比特

一种信息量单位

比特(BIT,Binary digit), 计算机 专业术语,是信息量单位,是由英文BIT音译而来。同时也是 二进制 数字中的位,信息量的 度量 单位,为信息量的最小单位。 在需要作出不同选择的情况下把备选的刺激数量减少半所必需的信息。即信号的信息量(比特数)等于信号刺激量以2为 底数 的 对数 值。L.哈特莱1928年认为对信息量选用对数单位进行度量最合适。比特也可以作为信息熵的单位,根据信息熵与概率的关系,在等概率的情况下,一个二进制位(比特)的信息熵就是1bit,一个十进制位的信息熵相当于约3.322bit。

概念

两个概念

1)计算机专业术语 ,是信息量单位,是由英文BIT音译而来。二进制数的一位所包含的信息就是一比特,如二进制数0100就是4比特。

2)二进制数字中的位,信息量的度量单位,为信息量的最小单位。数字化文件中用二进制表示数据,“1”代表有脉冲信号,“0”代表脉冲间隔。如果 波形 上每个点的信息用四位一组的代码表示,则称4比特,比特数越高,表达 模拟信号 就越精确,对画面的还原能力越强。

位概念

二进制 数系统中,每个0或1就是一个位( 刨刀 ),位是数据存储的最小单位。其中8bit就称为一个 字节 ( Byte )。 计算机 中的CPU位数指的是CPU一次能处理的最大位数。例如32位计算机的CPU一次最多能处理32位数据。

Bit,是Binary digit(二进制数)位的缩写,是数学家John Wilder Tukey提议的术语(可能是1946年提出,但有资料称1943年就提出了)。这个术语第一次被正式使用,是在 克劳德·香农 著名的《信息论》,即《通信的数学理论》(A Mathematical Theory of 传播学 )论文之第1页中。

事例

假设一事件以A或B的方式发生,且A、B发生的概率 相等 ,都为0.5,则一个二 进位 可用来代表A或B之一。例如:

1)二进位可以用来表示一个简单的正/负的判断

2)有两种状态的开关(如电灯开关),

3) 三极管 的通断,

4)某根 导线 上电压的有无,或者

5)一个抽像的逻辑上的然/否,等等。

由于转换成 二进制 后长度会发生变化,不同数制下一位的信息量并不总是一个二进位,其对应关系为 对数 关系,例如八进制的一位数字,八进位,相当于3个二进位。除二进位外,在电脑上常用的还有八进制、十进制和十六进制等。

历史

在由Joseph Marie Jacquard(1804)开发的Basile Bouchon和Jean-Baptiste Falcon(1732)发明的穿孔卡中使用了由离散位编码的数据,后来被Semen Korsakov,Charles Babbage,Hermann Hollerith和IBM等电脑制造商早期采用。该想法的另一种变体是 穿孔纸带 。在所有这些系统中,介质(卡或 盒式录音磁带 )在概念上承载了一系列孔位置;每个位置可以穿或不穿,因此携带一点信息。按位编码文本也用于 摩尔斯电码 (1844)和早期 数字通信 机器,例如电传和股票代码机(1870)。

拉尔夫·哈特利1928年认为对信息量选用对数单位进行度量最合适。克劳德·E·香农(Claude E.Shannon)在1948年开创性的论文“交流数学理论”(The Mathematical Theory of 传播学 )中首次使用了bit这个词。 他把自己的起源归功于1947年1月9日写过贝尔实验室 备忘录 的John W.Tukey,他将“ 二进制 信息数字”简称为“比特”。 有趣是,Vannevar Bush在1936年撰写了“信息点”,可以存储在当时 机械计算机 中使用的打孔卡上。由Konrad Zuse建造的第一台可编程计算机使用二进制表示法编号。

比特区别

Nyquist的取样理论认为。完整还原一个信号需要足够的取样频率,他认为要把类比讯号变成分立的符号(Discrete 时间 ),取样时的频率至少要在原讯号的两倍以上。CD的取样频率为44.1KHz,这个规格的制定正是基于此理论。人耳的 听觉 极限约在20KHz,所以 飞利浦 在一九八二年推出CD时就将其制定为44.1KHz。取样是将模拟讯号换成数码讯号的第一步,但精密度仍嫌粗糙,所以超取样的技术就出现了。一般八倍超取样就等于将取样频率提高到352.8KHz,一方面提高精度,一方面经过DAC之后产生的类比讯号比较完整,所需的 低通滤波器 (滤除音取样时产生的 超高频 )次数与 斜率 都可大幅降低, 相位 误差与失真也都会获得巨大改善。不过CD每隔0.00002秒才 取样 一次,超取样后样本之间就会产生许多空档,这时需要有一些插入的样本来保持讯号完整,而这样的任务就落在数字图形滤波器身上(Digital Graphic Filter)。比较先进的设计是以GPU(Graphic Processing Unit)方式计算,以超高取样来求得一个圆滑曲线,例如Krell的64倍超取样,但只有Theta、Wadia、Krell、Vimak拥有这样的技术。另一类数字滤波是事先将复杂程式与在晶片中,有类似GPU的功能,日本Denon、Pioneer皆有这样的设计。最普通的方法是利用大量生产的晶片,NPC、Burr-Brown都有成品供应,当然效果会受一些限制。

在数码滤波之后,就进入DAC了,从这里开始有单比特与多比特的区别。多比特是数码讯号通过一个电流分配器(Current Switch),变成大小不同的电流输出,因为数码讯号是 二进制 关系,所以DAC的电流也以1、2、4、8的 倍数 排列。每一个比特分别控制一个电流分配器,随著音乐讯号变动,输出电流也跟著改变,接下来是一个速度很快的I/V转换线路,把这些电流变成电压,再接下来经过 低通滤波器 ,完整的模拟讯号就出现了。一个二十比特的DAC,其输出电流变化是1,048,576个, 分辨率 已经相当高了。最常用的二十比特 晶片 有Burr-Brown的PCM-63与改良型PCM-1702,最贵的大概是Ultra-Analog的 模组 。

比特流

比特流(Bitstream)是飞利浦1988年提出的技术,构造很简单。首先 二进制 的数码讯号进入一个有 参考电压 的模组中,输入讯号比参考电压高输出就是1,反之则为0;第二个讯号再与第一个讯号比较,更高的就输出1,较低输出0…以此类推。因为它只比较间的大小,所以样本要增加,需要更高的 取样 频率,从早期的256倍到最新的384倍就是个好例子。只有一个比特的讯号会进入一个叫开关 电容 (Switched 电容器 )的DAC中,还原成类比讯号。常用的单比特 晶片 都是 飞利浦 制品,最早有SAA7320,现在则把SAA7350与TDA1547合在一起称为DAC7线路, 晶体 也有类似产品。

何者为优并无定论,可以肯定的是绝大部分高价机种都是多比特设计。

比特率

比特率这个词有多种翻译,比如码率等,表示经过编码(压缩)后的音频数据每秒钟需要用多少个比特来表示,而比特就是 二进制 里面最少的单位,要么是0,要么是1。比特率与音频压缩的关系简单的说就是比特率越高音质就越好,但编码后的文件就越大;如果比特率越少则情况刚好翻转。

VBR(Variable Bitrate)动态比特率也就是没有固定的比特率,压缩软件在压缩时根据视频数据即时确定使用什么比特率。这是以质量为前提兼顾文件大小的方式,推荐编码模式;

ABR( 平均数 Bitrate)平均比特率是VBR的一种 插值 参数。LAME针对CBR不佳的文件体积比和VBR生成文件大小不定的特点独创了这种编码模式。ABR在指定的文件大小内,以每50帧(30帧约1秒)为一段, 低频 和不敏感频率使用相对低的流量,高频和大动态表现时使用高流量,可以做为VBR和CBR的一种折衷选择。

CBR(Constant Bitrate), 常数 比特率指文件从头到尾都是一种位 速率 。相对于VBR和ABR来讲,它压缩出来的文件体积很大,而且 音质 相对于VBR和ABR不会有明显的提高。

影响声音的大小的物理要素是振幅,电脑上的声音必须也要能精确表示乐曲的轻响,所以一定要对 声波 的振幅有一个精确的描述,“比特”就是这样一个单位,x比特就是指把 波形 的振幅划为2的x次方个等级,根据 模拟信号 的轻响把它划分到某个等级中去,就可以用数字来表示了。比特率越高,越能细致地反映声音的轻响变化。

为了体现正常的声音信息,16 刨刀 为基本的需求,较好的cd使用的是20bit甚至24bit。CS呢?顶多顶多算及格。而 声道 就别提了,连mp3都是2Channel。

说白了比特率就是每秒钟传输的数位

8bit=1B,如果在一条线路每秒钟能传送8bit的数据,就说此线路的比特率为8bps(bit per second)。

基于位的计算

某些按位 计算机 处理器指令(例如位集)在操作位的级别操作,而不是操纵被解释为位的集合的数据。

在20世纪80年代,当位图计算机显示器变得流行时,一些计算机提供专门的位块传输(“bitblt”或“blit”)指令来设置或复制对应于屏幕上给定矩形区域的位。

在大多数计算机和 编程语言 中,当引用一组位(例如 字节 或字)中的位时,通常由对应于其在字节或字内的位置的0向上的数字指定。但是,0可以指最高或最低有效位,具体取决于上下文。

参考资料

  1. 万方数据知识服务平台 万方 2021-09-06
  2. 2023-10-22