22数学化生存 我们耳中听不出一段段分隔的音阶,而完全是连续的曲调 黑白照片的情况也如出一辙。你只要把电子照相机的道 理想成是在一个影像上打出精密的格子(grid),然后记录每 个格子的灰度就可以了。假定我们把全黑的值设为1,全白的 值设为255,那么任何明暗度的灰色都会介于这两者之间。而 由8个比特组成的二进制位组(称为一个字节,即byte)就 正好有256种排列“1”和“0”的方式,也就是从000000 到111111用这种严密的格子和细致的明暗度层次,你可 以完美地复制出肉眼难辨真伪的图像。但是,假如你采用的 格子比较粗糙,或是明暗度的层次不够精细,那么你就会看 到数字化的斧凿痕迹,也就是依稀可见的轮廓线条和斑驳的 颗粒。 从个别的像素 pixel)中产生连续图像的道理,和我们 所熟悉的物质世界的现象非常类似,只不过其过程更为精细 而已。物质是由原子组成的,但是假如你从亚原子 ( subatomic)的层次来观察经过处理的光滑的金属表面,那么 你会看到许多坑洞。我们眼中的金属所以光滑而坚实,只不 过是因为其组成部分非常微小。数字化产物也是如此 但是,我们在日常生活中所体验的世界其实是非常“模 拟化”( analog)的。从宏观的角度看,这个世界一点也不数 字化,反而具有连续性的特点,不会骤然开关、由黑而白、或 是不经过渡就从一种状态直接跳入另一种状态。从微观的角 度看也许不是这么回事,因为和我们相互作用的物体(电线 中流动的电子或我们眼中的光子)都是相互分离的单位。但 是,由于它们的数量太过庞大,因此,感觉上似乎连续不断
我 们 耳 中 听 不 出 一 段 段 分 隔 的 音 阶 , 而 完 全 是 连 续 的 曲 调 。 黑 白 照 片 的 情 况 也 如 出 一 辙 。 你 只 要 把 电 子 照 相 机 的 道 理 想 成 是 在 一 个 影 像 上 打 出 精 密 的 格 子 ( g r i d ) , 然 后 记 录 每 个 格 子 的 灰 度 就 可 以 了 。 假 定 我 们 把 全 黑 的 值 设 为 1 , 全 白 的 值 设 为 2 5 5 , 那 么 任 何 明 暗 度 的 灰 色 都 会 介 于 这 两 者 之 间 。 而 由 8 个 比 特 组 成 的 二 进 制 位 组 ( 称 为 一 个 字 节 , 即 b y t e ) 就 正 好 有 2 5 6 种 排 列 “ 1 ” 和 “ 0 ” 的 方 式 , 也 就 是 从 0 0 0 0 0 0 0 0 到 1 1 1 1 1 1 1 1 。 用 这 种 严 密 的 格 子 和 细 致 的 明 暗 度 层 次 , 你 可 以 完 美 地 复 制 出 肉 眼 难 辨 真 伪 的 图 像 。 但 是 , 假 如 你 采 用 的 格 子 比 较 粗 糙 , 或 是 明 暗 度 的 层 次 不 够 精 细 , 那 么 你 就 会 看 到 数 字 化 的 斧 凿 痕 迹 , 也 就 是 依 稀 可 见 的 轮 廓 线 条 和 斑 驳 的 颗 粒 。 从 个 别 的 像 素 ( p i x e l ) 中 产 生 连 续 图 像 的 道 理 , 和 我 们 所 熟 悉 的 物 质 世 界 的 现 象 非 常 类 似 , 只 不 过 其 过 程 更 为 精 细 而 已 。 物 质 是 由 原 子 组 成 的 , 但 是 假 如 你 从 亚 原 子 ( s u b a t o m i c ) 的 层 次 来 观 察 经 过 处 理 的 光 滑 的 金 属 表 面 , 那 么 你 会 看 到 许 多 坑 洞 。 我 们 眼 中 的 金 属 所 以 光 滑 而 坚 实 , 只 不 过 是 因 为 其 组 成 部 分 非 常 微 小 。 数 字 化 产 物 也 是 如 此 。 但 是 , 我 们 在 日 常 生 活 中 所 体 验 的 世 界 其 实 是 非 常 “ 模 拟 化 ” ( a n a l o g ) 的 。 从 宏 观 的 角 度 看 , 这 个 世 界 一 点 也 不 数 字 化 , 反 而 具 有 连 续 性 的 特 点 , 不 会 骤 然 开 关 、 由 黑 而 白 、 或 是 不 经 过 渡 就 从 一 种 状 态 直 接 跳 入 另 一 种 状 态 。 从 微 观 的 角 度 看 也 许 不 是 这 么 回 事 , 因 为 和 我 们 相 互 作 用 的 物 体 ( 电 线 中 流 动 的 电 子 或 我 们 眼 中 的 光 子 ) 都 是 相 互 分 离 的 单 位 。 但 是 , 由 于 它 们 的 数 量 太 过 庞 大 , 因 此 , 感 觉 上 似 乎 连 续 不 断 。 2 2 数 学 化 生 存
重建世界/信息DNA23 这本书就差不多包含了100000000000000000000 个原子(书籍是一种极其模拟化的媒体)。 数字化的好处很多。最明显的就是数据压缩( data com pression)和纠正错误( error correction)的功能,如果是在 非常昂贵或杂音充斥的信道( channel)上传递信息,这两个 功能就显得更加重要了。例如,有了这样的功能,电视广播 业就可以省下一大笔钱,而观众也可以收到高品质的画面和 声音。但是,我们逐渐发现,数字化所造成的影响远比这些 重要得多。 当我们使用比特来描述声音和影像时,就和节约能源的 道理一样,用到的比特数目当然是越少越好。但是,每秒或 每平方英寸所用到的比特数,会直接影响到音乐或影像的逼 真程度( fidelity)。通常,我们都希望在某些应用上,采用高 分辨率( resolution)的数字技术,而在其他的应用上,只要 低分辨率的声音和画面就够了。举例来说,我们希望用分辨 率很高的数字技术印出彩色图像,但是电脑辅助的版面设计 ( computer aided page layout)却不需要太高的分辨率。由 此可见,比特的经济体系有一部分要受存储和传输比特的媒 介所限 在特定信道(例如铜线、无线电频谱或光纤)上每秒钟 传输的比特数,就是这个信道的带宽( band width)。可以据 此衡量每一管线能够容纳的比特数量。这个数量或叫做容量, 它必须仔细地与呈现某一特定数据(声音、音乐、影像)所 需要的比特数量相匹配:对于传输高品质的声音而言,每秒 64000比特已经算是相当大的数量了;每秒传输120万比特
这 本 书 就 差 不 多 包 含 了 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 个 原 子 ( 书 籍 是 一 种 极 其 模 拟 化 的 媒 体 ) 。 数 字 化 的 好 处 很 多 。 最 明 显 的 就 是 数 据 压 缩 ( d a t a c o m B p r e s s i o n ) 和 纠 正 错 误 ( e r r o r c o r r e c t i o n ) 的 功 能 , 如 果 是 在 非 常 昂 贵 或 杂 音 充 斥 的 信 道 ( c h a n n e l ) 上 传 递 信 息 , 这 两 个 功 能 就 显 得 更 加 重 要 了 。 例 如 , 有 了 这 样 的 功 能 , 电 视 广 播 业 就 可 以 省 下 一 大 笔 钱 , 而 观 众 也 可 以 收 到 高 品 质 的 画 面 和 声 音 。 但 是 , 我 们 逐 渐 发 现 , 数 字 化 所 造 成 的 影 响 远 比 这 些 重 要 得 多 。 当 我 们 使 用 比 特 来 描 述 声 音 和 影 像 时 , 就 和 节 约 能 源 的 道 理 一 样 , 用 到 的 比 特 数 目 当 然 是 越 少 越 好 。 但 是 , 每 秒 或 每 平 方 英 寸 所 用 到 的 比 特 数 , 会 直 接 影 响 到 音 乐 或 影 像 的 逼 真 程 度 ( f i d e l i t y ) 。 通 常 , 我 们 都 希 望 在 某 些 应 用 上 , 采 用 高 分 辨 率 ( r e s o l u t i o n ) 的 数 字 技 术 , 而 在 其 他 的 应 用 上 , 只 要 低 分 辨 率 的 声 音 和 画 面 就 够 了 。 举 例 来 说 , 我 们 希 望 用 分 辨 率 很 高 的 数 字 技 术 印 出 彩 色 图 像 , 但 是 电 脑 辅 助 的 版 面 设 计 ( c o m p u t e r - a i d e d p a g e l a y o u t ) 却 不 需 要 太 高 的 分 辨 率 。 由 此 可 见 , 比 特 的 经 济 体 系 有 一 部 分 要 受 存 储 和 传 输 比 特 的 媒 介 所 限 。 在 特 定 信 道 ( 例 如 铜 线 、 无 线 电 频 谱 或 光 纤 ) 上 每 秒 钟 传 输 的 比 特 数 , 就 是 这 个 信 道 的 带 宽 ( b a n d w i d t h ) 。 可 以 据 此 衡 量 每 一 管 线 能 够 容 纳 的 比 特 数 量 。 这 个 数 量 或 叫 做 容 量 , 它 必 须 仔 细 地 与 呈 现 某 一 特 定 数 据 ( 声 音 、 音 乐 、 影 像 ) 所 需 要 的 比 特 数 量 相 匹 配 : 对 于 传 输 高 品 质 的 声 音 而 言 , 每 秒 6 4 0 0 0 比 特 已 经 算 是 相 当 大 的 数 量 了 ; 每 秒 传 输 1 2 0 万 比 特 重 建 世 界 A信 息 D N A 2 3
24数学化生存 对高保真音乐( high- fidelity music)绰绰有余;但你如果想 要传送影像,则带宽就必须达到每秒传输4500万比特,这样 才能产生绝佳的效果。 然而,过去15年来,我们已通过分别或同时从时间和空 间的角度检视比特,并去除其固有的累赘重复的部分,掌握 了压缩原始声音和画面的数字技术。事实上,所有的媒介都 得以迅速数字化,原因之一就是我们在比大多数人所预测的 时间更早的时候就发展出了高水平的压缩技术。直到1993 年,还有些欧洲人辩称,数字影像的梦想要到下一个世纪才 能实现 5年前,大多数人都不相信,我们可以把每秒4500万比 特的数字影像信息,压缩到每秒120万比特。但是,到了1995 年,我们已经可以把如此庞大的数字影像信息依照这个比例 压缩( compress)和解压( decompress),编码( encode)和 解码( decode),而且成本低廉,品质又好。这就好像我们突 然掌握了制造意大利卡普契诺咖啡粉的诀窍,这个东西是 如此美妙,只要加上热水冲泡,就可以享受到和意大利咖啡 馆里的现煮咖啡同样香醇的味道。 媒体世界改头换面 数字化可以让你在传送信号( ( signa)时,附加上纠正错 ①卡普契诺咖啡( (cappuccino),加牛奶或奶油用蒸汽加热煮岀的浓咖啡
对 高 保 真 音 乐 ( h i g h - f i d e l i t y m u s i c ) 绰 绰 有 余 ; 但 你 如 果 想 要 传 送 影 像 , 则 带 宽 就 必 须 达 到 每 秒 传 输 4 5 0 0 万 比 特 , 这 样 才 能 产 生 绝 佳 的 效 果 。 然 而 , 过 去 1 5 年 来 , 我 们 已 通 过 分 别 或 同 时 从 时 间 和 空 间 的 角 度 检 视 比 特 , 并 去 除 其 固 有 的 累 赘 重 复 的 部 分 , 掌 握 了 压 缩 原 始 声 音 和 画 面 的 数 字 技 术 。 事 实 上 , 所 有 的 媒 介 都 得 以 迅 速 数 字 化 , 原 因 之 一 就 是 我 们 在 比 大 多 数 人 所 预 测 的 时 间 更 早 的 时 候 就 发 展 出 了 高 水 平 的 压 缩 技 术 。 直 到 1 9 9 3 年 , 还 有 些 欧 洲 人 辩 称 , 数 字 影 像 的 梦 想 要 到 下 一 个 世 纪 才 能 实 现 。 5 年 前 , 大 多 数 人 都 不 相 信 , 我 们 可 以 把 每 秒 4 5 0 0 万 比 特 的 数 字 影 像 信 息 , 压 缩 到 每 秒 1 2 0 万 比 特 。 但 是 , 到 了 1 9 9 5 年 , 我 们 已 经 可 以 把 如 此 庞 大 的 数 字 影 像 信 息 依 照 这 个 比 例 压 缩 ( c o m p r e s s ) 和 解 压 ( d e c o m p r e s s ) , 编 码 ( e n c o d e ) 和 解 码 ( d e c o d e ) , 而 且 成 本 低 廉 , 品 质 又 好 。 这 就 好 像 我 们 突 然 掌 握 了 制 造 意 大 利 卡 普 契 诺 咖 啡 粉 ① 的 诀 窍 , 这 个 东 西 是 如 此 美 妙 , 只 要 加 上 热 水 冲 泡 , 就 可 以 享 受 到 和 意 大 利 咖 啡 馆 里 的 现 煮 咖 啡 同 样 香 醇 的 味 道 。 媒 体 世 界 改 头 换 面 数 字 化 可 以 让 你 在 传 送 信 号 ( s i g n a l ) 时 , 附 加 上 纠 正 错 2 4 数 学 化 生 存 ① 卡 普 契 诺 咖 啡 ( c a p p u c c i n o ) , 加 牛 奶 或 奶 油 用 蒸 汽 加 热 煮 出 的 浓 咖 啡
重建世界/信息DNA25 误(电话杂音、无线电干扰或电视雪花)的信息。只要在数 字信号中加上几个额外的比特,并且采用日益成熟的、能因 噪音和媒体的不同而相应发挥作用的纠错技术,就能去除这 些干扰。在CD光盘上,1/3的比特是用来纠正错误的。同样 的技术也可以应用到目前的电视机上,从而使每个家庭都可 以接收到有演播室效果的画面,影像比现在清楚许多,以致 于你可能把这种电视误以为所谓的“高清晰度电视” Chigh definition TV)。 纠正错误和压缩数据是发展数字电视( digit telev ision)最明显的两个理由。以同样的带宽,过去只能容 纳一种充满杂音的模拟电视信号,现在却可以塞入四种高品 质的数字电视信号。不仅传出去的画面品质更佳,而且利用 同一频道,你还可能拥有四倍的观众数目和四倍的广告收入。 大多数的媒体管理人员在思考和论及数字化的意义时, 念念不忘的正是现有的东西能以更好和更有效率的方式传 播。但如同特洛伊木马( Trojan horse)①一样,这个礼物产 生的后果可能令人意想不到。由于数字化的缘故,全新的节 目内容会大量出现,新的竞争者和新的经济模式也会浮出海 面,并且有可能催生出提供信息和娱乐的家庭工业。 当所有的媒体都数字化以后,由于比特毕竟还是比特,我 们会观察到两个基本的然而却是立即可见的结果 ①古希腊人围攻特洛伊城,久攻不下,乃设计一空心大木马,并将一批精 兵埋伏其中,置于城外,佯作退兵,特洛伊人便将这一“礼物”拖入城内。夜间 伏兵跳出,打开城门,希腊兵一涌而入,攻下特洛伊城
误 ( 电 话 杂 音 、 无 线 电 干 扰 或 电 视 雪 花 ) 的 信 息 。 只 要 在 数 字 信 号 中 加 上 几 个 额 外 的 比 特 , 并 且 采 用 日 益 成 熟 的 、 能 因 噪 音 和 媒 体 的 不 同 而 相 应 发 挥 作 用 的 纠 错 技 术 , 就 能 去 除 这 些 干 扰 。 在 C D 光 盘 上 , 1 A3 的 比 特 是 用 来 纠 正 错 误 的 。 同 样 的 技 术 也 可 以 应 用 到 目 前 的 电 视 机 上 , 从 而 使 每 个 家 庭 都 可 以 接 收 到 有 演 播 室 效 果 的 画 面 , 影 像 比 现 在 清 楚 许 多 , 以 致 于 你 可 能 把 这 种 电 视 误 以 为 所 谓 的 “ 高 清 晰 度 电 视 ” ( h i g h - d e f i n i t i o n T V ) 。 纠 正 错 误 和 压 缩 数 据 是 发 展 数 字 电 视 ( d i g i t a l t e l e v i s i o n ) 最 明 显 的 两 个 理 由 。 以 同 样 的 带 宽 , 过 去 只 能 容 纳 一 种 充 满 杂 音 的 模 拟 电 视 信 号 , 现 在 却 可 以 塞 入 四 种 高 品 质 的 数 字 电 视 信 号 。 不 仅 传 出 去 的 画 面 品 质 更 佳 , 而 且 利 用 同 一 频 道 , 你 还 可 能 拥 有 四 倍 的 观 众 数 目 和 四 倍 的 广 告 收 入 。 大 多 数 的 媒 体 管 理 人 员 在 思 考 和 论 及 数 字 化 的 意 义 时 , 念 念 不 忘 的 正 是 现 有 的 东 西 能 以 更 好 和 更 有 效 率 的 方 式 传 播 。 但 如 同 特 洛 伊 木 马 ( T r o j a n h o r s e ) ① 一 样 , 这 个 礼 物 产 生 的 后 果 可 能 令 人 意 想 不 到 。 由 于 数 字 化 的 缘 故 , 全 新 的 节 目 内 容 会 大 量 出 现 , 新 的 竞 争 者 和 新 的 经 济 模 式 也 会 浮 出 海 面 , 并 且 有 可 能 催 生 出 提 供 信 息 和 娱 乐 的 家 庭 工 业 。 当 所 有 的 媒 体 都 数 字 化 以 后 , 由 于 比 特 毕 竟 还 是 比 特 , 我 们 会 观 察 到 两 个 基 本 的 然 而 却 是 立 即 可 见 的 结 果 。 重 建 世 界 A信 息 D N A 2 5 ① 古 希 腊 人 围 攻 特 洛 伊 城 , 久 攻 不 下 , 乃 设 计 一 空 心 大 木 马 , 并 将 一 批 精 兵 埋 伏 其 中 , 置 于 城 外 , 佯 作 退 兵 , 特 洛 伊 人 便 将 这 一 “ 礼 物 ” 拖 入 城 内 。 夜 间 伏 兵 跳 出 , 打 开 城 门 , 希 腊 兵 一 涌 而 入 , 攻 下 特 洛 伊 城
26数学化生存 第一,比特会毫不费力地相互混合,可以同时或分别地 被重复使用。声音、图像和数据的混合被称作“多媒体”(mu timedia),这个名词听起来很复杂,但实际上,不过是指混合 的比特( commingled bits)罢了。 第二,一种新形态的比特诞生了—这种比特会告诉你 关于其他比特的事情。它通常是一种“信息标题”( header,能 说明后面的信息的内容和特征),那些经常要为每篇报道拟定 摘要标题”以表明新闻内容的报社记者最熟悉这个东西了。 学术论文的作者也很熟悉这类标题,因为学术期刊也常常要 求他们为自己的论文总结要点。在你的CD上,也可以找到简 单的标题,让你能直接从一首歌跳到另一首歌,有时候,还 可以从中获取关于音乐的更多的材料。这些比特看不见,听 不到,但却能够告诉你、你的电脑或一台特别的娱乐设备 些与信号相关的事情。 这两个现象,混合的比特和关于比特的比特( bits- a hout-bits,使媒体世界完全改观。相较之下,像视频点播 video--om- command)①和利用有线电视频道传送电子游戏 之类的应用,就显得小巫见大巫了—它们不过是一座庞大 冰山的小小一角。想想看,如果电视节目改头换面成为数据, 其中还包含了电脑也可以读懂的关于节目的自我描述,这将 意味着什么呢?你可以不受时间和频道的限制,录下你想要 的内容。更进一步,如果这种数字化的描述能够让你在接收 ①一种互动系统。用户可以在任何时间,利用遥控器对着电视屏幕上显现 的电影名单,任意选择想看的影片,不再受电视节目表的限制
第 一 , 比 特 会 毫 不 费 力 地 相 互 混 合 , 可 以 同 时 或 分 别 地 被 重 复 使 用 。 声 音 、 图 像 和 数 据 的 混 合 被 称 作 “ 多 媒 体 ” ( m u l B t i m e d i a ) , 这 个 名 词 听 起 来 很 复 杂 , 但 实 际 上 , 不 过 是 指 混 合 的 比 特 ( c o m m i n g l e d b i t s ) 罢 了 。 第 二 , 一 种 新 形 态 的 比 特 诞 生 了 — — 这 种 比 特 会 告 诉 你 关 于 其 他 比 特 的 事 情 。 它 通 常 是 一 种 “ 信 息 标 题 ” ( h e a d e r , 能 说 明 后 面 的 信 息 的 内 容 和 特 征 ) , 那 些 经 常 要 为 每 篇 报 道 拟 定 “ 摘 要 标 题 ” 以 表 明 新 闻 内 容 的 报 社 记 者 最 熟 悉 这 个 东 西 了 。 学 术 论 文 的 作 者 也 很 熟 悉 这 类 标 题 , 因 为 学 术 期 刊 也 常 常 要 求 他 们 为 自 己 的 论 文 总 结 要 点 。 在 你 的 C D 上 , 也 可 以 找 到 简 单 的 标 题 , 让 你 能 直 接 从 一 首 歌 跳 到 另 一 首 歌 , 有 时 候 , 还 可 以 从 中 获 取 关 于 音 乐 的 更 多 的 材 料 。 这 些 比 特 看 不 见 , 听 不 到 , 但 却 能 够 告 诉 你 、 你 的 电 脑 或 一 台 特 别 的 娱 乐 设 备 一 些 与 信 号 相 关 的 事 情 。 这 两 个 现 象 , 混 合 的 比 特 和 关 于 比 特 的 比 特 ( b i t s - a B h o u t - b i t s ) , 使 媒 体 世 界 完 全 改 观 。 相 较 之 下 , 像 视 频 点 播 ( v i d e o - o n - c o m m a n d ) ① 和 利 用 有 线 电 视 频 道 传 送 电 子 游 戏 之 类 的 应 用 , 就 显 得 小 巫 见 大 巫 了 — — 它 们 不 过 是 一 座 庞 大 冰 山 的 小 小 一 角 。 想 想 看 , 如 果 电 视 节 目 改 头 换 面 成 为 数 据 , 其 中 还 包 含 了 电 脑 也 可 以 读 懂 的 关 于 节 目 的 自 我 描 述 , 这 将 意 味 着 什 么 呢 ? 你 可 以 不 受 时 间 和 频 道 的 限 制 , 录 下 你 想 要 的 内 容 。 更 进 一 步 , 如 果 这 种 数 字 化 的 描 述 能 够 让 你 在 接 收 2 6 数 学 化 生 存 ① 一 种 互 动 系 统 。 用 户 可 以 在 任 何 时 间 , 利 用 遥 控 器 对 着 电 视 屏 幕 上 显 现 的 电 影 名 单 , 任 意 选 择 想 看 的 影 片 , 不 再 受 电 视 节 目 表 的 限 制