详解摩尔斯电码（Morse Code）编码技术

目前，能找到的最古老的系统化字符编码，似乎就是摩尔斯电码了（Morse code），我们今天就来探寻一番。

许多人对摩尔斯电码最深刻的记忆，都来自同一部电影：《无间道》。

在《无间道》三部曲中，多次出现摩尔斯电码的身影：

• 陈永仁逃跑时敲击墙壁，在天台山敲击自己的胳膊，交易时通过窃听器传输摩尔斯电码报信；
• 警局卧底的档案密码是摩尔斯电码；
• 最后刘建明在轮椅上敲出了 HEL ...，却没人知道最后一位字母是什么

以上这些都是大家津津乐道的情节，可以说，摩尔斯电码几乎成为了谍战类影视剧的标配。

那么，就先从它开始探索吧。

摩尔斯电码

编码表

摩尔斯电码的一个特点就是所有的字母并不是等长的，我们可以从它的编码表中直观的看到。

其实换一种方式来看这张编码表，会更好理解，因为这其实就是一棵霍夫曼树（Huffman Tree）。

这里使用霍夫曼树的原因也很简单，英文字符在日常使用中是有频率差异的，这棵树大致就是按照这个频率进行构建。

与常见的霍夫曼编码略有不同的是，常见的霍夫曼编码只有叶子节点才会分配给字符，而摩尔斯电码非叶子节点也被分配了字符，也就是说，摩尔斯电码并不是前缀编码，这也间接导致了接下来我们要讨论的结构问题。

结构组成

首先，我们问一个问题：摩尔斯电码，只包含点和中横线吗？

如果不仔细翻看资料，可能大部分人会认为摩尔斯电码是由 · 和 - 组成的，也就是我们常说的点和中横线，也可以写作 dot 和 dash。

• 点 / dot / · / 滴 / di
• 划 / dash / - / 嗒 / dah

但是实际上，无论从什么角度来考虑，摩尔斯电码都不止包含点和中横线这两个元素。

先来简单测试一下，如果我们只使用 · 和 - 来编码 hello world 会怎样：

这好像和我们经常见到的不一样，难道不应该是这样的么？

另一个角度，我们知道 - 实际上是三倍长度的 ·。

那么，假如我发送了 ...，我要发送的是 S 呢？还是 EEE 呢？还是 T 呢？

隐藏的分隔符

此时我们似乎发现了一个隐藏的字符，那就是空格，或者叫分隔符。

我们都知道，使用摩尔斯电码发送电报的时候需要使用「电键」，而电键的基础原理其实就是控制电路在「通」「断」两种状态间切换，通过按下时长的长短来区分「点」「中横线」。

也就是说，点与点之间，字符与字符之前，其实是通过间隔来进行分隔的。

我们假定一个点的时长为一个单位长度 T，那么中横线的时长就是 3T。

同一个字符内部的点及中横线间的间隔也是 T，字符间的间隔是 3T，而单词间的间隔则是 7T。

此处我们选择两个字符 O 和 R 作为示意，在发报的过程中，电路的通断情况其实是下面这样的：

这样，我们就可以用简单的通、断来表示出摩尔斯电码了。

原来是二进制

其实看到上面的示意图就会发现，其实电路状态的通断，完全可以理解为二进制的 1 和 0，而摩尔斯电码的基本组成结构，也可以理解为只有通和断 2 种状态。

当然，我们也可以理解按常见的方式去理解它的结构，只是这下我们知道它背后的底层内容了。

• 点 (1)
• 划 (111)
• 分隔符
  
  • 点划分隔 (0)
  • 字符分隔 (000)
  • 单词分隔 (0000000)

可以看到，其实 OR 的摩尔斯编码，其实也可以用二进制 1 和 0 来进行表示：

OR => 010111010001011101010

其实换一个角度也很容易想明白，基于电路通断的摩尔斯电码，不论上层怎么定义，都不可能绕开底层只有两种状态这件事。

传输效率

从上面的示意图中，其实我们还能发现另一个问题，摩尔斯电码的效率并不高。

发送 OR 两个字符，总共用了 21T 的时长，操作手按下电键 7 次，这个效率用作信息传递不免让人觉得有些焦躁。

于是，就有了各种提升摩尔斯电码效率的操作。

信息压缩

需要说明的是，需要被压缩的并不是摩尔斯电码，而是英文单词。

正如许多人使用 tks 来代指 thanks ，BTW 来代指 by the way 一样，英文世界里也存在着大量的对常用词汇的缩写。一百多年前的前辈们，也是对它进行了充分的利用。

这些缩写分为两类：

• 一类是简单的拼接字符，形成短词，相当于单词缩写。
• 另一类则是直接造了新的字符出来，称为特殊符号（统一符号）。

1、单词缩写

单词缩写的例子非常多，这里简单列举一小部分。

可以看到，这些词汇大部分都是首字母缩写，许多缩写后面也有了更广泛的用法。

2、特殊符号

特殊符号的主要特点在于各个原本的字符之间，是不存在字符间隔的，符号整体相当于一个字符。

可以看到的是，K、T、R 等单个字符，也直接被赋予了特殊涵义。

通过以上这些缩写和特殊符号，就可以将一次沟通所需的字符尽可能压缩了，例如维基百科上所列出的这个示例：

s1：

CQ CQ CQ DE s1 K
呼叫任何人（CQ），這是（DE）s1，結束（K）。

s2：

s1 DE s2 K
呼叫s1，這是s2，結束。

（現在兩個電台就建立通訊連接了）

s1：

SK
再見。

s2：

SK
再見。

可以看到，对话双方，仅用 30 个字符就完成了一次对话的建立和结束，这极大的提升了使用摩尔斯电码沟通的效率。

电键改造

除了尽可能的压缩要发送的信息，提升发报员的手速自然也是一个重要的方向。

但是好马也要配好鞍，发报员离不开的电键也需要好好花功夫进行升级。

手动电键

传统的手动电键的原理非常简单，触点 + 弹簧，发报员通过按下或松开触点的动作来完成发报。

这个过程完全手动完成，发报员的按键频率，直接决定了发报的速率。

臭虫电键

臭虫电键也叫快键，也就是机械半自动电键。

之所以叫它半自动，是因为它实现了「点」的自动发送：

• 将按键向右拨，会发出「点」，一直按住不放，会按相应的频率一直发送「点」直到松手
• 将按键向左拨，会发出「中横线」，但是此处不具备按住一直发送的功能

即便只是半自动，臭虫电键也已经节约了不少时间。

单杆电子键

单杆电子键其实就是全自动版的臭虫电键，它不止可以通过长时间向右按键发出连续的「点」，长时间向左按键也可以发出连续的「中横线」，这下子就算完整的自动化了。

双杆电子键

双杆电子键乍一看好像和单杆的没什么区别，也是左桨「点」，右桨「中横线」，其实它还加入了第三种重要的自动功能：挤压双桨，就会自动发送「点」和「中横线」间隔的序列，这对于特定的字母和符号非常有效。

总结

从现在的角度来看，摩尔斯电码存在许多问题，性能差，长度不统一等等。

但更需要看到的是，它的许多优秀之处：

• 使用「点」「中横线」对底层的 0 和 1 进行包装，更易于被人理解。
• 使用霍夫曼树、缩写词等方式，尽可能减小数据体长度，节约带宽。
• 改进辅助工具，提升工作效率。

同时，也需要认识到一个重要的误区：编码的组成结构，未必就是表面上看到的那样。

最后，这里有一张摩尔斯电码助记图，想要学习的可以参考一下：

感谢阅读，希望本文对你理解摩尔斯电码有一定对帮助。