吴俊杰

在之前对于二进制编码和解码的讨论中，我们对通过传输并且模拟数字电报的编码和解码过程已经有了初步的了解，但是这种编码和解码的过程都是发生在同一台计算机上的。这意味着从严格意义上讲，信息并没有通过通信设备和线缆传递到其他物理地址。经典的信息论将信息的传播过程视为信源、信道和信宿三个部件之间的联系，因此我们之前的工作虽然在计算机本机上也经历了编码和解码的过程，但从信息传播的全过程来看，只能算是信源的准备工作。当准备工作完成之后，我们将发送的数字如先转变为二进制编码信息，然后再转化为高低不同的电压，频率有别的脉冲或者强弱的光线，这都是可以通过线缆传播的信息，只有在将这些物理信号准备好，发射出去，信源的工作才算真正完成。本节我们就尝试着用Scratch测控板来完成信源信息的发射。

在Labplus Scratch测控板软件中，选择编辑菜单当中的“显示输出模块”，之后在动作菜单中就能够看到输出设备的控制选项（如图1）。

程序可以控制对输出设备供电的各种参数，从上到下依次是：控制设备供电一段时间之后关闭，打开和关闭输出设备的供电，设定输出设备供电的电压强度，设置输出设备供电的正负极。如果输出设备是一个马达，我们就可以通过以上代码控制马达是否转动、转动的快慢、转动的时间以及转动的方向。如果输出设备是一只灯泡，则可以控制灯泡是否亮、亮度的强弱、亮的时间。由于发光二极管是单向导通的，那么如果使用输出控制，就应该只有一个电流方向让其发光，因此通过这些控制指令可以控制发光二极管是否发光、发光的强弱、发光的时间，但是由于单向导通的特性，关闭发光二极管的方法除了停止电压输出之外，还可以将输出模式相反即通过电流反向的方法关闭这个发光二极管。

连接设备之后，点击，我们发现测控板上的发光二极管的颜色由蓝转绿，代表插在USB线旁边的耳机线的鳄鱼夹上面已经有电压输出。此时如果放一个马达在鳄鱼夹上，只要该马达能够承受5V的电压，就能够转动起来（如图2）。

经典的信息控制理论认为信息的通信过程如图3所示，而本案例主要解决发送变换器所做的工作，即从信源经过信源编码转化为二进制之后，通过发送变换器进行信道编码，转化为信道可以传播的信息形式。

信源编码

如果要发送的是一段英文，我们可以将发送数字的4位二进制编码形式升级一位，转化为五位二进制编码。最方便的形式是按照26个英文字母的顺序使其和五位二进制的31个有效状态的前26个状态对应起来，此外为了通讯方便，还可将英文常见的标点符号进行编码，如下表所示。

接下来，我们需要将信源编码完成，而后将上面的编码表用程序代码输出（如图4）。

在Scratch语言中，当代码的长度很长时，拖动起来会很慢，因此可以使用广播指令将一个长度为31的“如果判断”拆分为四个部分，每个部分单独处理。这个代码很长，但是结构很简单，我们输入一个字母，这个字母就会转化为一个五位的字符串（如图5）。

接下来，如果我们输入一组字符串，则需将这一组字符串转化为二进制字符（如图6）。

图7所示的是我们将“hello world”这个经典的字符串转化为二进制的编码。至此，我们就完成了信源编码的过程。

信道编码

如果我们需要两种有差别的输出来体现出二进制中0和1的区别，如用短的声音和长的声音，用小的声音和大的声音，用不同的颜色，用发光二极管的亮的时间或者亮暗。表述这种差别，如果使用声音作为传输方式，则需要选定能够传输声音的信道，如空气。如果使用光作为传输方式，则需选用传输光的信道，如光导纤维。

如果我们用最简单的方式来传输这组二进制信息，可以使用两种不同的声音来表达这段二进制字符串，可以制成一种类似打击乐的信道编码（如图8）。

你此时甚至可以伴随着有规律的鼓声起舞，但这只是开始，如果我们使用发光二极管的亮灭来表示这种信息（如图9）。为了标准化这个过程，可以使用广播指令控制各种输出方式同时输出。

这样我们会惊喜地看到灯伴随着音乐在同步的传输出信源编码的结果，这就完成了信道编码的过程。此时你可能会迫不及待地想把自己的英文名字转化成光影和节奏。

至此，我们通过一个简单的案例描述了信源编码和信道编码的过程，英文文本信息转换为声音和发光二极管的亮暗，通过信道传输，在传输的过程中有可能会碰到噪声干扰，影响到信宿的接收，但是我们看到信息在节奏和光影中流转已然是一个美丽的开始了。endprint