第5章 数字媒体及应用
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应用：Windows，Mac，Java，···
11
例: IE浏览网页时文字编码的选择
12
5.1.2. 文本准备
——文稿如何输入计算机
13
文字符号输入计算机的方法
字符信息的输入
人工输入
自动识别输入
键盘输入
(1)数字编码, 如电报码、区位码等, (2)字音编码, 如智能ABC等 (3)字形编码，如五笔字形和表形码等, (4)形音编码 发展趋势：基于统计和学习功能的以词语(短语)或句子作为输入单 位的输入方法
b6b5b4
0 1 2 3 4 5 6 7
8
常用的汉字编码字符集
国家标准GB2312 汉字扩充规范 GBK 国家标准GB18030 台湾地区的标准汉字字符集CNS 11643 (BIG 5，
俗称“大五码”) 日本工业标准汉字字符集JIS X 0208-90 韩国国家标准汉字字符集KSC 5601-87
（3）
文本处理
文本准备
（文字与图表 的输入）
文本编辑
（文本处理软件）
与排版
电子 （文本编辑器）格式化的 文本存储
文本
电子文本 与传输
文本 展现
(存档/通信软件)（文本阅读器）
（1）
（2）
（4）
（5）
4
5.1.1. 字符在计算机中的表示
5
字符、字符集及其码表
文字的基本元素是字母和符号，统称为“字符” (character)，它包括：字母、数字、标点、符号等
模
拟
扫描
图
像
分色
将画面划分为 M × N个网格，每 个网格称为 一
个取样点
将彩色图像取样
点的颜色分解成 R，G，B三个 基色
25
取样 取样 取样
量化
数
字
量化
图
量化
像
测量每个取样点 的每个分量（基 色）的亮度值
对取样点每个分
量的亮度值进行 A/D转换，使用 数字整型量表示
5.2.2 图像的表示与压缩编码
颜色数目不超过256色 ，适合用作插图、剪贴画等色彩数 要求不高的场合，文件特别小，适合网络传输
GIF图像格式具有累进显示功能，适合网络浏览器观看 GIF图像格式能支持透明背景（JPEG不支持） GIF图像格式能支持动画
透 明 背 景
35
图像文件格式例3：JPEG图像
JPEG是静止图像数据压缩编码的国际标准，采用 JPEG标准的图像文件扩展名是 .jpg
•不足： •对说话人、说话方式、说话内容的适应能力要大 大增强 •识别速度和正确性还需大大提高
16
文字符号输入计算机的方法
键盘输入
人工输入
字符信息的输入
•识别率已达到98%
•功能:
– 简、繁体字混合识别 自动识– 别中输文入、西文混合识别
– 文字、表格混合识别
– 智能校对功能
联机手写输入 语音输入
红 色 分 量 绿 色 分 量 蓝 色 分 量
30
数字(取样)图像的主要参数
图像大小（图像分辨率）：
用来表示组成该图像的行列数目，亦即图像所包含的像素数目 使用 水平分辨率x垂直分辨率 表示 对在屏幕上显示出来的大小有影响
颜色空间的类型，指彩色图像所使用的颜色描述方法，如：
RGB(红、绿、蓝)模型，显示器使用 CMYK(青、品红、黄、黑)模型，彩色打印机使用 HSB(色彩、饱和度、亮度)模型，用户界面中使用 YUV(亮度、色度)模型，彩色电视信号传输时使用
数据量=水平分辨率×垂直分辨率×像素深度／8
几种常用格式的图像的数据量：
图像大小 8位(256色) 16位(65536色) 24位(真彩色)
640×480
300 KB
600 KB
900 KB
1024×768
768 KB
1.5 MB
2.25 MB
1280×1024 1.25 MB
2.5 MB
3.75 MB
例：数字图像传输时间的计算
假设数据传输速率为56 kb/s（电话上网），则传输一幅分辨 率为640×480的6.5万种颜色的未压缩图像的时间为：
(640x480x16)/56000 = 87.8秒
32
数字图像的数据压缩
图像数据压缩的必要性：
节省存储数字图像所需要的存储器容量 提高图像的传输速度，减少通信费用
黑白图像
28
例2：灰度图象的表示
灰度图像的每个像素也只有一个分量，一般用8～12个二 进位表示，其取值范围是：0～2n-1，可表示2n个不同的 亮度
灰度图像
29
例3：彩色图象的表示
彩色图像的每个像素有三个分量，分别表示三个基色的亮度，假设3 个分量分别用n,m,k个二进位表示，则可表示2n+m+k种不同的颜色
16
一级汉字
（3755个）
(按汉语拼音排列)
55
56
二级汉字
（3008个）
87
(按偏旁部首排列) （扩充使用）
94
（注：区位码仅用于在键盘上输入汉字） 10
共6763个汉字和 682个符号，每个 汉字或符号都有一 个确定位置，该位 置的区号和位号就 是这个汉字的“区 位码”
背景材料：UCS/Unicode
像素深度，即像素的所有颜色分量的二进位数目之和
图像类型 单色图像 彩色图像
黑白图像 灰度图像 彩色图像
像素的组成 仅1个分量 仅1个分量 3个分量以上
像素深度(位数) 1位 2～12位 8～36位
颜色空间 不使用 不使用 RGB，CMY，YUV等
31
数字图像的数据量
数字图像数据量的计算公式（以字节为单位）：
第5章 数字媒体及应用
5.1 文本与文本处理 5.2 图像与图形 5.3 数字声音及应用 5.4 数字视频及应用
5.1 文本与文本处理
5.1.1 字符的编码 5.1.2 文本准备 5.1.3 文本的展现
2
文字处理是计算机应用的基础
计算机应用＝使用计算机进行信息处理
文字 数值
信息的形态有多种 语言
JPEG特别适合各种连续色调的彩色或灰度图像， 在计算机和数码相机中已得到广泛应用
JPEG的最新标准是JPEG2000（图像文件扩展名 是 .jp2 ），它采用更先进的技术，可取得更好的 效果
36
5.2.3 数字图像处理与应用
37
数字图象处理：目的与内容
目的： (1) 提高图像的视觉质量 (2) 恢复与重建有失真和畸变的图像 (3) 图像分析，包括：图像的分类、识别和理解等 (4) 图像数据的变换、编码和数据压缩 (5) 图像的存储、管理与检索 (6) 图像内容与知识产权的保护
14
文字符号输入计算机的方法
字符信息的输入
人工输入
自动识别输入
键盘输入 联机手写输入 15
•优点：
–自然，流畅 –小型化，适合移动计算
•不足：
–识别速度和正确性还需提高 –书写要求还要降低
文字符号输入计算机的方法
字符信息的输入
人工输入
自动识别输入
键盘输入 联机手写输入 语音输入
•优点： •自然，方便，适合移动计算
解决多文种信息处理方法的发展： 传统方法（ISO）：扩展ASCII码 微软的方法：代码页切换 UCS/Unicode：所有文字字母和符号集中在同一字符集进行统一编码(目 前收集了17x216＝1,114,112 个)
UCS/Unicode的编码方案： 尽量与已有编码标准兼容 先实现部分字符的编码（101,000个） 允许有若干不同的编码方案, 例如：
字符集：一组特定字符的集合
不同的字符集包含的字符数目与内容不同，如： 中文字符集、西文字符集、日文字符集等
字符的编码：
字符集中每个字符都使用二进位(code) 表示，称为该字符的 编码
不同的字符其编码各不相同 字符集中所有字符的编码的一览表，称为该字符集的码表
6
西文字符的编码——ASCII码
音乐 图像 ···
其中，文字信息处理是涉及面最广的一种计算机 应用，几乎与任何领域任何人都有关。
3
计算机文字处理过程
文字信息在计算机中称为“文本”（text），文本是计算机中最 常用的一种数字媒体
文本由一系列 “字符”（character）组成，每个字符均使用二 进制编码表示
文本在计算机中的处理过程是：
33
图像文件格式例1：BMP格式
BMP图像格式是Windows操作系统下使用的一种 标准图像格式
支持单色、16色、256色、真彩色图像 一个文件一幅图像，可以进行无损压缩，也可不压
缩 非压缩的BMP文件是一种通用的图像文件格式，
几乎所有Windows 应用软件都能支持
34
图像文件格式例2： GIF 图像
微软公司的IE等
文本展现的过程：
1.对文本的格式描述进行解释 2.生成文字和图表的映像（bitmap） 3.传送到显示器或打印机输出
21
附：输出过程中字形的生成
过程：
先根据字符的字体确定相应的字库（font），
再按照该字符的代码从字库中取出该字符的形状描述信息
然后按形状描述信息生成字形，并按照字号大小及有关属性 （粗体、斜体、下横线）将字形作必要的变换
9
GB2312汉字编码字符集
1980年颁布《信息交换用汉字编码字符集·基本 集》——GB2312-1980
GB2312字符集由三个部分构成：
位号
拉丁字母、俄 文、日文平假 名与片假名、 希腊字母、汉 语拼音等共682 个
…… …… 区号
1 2 3 ……………… 94 1 字母、数字和各种符号 9
Unicode:UTF-8 单字节可变长编码
单字节：ASCII字符 双字节：拉丁、希腊、阿拉伯，··· 三字节：CJK汉字 四字节：其他
应用：Linux，Web网页，电子邮件
Unicode:UTF-16双字节可变长编码
双字节： ASCII字符、拉丁、希腊、阿 拉伯，常用CJK汉字，··· 四字节：CJK汉字
最后将变换得到的字形放置在页面的指定位置处
2种不同的字库：
轮廓点
点阵 描述
轮廓 描述
直线 二次曲线
22
5.2 图像与图形
5.2.1 数字图像的获取 5.2.2 图像的表示与压缩编码 5.2.3 数字图像处理与应用 5.2.4 计算机图形
5.2.1 数字图像的获取
24
图像的获取过程
从现实世界中获得数字图像的过程称为图像的“获取” 常用的图像获取设备：扫描仪、数码相机、摄像头、摄像机等 图像获取过程：
图像数据压缩的可能性：
数字图像中有大量的数据冗余 人眼视觉有局限性，允许图像有一些失真
图像数据压缩的两种类型：
无损压缩：用压缩后的数据还原出来的图像没有任何误差 有损压缩：用压缩后的数据还原出来的图像有一定的误差
压缩编码方法的评价 压缩倍数的高低（压缩比）
重建图像的质量（有损压缩时） 压缩算法的复杂程度
印刷体识别
纸介质 文本
17
扫描仪
文本的 映象
(image)
OCR
数字 文本
文字符号输入计算机的方法
字符信息的输入
人工输入
自动识别输入
键盘输入 联机手写输入 语音输入
印刷体识别
手写体识别
– 技术上非常困难，还无法实用 –目前准备先突破工整的楷书手写体的识别!
18
汉字的键盘输入
汉字与键盘上的键无法一一对应，因此必须使用 几个键来表示一个汉字，这就称为汉字的“键盘输 入编码” 优秀的汉字键盘输入编码应具有的特点：
来自百度文库26
数字(取样)图像的组成
数字取样图像由M(列) × N(行)个取样点组成 取样点是组成数字取样图像的基本单位，称为“像素” 彩色图像的像素通常由3个彩色分量组成 灰度图像和黑白图像的像素只包含1个亮度分量
Red分量 Green分量 Blue分量
像素
27
例1：黑白图象的表示
黑白图像的每个像素只有一个分量，且只用1个二进位表 示，其取值仅“0”(黑)和“1”(白)两种
存在问题：
7位代码空间太小（只能对128个字符编码） 不同国家和地区使用不同的字符集及其编码，互不兼容 东亚地区使用的大字符集无法编码
7
标准ASCII字符集及其码表
b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
1 01 0 01 10 1 01
b3b2b1b0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A BC D E F
易学习、易记忆 效率高(平均击键次数较少) 重码少 容量大(可输入的汉字字数多)
19
5.1.3 文本的展现(输出)
20
文本的展现(输出)
目的：阅读、浏览或打印文本 使用的软件：文本阅读器/文本浏览器
嵌入在文本编辑(处理)软件中，如微软的Word， 独立的软件：如Adobe公司的Acrobat Reader，
西文是表音文字(拼音文字)，它由拉丁字母、数字、标点符号 以及一些特殊符号所组成
美国标准信息交换码(American Standard Code for Information Interchange, 简称ASCII码)：
ASCII字符集包含96个可打印字符和32个控制字符 采用7个二进位进行编码 计算机中使用1个字节存储1个ASCII 字符
11
例: IE浏览网页时文字编码的选择
12
5.1.2. 文本准备
——文稿如何输入计算机
13
文字符号输入计算机的方法
字符信息的输入
人工输入
自动识别输入
键盘输入
(1)数字编码, 如电报码、区位码等, (2)字音编码, 如智能ABC等 (3)字形编码，如五笔字形和表形码等, (4)形音编码 发展趋势：基于统计和学习功能的以词语(短语)或句子作为输入单 位的输入方法
b6b5b4
0 1 2 3 4 5 6 7
8
常用的汉字编码字符集
国家标准GB2312 汉字扩充规范 GBK 国家标准GB18030 台湾地区的标准汉字字符集CNS 11643 (BIG 5，
俗称“大五码”) 日本工业标准汉字字符集JIS X 0208-90 韩国国家标准汉字字符集KSC 5601-87
（3）
文本处理
文本准备
（文字与图表 的输入）
文本编辑
（文本处理软件）
与排版
电子 （文本编辑器）格式化的 文本存储
文本
电子文本 与传输
文本 展现
(存档/通信软件)（文本阅读器）
（1）
（2）
（4）
（5）
4
5.1.1. 字符在计算机中的表示
5
字符、字符集及其码表
文字的基本元素是字母和符号，统称为“字符” (character)，它包括：字母、数字、标点、符号等
模
拟
扫描
图
像
分色
将画面划分为 M × N个网格，每 个网格称为 一
个取样点
将彩色图像取样
点的颜色分解成 R，G，B三个 基色
25
取样 取样 取样
量化
数
字
量化
图
量化
像
测量每个取样点 的每个分量（基 色）的亮度值
对取样点每个分
量的亮度值进行 A/D转换，使用 数字整型量表示
5.2.2 图像的表示与压缩编码
颜色数目不超过256色 ，适合用作插图、剪贴画等色彩数 要求不高的场合，文件特别小，适合网络传输
GIF图像格式具有累进显示功能，适合网络浏览器观看 GIF图像格式能支持透明背景（JPEG不支持） GIF图像格式能支持动画
透 明 背 景
35
图像文件格式例3：JPEG图像
JPEG是静止图像数据压缩编码的国际标准，采用 JPEG标准的图像文件扩展名是 .jpg
•不足： •对说话人、说话方式、说话内容的适应能力要大 大增强 •识别速度和正确性还需大大提高
16
文字符号输入计算机的方法
键盘输入
人工输入
字符信息的输入
•识别率已达到98%
•功能:
– 简、繁体字混合识别 自动识– 别中输文入、西文混合识别
– 文字、表格混合识别
– 智能校对功能
联机手写输入 语音输入
红 色 分 量 绿 色 分 量 蓝 色 分 量
30
数字(取样)图像的主要参数
图像大小（图像分辨率）：
用来表示组成该图像的行列数目，亦即图像所包含的像素数目 使用 水平分辨率x垂直分辨率 表示 对在屏幕上显示出来的大小有影响
颜色空间的类型，指彩色图像所使用的颜色描述方法，如：
RGB(红、绿、蓝)模型，显示器使用 CMYK(青、品红、黄、黑)模型，彩色打印机使用 HSB(色彩、饱和度、亮度)模型，用户界面中使用 YUV(亮度、色度)模型，彩色电视信号传输时使用
数据量=水平分辨率×垂直分辨率×像素深度／8
几种常用格式的图像的数据量：
图像大小 8位(256色) 16位(65536色) 24位(真彩色)
640×480
300 KB
600 KB
900 KB
1024×768
768 KB
1.5 MB
2.25 MB
1280×1024 1.25 MB
2.5 MB
3.75 MB
例：数字图像传输时间的计算
假设数据传输速率为56 kb/s（电话上网），则传输一幅分辨 率为640×480的6.5万种颜色的未压缩图像的时间为：
(640x480x16)/56000 = 87.8秒
32
数字图像的数据压缩
图像数据压缩的必要性：
节省存储数字图像所需要的存储器容量 提高图像的传输速度，减少通信费用
黑白图像
28
例2：灰度图象的表示
灰度图像的每个像素也只有一个分量，一般用8～12个二 进位表示，其取值范围是：0～2n-1，可表示2n个不同的 亮度
灰度图像
29
例3：彩色图象的表示
彩色图像的每个像素有三个分量，分别表示三个基色的亮度，假设3 个分量分别用n,m,k个二进位表示，则可表示2n+m+k种不同的颜色
16
一级汉字
（3755个）
(按汉语拼音排列)
55
56
二级汉字
（3008个）
87
(按偏旁部首排列) （扩充使用）
94
（注：区位码仅用于在键盘上输入汉字） 10
共6763个汉字和 682个符号，每个 汉字或符号都有一 个确定位置，该位 置的区号和位号就 是这个汉字的“区 位码”
背景材料：UCS/Unicode
像素深度，即像素的所有颜色分量的二进位数目之和
图像类型 单色图像 彩色图像
黑白图像 灰度图像 彩色图像
像素的组成 仅1个分量 仅1个分量 3个分量以上
像素深度(位数) 1位 2～12位 8～36位
颜色空间 不使用 不使用 RGB，CMY，YUV等
31
数字图像的数据量
数字图像数据量的计算公式（以字节为单位）：
第5章 数字媒体及应用
5.1 文本与文本处理 5.2 图像与图形 5.3 数字声音及应用 5.4 数字视频及应用
5.1 文本与文本处理
5.1.1 字符的编码 5.1.2 文本准备 5.1.3 文本的展现
2
文字处理是计算机应用的基础
计算机应用＝使用计算机进行信息处理
文字 数值
信息的形态有多种 语言
JPEG特别适合各种连续色调的彩色或灰度图像， 在计算机和数码相机中已得到广泛应用
JPEG的最新标准是JPEG2000（图像文件扩展名 是 .jp2 ），它采用更先进的技术，可取得更好的 效果
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5.2.3 数字图像处理与应用
37
数字图象处理：目的与内容
目的： (1) 提高图像的视觉质量 (2) 恢复与重建有失真和畸变的图像 (3) 图像分析，包括：图像的分类、识别和理解等 (4) 图像数据的变换、编码和数据压缩 (5) 图像的存储、管理与检索 (6) 图像内容与知识产权的保护
14
文字符号输入计算机的方法
字符信息的输入
人工输入
自动识别输入
键盘输入 联机手写输入 15
•优点：
–自然，流畅 –小型化，适合移动计算
•不足：
–识别速度和正确性还需提高 –书写要求还要降低
文字符号输入计算机的方法
字符信息的输入
人工输入
自动识别输入
键盘输入 联机手写输入 语音输入
•优点： •自然，方便，适合移动计算
解决多文种信息处理方法的发展： 传统方法（ISO）：扩展ASCII码 微软的方法：代码页切换 UCS/Unicode：所有文字字母和符号集中在同一字符集进行统一编码(目 前收集了17x216＝1,114,112 个)
UCS/Unicode的编码方案： 尽量与已有编码标准兼容 先实现部分字符的编码（101,000个） 允许有若干不同的编码方案, 例如：
字符集：一组特定字符的集合
不同的字符集包含的字符数目与内容不同，如： 中文字符集、西文字符集、日文字符集等
字符的编码：
字符集中每个字符都使用二进位(code) 表示，称为该字符的 编码
不同的字符其编码各不相同 字符集中所有字符的编码的一览表，称为该字符集的码表
6
西文字符的编码——ASCII码
音乐 图像 ···
其中，文字信息处理是涉及面最广的一种计算机 应用，几乎与任何领域任何人都有关。
3
计算机文字处理过程
文字信息在计算机中称为“文本”（text），文本是计算机中最 常用的一种数字媒体
文本由一系列 “字符”（character）组成，每个字符均使用二 进制编码表示
文本在计算机中的处理过程是：
33
图像文件格式例1：BMP格式
BMP图像格式是Windows操作系统下使用的一种 标准图像格式
支持单色、16色、256色、真彩色图像 一个文件一幅图像，可以进行无损压缩，也可不压
缩 非压缩的BMP文件是一种通用的图像文件格式，
几乎所有Windows 应用软件都能支持
34
图像文件格式例2： GIF 图像
微软公司的IE等
文本展现的过程：
1.对文本的格式描述进行解释 2.生成文字和图表的映像（bitmap） 3.传送到显示器或打印机输出
21
附：输出过程中字形的生成
过程：
先根据字符的字体确定相应的字库（font），
再按照该字符的代码从字库中取出该字符的形状描述信息
然后按形状描述信息生成字形，并按照字号大小及有关属性 （粗体、斜体、下横线）将字形作必要的变换
9
GB2312汉字编码字符集
1980年颁布《信息交换用汉字编码字符集·基本 集》——GB2312-1980
GB2312字符集由三个部分构成：
位号
拉丁字母、俄 文、日文平假 名与片假名、 希腊字母、汉 语拼音等共682 个
…… …… 区号
1 2 3 ……………… 94 1 字母、数字和各种符号 9
Unicode:UTF-8 单字节可变长编码
单字节：ASCII字符 双字节：拉丁、希腊、阿拉伯，··· 三字节：CJK汉字 四字节：其他
应用：Linux，Web网页，电子邮件
Unicode:UTF-16双字节可变长编码
双字节： ASCII字符、拉丁、希腊、阿 拉伯，常用CJK汉字，··· 四字节：CJK汉字
最后将变换得到的字形放置在页面的指定位置处
2种不同的字库：
轮廓点
点阵 描述
轮廓 描述
直线 二次曲线
22
5.2 图像与图形
5.2.1 数字图像的获取 5.2.2 图像的表示与压缩编码 5.2.3 数字图像处理与应用 5.2.4 计算机图形
5.2.1 数字图像的获取
24
图像的获取过程
从现实世界中获得数字图像的过程称为图像的“获取” 常用的图像获取设备：扫描仪、数码相机、摄像头、摄像机等 图像获取过程：
图像数据压缩的可能性：
数字图像中有大量的数据冗余 人眼视觉有局限性，允许图像有一些失真
图像数据压缩的两种类型：
无损压缩：用压缩后的数据还原出来的图像没有任何误差 有损压缩：用压缩后的数据还原出来的图像有一定的误差
压缩编码方法的评价 压缩倍数的高低（压缩比）
重建图像的质量（有损压缩时） 压缩算法的复杂程度
印刷体识别
纸介质 文本
17
扫描仪
文本的 映象
(image)
OCR
数字 文本
文字符号输入计算机的方法
字符信息的输入
人工输入
自动识别输入
键盘输入 联机手写输入 语音输入
印刷体识别
手写体识别
– 技术上非常困难，还无法实用 –目前准备先突破工整的楷书手写体的识别!
18
汉字的键盘输入
汉字与键盘上的键无法一一对应，因此必须使用 几个键来表示一个汉字，这就称为汉字的“键盘输 入编码” 优秀的汉字键盘输入编码应具有的特点：
来自百度文库26
数字(取样)图像的组成
数字取样图像由M(列) × N(行)个取样点组成 取样点是组成数字取样图像的基本单位，称为“像素” 彩色图像的像素通常由3个彩色分量组成 灰度图像和黑白图像的像素只包含1个亮度分量
Red分量 Green分量 Blue分量
像素
27
例1：黑白图象的表示
黑白图像的每个像素只有一个分量，且只用1个二进位表 示，其取值仅“0”(黑)和“1”(白)两种
存在问题：
7位代码空间太小（只能对128个字符编码） 不同国家和地区使用不同的字符集及其编码，互不兼容 东亚地区使用的大字符集无法编码
7
标准ASCII字符集及其码表
b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
1 01 0 01 10 1 01
b3b2b1b0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A BC D E F
易学习、易记忆 效率高(平均击键次数较少) 重码少 容量大(可输入的汉字字数多)
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5.1.3 文本的展现(输出)
20
文本的展现(输出)
目的：阅读、浏览或打印文本 使用的软件：文本阅读器/文本浏览器
嵌入在文本编辑(处理)软件中，如微软的Word， 独立的软件：如Adobe公司的Acrobat Reader，
西文是表音文字(拼音文字)，它由拉丁字母、数字、标点符号 以及一些特殊符号所组成
美国标准信息交换码(American Standard Code for Information Interchange, 简称ASCII码)：
ASCII字符集包含96个可打印字符和32个控制字符 采用7个二进位进行编码 计算机中使用1个字节存储1个ASCII 字符