где используется кодирование информации

Кодирование информации

Обычно в процессе кодирования информация преобразуется из формы, удобной для непосредственного использования, в форму, удобную для передачи, хранения или автоматической обработки. В более узком смысле кодированием информации называют представление информации в виде кода. Средством кодирования служит таблица соответствия знаковых систем, которая устанавливает взаимно однозначное соответствие между знаками или группами знаков двух различных знаковых систем.

Содержание

Код [ править ]

Виды кодов [ править ]

Все вышеперечисленные коды являются однозначно декодируемыми — для такого кода любое слово, составленное из кодовых слов, можно декодировать только единственным способом.

Примеры кодов [ править ]

Однозначно декодируемый код [ править ]

Пусть есть код заданный следующей кодовой таблицей:

[math]a_1 \rightarrow b_1[/math]

[math]a_2 \rightarrow b_2[/math]

[math]a_k \rightarrow b_k[/math]

Код является однозначно декодируемым, только тогда, когда для любых строк, составленных из кодовых слов, вида:

Всегда выполняются равенства:

Заметим, что если среди кодовых слов будут одинаковые, то однозначно декодировать этот код мы уже не сможем.

Префиксный код [ править ]

Предпочтение префиксным кодам отдается из-за того, что они упрощают декодирование. Поскольку никакое кодовое слово не выступает в роли префикса другого, кодовое слово, с которого начинается файл, определяется однозначно, как и все последующие кодовые слова.

Пример кодирования [ править ]

Закодируем строку [math]abacaba[/math] :

Такой код можно однозначно разбить на слова:

[math]00\ 01\ 00\ 1\ 00\ 01\ 00[/math]

Преимущества префиксных кодов [ править ]

Недостатки префиксных кодов [ править ]

Пример неудачного декодирования [ править ]

Предположим, что последовательность [math]abacaba[/math] из примера передалась неверно и стала:

[math]c^<**>(abacaba) = 0001001\ 1\ 00100[/math]

Разобьем ее согласно словарю:

[math] 00\ 01\ 00\ 1\ 1\ 00\ 1\ 00[/math]

[math]a\quad b\quad a\ c\ c\quad a\ c\ a[/math]

Полученная строка совпадает только в битах, которые находились до ошибочного, поэтому декодирование неравномерного кода, содержащего ошибки, может дать абсолютно неверные результаты.

Не префиксный однозначно декодируемый код [ править ]

Как уже было сказано, префиксный код всегда однозначно декодируем. Обратное в общем случае неверно:

Мы можем ее однозначно декодировать, так как знаем, что слева от двойки и справа от тройки всегда стоит единица.

После декодирования получаем: [math]abbca[/math]

Источник

Кодирование информации — основные виды и способы

Персональные компьютеры предназначены для воспроизведения видеофильмов и музыки, организации речевых конференций, обработки графических изображений, арифметических подсчётов. Для предоставления данных в альтернативном варианте проводится кодирование информации путём составления специальной модели явления либо объекта. Процесс осуществляется с помощью специальных символов.

Трактовка понятий

Человеческие мысли выражаются в виде текста, который состоит из слов. Подобное представление информации называется алфавитным, так как основа языка — алфавит. Он считается конечным набором различных знаков любой природы. Их используют для составления сообщений.

Запись 251299 может нести следующие смысловые нагрузки:

Чтобы зашифровать данные, необходимо знать правила записи кодов (условные обозначения информации). Понятие кодирование связано с преобразованием сообщений в комбинацию символов с учётом кодов. При общении люди используют русский либо другой национальный язык. В процессе код передаётся звуками, а при письме с помощью букв. У водителей обработка информации осуществляется сигналами, оптикой.

Восприятие сигналов светофора — основная цель, для чего нужна процедура кодирования передаваемой информации при переходе через дорогу. В этом случае зашифровка сводится к применению совокупности символов по правилам дорожного движения. В различных отраслях культуры, науки, техники разработаны специфические формы записи данных:

В школе рассматриваемая тема изучается в 5 классе. К основным способам кодирования информации в информатике относятся: числовой, символьный (текстовый), графический. В первом случае используются числа, во втором — символы того алфавита, что и первоначальный текст, в третьем — картинки, рисунки, значки.

Двоичная методика

В процессе развития технологий учёные разработали несколько способов и видов кодирования информации. В конце XIX века американец Морзе Сэмюель разработал уникальную систему шифрования. В её основе находятся 3 символа:

Последний знак применяется для равномерного разделения букв. В вычислительных технологиях применяется система двоичного кодирования (ДК): 0 и 1. На английском языке используется выражение binary digit либо сокращённо bit (бит).

Через 1 бит можно выразить:

Если число битов увеличивается до двух, тогда выражаются в таблице 4 разных понятия: 00 01 10 11. Чтобы понимать кодирование целых чисел (ЦЧ), потребуется ознакомиться с ДК. Полученные результаты помещаются в ячейки. Для определения знака «плюс» применяется нуль, а для «минуса» — единица.

Чтобы зашифровать действительные числа, изучается специальный формат, в котором предусмотрена плавающая запятая. Для предметного опознания проводится декодирование. Процесс совершается индивидом с учётом анализа полученной информации.

Текстовое значение

Чтобы разобраться в теме кодирования текста, потребуется сопоставить буквам порядковые номера. Можно править процессом хранения двоичного кода одного знака 1 байтом либо 8 битами. Так как значение бита равняется 1 либо 0, тогда количество возможных сочетаний в байте равняется 256, что достаточно для зашифровки текста, графических символов, цифр.

Смысл кодирования: одному символу принадлежит код в пределах 0−255 либо двоичный код от 00000000 до 11111111. На примере человек различает символы с учётом их начертания, а вычислительная техника — кода. В мировой практике для кодирования текста при помощи байтов используются разные стандарты. Первоосновной считается стандарт ASCII. Он разработан Национальным институтом ANSI. Система основана на 2-х таблицах шифрования:

Знаки в пределах 0−32 соответствуют операциям, а 33−127 — символам из латинского алфавита, знакам препинания и арифметики. Для национальной кодировки применяются показатели 128−255. За всю историю существования русского языка использовались следующие кодовые таблицы:

Текст, зашифрованный по одной системе, может неверно поясняться в другой.

Растровое изображение

Графические данные на мониторе представляются в качестве растрового изображения. Для его формирования применяется конкретное количество строк из пикселей (точек). Для каждого пикселя характерен знаковый код, в котором хранится информация об оттенке пикселя.

Чтобы получить чёрно-белое фото, требуется 2 состояния: чёрный (0) и белый (1). Так как для восстановления полной картинки используется несколько красок, поэтому одного бита на пиксель недостаточно. Для передачи фото из 4-х оттенков, понадобится 2 бита на 1 пиксель.

Формирование цветного изображения на мониторе осуществляется путём смешивания 3-х основных цветов: синего, красного и зелёного. Из этих оттенков получается 8 комбинаций. Кодировка изображения из восьми цветов проводится с помощью трёх битов памяти на 1 пиксель. Чтобы получить разноцветную картинку, увеличивается число нужных вариантов сочетаний оттенков.

Для палитры из 16 цветов понадобится 4-разрядная кодировка пикселя. На три бита базовых оттенков приходится 1 бит интенсивности. Он отвечает за яркость всех цветов одновременно. Для определения объёма растрового изображения потребуется умножить число точек на аналогичный показатель, характерный для одной точки.

Чтобы представить графическую информацию, применяется векторное изображение. Оно представлено в виде соответствующего объекта, состоящего из стандартных отрезков и дуг. Их положение определяется путём нахождения координат точек, длины радиуса. У каждой линии есть свой тип:

Чтобы закодировать данные о векторной картинке, применяются обычные буквенно-цифровые символы и специальные программы. Качество фото определяется разрешением монитора: количество точек, из которых получается картинка. Чем выше показатель, тем больше количество точек в строке, тем лучше качество фото.

Звуки и их разрядность

C 90-х годов компьютеры работают со звуковой информацией. В каждой вычислительной машине предусмотрена звуковая плата, колонки, микрофон. С их помощью производится запись, сохраняются и воспроизводятся звуки — волны с определённой частотой и амплитудой. Чем больше последний показатель, тем он громче для человеческого восприятия. Чем будет больше частота, тем выше тон.

Современное программное обеспечение для компьютеров преобразовывает звуковые сигналы в последовательность электроимпульсов. Для шифровки последних явлений используются двоичная форма и аудиоадаптер либо звуковая плата. Устройство подключается к компьютеру с целью преобразования электроколебаний звуковой частоты в двоичный код. Процесс наблюдается при вводе звуков и обратном их преобразовании.

В задачи аудиоадаптера входят:

Качество звука определяется следующими понятиями: дискретизация и разрядность. Первый термин связан с количеством измерений входящих сигналов за одну секунду. Показатель измеряется в герцах (Гц). Для одного измерения за секунду характерна частота в 1 Гц. Под разрядностью подразумевается число бит в регистре звуковой платы. Величина определяет точность измерения входящих сигналов.

Чем она выше, тем меньше погрешность отдельных преобразований величины электросигнала в число и обратно. Для разрядности равной 8 получается 256 разных значений. Аудиоадаптер, в котором предусмотрено 16 разрядов, лучше кодирует и воспроизводит звуки, чем 8-разрядный аналог. Чтобы закодировать файл со звуковой информацией, используется числовая двоичная форма.

Машинные команды

В вычислительных машинах, включая компьютеры, предусмотрена программа для управления их работой. Все команды кодируются в определённой последовательности с помощью нулей и единиц. Подобные действия называются машинными командами (МК). Они содержат в себе некоторую информацию:

У каждого процессора МК со стандартным форматом и строгой фиксированной длиной сама команда состоит из адреса и кода операции. Последний показатель описывает действия процессора. По адресной части определяется, где была произведена операция. С учётом её структуры она классифицируется на моно- и мультиадресные части. Длина кода зависит от числа действий, которые входят в систему компьютера.

Источник

Кодирование и декодирование информации – история развития, для чего нужно и где используется

Рассмотрим детальнее, что такое кодирование сообщений, а также декодирование информации.

Для передачи информации люди используют естественные языки.

В повседневной жизни мы общаемся с помощью неформальной речи, а в деловой сфере используем формальный язык.

Сегодня для передачи и отображения информации мы используем вычислительную технику, которая «не понимает» наш язык без специальных операций – кодирования и декодирования.

Рассмотрим эти понятия детальнее, а также все виды и наглядные примеры кодирования/декодирования.

Базовые понятия

Прежде чем разобраться с основами процедуры кодирования, следует ознакомиться с несколькими простейшими понятиями.

К примеру, компьютер, смартфон, ноутбук и любые другие компьютерные устройства работают с двоичным кодом.

В компьютерной технике кодирование происходит, когда пользователь вводит любую информацию в систему – создает файлы, печатает текст и так далее.

Для понимания обычных букв кириллицы или латиницы они превращаются в набор нолей и единиц.

Чтобы отобразиться на экране компьютера, система проводит декодирование числовой последовательности и выводит результат на экран.

Все эти действия выполняются за тысячные доли секунды.

История развития кодирования

Телеграф Шаппа

Первым техническим средством кодирования данных был созданный в 1792 году телеграф Шаппа.

Устройство передавало оптическую информацию в простейшем виде с помощью специальной таблицы кодов, в которой каждой букве латинского алфавита соответствовала одна фигура.

В результате, телеграф мог отобразить и передать набор фигур.

Скорость передачи таких сообщений составляла всего два слова в минуту.

Телеграф Морзе

Созданный в 1837 году телеграф Морзе стал революционном устройством кодирования/декодирования информации.

Принцип кодирования заключался в преобразовании любого сообщения в три символа алфавита:

Подобная связь используется по сей день в мореходной сфере для мгновенной передачи сообщений между суднами.

Радиоприёмник

В 1899 году А. Попов создал первый в мире беспроводной телеграф или радиоприемник.

Принцип его работы заключался в кодировании электрических сигналов азбукой Морзе и её дальнейшей передаче на длительные расстояния.

Позже был изобретен телеграф Бодо, который решал проблему неравномерности кода и сложность декодирования.

Читайте также:

Современные способы кодирования данных

Для перевода информации в код могут быть использованы разные способы и алгоритмы кодирования.

Использование каждого из методов зависит от среды, цели и условий создания кода.

С разными алгоритмами кодирования мы сталкиваемся в повседневной жизни:

Полезная информация:

Обратите внимание на программу Hex Editor. Это утилита, выступающая в качестве шестнадцатеричного редактора. Осуществляет поддержку работы с файлами, которые хранятся на жестком диске и оперативной памяти.

Двоичное кодирование и другие числовые системы

Самый простой и распространенный способ кодирования – это представление информации в двоичном (бинарном) коде.

С его помощью работают все компьютеры и вычислительные системы.

Компьютер может выполнять сверхбыстрые вычисления с помощью только двух условий – наличия тока и его напряжение.

С помощью единиц передается высокое напряжение, а с помощью нолей – низкое.

Для перевода привычных нам слов, цифр и символов в десятичное представление следует использовать специальные таблицы конверсии.

На рисунке ниже изображена таблица для цифровой и символьной раскладки, а также для букв латиницы.

К примеру, в результате перевода фразы «Hello, how are you?» получим последовательность «10010001000101100110010011001001111010110001000001001000100111110101110100001000001101001010001010100000101100110011111010101».

Чтобы выполнить декодирование информации, необходимо разделить бинарный код на части, каждая из которых равна семи ячейкам:

Также, в теории кодирования можно встретить не только двоичную систему, но и троичную, четвертую, пятую, шестую…шестнадцатеричную и другие системы.

Шестнадцатеричная система исчисления используется в языках программирования низкого уровня.

Таким образом, удаётся добиться более быстрого выполнения кода центральным процессором. Примером такого языка является машинный код ассемблер.

Так шестнадцатеричная система декодируется в двоичную.

Рис.3 – пример декодирования зыков программирования разных уровней

Также, шестнадцатеричная система используется в создании программной документации, так намного проще записывать байты.

Для обозначения одного байта требуется только две шестнадцатеричные цифры, а не восемь, как в двоичной системе.

Онлайн-кодировщики

Для быстрого преобразования любого текста в набор символов бинарной или других систем исчисления удобнее использовать автоматические кодировщики.

Также, они могут декодировать текст, самостоятельно определяя, какую систему использовал пользователь для кодировки.

Рис.4 — Сервис DecodeIT

Кодирование символов

Для кодирования символов используются различные стандарты, среди которых Юникод, ASCII, UTF-8 и другие.

Зачем нужна кодировка символов?

Любые символы на экране компьютера или смартфона отображаются за счет двух вещей:

Знаки – это шрифты, которые поддерживаются устройством. В ОС Windows они находятся в окне Панель управления (директория «Шрифты»).

С помощью этой папки вы можете добавлять или удалять существующие представления символов.

Таким образом, на экране появляется буква и текст.

За установку шрифтов отвечает операционная система вашего компьютера, а за кодировку текста – программы, в которых вы набираете или просматриваете текстовые данные.

Разбирая код, приложение обрабатывает кодировку знака и ищет его соответствие в поддерживаемом для этого же документа шрифте.

Если соответствие не найдено, вместо текста вы увидите набор непонятных символов.

Рис.5 – пример ошибки кодирования символов в Блокноте Windows

Чтобы символы кириллицы и латиницы открывались без проблем в большинстве программ, было предложено ввести стандарты кодирования.

Один из наиболее популярных – это Юникод (или Unicode).

Он поддерживается практически всеми существующими шрифтами и программным обеспечением.

Также, широко используются технологии UTF-8, ASCII.

Для этого достаточно зайти в настройки текстового редактора и сохранить файл с кодировкой Юникод или другими популярными форматами кодирования.

Затем откройте файл заново, текст должен отображаться в нормальном режиме.

Рис.6 – декодирование текста в редакторе

Читайте также:

Шифрование

Часто возникает необходимость не только закодировать информацию, но и скрыть её содержимое от посторонних.

Для таких целей используется шифрование.

Простыми словами, шифрование – это кодирование информации, но не с целью её корректного представления на экране компьютера, а с целью сокрытия данных от тех, кому не положено получать доступ к шифрованной информации.

Алфавит шифрования состоит из двух элементов:

Дешифрование – это обратный процесс к защитному кодированию, который подразумевает превращение данных в первоначальный вид с помощью известного ключа.

Криптография – это наука о шифровании данных. Всего различают два раздела криптографии:

Где используется криптография?

Кодирование информации с целью шифрования используется уже более трех тысяч лет.

Истории известны первые попытки шифрованной передачи сообщений между известными полководцами царями и просто высокопоставленными людьми.

Также, шифрованное кодирование используется в обычных социальных сетях, мессенджерах.

К примеру, Telegram – мессенджер, главной особенностью которого является кодирование сообщений пользователей таким образом, чтобы никто посторонний не смог взломать переписку.

Также, алгоритмы шифрования встроены во все операционные системы, облачные хранилища.

Они нужны для защиты ваших личных данных.

Рис.7 – принцип работы защищенного соединения

Стеганография

Он схож с упомянутой выше криптографией, но если основной целью криптографии является защита секретной информации, то стеганография отвечает за сокрытие самого факта о том, что существуют какие-либо защищаемые данные.

Процедура стенографического кодирования подразумевает встраивание сообщения в картинки, музыкальные файлы, видео и так далее.

Каждая буква секретного сообщения кодируется в бинарную форму, затем она заменяет один из пикселей.

Таким образом, можно закодировать даже большие сообщения без какого-либо визуального изменения фотографии, так как на современных гаджетах не видны отдельные пиксели картинки.

Аналогичным образом происходит кодирование звука в музыку, каждой частоте присваивается определенная буква.

Декодировать стенографическую информацию можно только с помощью специальных утилит, которые и зашифровали сообщение или путем взлома.

Достаточно сопоставить картинку до и после встраивания секретного текста, количество пикселей будет отличаться.

Затем используется специальное ПО для перебора и расшифровки каждого пикселя и воссоздания сообщения.

Читайте также:

Кодирование информации используется сотни лет для удобной передачи данных между устройствами.

С развитием технологий и переносом банковской сферы в техническую среду появилась необходимость в использовании алгоритмов кодирования, которые бы шифровали информацию, сохраняя её от несанкционированного доступа.

Сегодня без технологий кодирования данных невозможна работа ни одного компьютера, смартфона, сайта или банковского счета.

Тематические видеоролики:

Богдан Вязовский

«Мы живем в обществе, где технологии являются очень важной частью бизнеса, нашей повседневной жизни. И все технологии начинаются с искр в чьей-то голове. Идея чего-то, чего раньше не существовало, но однажды будет изобретено, может изменить все. И эта деятельность, как правило, не очень хорошо поддерживается»

Источник