十九世纪的媒介软技术——电报编码语言

沈春雷

摘要：电报语言的编码是第一类撰写的机器人工语言，是符号传播的新阶段，是现代传媒技术变革的重要成果之一。电报编码框架并非一蹴而就，它是随着电报机设计从探索期到创立期的近100年中逐渐完善并形成。电报编码初期阶段经历了从自然信息码、三进制编码以及二进制编码的转变，它的形成过程是熵编码技术的萌芽期。

关键词：媒介革命；电报语言；二进制码

中图分类号：TN917文献标识码：A文章编号：1672-8122（2012）12-0108-03

一、引 言

十九世纪是媒介发生大变革的时代，但除了电报机、电话机、传真机等制造业意义上的“硬”变革之外，另一个潜伏着的直到二十世纪其意义才开始发酵膨胀并对社会产生巨大深刻催化作用的媒介“软”变革是电报编码的诞生。它是今天数字媒体用以传输信息所用语言的起源，也是它使得符号传播进入新的历史阶段并带来新的传播意义。鉴于国内媒介史的研究对这方面内容罕有涉及，本文特作梳理。

牛津大学版七卷本《技术史》中，“电报”条目的撰者G·R·M·加特勒认为，“按照电报工作的基本原理，可以很方便地用三个标题把1750年～1850年间提出的各种电报方式分类如下：（a）利用静电的电报（b）电化学电报（c）电磁电报。[1]”但如果结合电报编码来看的话，还可以分为自然信息码（字母信息直接显示，不做编码）电报、三进制编码（人工语言编码与数字编码）电报和二进制编码（人工语言编码）电报。这种分类，有助于发掘电报技术掀起的新一轮媒介革命的“软”“硬”两重意义。

电报编码语言的出现是伴随着电报机制作技术的探索过程而诞生的。信息编码虽然可以上溯到古希腊历史学家波利比乌斯（Polybius，公元前203～公元前120）发明的用数字表示字母的5×5棋盘密语，但电报语言的编码却比电报机的构思还要晚一点。1753年，当时的大众刊物《苏格兰人杂志》（Scots Magazine）刊登了一篇署名为查理·马歇尔（Charles Marshall）的文章，在这篇名为“An Expeditions Method of Conveying Intelligence”的文中构思了利用静电原理制作设备以传递信息。但查理在文章中要使用26根导线分别连接26个字母，没有提到信息的编码处理。按照这个构思，一条信息无论长短，中间没有句读，单词挨着单词，字母连着字母，缺乏可读性。这是电报语言的自然信息码阶段。

二、三进制编码方式的出现

马歇尔的构思提出之后陆陆续续有人提出了类似的构想并付诸了实践，但直到静电电报进入实际的试验阶段，才开始有人想到应该对字母信息进行编码以简化发送方式。当然，对于电报编码的初期探索，许多人首先还是参考了波利比乌斯的思路，把0～9十个数字去掉“量”的描述意义，只当成单纯的“指向符号”来建立数字编码与字母的一一映射，实现“用尽可能少的元素描述尽可能多的意义”。

观察电报机试验的纵向顺序过程，我们可以发现，最初对电报语言进行编码的意图是在想要提高电报信息显示效率的情况下提出来的。洛蒙德（M.Lomond）于1787年10月在巴黎演示了他的静电电报试验品。在这个作品当中，设备接收端使用通草球作为字母的信号指示标志。根据试验模型的设计，带上电荷的导线会排斥另一头连接着的通草球，通草球会发生晃动，以此“位移”来作为视觉传递信号或通过晃动敲响小铃铛产生声音传递信号。但洛蒙德比起查理·马歇尔文章中的构思，有两个显著而且重要的改进：

1.用单根传送导线替换多条字母信号线；

2.更重要的是，用数字对字母进行预先标识。

这样的改进，使得即使是今天看来很粗陋的设计，但其信号因为只能通过一根导线传递而必须进行事先的编码转换，促成了信息传播朝着“体”“用”分离的方向进展。因此这个试验，除了设备的演示意义之外，在编码的产生上，起着初始化的探索意义。

这之后对于“电”所可能产生的传播功能的探索如雨后春笋般发生着，但无论是具有典型代表意义的冯·泽墨林（S.T.von Soemmering）于1809年展示的伏打电池电报机所使用的氢气气泡语言，还是1818年弗朗西斯·罗纳兹（Francis Ronalds）设计的钟表表盘和指针显示方式，在电报语言的编写上都没有突破性进展。他们的试验更多意义上是对电理论的实际应用探索。

直到1829年希林（Baron Schilling，1786～1837）根据电线圈产生的弱磁作用对磁针吸引从而产生偏转的现象，设计了通过6对黑白键连接6根线控制6根磁针的电报在俄国圣彼得堡展示后，电报的符号传播方式才有了新的改变。希林的电报语言为磁针偏转方向组合，同时他是第一位利用了磁针“静止，︱”作为信息信号之一的科学家（这一点与莫尔斯的“火花间歇”同出一辙。），每根针有“黑，◆”“白，◇”“静止，︱”三种表达状态，“黑”“白”信号分别与六针代表的固定逻辑位置组合，而“静止，︱”虽不表达字符信息，只是表示“占用”，但对于整体编码系统却是必须的。这是第一个“六位三进制均码”，6根针一共可以表达26（即64）条信息。

后来希林进一步将这个试验简化至五针乃至单针。对于单针电报来讲，就需要将磁针的三种状态事先进行非均编码，如，“◆”“◆◆”“◆◇”“◆◆◇”等等依次类推。这种编码结构在技术史上被评价为“与后来的莫尔斯电码没有什么不同”[1]。1836年海德堡学术会议上，他向库克（William F. Cooke，1806～1879）展示过他的五针电报和电报语言试验[2]。但希林的成果并没有在当时科学界形成普遍影响，1837年突发疾病去世后，鉴于沙皇俄国的特殊政治氛围，没有人对此进行过关注。忙于应付由农奴制带来的政治危机，让它落后于当时新兴工业世界忙于资本的寻猎步伐，也锁住了它的科技创新动力。

电磁指针比静电指针信号更稳定，也更易于深入研究，因此这种方式被库克和惠斯通（Charles Wheastone，1802～1875）于1837年试验的五针电报进一步朝着实用化的方向推进：通过有选择地在2条导线上加电，从而使对应的2根指针发生偏转，不同的是它们直接指向按照统计原理排列的字母表中的字母。这种25的编码方式虽然可以产生32种编码，但最多只有20种有效组合。在进一步简化至双针电报后，其信息表达范围能够满足铁路信号传递的需要，英国大西方铁路公司于同年5月付诸了设施建设，从而促进了三进制电报语言在实际应用中的强化。

从原理上以及逻辑上看，气泡的“生”与“灭”、通草球的“动”与“止”，比起磁针的“左偏”、“右偏”和“不偏”三种方式，更具有二进制的意义，因此也就似乎更具有编码优势，但现实中气泡生灭速度及数量的控制、通草球摆动幅度和摆动时间的控制都是难以准确量化的，而磁针的偏移方式指示信号虽然也有缺点，但比较而言却容易控制得多。所以理论上的二进制优势并不能代替现实中的三进制所具有的优点。利用磁针的三种偏移信号对26个字母进行编码，是这个时期的重要成果。

三、三进制编码框架的确定

1835年左右，莫尔斯（Samuel Morse，1791～1872）的研究小组开发出一套只含三个编码要素的字母码，同时配合亨利（Joseph Henry，1797～1878）发明的电磁继电器，再加上其他人的一些重要改进，终于使得新形式的电报语言开始进入新的实际应用领域，这是电报技术史中的重要事件。在此之前，所有的电报语言只能限于特殊人群识读，因为缺乏语意断隔和语境圈定，错误就会联篇累牍。

最终确定下来只含三个编码元素的莫尔斯电码从理论上看可以当作顺序三进制编码，离今天的二进制编码还有一步之遥。但和历史上许多重大发明发现所经历的曲折过程一样，这套即使是初级形态的三进制编码也经历了一个不断修改完善的过程。

在1832年最初的设计中，莫尔斯并没有想到利用电磁的通断来作为表示信号的元素，而是试图利用通断所能产生的机械运动带动铅笔画出运动图案来表达信息。这种构思分两步：起初是用符号图案（在莫尔斯于1840年申请的专利当中，用来对数字进行编码的符号有四种，之后由于有了电键，进入实际应用的只有“点”和“划”两类）先对0～9这十个数字进行初次编码，例如锯齿形图案。锯齿图案是莫尔斯为每条数字信息的传递而制作的，是一些带不同锯齿凹槽的木条，这些木条参与发送端系统的运作。另一端通过电报接收端专门制作的机械的缓慢运动，用铅笔把发送端木条上的锯齿形状依葫芦画瓢地划出来。通电一次，画出一个锯齿状图案“∨”，代表“1”；通电两次形成两个连续锯齿状图案“∨∨”，代表“2”，依次类推（“0”是十个锯齿，但被简化成两个连续宽幅锯齿）；再用形成的数字及其组合编成字典索引，形成对字母的二次编码。

这套精心构思的编码体系一共包括九项编码内容：

1.短标记或点（·）

2.长标记或划（—，尚未规定划的具体长度）

3.长划（——，字母L的专用编码）

4.特长划（———，数字0的专用编码）

5.单组编码内部间隔（如：点式编码“2”的两个点之间的停顿，这是所有间隔的基本时长。）

6.单组编码内部长间隔（在字母C、O、R、Y、Z和符号&的编码中使用，属于信息包含项，不表示停顿）

7.字符间隔（短间隔）

8.字或词间隔（中间隔）

9.句间隔（长间隔）

1837年，经过他自己和韦尔（Alfred Vail，1807～1859）的不断研究，利用电脉冲使磁铁带磁和去磁，吸引金属片与金属接触点连接。遂意识到这种“通——断”的方式可以用来作为表示信号。通过反复实验，设计了电键（Morse Key），并由按键时间来决定闭合时间的长短，以电键制造的两类接触——短触（点，一个单位时长）和长触（划，三个单位时长）——以及由于断路造成两次接触之间的停顿（间隔，一个单位时长）为基本编码元素。这样得出来的信号稳定而且持续，易于持久操作，依此生成了“点”“划”编码的核心框架。

经过进一步细化调整之后的电机信号变得更加精确和统一。每一组点和短划的组合，就代表0～9的数字。数字组合则通过原来使用的字典索引找到对应字母。这种信号的采用使得电报的收报机端也得以彻底改观，去掉了锯齿木条，由电路开合而带动的笔在匀速前进的纸带上划出的是简单的点和划而不是相对复杂的线条图案。9月4日莫尔斯和韦尔在纽约大学公开演示由这套编码支持的发报技术的可行性。他们当时传递的信息内容是：“1837年9月4日进行了电报的成功试验。”这套编码于1838年公布在纽约大学的黑板上[3]。

后又经过反复推敲修改，两级编码体系有了重要改进——简化为单级编码。韦尔等人通过对地方报纸上出现的词汇进行的统计发现，长短接触和停顿间隔可以进一步扩大表达范围从而直接表示字母和一些特殊符号，而不仅仅限于数字编码。于是对字母按照由高频到低频排列，实施了由简到繁的点划式编码。这样，编码次数就由原来的两次减少到一次，编码元素由10个减少到了3个。由于去掉了0～9的中间数字组合编码环节，简化的编码结构极大地提高了信息传递效率，所能描述的对象数量与编码理论的极限只相差15%。

显著地实际应用效果使得这套编码连同电报机一并取得了美国国家技术专利保护，并于1843年在国会扶植下投入试验使用并在后来成为全国统一使用的标准电报电码（即是今天通常意义所说的美式莫尔斯电码）。

四、二元码的形成

作为当时高科技传播技术的象征，1848年，两名美国人威廉（William）和查理·罗宾逊（Charles Robinson）受邀访问汉堡时向在场的科学界和商业界人士展示了莫尔斯电码和电报机。负责汉堡到库克斯港之间光学电报的弗·克莱门斯·基尔克（Friedrich Clemence Gerke，1801～1888）敏锐地感受到了这种编码的突出优点和发展前景，遂改投汉堡电磁电报公司（Elektro-Magnetische Telegraph Companie）。不过他也意识到这套编码的局限，为了使这种编码能够更符合本国语言的表达需要（英文是26个字母，德语是30个）和在传输速度上更加优化，基于他丰富的电报工作经验，基尔克对其中大多数的编码方案进行了修改，放弃长划的使用，字母、数字和符号只用“·”和“-”来表示。统一所有间隔的时长为一个“·”，确定“-”是“·”的三倍时长。这样，原莫尔斯码源码经过整理只留下的六项（其中含信息表达的只有“1”“2”两项）：

1.点（·）

2.划（—）

3.单组编码内部间隔

4.字符间隔

5.字或词间隔

6.句间隔

这一变动使得莫尔斯码从多元码变成二元码，信息传递效率和表述能力明显提升。优化的编码体系首先被德奥电报联盟（Deutsch-Oesterreichischer Telegraphenverein）在铁路信号中采纳。电报编码的二元化（或二进制化）所带来的实际功用也为电报媒介实现通连和通传提供了一个前提条件。1865年德奥电报联盟和西欧电报联盟（Western Europe Telegraph Union）在巴黎召开会议，成立国际电报联盟（International Telegraph Union，ITU），会议决定将这套编码定为国际标准强制使用（即国际莫尔斯码“International Morse”或欧陆电码“Continental Morse”，原莫尔斯码限于北美有线电报使用，称美式莫尔斯码“American Morse”），从而产生了深远意义。

五、初期电报语言编码的意义

1844年5月24日，《旧约·民数记》上的名句“What hath God wrought？”由莫尔斯电码远距离瞬时传递成功，其所表现出来的技术实用度既征服了美国国会上政治实力派，继而也对美国社会产生了巨大的反响。甚至有人钻到电报机和线缆底下，想看清楚“God”和其它字母们究竟是如何通过这个设备却不用骑马就能跑到远处去的。毕竟，面对素未谋面的高科技新媒介，惯于“击鼓传花”式进行信息传播的人们一时难以接受改变既“听不到鼓”也“看不到花”的经验路线。

电报编码语言和电报机技术让信息传递实现了一次人们无法意料到的速度和方式上的深刻变革，空前的时空跨越能力同时还能确保“GOD”不会变成“DOG”。这一路径，在稍后诞生的信息理论引入新的数学工具进行定量描述后，能够准确实现“场景”转移和建构，从而一举奠定了二十世纪以后所有媒介融合的核心目标。虽然当时还没有人意识到，莫尔斯以及其他先行者们正在创建一种具有离散描述功能的新型人工语言，虽然这种语言的功能有限，仅能限于对字母、文字、数字及符号的描述，还不能达到今天二进制所能实现的图像、声音等功能，但他们自觉地使用带有统计思想的做法，以及用这些尽可能基本的描述元素序列化表达对象的做法，正是为信息“场景转移”需要的熵编码技术的出现做了最为必要的铺垫。

参考文献：

[1] （英）查尔斯·辛格等主编.辛元欧主译.技术史·第IV卷[M].上海：上海科技教育出版社，2004.

[2] T.K.Derry，Trevor I.Williams，A Short History of Technology：From the Earliest Times to A.D. 1900，Oxford University Press，1970.

[3] 王鸿贵，关锦镗主编.技术史[M].长沙：中南工业大学出版社，1988.