝像機100%的數字化，就可以不需要調整了。對廠家來說，降低了攝像機的成本費用。對電視台來說，不需要熟練的工程師，還縮短了節目製作時間。
4、數字信號易於進行壓縮。這一點對於數字化攝像機來說，是主要的優點。
（二）缺點：
1、數字信號本身與模擬信號相比，確實受外部雜波的影響較小，但是它對被變換成數字信號的模擬信號本身的雜波卻無法識別。因此，將模擬信號變換成數字信號所使用的模/數(A/D)變換器是無法辨別圖像信號和雜波的。
2、由於數字化處理會造成圖像質量、聲音質量的損傷。換句話說，經過模擬→數字→模擬的處理，多少會使圖像質量、聲音質量有所降低。嚴格地說，從數字信號恢複到模擬信號，將其與原來的模擬信號相比，不可避免地會受到損傷。這一點與下麵的缺點有著密切的聯係。
3、模擬信號數字化以後的信息量會爆炸性地膨脹。為了將帶寬為(f)的模擬信號數字化，必須使用約為(2f+α)的頻率進行取樣，而且圖像信號必須使用8比特(比特就是單位脈衝信號)量化。
具體地說，如果圖像信號的帶寬是5MHz，至少需要取樣13×106至14×106次(13M至14M次)，而且需要使用8比特來表示數字化的信號。因此，數字信號的總數約為每秒1億比特(100M比特)。且不說這是一個天文數字，就其容量而言，對集成電路來說，也是難於處理的。
因此，這個問題已經不是數字化本身的問題了。不過，為了提高數字化圖像質量，還需要進一步增加信息量。這就是數字化技術需要解決的難題，同時也是數字信號的基本問題。（百度百科：數字化）
