簡介
本書是描述現代數位化技術三部曲中的第一部，簡明扼要地敘述了數字信息和數字通信技術的基礎知識以及其產生的歷史背景，包括從史前的洞穴壁畫到今天的全球資訊網。全書系統地描述了網際網路的文本、音頻、圖像和視頻信息編碼方法和過程，此外，還重點介紹了網路以及網路安全技術的基礎知識和套用。本書集知識性和技術性於一體，不僅可以作為高等院校計算機相關專業本科生進入專業課學習的一本入門教材，也可作為網路開發人員學習和工作的參考書，還適合作為對數字通信技術感興趣讀者的科普讀物。
圖書目錄
第 1章緒論 ................................................................................................................ 1
1.1 數字產品 ......................................................................................................... 1
1.2 數字通信及其基礎 ........................................................................................... 6
1.3 數字通信指南 .................................................................................................. 9
1.4 術語表 ...........................................................................................................10
第 2章歷史回顧 ........................................................................................................12
2.1 文字的發展 ....................................................................................................12 補充材料 1：語言的發展 .................................................................................14
2.2 第一個通信網路 .............................................................................................20
2.3 印刷的發展 ....................................................................................................23
2.4 報業的誕生 ....................................................................................................28
2.5 電力和電信系統 .............................................................................................31
2.5.1光學電報 ..............................................................................................31
2.5.2電子電報 ..............................................................................................33
2.6 個人通信的推進 .............................................................................................35
2.6.1電話 .....................................................................................................35
2.6.2從留聲機到唱片機 ................................................................................37
2.6.3攝影 .....................................................................................................38
2.7 無線通信 ——廣播和電視 .............................................................................41
2.7.1無線電電報 ..........................................................................................41
2.7.2無線電廣播 ..........................................................................................42
2.7.3電影和電影院 .......................................................................................44
2.7.4電視 .....................................................................................................46
2.7.5模擬和數字錄製方法 ............................................................................48
2.8 個人計算機的通信及管理 ...............................................................................49
2.9 網際網路和全球資訊網之間不可分割的歷史 ..............................................................55
2.9.1阿帕網 ——一切的起源 .......................................................................55
2.9.2網際網路走進大眾生活 ............................................................................58
2.9.3全球資訊網徹底改變了網際網路 .....................................................................59
2.9.4 Web 2.0和語義網 ——全球資訊網的未來 ...................................................63
2.10術語表 ..........................................................................................................64
第 3章計算機網路通信基礎知識 ................................................................................67
3.1 基本術語和概念 .............................................................................................67
3.1.1通信和數據傳輸 ...................................................................................67
3.1.2通信系統分類 .......................................................................................70
數字通信技術
3.2 計算機網路與分組交換 ...................................................................................73
3.2.1傳統點對點連線 ...................................................................................74
3.2.2電路交換網路 .......................................................................................74
3.2.3從電路交換到分組交換 .........................................................................75
3.2.4分組交換原理 .......................................................................................76
3.2.5分組交換的優點 ...................................................................................78
3.2.6報文頭 .................................................................................................79
3.2.7分組交換的缺點 ...................................................................................79
3.2.8無連線網路服務和面向連線的網路服務 ................................................81
3.2.9計算機網路服務範式 ............................................................................81
3.2.10錯誤檢測與校正 .................................................................................83 補充材料 2：錯誤檢測與糾錯碼 ......................................................................84
3.3 計算機網路性能指標 ......................................................................................90
3.3.1用戶性能指標 .......................................................................................90
3.3.2定性的性能準則 ...................................................................................90
3.3.3服務質量 ..............................................................................................91 補充材料 3：分組交換網路中的延遲 ...............................................................94
3.4 通信協定 ........................................................................................................97
3.4.1協定族 .................................................................................................98
3.4.2層模型 .................................................................................................99 補充材料 4：ISO/OSI分層模型 .................................................................... 102
3.4.3網際網路和 TCP/IP分層模型 ............................................................... 105
3.4.4協定功能 ............................................................................................ 109
3.5 術語表 ......................................................................................................... 112
第 4章多媒體數據及其編碼 ..................................................................................... 116
4.1 媒體的多樣性和多媒體格式問題 ................................................................... 116
4.2 信息和編碼 .................................................................................................. 118
4.2.1信息和熵 ............................................................................................ 118
4.2.2冗餘 ——帶來的是價值還是浪費 ....................................................... 120
4.3 文本的數據格式與壓縮 ................................................................................. 121
4.3.1文字編碼 ............................................................................................ 121 補充材料 5：統一碼標準 ............................................................................... 126
4.3.2文本壓縮 ............................................................................................ 128 補充材料 6：數據壓縮的簡單算法 ................................................................. 130
4.4 圖形的數據格式與壓縮算法 .......................................................................... 132 補充材料 7：什麼是顏色 ——顏色和顏色系統 ............................................. 135
4.4.1圖形數據行程長度編碼的變數 ............................................................ 140
4.4.2 LZW-算法 .......................................................................................... 141
4.4.3 GIF-格式 ............................................................................................ 143
目錄 vii
補充材料 8：GIF檔案結構 ........................................................................... 144
4.4.4 PNG格式 .......................................................................................... 147
4.4.5 JPEG格式 ......................................................................................... 148 補充材料 9：JPEG壓縮和 JPEG檔案格式 ................................................... 150
4.5音頻的數據格式與壓縮方法 .......................................................................... 159
4.5.1模擬-數字轉換 .................................................................................... 161
4.5.2無損壓縮的音頻數據格式 ................................................................... 164
4.5.3音頻壓縮 ............................................................................................ 166
4.5.4 MPEG音頻編碼 ................................................................................ 171 補充材料 10：MPEG-1音頻編碼 .................................................................. 173 補充材料 11：MP3檔案結構 ........................................................................ 177
4.5.5其他音頻壓縮方法 .............................................................................. 183
4.5.6流媒體技術 ........................................................................................ 185
4.6視頻和動畫：數據格式及壓縮 ....................................................................... 185
4.6.1數位化視頻編碼 ................................................................................. 186
4.6.2視頻信號的壓縮 ................................................................................. 190
4.6.3運動補償和運動預測 .......................................................................... 193
4.6.4 MPEG壓縮：關鍵問題 ...................................................................... 194
4.6.5 MPEG壓縮：基本步驟 ...................................................................... 195
4.6.6 MPEG-2標準 ..................................................................................... 200 補充材料 12：MPEG數據格式 ..................................................................... 203
4.6.7 MPEG-4標準 ..................................................................................... 208
4.6.8 MPEG-7標準 ..................................................................................... 215
4.6.9 MPEG-21標準 ................................................................................... 219 補充材料 13：其他視頻格式和壓縮方法 ........................................................ 220
4.7術語表 ......................................................................................................... 223
第 5章數字安全 ...................................................................................................... 229
5.1計算機網路安全基礎 .................................................................................... 229
5.1.1安全目標 ............................................................................................ 230
5.1.2加密原理 ............................................................................................ 233
5.2保密性和加密 ............................................................................................... 236
5.2.1對稱加密算法 ..................................................................................... 236 補充材料 14：歷史上簡單的加密算法 ............................................................ 236 補充材料 15：數據加密標準 (DES)和高級加密標準 (AES) ............................ 241
5.2.2非對稱加密算法 ................................................................................. 244 補充材料 16：RSA公鑰加密算法 .................................................................. 246
5.2.3身份驗證 ............................................................................................ 248
5.3數字簽名 ...................................................................................................... 252
5.3.1數據完整性和真實性 .......................................................................... 252
數字通信技術
5.3.2信息摘要 ............................................................................................ 253 補充材料 17：密碼學中的 Hash函式 ............................................................. 255
5.4公共密鑰基礎設施和證書 ............................................................................. 260
5.4.1密鑰分發中心 ..................................................................................... 260
5.4.2數字證書認證機構 .............................................................................. 262
5.4.3信託模式 ............................................................................................ 264
5.5術語表 ......................................................................................................... 265 第 6章後記 ............................................................................................................. 270 附錄 A人物索引 ...................................................................................................... 277 附錄 B縮略語 .......................................................................................................... 295 表格索引 ...................................................................................................................... 301 插圖索引 ...................................................................................................................... 302 參考文獻 ...................................................................................................................... 306
