下面从最基本的语音通信开始讲什么是“编码”。形容某地比较贫穷,人们常说“交通基本靠走,治安基本靠狗,通信基本靠吼”。这段极具戏谑色彩的文字,道出了没有现代化工具时,社会生活的真实状况。两个人说话,没有现代化通信手段,该怎么做?就是那句话—“通信基本靠吼”,在这一方面只能说,生理学会给你满意的解释。
现代社会中两个人说话,方法就多了,除了“吼”之外,人类还发明了麦克风、扩音喇叭等工具,借助于它们把声音放大,那是物理学、声学的范畴。单说两个人远距离通话也就是在两个人“吼”不到的地方,用麦克风或喇叭也传递不到的地方,怎么做呢?首先
要解决传送问题。那么远的距离,用电磁信号传送是个好的选择(当然,科学的解释是这是目前主流的选择,即使非要用录音机把声音录制到磁带上并通过特快专递传送到目的地,也是需要此技术来储存的)。电信号在金属介质上传输最好,而人们又不能用一根光管来传送,那样投入太大且很不实际。人们需要用合适的铜丝来解决电磁信号的传送。那么如何把一个人的语音变成电磁信号呢?抛开一切已知的东西,从头开始想象—在信息的源头,需要一个盒子,在这个盒子里有能够把人的说话声变成电磁信号的装置,并且有一个出口,以防止其成为“孤岛”;而在信息目的地,有另外一个盒子,这个盒子里面有能够把电磁信号还原成人的声音的装置。考虑信息的双向传递,也就是“你说给我听,我说给你听”,那么两边的盒子各自都带有声音和电磁信号互相转换的装置。如果在18世纪或者更早,人们会给这个盒子起很多有趣的名字,但很不幸,现在是21世纪,人们已经失去的对比盒子的命名权,因为这个盒子就叫作“电话机”。
前面讲过,“通信”也就是“电信”,是用电磁信号传送媒体情报信息,那么通信第个要解决的问题是,如何把声音、图像、文本等变成电磁信号,如何把一系列的电磁信号有效传送给对方,又如何在对端将其还原成声音、图像和文本。对于语音通信,从这个电话机开始,信息开始进入“编码之旅”,声音信息通过整个通信网,它数次变换编码样式,最成功到达彼岸,就像人的出行,坐火车也好,坐飞机也罢,坐船也是有可能的,期间还不可避免地要走几步路,最终到达目的地。而在通信中,任何一种编码都必须有非常严格、规范的定义,都要考虑诸多因素。
可以把编码问题用货物运输的例子来作类比。编码过程就像对货物进行拆分和打包,以便把货物通过交通工具和轨道安全运输的过程。
根据货物的体型、重量,客户要求的到货时间,价格等因素,来决定用火车、飞机、汽车还是轮船来运输。有些命题更加复杂,比如要运送货物到一个地方,必须通过陆路和水那么采取何种方式的组合才是最佳的运输路径?
对于一件形状复杂的货物,可以把它拆成若干份,货物到达目的地以后,是不是还要考虑组装?别指望组装的这个人对这件货物很了解,只有对每个部件作好编号,两个货栈协商好拆包、组装规则(也许是一张图纸),才能把货物拆散、打包;同时,还要考虑用哪种合适的交通工具在特定的轨道上运输,以及是否要在外包装上标注“轻放”“向上”“防潮等字样到达目的地后还要检查是否所有货物的所有部件都已经安全到达,若没有安全到达,还要考虑如何花最小的代价重新发送一个新的部件。
任何选择都是适应需求的,“绝又对合适”任何场景和需求的选择是不存在的。任何编码都是为了适应不同的传送需求,这一点和货运的例子如出一辙。
飞机是迄今最快捷的交通工具,但其运输成本也是最高的,如果运输货物从北京到天津,大可不必用飞机来“摆谱”;轮船是大宗货物的上佳选择,但要运输新鲜瓜果蔬菜的话,千万不要指望它,希望在船上腌酱菜的除外。再比如,有的货物运输对实时性的要求很高,而体积较大,么就要考虑如何把货物拆得大小得体,并通过较快的运输工具和路线进行运输。太大的包会需要很大的车(如火车和卡车),如果走水路,还需要考虑轮船航运,而很大的交通工具的运送时间会较长;拆分后的包如果很大,丢失一个包造成的影响将会很大,而太小的包会增加打包时间,并且会增加额外的开销(比如要考虑货物打包后的外包装,其既占空间又增加重量,可能还要多印刷几个“轻放”之类的标签呢)。另外,包多了以后,车的数量也要增多,又需要增加人手来开车和押运,所有成本都会不同程度地增加。除此之外,有的包丢失一个两个没有关系,就像在公路上运输煤,掉落几块煤并不会影响其他煤的使用,而有的货物,比如数控机床,一旦拆开,必须保证每个部件都送达对方,少一个包(即少若干部件)就会造成整台机床无法使用。总之,需要根据货物的特点打包,然后选择合适的交通工具运输。
当然,通信和货运还是有很大区别的。对于货物和汽车,绝对不会有人把它们弄混,用肉眼就能区别出来。而在通信中传送的信息和承载这些信息的额外“包装”是组合在一起的,要区分它们,就没这么容易。比如铜线上传送的是电压的高低,无论是信息开销(“包装”),还是信息本身,都是类似“0”“1”这样的状态电压,如果不用特定的技术,是没办法把它们区别开的。后面讲到的每种技术体制,如以太网、IP、ATM、SDH,都有专门的技术把“信息开销”和“信息”区别开来。除此之外,通信中的信号还有一些特性是货运不具备的,那就是电磁信号的可复制性和可再生性。在货运中,货物如果丢失,只能重新购买一份相同的,因为货物无法复制和再生。而在通信网中,如果某个信号丢失,从信息源处可以很容易复制出一个一样的信号而再次发送,而整个通信系统的设计,只需考虑如何侦测是否有信号丢失,若有信号丢失,如何通知信息源重新传送该信号。