构成原理（共7篇）
构成原理 篇1
我们生活在一各色各样形态构成的三维世界中, 从自然界的日月星辰到山川河流;从我们居住的建筑到日常生活用品, 都属于三维物质形态, 也就是我们通常所说的立体物, 立体构成就是研究立体物造型的基本规律。
立体构成课程是艺术设计类院校大学生必修的基础课之一。旨在培养学生对三维空间的理解和三维形态的创造、审美能力。以此来掌握艺术创造中基本的思维规律和形式表现规律以及三维造型艺术的基本表现语言, 为专业设计创造打下良好的基础。
立体构成的原理已广泛地应用于工业设计、展示设计、环艺设计、包装设计等领域。
一、立体构成原理在建筑设计领域的应用
把不同的构成元素有目的地组合使之具有审美价值, 称之为构成。构成作为建筑设计的基础, 与建筑具有密切的联系。立体构成作为构成的一种, 是训练建筑语言的课程, 包括力度、秩序、节奏、体量、比例等将来可直接用于建筑设计的基础内容, 它通过使用各种基本材料, 将造型要素按照美的原则组成新立体。
建筑的形态一般都表现为某种几何体或几何体之间的组合关系, 这些组合关系中包含着立体构成的原理和法则, 建筑师在设计过程中是无法忽略这些构成关系的, 它会直接影响建筑的造型和风格。立体构成的各种规律都可以被运用在建筑设计中。建筑师有选择的运用立体构成规律进行建筑形态的组合, 得到最完美的效果。矩形, 圆形, 三角形等体块运用得最多。比如1967年蒙特利尔博览会美国馆, 是美国建筑师富勒的作品。该建筑的形态由三角形和多边形的网架组成的多面体球形结构, 运用轻型的材质构成的高强度结构, 形状简洁明了。
二、工业产品设计中的立体构成规律
立体构成通过材料、结构将形态制作出来, 这与产品设计相同。立体构成只要变化一下材料本身就可成为产品。一个企业成功的关键在于创造出成功的产品, 而产品能否成功, 以及产品发展的命运, 往往维系于最初的设计理念。在现代人类的生活中已经无法离开工业产品设计, 从喝水用的杯子到家里陈设的家具, 从使用的各类电器到身上漂亮的衣服, 还有出行乘坐的交通工具, 以及珠宝首饰装饰品, 都是工业产品设计的范畴。工业产品设计是使人们的生活更舒适, 更惬意的一种手段, 这种设计客观真实地影响着人们的生活。工业产品的设计过程是把抽象的理念和技术, 转化为可以摸得到的实实在在的东西, 这种抽象的理念是创造性思维。立体构成的学习和训练就是为了培养我们的创造性思维, 掌握立体造型的规律和方法。常常有许多好的立体构成造型, 只要融入实用功能就会成为一件工业产品的设计基础。
三、立体构成与展示设计的关系
在高科技飞猛发展的今天, 信息沟通和交流的重要性已被人们所认同。展示为信息沟通和交流提供了全新的空间环境和方式, 诸如展览会、商业展示厅、产品陈设室、博物馆、画廊等, 因此人们形象地称展示为“空间传播媒介”, 它已成为产品形象和企业形象传播的有效工具。在展示设计的过程中, 空间运用和立体造型是两个不可回避的课题, 这和在立体构成中所讨论和研究的原理规律是相一致的。展示设计的本质是人为环境创造空间运用和场地规划的艺术。因此, 展示设计所面对的是:展示道具的形态塑造和布置, 色彩的运用及灯光照明布置, 以营造出特定文化背景下的艺术气氛及环境;通过空间的划分、联系, 从而对人为活动进行引导, 创造人与人, 人与物之间舒适、轻松的活动空间和交流空间。总体美术设计是全部展示美术设计的关键和基础, 它通过立体构成原理对规划书所提供的文字内容展开造型的联想和组合, 构成合乎策划要求的立体物形象。所以在每一个展示形态中都包含着立体构成的各种手法。
四、融入包装设计中的立体构成原理
在现代社会中, 包装已经成为商品不可分割的重要组成部分。包装设计不仅是为满足商品在运输和售卖时的方便和安全需要, 而且也是为宣传商品的内在品质和外在形象进行恰当的视觉表述。优质的商品配合好的包装设计除了上述功能需要外, 还能使消费者建立对商品品质的信赖感, 以及消费的自豪感, 在包装设计中, 立体构成的知识在包装结构上的应用更是直接, 包装设计的纸盒结构无论是在切割、折叠和插接等加工方面, 还是在立体造型的结构、原理和规律方面, 都和立体构成中的纸立体构成有着千丝万缕的联系。
作为一名设计师, 如何创造出一个有价值的立体形态, 把握空间造型基本要素的能力和对这些要素及其组合规律的认识程度, 正是立体构成课所要学习的内容。
参考文献
[1]许之敏:《立体构成》, 中国轻工业出版社, 2001年。
[2]胡介鸣:《立体构成》, 上海人民美术出版社, 2006年。
[3]熊明:《建筑美学纲要》, 清华大学出版社, 2004年。
[4]刘浪:《立体构成及应用》, 湖南大学出版社, 2004年。
构成原理 篇2
关键词：色彩、构成原理、视觉传达、设计运用
视觉传达设计，一般是指广告、标志、包装、书籍封面、插图等内容的设计。随着信息技术高度发达，当代视觉传达设计，除了平面设计形式与立体造型范畴之外，还包括多元化的动态媒体设计形式。由于视觉传达设计所涉及范围较宽、形式多样、功能各异，其中的色彩设计应用的相异性也是巨大的。有的要求色彩的诱目性和明视性强，有的要求色彩的协调性和功能性强，还有的要求色彩的变化节奏和变化的韵律等。而色彩构成，则是一门重要的研究色彩组合规律、色彩创建方式的基础学科或课程之一，它既是一种科学化、系统化的基础色彩训练方式，也是从色彩创造学角度探索和开拓专业创新、设计创美的重要手段，使我们对色彩美所构成视觉传达形式、传达力度、传达速度与传达效率，获得更多、更深刻的认识并获得有效的运用。因此，在强调专业色彩设计特点和研究终端接受者的需求同时，以色彩构成的基本原理、创造规律与运用方法为基础的设计创新，是做好当代视觉传达设计的一个重要关键。在此，笔者以自己的设计实践为切入点，以广告、标志、包装、书籍色彩设计探讨为例，论述色彩构成原理与视觉传达设计的关系和具体运用方式。
一、色彩构成原理与广告色彩设计
宣传活动与产品推销都离不开广告，好的广告自然离不开色彩设计与色彩构成原理的巧妙运用。广告作为一门视觉传达中的设计艺术，必须要符合于人们的视觉生理与视觉心理的美学原则。尤其是广告中恰当地使用色彩，则能更多地传达信息，并以此增强广告的传播力和艺术感染力。据美国有关研究报道，在报刊广告中增加一种颜色，要比黑白广告增加50%的销售额。而全色广告增加的销售额则达70%。可见广告设计中应该有效地利用人们视觉感受对颜色和光色的这种特征，科学地、创造性地设计广告色彩，必然会产生良好的宣传效果和经济效应。
色彩作用于人们的感官与心理是快速的，在一幅广告中最能产生广告注目效果的因素之一就是色彩。因此，成功的广告都充分有效地利用色彩形式手段吸引观者的注意，唤起观者的情感，烘托广告形象，给人以真实、美好而深刻的第一印象。广告中色彩所产生巨大效应，也与色彩构成中的基本原理一脉相承的，只是广告色彩更应该从产品、受众角度来应用色彩。广告色彩设计在应用色彩构成原理方面，笔者认为更强调如下色彩因素：色彩设计的整体性与注目性，色彩设计的针对性与主从性，色彩设计的美感性与简洁性。
广告色彩的整体性带来的视觉效果，是产生视觉冲击力和打动观者心弦的重要因素。（图1）因此，一幅广告色彩，或倾向寒冷宁静，或趋于温暖热烈，或素雅质朴，或富丽堂皇，或充满活力，或含蓄深沉，这些不同色彩性格特征构成了广告色彩的整体效果，必将会给人们留下深刻而整体的印象。同时，设计者根据广告主题的需要，准确地把握广告的整体色彩效果，有助于烘托广告主题，加强画面的气氛、情调和意境。
广告作为一门视觉传达艺术和传播媒体，其视觉注目性是相当重要的。因此，应用色彩创造注目效果是必然的手段之一。这也是色彩构成内容中必须训练的项目。从色彩倾向来看，明色、纯色、暖色系统的颜色注目价值高，对观者视觉冲击效果明显。（图2）暗色、仄色、冷色系统的颜色注目价值低，对观者的视觉冲击效果也弱。此外，注目性的大小程度还取决于图形与背景颜色的明度，明度差别大的，注目价值高，明度差别小的则注目价值低。下面10种注目程度高的配色和10种注目程度低的配色，有助于我们在强调广告注目性方面，进行有效的色彩设计。在平面广告中，特别是在较远距离观看的广告，如招贴、路牌等，若成功地运用色彩注目效果，能迅速突出广告主体，增强广告视觉冲击力。（图3）
广告色彩要突出体现产品特性、广告内容，就可以根据色彩构成学所研究的色彩与心理、色彩与联想、色彩与文化等关系，设计出与产品色彩相应、与消费者需求色彩相适的色彩产品。如药品广告的色彩大都是白色、蓝色、绿色等冷色，以体现药品的安全、宁静、科学的特性；而食品广告采用红色、橙色、黄色、咖啡色等暖色，以体现出食品成熟、甜美的特性；高科技产品，如照相器材、音响、计算机等产品，几乎都采用冷色或银仄色色彩，以体现产品的高品质及严密、科学的可靠特性。根据产品特性与广告内容选配色彩，其广告才能更好地符合人们的习惯心理，而易于为人们接受。（图4）
广告画面中既有主体形象，又有起衬托用的背景。主体与背景的关系，是广告平面设计中主要的对比关系。这如同色彩构成中的图与地、整体色与强调色训练的原理相似。为了突出主体形象，广告画面背景色彩通常是比较统一的。一般而言，主体色彩都比背景色彩更为强烈、明亮、丰富。广告色彩一定要考虑主体与背景的色彩适应对比，以达到主体形象突出、醒目的视觉效果。为了突出主体形象，适当的设置重点色彩进行强调，以此构成画面的趣味中心或注目焦点，使人们视线情不自禁集中于此。重点色彩需用于较小面积，利用色彩的对比，在广告画面中起到“画龙点睛”的作用，使广告画面更加生动、有趣和耐看。（图5）
运用色彩构成广告美感形式，才能使观者产生愉悦感。因此，广告色彩的设计不仅要整体感与注目性，更要具有形式美感的诱惑力。广告色彩的明暗、纯度、色相的组织，既要统一调和，又要对比变化；既要整体突出，又要层次分明，使人们感受到美的力量并产生共鸣之际，在不知不觉之中愉悦地接受广告内容。
二、色彩构成原理与标志色彩设计
标志，在造型上追求简洁、单纯、强烈、经典。因此，标志的色彩一般都采用一个单色，以红、橙、蓝、绿、黑等纯色或重颜色为主。由于标志识别性要求高，因此，标志色彩设计十分注重色彩的纯度和色度。标志除了常常使用单色外，根据标志使用的范围和条件，也有使用套色的，但一般不超过三种色。（图6）采用套色时，仍须有一个重点色与相衬色——即主色与辅色，目的是使标志轮廓清晰、鲜明，有很好的视觉效果。（图7）
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标志色彩设计的最大特点和最终目的，就是色彩的醒目性与易记性，因此，其用色简洁、精炼、强烈，效果要简洁大方，要强调它的清晰度和鲜明的形式。设计标志时，在考虑和推敲标志造型的同时，不能忽视色彩的选择和设计。其目的是使色彩与标志形态能够有机配合，充分注意色彩的情感作用和象征意义，用色彩更好地突出标志的内在性质。这可以充分利用色彩构成中的色彩与心理、色彩与象征的原理，实现标志应该具有的视觉价值。如红热烈，用红代表太阳和火焰；蓝色有冷静深远的感觉，用蓝色表示天空和海水；（图8）绿色有平和、希望和生命的含义，所以常用绿色代表树木和大地等。（图9）如奥林匹克运动会会徽，以五种颜色的五个环组成，象征着五大洲人民的团结与合作。（图10）其中，蓝色代表欧洲，绿色代表大洋洲，黄色代表亚洲，黑色代表非洲，红色代表美洲。由此可看出色彩在标志设计中的意义与作用。
三、色彩构成原理与包装色彩设计
产品经过包装推向市场后，其产品才变为商品，其商品经消费者使用后，才最终使其变为了用品。在这个过程中，产品及其包装的颜色往往能引起人们不同情感效应，从而直接影响到商品销售和消费者的使用。因为包装色彩具有传达商品感觉意义的能力，利用它可以引导和暗示商品的某种信息。色彩，在包装设计中所发挥巨大作用，有如下几种：营造诱人的色彩美效果，准确传达商品的个性品质，传播企业形象与商品形象。（图11）
以包装色彩设计来营造诱人的色彩美效果，是因为色彩具有视觉直观性，因而它会直接影响人的视觉与情感。当人们看到商品包装后，就可以有喜欢或不喜欢的情感产生。优美的配色容易使人产生愉快感。在准确传达商品的个性品质方面，色彩设计往往会起到意想不到的效果。如黄绿色会让人联想到酸味；咖啡色会让人联想到咖啡味、苦味；黄色则会让人联想到奶油。色彩可以表现新鲜、美味、活蹦乱跳的感觉，或古典的、摩登的，或表露自然、潇洒的形态，温暖清爽的印象。在传播企业形象与商品形象的视觉传达设计中，色彩设计的传达作用不仅巨大，而且易于识别。如可口可乐为红色调，（图12）百事可乐为蓝色调。（图13）柯达胶卷的红色调，富士胶卷的绿色调。这些都给企业形象与产品形象的塑造与传播起着极其重要的作用。
商品印象与品质就是非常重要的商品形象色。商品形象色，一是泛指不同商品在人们印象中的固有色；二是指不同类商品的包装与广告上常用的、能促销和便利使用的色彩。商品色虽没有强制性的规定，称不上标准色之类，但也不可轻易违反。有些色彩会给人以甜、酸、苦、辣不同的味觉感受，如淡红色、奶油色和橘黄色，点缀少量的绿色等，是促进食欲的颜色，因而食品类的包装广告普遍采用暖色系配色。如果硬要标新立异，往往会冒极大风险。
如果留心各种食品包装色彩，会发现黄色、红色占绝大多数，巧克力、麦乳精等都用红色、咖啡色。要是用蓝色，买的就会少，蓝色给人不香甜和不是食品的感觉。点心食品类应以暖色为主，使人感到吃了可增添热量，增进食欲。（图14）（图15）男性商品包装色，多用黑色和重色，因黑色或重色有稳重可靠的感觉，有时在加些金线，以增加高级感觉。女性商品包装色，红色包装居多，但忌讳直接用大红，而多采用柔和的粉红色的包装，以体现女性的温柔、贤淑感。酒类包装色也应符合酒类的特点，如威士忌酒瓶及商标的包装色多为琥珀色或淡褐色。大多数酒要强调其贮藏年代久远，味道芳香浓郁，非其它品牌所能比拟，多采用黝黑的色调，与之相应的图案当然也是古典风格的。白葡萄酒的包装可以采用明亮的色彩，显示其可口清淡。药品包装的色彩基本上都是蓝色与绿色，其次才是红色，红色包装的药品多为补血药品或维生素之类的增加体力的保健药品。治疗的药品或降压、降温的药品都是蓝色或绿色的。如果是吐血、出血病症的病人所用的药物用红色包装，病人见了就会像见到自己吐出的血一样害怕，药效再好病人也不欢迎。
四、色彩构成原理与书籍封面色彩设计
色彩，在封面设计中的信息传达与形式美感是十分重要的。因为设计者不仅要用它去打动读者的心弦，而且还要用色彩来传达书籍的内容。正如列宾所说：“色彩即思想”。法国雕塑大师认为：“色彩的总体，总要表明一种意义，没有这种意义便一无是处。”优秀的封面色彩设计，能起到对读者“对话”或“传达”的作用，告诉读者这是本什么类型、什么性质、什么人需要读的书，吸引读者在阅读内容获得知识同时欣赏封面艺术效果，并在潜移默化之中得到色彩艺术美的享受。（图16）
封面设计，如何运用色彩构成原理以及色彩这一独特艺术语言呢？一般而言，设计时首先要根据书的内容选定色调，即色彩总体调性、意境、氛围。如：政治类书籍封面——用色要严肃、简洁、大方。学术类著作书籍封面——用色要典雅、理性、含蓄。（图17）
（图18）科技类书籍封面——用色要有时代感，要求明快、简洁、强烈，能给人以新鲜感，不要繁琐。文学艺术类书籍封面——由于内涵太宽太广，就应依不同的内容组合其色调，这类书籍既有中外之别，也有古今之异；既有喜庆活泼喜剧效果内容，也有悲壮凝重悲剧情节内容，同时还有或浪漫或轻松或刺激或温柔不同情调内容，其用色就要把握整体色调的针对性。儿童类书籍封面——用色要鲜艳、活泼，以此种色调气氛才能与儿童心理需求产生共鸣。（图19）其次，合理利用冷、暖色的对比，色块的合理分割，（图20）色块面积大小对比，色彩相互呼应和交错。目的使画面色彩既达到作者既定情调，又取得构图上的均衡，从而获得色调既统一又有变化的艺术效果。
封面色彩设计，还要应用色彩构成的原理注重图形色、字体色、图像色及构图、材质之间整体的色彩关系。首先要有整体色调、整体风格与整体情趣，色彩要在统一中求变化、变化中求统一基础上，达到色彩和谐。（图21）其次，封面色彩要有层次感与主从性，即表现的内容、传达的信息要层次分明，色彩之间要有主次与呼应关系。同时，封面设计用色时还有一个问题要注意，即如古人所讲的“惜墨如金”，即用色精简适宜，犹如人的衣着得体为好、适宜为妙。精简得体的封面色彩设计，要达到增之一分过多、减之一分太少的色彩佳境。从市场经济角度而言，好的封面色彩设计不仅传达了书中内容、展现了色彩美的艺术魅力，同时，还会对书的传播、销售、阅读带来巨大的推动。无形之中会给作者、出版者、销售者带来良好的经济效益。
构成原理 篇3
关键词：哈夫曼,原理,证明,树
0 引言
在互联网和计算机技术中,文本数据压缩是非常重要的技术,压缩就是将文本中重复的数据进行编码,以减少不必要的空间。1952 年,美国数学家哈夫曼(David A.Huffman) 发明了一种高效的编码方法,将在算法中用到的二叉树称为哈夫曼树,常见的JPEG图像文件也用到此技术来压缩。
哈夫曼树(Huffman)又称为最优树,是一类带权路径最短的树,有着非常广泛的应用。现实科学研究和应用存在着许多最优化的问题,如何抽象出一般的思想来指导科学实践与应用,就需要研究哈夫曼树的生成过程和一般构成原理,形成一种有效通用的方法,为了确保其科学性和严格性,有必要对其过程进行严格的数学证明。本文首先介绍一些基本概念,然后说明构造哈夫曼树的原理,最后证明其正确性。
1 基本术语思想
路径:从一个结点到另一个结点之间的若干分支;
路径长度:路径的分支数;
结点的路径长度:从根到该结点的路径长度;
树的路径长度:树中所有结点的路径长度之和,一般记作PL。
图一所示为计算树和路径长度的例子。在结点数相同的条件下,路径最短的二叉树为完全二叉树(若设二叉树的深度为h,除最高层h层外,其他各层(1~h-1)的结点数都达到最大个数,第h层所有的结点都连续呈现在最左边,这样分布的树则是完全二叉树)。
若将上述概念推广到一般情况,考虑带有权值的结点。
结点的带权路径:从根到带权结点之间的路径长度与结点上的权值乘积。
树的带权路径:树中所有带权结点的带权路径长度之和(无权值结点和路径不考虑)。一般记作WPL。,其中,wk是编号为k结点的权值,lk是根到编号为k结点的路径,n为树中带权结点数。
最优二叉树(哈夫曼树):假设有n个权值{w1,w2,w3,…,wn},是构造一棵具有n个叶子结点严格二叉树(只有度为0 或度为2 的结点),每个叶子结点带权值为wi,则其中带权路径长度WPL最小的严格二叉树名为哈夫曼树。
根据哈夫曼树为严格二叉树,由二叉树性质得知,哈夫曼树由n个叶子结点(度为0)和n+1 个非终端结点(度为2)的结点组成。例如,图二中的四棵分布不同的二叉树,都有4 个叶子结点A、B、C、D,分别带权7、5、2、4,其中以图二(c)和(d)的WPL最小,可以验证它们两个都是哈夫曼树。所以,哈夫曼树不是惟一的。它们各自的WPL的值如下:
从图中可以看出,要使二叉树WPL小、时间复杂度降低,就必须在构造树时使权值大的结点离树根最近,而使权值小的结点离树根较远。下面讨论哈夫曼树的构造方法。
2 哈夫曼树的构造原理
给出m个实数w1,w2,…,wm(m≥2),问题是要求一个具有m个外部结点的扩充二叉树,每个外部结点ki与之对应,作为它的权,使得带权外部路径长度为最小,其中Li是从根root到外部结点ki的路径长度。
Huffman树的建立由Huffman算法的定义可知,初始树集合中共有n棵只含有根结点的二叉树。算法的第二步是:将当前森林中的两棵根结点权值最小的二叉树,合并成一棵新的二叉树;每合并一次,树的集合中就减少一棵树,产生一个新结点。显然要进行n-1 次合并,所以共产生n-1 个新结点,它们都是具有两个孩子的分支结点。由此可知,最终求得的Huffman树中一共有2n-1 个结点,其中n个结点是初始树的集合的n个孤立结点。并且哈夫曼树中没有degree(度)为1 的分支结点。由二叉树的性质,可以利用一个大小为2n-1 的一维数组来保存Huffman树中的结点信息。
2.1 Huffman的求解策略
关于构成的扩充二叉树的存储表示及策略中用到的变量说明如下:
其中,数组W中存储的是已知的m个外部结点的权w1,w2,w3,…,wm。扩充二叉树的结点用数组tree表示,tree共有2m-1 个元素,根据二叉树的性质:前m个是外部结点,后m-1 个是内部结点。进入时这m-1 个结点是孤立的结点,也可看作是两个集合,算法执行过程中逐步把这些结点,通过集合元素添加,互相联系起来组成一棵二叉树。数组tree的每个元素包括4 个属性,flag是标记位,它标记此结点是否已有父母结点,进入算法时各元素的flag字段值均为0;WEIGHT是权,对于外部结点,weight就是结点的权,对于内部结点,weight是以该结点为根的子树中所有外部结点权的总和;leftlink和rightlink分别是结点的左孩子和右孩子在数组中的下标,进入算法时各元素的leftlink和rightlink值均为0。算法结束时整个扩充二叉树已形成,tree[2m-1]是根结点[1]。
Hufferman求解问题的具体过程和步骤用伪代码表示如下:
例如,对于权值2,31,5,7,19,13,17,11,23,29,3,37,41 的结点,求具有最小带权外部路径长度的扩充二叉树,则首先组合二个最小值2+3,找对于权5,5,7,…,41 的符合条件的解,然后组合新的二个最小值5+5,等等,这个过程反复进行下去,直到只剩下最后一棵树,如图三所示。图三表示的是数组tree的各元素weight字段在构造具体最小带权长度的扩展二叉树过程的变化情况。图中每一行对应于扩充二叉树过程中的一步。第一步表示初状况,数组的前13 个元素中有初始给定的各外部结点的权。在权2 和3 的下面画有短横线,表示这是现在最小的两个权结点,用一个内部结点作为其两个结点的父母,得到图中对应的第二行情况,权2 和权3 的结点已经有了父母,图中把它们表示的结点删除,再用数组的第14 个元素是一个权为2+3=5 的新的内部结点。现在最小的两个权是下面画短横线的5 和5,再把它们结合起来,……,如此这样删除结点下去,直到最后,数组的第25 个元素表示整个扩展二叉树的根结点,它的weight字段值为238。图三表示的就是这样构造出的扩充二叉树[2]。
2.2 另一种改进的哈夫曼树的构造算法
2.3 可以改写的三叉树型哈夫曼树
为了加快数据检索速度,降低树高度,可以多用一个结点的指针,如用middle来指示增加的子结点,这样在实际应用中拓展哈夫曼树的应用范围,但是在构造啥夫曼树的算法上有所改变,算法的时间、空间复杂度有所增加,用户在实际应用中可仿照二叉树的结构进行改变。
3 哈夫曼树的应用
3.1 最佳判定算法
为了提高程序的执行效率,利用哈夫曼树得到最佳判定算法,使程序更具合理性,减少不必要的判断。用一个简单的例子来说明,一般情形下编写程序用思维的逻辑连续性,将事物的分类从左向右、从上向下来构思编程,但这样不一定使程序具有高效性。如果上述程序反复使用,而且每次的输入量很大,则应考虑上述质量问题,即其操作所需时间。因为在实际生活中,学生的成绩在其中等级上的分布不均匀。倘若其分布规律如表一所示,按下面的算法程序设计,就会有不少且不必要的比较,当问题规模比较大时,会造成执行时间的浪费[2]。
则79%以上的数据需进行三次或三次以上的比较才能得出结果。假若以5,15,40,30 和10 为权构造一棵有五个叶子结点的哈夫曼树,则可以得出图四的判定树,按此判定树写出相应的程序。如果现在要输入1 万个数据,若按上面程序进行操作,则共需进行约3 万次以上的比较;而按图四判定过程进行操作,则只需进行约2 万次比较。
3.2 电报编码
电报编码要考虑怎样使其最短,这样编码和译码节省时间。如果需传送的电文为‘ABACCDA’,它只有四种字符,只需两个字符组成的字符串便可分辨。如果A、B、C、D的编码分别为00、01、10 和11,则上述七个字符的电文便为‘00010010101100’,总共长14 位,对方接收时,不知道怎样取其长度,需要按Hufferman树进行编码,保证编码的唯一性,可按二位一分进行译码。
当对每个字符设计长度不等和编码,且文中出现次数较多的字符沿用尽可能短的编码,则传送电文的总长可减少。若设计A、B、C、D的编码分别为0、00、1和01,则上述七个字符的电文可转换成的字符串为‘000011010’,其总长为9,虽然长度短,但缺乏分辩性。若要设计长短不等的编码,那么其中一个字符不是另一个字符编码的前缀。可以利用二叉树来设计二进制的前缀编码,如图五所示二叉树,其四个叶子结点分别表示A、B、C、D四个字符,且不妨约定左分支用‘0’表示字符,右分支用‘1’表示字符,则可以从二叉树根结点到叶子结点的路径上分支字符组成的字符串作为一个标记,该标记编码表示该叶子结点字符的编码,由图五A、B、C、D的二进制前缀编码唯一表示为0、10、110和111,且能够相互区分。假设每种字符在日常使用中出现的频率次数为wi,其编码长度为li,电文中只有n种编码字符,那么电文总长为。对应到相应二叉树上,当置wi为叶子结点的权,li正好为从根到叶子的路径长度,那么恰为二叉树带权路径长度。由此可见,设计电文总长最短的二进制前缀编码即为以n种字符出现的频率作权,设计一棵哈夫曼树的问题[3]。
设计一个Hufferman编码、译码系统,即对一个ASCII编码的文本文件中的字符进行哈夫曼编码,生成编码文件;反过来,可将编码文件译码还原为一个文本文件。
(1)从文件中读入任意一篇英文短文(文件为A SCII编码,扩展名为txt);
(2)统计并输出不同字符在文章中出现的频率(空格、换行、标点等也按字符处理);
(3)根据字符频率构造Hufferman树,并给出每个字符的哈夫曼编码;
(4)将文本文件利用哈夫曼树进行编码,存储成压缩文件(编码文件后缀名.Huf);
(5)用Hufferman编码来存储文件,并和输入文本文件大小进行比较,计算文件压缩率;
(6)进行译码,将Hufferman文件译码为ASCII编码的文本文件,与原文本文件进行比较。
4 证明由Hufferman算法得到的二叉树是最优二叉树
证明:假定n≥3,w1≤w2,…,≤wn,并设T是最优二叉树。则一定有。否则,若wk>w1,而lk<l1,那么将wk与w1对调得到T'。有WPL(T')-WPL(T)<0,与T最优矛盾。于是得出结论:只要T是最优树,wi就一定离根最远。同时立即可知,w1必定有兄弟,否则让w1赋值给该树叶的父亲结点,就可得到路径总长更小的树。由于w2是序列中次最小的权,故可令w1的兄弟是w2,因此分枝w1+w2可以是最优树T的子图。
设Tn是n个树叶的最优树,收缩分支w1+w2后是对应的n-1 个树叶的T'n-1。在n-1 个权(其中之一是w1+w2)时,亦有其最优二叉树Tn-1,然后将w1+w2分支展开后又得到有n个权的二叉树T'n。因为Tn和Tn-1分别是最优树,所以WPL(Tn)≤WPL(T'n),WPL(Tn-1)≤WPL(T'n-1)。由于WPL(T'n-1)=WPL (Tn)-(w1+w2),WPL (Tn-1)=WPL (T'n)-(w1+w2),可得WPL(T'n-1)≤WPL(Tn-1)。亦即T'n-1,T'n都是最优树。当算法执行到n=2 时,自然是一棵最优树。再与分枝收缩的过程相反进行展开,最后得到的T'n一定是最优二叉树。
5 结束语
构成原理 篇4
随着我国经济的发展和科技的进步, 广播电视网也正在向产品化、网络化、数字化的方向发展。其中, 数字机顶盒作为系统中的用户终端设备是一项关键的设备。由于数字机顶盒能够将数字电视信号进行转换, 成为模拟电视机可以接收到的PAL/NTSC信号, 同时也能够支持因特网浏览、视频 (VOD) 点播、可视电话、DVD播放等多媒体的功能以及放大、解密、加扰的功能, 和普通模拟电视机进行组合便能够构成完整独立的数字电视的接收机, 因此其市场发展前景可谓是极其广阔。本文主要介绍了数字电视当中机顶盒的原理及其构成。
1 数字电视机顶盒的基本原理
该系统广泛应用于广播电视领域等方面的各种信号转换, 机顶盒由于其用途和功能的不同, 在早期可分为付费图文电视的机顶盒、电视的机顶盒、增补频道的机顶盒等。在数字电视技术快速发展的今天, 对于进行数字电视接收的机顶盒在我国很受重视。其中, 根据传输媒体工具的分类, 数字电视的机顶盒还可以分为以下3种:1) 有线数字电视的机顶盒;2) 数字卫星的机顶盒;3) 地面数字电视的机顶盒。在这3种类别当中有线数字电视的机顶盒在我国应用最为广泛。
数字电视的机顶盒通常用来进行处理数据业务、接收数字电视节目或者解析多种应用方面。它们的信源必须要完成二级编码之后进入到有线电视网络, 其中一级是可以进行传输的信道编码, 另一级是音视频信号信源的编码和所有信源所封装而成的传输流。而至于接收端的机顶盒则应与前端相一致, 首先要提取传输层的信道编码信号来完成信道的解调;再还原已经压缩信源编码信号, 并恢复原始的音视频流, 另外再处理好多种应用方面的接收以及解析数据业务。一般人们所使用的有线数字电视的机顶盒是由出高频头、信源解复用器、信道解调器、视频编码器、MPEG-2解码器、嵌入式CPU系统、音频D/A以及条件接收模块、外围接口等所构成。此外, 机顶盒要有交互功能这方面的特性则需要有数据的回传通道。其中, 高频头接收有线网的高频信号, 而QAM解调器则只需进行信道的解码, 还要分离载波中所包含的各种数据信息传送流以及音视频。传送流过程中, 通常包含有几个音视频流以及一些其它的数据信息。而对于解复用器, 主要是用来对不同的节目进行区分, 并提取相应的音视频流和数据流, 将数据送入到MPEG-2解码器和相应解析软件中去, 来对数字信息进行最终还原处理。但是, 对于收费的电视来说, 使用条件接收模块来对音视频流进行解扰, 并通过含有识别用户功能和进行记账的智能卡来确保合法用户的正常收看电视。MPEG-2解码器则对音视频信号进行解压缩后通过视频编码器和音频D/A进行变换, 从而还原出模拟音视频的信号, 最后使得高质量的图像可以在常规的彩色电视机上面显示出来。
2 数字电视机顶盒的技术
2.1 信号源解码
进行数字化后的模拟信号的信息量激增, 所以必须采用一定量的数据压缩。我国数字电视广播现在一般使用MPEG-2视频压缩的标准, 因为该标准适用于多种清晰度的图像质量。其中音频则有MPEG-2和AC-3这两种主要的标准。因此, 信源解码器应当能适应不同的编码策略, 从而能够使原始音视频的数据正确地还原出来。
2.2 信道解码
其信道解码电路与模拟电视机中的高频头和中频放大器原理相同。况且, 高频头在数字电视的机顶盒当中是必不可少的, 其中的调谐范围可以涵盖地面电视的接收频道、有线电视的增补频道以及卫星频道。
2.3 上行数据中的调制与编码
对于交互式应用的开展, 编码与上行数据中的调制的间题我们必须考虑在内。在我国当前主要有3种方式, 通过因特网卡来完成上行数据的传送、通过有线网络来完成上行数据的传送以及采用电话线来进行上行数据的传送。
2.4 MPEG-2解码
当前我国视频数字实用的处理技术都基本上是在MPEG-2技术的基础上建立起来的。其在视频的处理上必须要完成主画面和子画面的解码, 要是有分层解码的功能更好不过。此外, 通过APHA的迭显功能图文电视能够在主画面上进行选加, 这就要求其解码器能够同时解调主画面图像和图文电视数据, 这样就必须要高的速度和处理能力。
2.5 嵌入式CPU
作为数字电视机顶盒心脏, 在数据进行了信道解码之后, 嵌入式CPU最先要进行解复用, 从而将传输流分为视频、音频, 将视频、音频和数据分开, 而作为嵌入式操作系统运行的平台, CPU要和操作系统共同完成网络管理、显示管理、数据解码、有条件的接收管理、图文电视解码、上下变换视频信号等功能。
3 数字电视机顶盒的构成
伴随着数字电视市场逐渐的成熟, 机顶盒作为其接收的终端也得到了迅速的发展, 并实现了通过机顶盒进行增强型和交互型的服务, 例如视频类资料的点播、网页的浏览、电子目录等方面的业务, 是机顶盒软件在开发过程中的必须考虑到的首要任务, 从而使得中间件产品也应时而生。
对于每一套完整的数字电视机顶盒是由3层所构成:应用软件、中间件和底层的软硬件资源。其中, 应用软件包括本机原来早已存储有的及可以通过网络下载到的各类应用软件;而中间件是通过应用程序接口的形式使机顶盒通用和给其中的基本功能显示提供机顶盒的生产厂家, 并使之在机顶盒的闪存当中保存, 从而使应用程序和底层的硬件操作系统、细节隔离开来;底层的软硬件资源则主要包括底层硬件和软件, 其中软件则提供了各种硬件的驱动程序及操作系统的内核, 而硬件提供了机顶盒中的硬件平台。
参考文献
[1]黄海驰.数字电视机顶盒的基本原理、技术及构成探讨[J].价值工程, 2010 (24) .
[2]孙小芹.数字电视机顶盒原理及常见故障分析[J].科技经济市场, 2007 (9) .
构成原理 篇5
一、恒压供水系统的整体结构
整个恒压供水系统的结构主要包括深井、蓄水池、加压泵房、现场总线及其设备、工业以太网五部分组成。加压泵房的水泵电机主要用于将蓄水池的清水直接加压至小区用户管网, 取代了传统的高位水塔、水箱的供水方式。四台水泵电机由PLC与变频器控制, 并跟随管网压力动态调节水压, 达到恒压供水的目的。现场总线 (PROFIBUS) 主要用于主站PLC、从站PLC、变频器等控制设备的串联通讯, 同时将现场的其它设备进行有机的连接, 组成了整个系统的自动化控制核心。工业以太网作为整个系统控制的最高层PCAuto3.62服务器通过网络模块与主站PLC相连, 借助三维力控软件及其WEB软件包实现基于的远程监控与访问。
系统主要有压力传感器、压力变送器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵, 实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与工频水泵的切换, 同时还要能对运行数据进行传输。
二、几种控制方案
根据系统的设计任务要求, 结合系统的使用场所, 有以下几种方案可供选择:
1、有供水专用的变频器+水泵机组+压力传感器
这种控制系统结构简单, 它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器供水基板上, 通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能。它虽然简化了电路结构, 降低了设备成本, 但对压力设定和压力反馈值的显示比较麻烦。其输出接口的扩展功能缺乏灵活性, 数据通信困难, 并且限制了带负载的容量, 因此仅适用于要求不高的小容量场合。
2、通用变频器+单片机 (包括变
频控制、调节器控制) +人机界面+压力传感器这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便, 具有较高的性能价格比, 但开发周期长, 程序一旦固化, 修改较为麻烦, 因此现场调试的灵活性差, 同时变频器在运行时, 将产生干扰, 变频器的功率越大, 产生的干扰越大。
3、通用变频器+PLC+组态软件十
压力传感器这种控制方式灵活方便, 具有良好的通信接口, 可以方便地与其他的系统进行数据交换;通用性强, 由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高。因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合, 并且与供水机组的容量大小无关。
通过对以上这几种方案的比较和分析, 可以看出“变频器主电路+PLC (包括变频控制、调节器控制) 十组态软件十压力传感器”的控制方式更适合于本系统。这种控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点, 又能达到系统稳定性及控制精度的要求。
三、变频恒压供水系统的网络结构设计
系统的自动化网络结构设计主要包括现场设备级、车间监控级两部分。现场设备级处于系统的最底层, 由现场总线 (PROFIBUS-DP) 将主站PLC远程I/O、PLC及变频器进行连接, 同时现场的执行设备、检测设备又与PLC相连, 组成了整个系统的控制核心。通过各种硬件设备的连接及相应软件通讯规则的设置, 实现了整个现场设备级的PROFIBUS通讯;通过各种程序控制算法的编写, 实现了整个系统的自动化控制。
车间监控级在网络层次上要高于现场设备级, 它主要以三维力控组态软件为核心, 通过Web servcr网络组件与现场设备级的主站PLC相连, 实时采集现场设备级的各种信息, 通过相应的控制算法对现场数据进行集中的分析与处理, 并通过人机界面对系统的生产状况及相关数据进行实时动态的集中显示, 从而实现了对现场设备级的远程车间级监控。通过车间监控级的装有三维力控网络版的SCADA服务器还可实现更高级的远程监控与访问 (如通过Internet的监控与访问) 。
参考文献
[1]黄金波、郭丽春:《可编程控制器在自动给水系统中的应用》[J].辽宁工程技术大学学报 (自然科学版) , 2002, (03) .[1]黄金波、郭丽春:《可编程控制器在自动给水系统中的应用》[J].辽宁工程技术大学学报 (自然科学版) , 2002, (03) .
构成原理 篇6
自从1976年美国的劳伦斯?克雷明提出教育生态学概念以来,应用生态学的原理,特别是运用生态系统,生态平衡等原理来研究教育的现象、成因,掌握教育发展的规律,揭示教育发展的趋势和方向,生态化教育正受到人们越来越多的关注。体育教学本身是一个完整的生态系统,新课程理念下对体育教学环境进行生态学分析,对进一步提高教育教学质量,具有积极的和现实的意义。
学校生态环境是指学校中各类人员进行以教学为主的各种活动所依赖的种种物理因素、心理因素、生理因素的总和。学校生态环境与生态主体之间有着广泛的联系,并以此构成学校生态系统。也就是说,学校生态系统是一个由人——教学活动——环境构成的复合生态系统。
1 体育教学环境释义
从生态学的角度来看,环境是有机体外部可以进入有机体的反应系统,直接影响到生命活动的物质、能量和信息的总和。教学环境是相对于教学活动而言的,从教学论角度来看,教学环境就是教学活动赖以进行所必需的各种条件的综合。教学环境是教学活动的一个基本因素,所有教学活动都是在一定的教学环境中进行的,因而不可避免地受到教学环境的影响,教学环境自然也就称为教学论研究的一个热点课题。由于人们对教学环境的概念有不同的理解,因而对教学环境的分类有着不同的观点,而比较一致的观点是倾向于将教学环境分为物理环境和心理环境两类,亦称硬环境和软环境。教学环境是学校教学活动所必需的诸客观条件和力量的综合,是按照发展人的身心这种特殊需要的育人环境。
体育教学环境是指在体育教学过程中影响“教”和“学”的条件的总和,主要包括制度、集体、氛围、物质等方面的条件。体育教学环境有广义和狭义之分,广义的体育教学环境是指所有的社会环境,狭义的体育教学环境则是指学校教学活动所需要的物质、制度以及心理环境。
2 生态化体育教学环境
生态环境是指生物个体或群体及周围事物的总和,它包括物质空间及直接或间接影响该生物个体或群体生存和发展的各种因素。根据教育生态学原理,生态化的体育教学环境就是为了学生全面、自然发展而营造的、整合多种不同要素的、复杂的,有关教学活动涉及的一切事物,包括物质的、社会的、有形的和无形的,都是体育教学环境的基本构成因素。它们之间相互联系、相互作用,构成了一个完整的生态化教学环境系统结构。结合体育教学的本质,我们认为一个系统的生态化体育教学环境,除了包含物理环境和社会心理环境,还应包括生理环境要素,而且物理环境、心理环境和生理环境三者以三维立体的形式展现体育教学环境的整体态势(见图)。
2.1 生态化体育教学物理环境
物理环境是生态化教学环境的一个重要组成部分,是教学活动赖以进行的物质基础。物理环境主要由学校内部的各种物质、物理因素构成。
2.1.1 时空环境
生态化体育教学的时空环境主要是指学校的体育教学时间分配与安排,以及空间密度。比如同一教学时段体育教学班级的数量,同一运动场上体育教学班级的数量,同一教学班级的学生人数亦即班级规模。尤其是班级规模,首先影响学生参与课堂练习活动的机会和程度。由于每节课的教学时间是固定的,在一个人数规模适宜的班级内,每个学生都会有更多的身体练习和活动的机会,与教师及其他同学开展正常的互动活动;如果规模过大,则仅有部分学生能参与正常的课堂活动,一些性格内向以及体质较弱和运动能力稍差的学生则往往被剥夺了这种权力。其次,班级规模还影响学生课堂上的纪律表现。最终对教学目标、教学效率等均会产生一定的影响。
2.1.2 设施环境
设施环境,主要是指学校的体育教学设施,包括学校的体育场馆、体育设施以及体育器材,同时也包括校园内的体育艺术构景、乃至体育图书资料等,都是体育教学活动必需的基本设施。学校是一个人工化的生态环境,学校的一切设施都是围绕着一个共同的目标而设计的。设施环境不仅通过自身的完善程度制约和影响着学校体育教学活动的内容和水平,而且以自身的一些外部特征给师生以不同的影响。学校良好的设施环境有助于学生领会和牢固掌握体育知识,激发学习和锻炼兴趣,训练开拓、探索和进取精神,培养学生的终身体育意识。校园建筑的不同造型、颜色,以及室内外的各种有关体育内容的装饰,都会对师生的精神面貌、情绪产生潜移默化的影响。所以,学校教学设施的安排应体现学校的体育教育意图与价值取向。正如苏霍姆林斯基所言:我们努力使学校的墙壁也讲话,这是因为丰富的墙壁布置是我们道德的、精神的、伦理的教育体系中的一个组成部分。
2.1.3 自然环境
自然环境主要是指学校所在区域的地理位置,该区域的气候条件以及自然景观,学校区域性的特色决定了学校体育教学内容、形式及教学时间的选择。这些自然因素可以直接影响教师和学生的身心活动。一方面它们引起教师和学生生理上的不同感受,另一方面使教师和学生在心理上产生情绪,形成情感。可见,教学的自然环境对师生的身体健康及心理活动都会产生很大影响。
2.2 心理环境
社会心理环境是教学活动中无形的、动态的软环境部分,如人际关系、校风、班风和社会信息交流等。
2.2.1 人际环境
在学校,存在着多重人际关系,包括学校领导与教师的关系,学校领导与学生的关系,教师与教师的关系,教师与学生的关系以及学生与学生的关系等。在学校体育教学生态系统中,最活跃也是最重要的生态因子是教师和学生,所以,教师之间的关系,学生之间的关系,师生之间的关系是学校内部最主要的人际关系,它们所构成的人际环境对学校体育教学质量的影响是最直接、最具体。
良好的教师人际关系有利于形成团结一致的坚强集体,有利于教师之间的相互切磋学习与共同发展。由于成长环境和学生自身素质、情感兴趣等方面的差异,学生之间存在错综复杂的人际关系,这些复杂的同学关系对学生的情感、学习动机与效果乃至学生的身体健康水平都会产生深刻影响。师生之间的人际关系,是在教学过程中师生交往的基础上,通过师生相互影响、相互认识、相互间信息交流而形成的。和谐的师生关系能激发学生对教师的教学内容的强烈兴趣,爱屋及乌,学生会自觉投入体育活动之中,并逐渐养成终身体育的习惯。
此外,良好的师生关系和生生关系为学生提供了心理健康发展的条件,可以使学生对体育教学过程中保持良好的心境和平稳的情绪,认真对待每一个教学环节,对运动技能的掌握和提高抱有乐观态度,进而形成活泼开朗、积极进取的性格。
2.2.2 信息环境
学校并不是一个完全封闭的生态系统,它向社会开放并不断与社会环境进行着各种信息交流。通过信息交流,学校接收来自社会关系、社会群体、社会制度、社会结构等方面的信息,尤其是伴随着科学技术的快速发展,各种信息传播的速度不断提高,而且信息量不断加大,这些信息会给学校活动带来不可估量的影响。因此,必须正确处理和运用社会信息,调整社会信息,减少消极影响,以保证教学活动的正常进行,以利于学生身心的健康发展。
2.2.3 组织环境
生态化体育教学的组织环境包含学校的各类正式或者非正式的体育社团、体育健身俱乐部,也包括学校的校风和班风。
为了更好的开展学校体育活动和丰富学生的业余文化生活,学校都会成立各种体育社团,或者体育俱乐部,他们定期或不定期的组织一些相关活动,不仅丰富了校园文化,也提高了学生的身体健康水平。
校风是一所学校所特有的占主导地位的行为习惯和群体风尚,体现为一种独特的 心理环境,它稳定而具有导向性。校风是一种无形的环境因素,同时也是一种巨大的教育力量。校风对师生行为、学校秩序都有影响。
班风,即一个班级的风气,是由班级成员共同营造的一种集体氛围,反映了班级成员的整体精神风貌与个性特点,体现出班级的内在品格与外部形象,引领着班级未来发展的方向。班风一旦形成,便成为一种约束力,反过来又影响班级群体的每个成员。它既塑造着学生的态度和价值观念,又影响他们的学习活动。
2.3 生理环境
生态化体育教学的生理环境是指体育教学环境中人自身的自然因素,它包括师生的性别、年龄状况等。
性别因素主要是指性别差异与性别比例两个方面。教师性别比例失调容易影响学生性别角色认知再就是影响学生的职业期望。在环境设计时,要充分考虑到性别差异对环境的特殊要求,尤其是针对不同类型的教材内容的教学,要体现出运动技能的性别差异,性别比例协调的体育教师队伍可以使学校体育工作更具生机和活力,并能营造出一个积极健康的体育教学环境。
此外,体育教师的年龄差异极有可能导致教师在教学的价值取向、学生观、教学经验和教学态度以及运动技能上产生差异。同样,处于不同水平阶段的学生在学习习惯、自我控制能力、运动技能习得等方面也有不同的表现。生态化体育教学环境应该是一个能充分考虑到特定师生群体的年龄特征需求的环境,尤其是在教学内容及时序的安排上。
3 生态化体育教学环境的特征
生态化体育教学环境强调从生理环境、物理环境和社会心理环境三方面构建符合生态的体育教学活动环境,生态化的体育教学环境应具备适应性、能动性、系统性和潜隐性等重要特质。
3.1 适应性
生态化体育教学环境的适应性首先表现在人对环境的适应,这里既包含师生对教学环境的主动适应的态度与倾向,也包含为了这种适应而采取的种种具体措施。当然,这种适应性也体现在体育教学环境对人的适应,即体育运动场地、运动器材及体育设施等物质环境的提供应遵循适应原则,体育运动场地、运动器材及体育设施等能最大限度地满足师生们从事体育教学和体育活动的需求。
3.2 能动性
人具有能动地认识和改造世界的能力,人的能动性决定了生态化体育教学环境不仅具有适应性,更具有主动性和创造性,而且这种适应性并不是被动的,还表现出人能够主动的改造和优化所处的环境。这种能动性首先表现在生态化体育教学环境能够主动地调整自身的各种不平衡状态。生态化教学环境的能动性还表现在它不断地创造着维持自身生存和发展的物质条件。包括体育教学环境布局,体育教学相关的用具,如根据不同教学阶段适时增补不同的运动器材和体育设施等。特别是随着现代科学技术的发展,越来越多的科学技术产品和科学技术被引进体育教学和训练之中,在这个过程的同时,体育教学环境自身也得到了发展。
3.3 系统性
生态化体育教学环境是一个由多要素、多部分构成的有机体系。构成生态化体育教学环境有机整体的要素有自然地理条件、客观物质、人际关系、文化及心理气氛等,它是一个复合系统。生态化体育教学环境虽然从直接意义上看是由人按照一定的目的组织的人为系统,但由于它是以区域自然地理条件存在为前提,所以,生态化体育教学环境是天然系统和人为系统的复合体。生态化体育教学环境是系统开放的,它随时都与周围的因素发生着物质的和非物质的信息交流。
3.4 潜隐性
从生态化体育教学环境的系统性告诉我们,它是一个由天然系统和人为系统构成的复合系统,天然系统对教学的作用是直观的,甚至是立竿见影的,但是,人为系统的作用则大多是朦胧的和抽象的,使学生的情感受到潜移默化的陶冶和感染,其效果相对滞后。但是经过长时间的积累,就会使学生的心灵和心理产生从量变到质变的飞跃。
4 生态化体育教学环境的创设原则
生态化体育教学环境的设计标明了一个学校整体的生态化面貌,它制约着生态化体育教学环境内在的功能的发挥,在具体的体育教学过程中,这些功能发挥的程度要受制于体育教学设计本身。总体而言,生态化体育教学环境设计应遵循如下原则:
4.1 适度性原则
生态化体育教学环境的设计应该紧紧围绕我国不同水平阶段体育教学的异同,给体育教学活动提供最大限度的物理、心理、生理方面的保障,是体育教学任务的完成和体育教学目标的实现的根本保障,也是衡量教学环境建设效果的最重要标准。生态化体育教学环境的设计遵循适度性的原则,随着人们生活水平和生活质量的提高以及科技的发展,对环境的要求从最初的功能的满足逐渐走向较高层次的追求,当然,以适度为前提。
4.2 自然性原则
体育教学环境的设计必须服从于体育教学是培养健康的人这一教学目的。在设计的过程中,首先要充分考虑学校的地域特征,尽可能保持与自然环境的和谐与统一,建立校本性体育教学环境;其次,创设的教学环境应该使人方便接近、接受、融入,易于体育教学和体育活动的开展;再就是,用于体育教学环境的材料要有利于师生的身心健康,同时有利于环境保护。
4.3 多元性原则
多重适宜的刺激有利于学生对体育的认知,提高体育参与的积极性和主动性,进而有助于提高体育学习效果。物理的、心理的元素要尽可能在避免简单重复的情况下,实现多角度体现适合学校特征的体育教学环境,以给学生提供丰富的认知背景和信息刺激,有助于激发学生的运动兴趣和健身意识。
5 结论
生态化的最终目标是实现人与人、人与自然以及自然系统之间的和谐共生。生态化体育教学环境的建设既是一项功在当代、利在千秋的高尚事业,又是一项复杂的系统工程。
生态化的体育教学环境就是教育生态学意义上的教学环境。从生态学和系统论的观点出发,把体育教学看作一个整体,用生态的眼光来审视体育教学,树立一种和谐理念,使体育教学走可持续发展之路。
参考文献
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构成原理 篇7
机顶盒是一种普遍应用在广播电视领域的信号转换系统。由于功能和用途不同,机顶盒有早期的如增补频道机顶盒、图文电视机顶盒、付费电视机顶盒等。随着数字电视广播的迅速发展,目前主要应用的是接收数字电视的机顶盒。根据传输媒体的不同,数字电视机顶盒又分为三种,即数字卫星机顶盒、地面数字电视机顶盒和有线数字电视机顶盒,其中有线电视数字机顶盒应用较为广泛。
有线电视数字电视机顶盒接收数字电视节目、处理数据业务和完成多种应用的解析。信源在进入有线电视网络前完成两级编码,一是传输用的信道编码,另一级是音视频信号的信源编码和所有信源封装成传输流。与前端相应,接收端机顶盒首先从传输层提取信道编码信号,完成信道解调;其次是还原压缩的信源编码信号,恢复原始音视频流,同时完成数据业务和多种应用的接收、解析。有线数字电视机顶盒由机顶盒出高频头、信道解调器、信源解复用器、MPEG-2解码器、视频编码器、音频D/A、嵌入式CPU系统和外围接口、条件接收模块等组成。具有交互功能的机顶盒则需回传通道。高频头接收来自有线网的高频信号,通过QAM解调器完成信道解码,从载波中分离出包含音视频和其它数据信息的传送流(TS)。传送流中一般包含多个音视频流及一些数据信息。解复用器则用来区分不同的节目,提取相应的音视频流和数据流,送入MPEG-2解码器和相应的解析软件,完成数字信息的还原。对于付费电视,条件接收模块对音视频流实施解扰,并采用含有识别用户和进行记账功能的智能卡,保证合法用户正常收看。MPEG-2解码器完成音视频信号的解压缩,经视频编码器和音频D/A变换,还原出模拟音视频信号,在常规彩色电视机上显示高质量图像。
2 数字电视机顶盒的技术原理
数字电视机顶盒所涉及到的技术主要有以下几种:
2.1 信道解码
数字电视机顶盒中的信道解码电路相当于模拟电视机中的高频头和中频放大器。在数字电视机顶盒中,高频头是必须的,不过调谐范围包含卫星频道,地面电视接收频道,有线电视增补频道。
2.2 信源解码
模拟信号数字化后,信息量激增,必须采用相应的数据压缩标准。数字电视广播采用MPEG-2视频压缩标准,适用多种清晰度图像质量。音频目前则有AC-3和MPEG-2两种标准。信源解码器必须适应不同编码策略,正确还原原始音视频数据。
2.3 上行数据的调制编码
开展交互式应用,需要考虑上行数据的调制编码间题。目前普遍采用的有三种方式,采用电话线传送上行数据,采用以太网卡传送上行数据和通过有线网络传送上行数据。
2.4 嵌入式CPU
嵌入式CPU是数字电视机顶盒的心脏,当数据完成信道解码以后,首先要解复用,把传输流分成视频、音频,使视频、音频和数据分离开,在数字电视机顶盒专用的CPU中集成了32个以上可编程PID滤波器。CPU是嵌入式操作系统的运行平台,它要和操作系统一起完成网络管理、显示管理、有条件接收管理、图文电视解码、数据解码、OSD、视频信号的上下变换等功能。
2.5 MPEG-2解码
目前实用的视频数字处理技术基本上是建立在MPEG-2技术基础上,MPEG-2是包括从网络传输到高清晰度电视的全部规范。MPEG-2解压缩电路包含视频,音频解压缩和其它功能。在视频处理上要完成主画面,子画面解码,最好具有分层解码功能。图文电视可用APHA迭显功能选加在主画面上,这就要求解码器能同时解调主画面图像和图文电视数据,要有很高的速度和处理能力。
2.6 机顶盒软件
电视数字化后,数字电视技术中软件技术占有更为重要的位置。除了音视频的解码由硬件实现外,包括电视内容的重现、操作界面的实现、数据广播业务的实现,直至机顶盒和个人计算机的互联以及和因特网的互联都需要由软件来实现。
2.7 显示技术
电视采用低帧频的隔行扫描方式,当显示图形和文字时,亮度信号存在背景闪烁,水平直线存在行间闪烁。如果把逐行扫描的计算机图文转换到电视机上,水平边沿就会仅出现在奇场或偶场,屏显时间接近人眼的视觉暂留,会产生厉害的边缘闪烁现象,因而要用电视机上网,必须要补救电视机显示的缺陷。目前主要采用两种方法进行改进,一种是抗闪烁滤波器,另一种方法是把隔行扫描变成逐行扫描,并适当提高帧频。
2.8 加解扰技术
该技术用于对数字节目进行加密和解密。其基本原理是采用加扰控制字加密传输的方法,用户端利用IC卡解密。在MPEG传输流中,与控制字传输相关的有授权控制信息和授权管理信息。由业务密钥加密处理后的控制字在授权控制信息中传送,其中包括节目来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息。对控制字加密的业务密钥在授权管理信息中传送,并且业务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥的加密处理。授权管理信息中还包括地址,用户授权信息,如用户可以看的节目或时间段、用户付的收视费等。
3 数字电视机顶盒中间件结构
随着数字电视市场的逐渐成熟和作为接收终端的机顶盒的迅速发展,利用机顶盒实现增强型和交互型的电视服务,如电子节目菜单、视频点播、网络浏览等业务,成为机顶盒软件开发的主要任务,中间件产品应时而生。
一个完整的数字机顶盒由三层组成:底层软硬件资源、中间件和应用软件。底层软硬件资源包括硬件和底层软件,硬件提供机顶盒的硬件平台,软件提供操作系统内核以及各种硬件驱动程序。应用软件包括本机存储的应用和可下载的应用。中间件是一种以API(应用程序接口)的形式将机顶盒的基本、通用功能提供给机顶盒生产厂家,存储在机顶盒的闪存中,将应用程序与底层的操作系统、硬件细节隔离开来,使应用不依赖其体的硬件平台而完成用户请求的软件环境。
参考文献
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