Кодирование информации

Оглавление

Введение 3

1. Способы кодирования информации. 4

2. Кодирование символьной (текстовой) информации. 5

3. Кодирование числовой информации. 6

4. Кодирование   графической информации. 8

5. Кодирование звуковой информации. 11

Заключение 13

Список источников 14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Одну и ту же информацию, например, сведения об опасности мы можем выразить разными способами: просто крикнуть; оставить предупреждающий знак (рисунок); с помощью мимики и жестов; передать сигнал «SOS» с помощью азбуки Морзе  или используя семафорную и флажковую  сигнализацию. В каждом из этих способов мы должны знать правила, по которым  можно отобразить информацию. Такое  правило назовем кодом.

Код — это набор условных обозначений (или сигналов) для записи (или  передачи) некоторых заранее определенных понятий.[5]

Кодирование информации – это процесс  формирования определенного представления  информации. В более узком смысле под термином «кодирование» часто  понимают переход от одной формы  представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.  
Обычно каждый образ при кодировании (иногда говорят — шифровке) представлении отдельным знаком.

Знак - это элемент конечного  множества отличных друг от друга  элементов.

В более узком смысле под термином "кодирование" часто понимают переход от одной формы представления  информации к другой, более удобной  для хранения, передачи или обработки. 

Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (например, звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Например, чтобы перевести  в числовую форму музыкальный  звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность  звука на определенных частотах, представляя  результаты каждого измерения в  числовой форме. С помощью программ для компьютера можно выполнить  преобразования полученной информации, например "наложить" друг на друга  звуки от разных источников. 

Аналогичным образом на компьютере можно обрабатывать текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между  набором букв и числами называется кодировкой символов. [2]

Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей  и единиц (а не десяти цифр, как  это привычно для людей). Иными  словами, компьютеры обычно работают в  двоичной системе счисления, поскольку  при этом устройства для их обработки  получаются значительно более простыми. Ввод чисел в компьютер и вывод  их для чтения человеком может  осуществляться в привычной десятичной форме, а все необходимые преобразования выполняют программы, работающие на компьютере. 

1. Способы кодирования информации.

 

Одна и та же информация может  быть представлена (закодирована) в  нескольких формах. C появлением компьютеров  возникла необходимость кодирования  всех видов информации, с которыми имеет дело и отдельный человек, и человечество в целом. Но решать задачу кодирования информации человечество начало задолго до появления компьютеров. Грандиозные достижения человечества - письменность и арифметика - есть не что иное, как система кодирования  речи и числовой информации. Информация никогда не появляется в чистом виде, она всегда как-то представлена, как-то закодирована.

Двоичное  кодирование – один из распространенных способов представления информации. В вычислительных машинах, в роботах и станках с числовым программным управлением, как правило, вся информация, с которой имеет дело устройство, кодируется в виде слов двоичного алфавита.[4]

 

2. Кодирование символьной (текстовой) информации.

 

Основная  операция, производимая над отдельными символами текста - сравнениесимволов.

При сравнении символов наиболее важными  аспектами являются уникальность кода для каждого символа и длина этого кода, а сам выбор принципа кодирования практически не имеет значения.

Для кодирования текстов используются различные таблицы перекодировки. Важно, чтобы при кодировании  и декодировании одного и того же текста использовалась одна и та же таблица.

Таблица перекодировки - таблица, содержащая упорядоченный  некоторым образом перечень кодируемых символов, в соответствии с которой  происходит преобразование символа  в его двоичный код и обратно.

Наиболее  популярные таблицы перекодировки: ДКОИ-8, ASCII, CP1251, Unicode.

Исторически сложилось, что в качестве длины кода для кодирования символов было выбрано 8 бит или 1 байт. Поэтому  чаще всего одному  символу текста, хранимому в компьютере, соответствует  один байт памяти.

Различных комбинаций из 0 и 1 при длине кода 8 бит может быть 2⁸ = 256, поэтому с помощью одной таблицы перекодировки можно закодировать не более 256 символов. При длине кода в 2 байта (16 бит) можно закодировать 65536 символов.[6]

Рис. 1 Таблица перекодировки 

3. Кодирование числовой информации.

 

Система счисления —  это знаковая система, в которой  числа записываются по определенным правилам с помощью символов некоторого алфавита, называемых цифрами.

   Все системы счисления  делятся на две большие группы: позиционные и непозиционные  системы счисления. 

В позиционных системах счисления  значение цифры зависит от ее положения  в числе, а в непозиционных  — не зависит.[8]

Сходство в кодировании числовой и текстовой информации состоит  в следующем: чтобы можно было сравнивать данные этого типа, у разных чисел (как и у разных символов) должен быть различный код. Основное отличие числовых данных от символьных заключается в том, что над числами кроме операции сравнения производятся разнообразные математические операции: сложение, умножение, извлечение корня, вычисление логарифма и пр. Правила выполнения этих операций в математике подробно разработаны для чисел, представленных в позиционной системе счисления.

Непозиционные системы счисления

Римская СС (В качестве цифр используются:I(1), V(5), X(10), L(50), C(100), D(500), M(1000))

При записи чисел  в римской СС применяется правило : каждый меньший  знак, поставленный слева от большего, вычитается из него, в остальных  случаях – знаки складываются

MCMXCVIII = 1000+(1000-100)+(100-10)+5+1+1+1 = 1998

 

 

 

 

 

Позиционные системы счисления 

Основной системой счисления для  представления чисел в компьютере является двоичная позиционная система  счисления.

Система счисления	Основание	Алфавит цифр
Десятичная	10	0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
Двоичная	2	0, 1
Восьмеричная	8	0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
Шестнадцатеричная	16	0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

Рис. 2 Системы счисления

 

Отличие позиционной системы счисления  от непозиционной

 

 В позиционных системах счисления  значение цифры зависит от  местонахождения в записи числа.  Например, в числе 12 цифра 1 означает  десять, а в числе 122 — сотню.  В непозиционных системах счисления,  где бы цифра не находилась, она имеет одно и то же  значение. Например, в римской системе  счисления IV и XI цифра I означает  единицу. 

4. Кодирование   графической информации.

 

Важным этапом кодирования графического изображения является разбиение  его на дискретные элементы (дискретизация).

Изменение числа точек изображения  называется дискретизацией. Эта операция очевидным образом влияет на размеры экранной версии изображения, которая на мониторе с неизменными характеристиками становится больше или меньше, в зависимости от заданных значений.

Графический объект в компьютере может  быть представлен как растровое  или векторное изображение. От этого  зависит и способ кодирования  Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей), полученных в результате дискретизации  изображения в соответствии с  матричным принципом.

Матричный принцип кодирования  графических изображений заключается  в том, что изображение разбивается  на заданное количество строк и столбцов. Затем каждый элемент полученной сетки кодируется по выбранному правилу.

Pixel (pictureelement - элемент рисунка) - минимальная  единица изображения, цвет и  яркость которой можно задать  независимо от остального изображения.

В соответствии с матричным принципом  строятся изображения, выводимые на принтер, отображаемые  на экране дисплея, получаемые с помощью сканера.

Качество изображения будет  тем выше, чем "плотнее" расположены  пиксели, то есть чем больше разрешающая  способность устройства, и чем  точнее закодирован цвет каждого  из них.

Объем растрового изображения равен  произведению количества точек на информационный объем одной точки, который зависит  от количества возможных цветов. Для  черно-белого изображения информационный объем точки равен 1 биту, т.к. она  может быть либо белой, либо черной, что можно закодировать двумя  цифрами 0 и 1. Рассмотрим, сколько потребуется  бит для изображе-ния точки: 8 цветов - 3 бита (8 = 23); для 16 цветов - 4 бита (16 = 24); для 256 цветов - 8 битов (1 байт). Различные  цвета получаются из трех основных - красного, зеленого и синего. [9]

 

Рис. 3 Растровое изображение

Векторные изображения состоят  из математически заданных линий (векторов), кривых и геометрических фигур. В  основе изображения лежит векторный  каркас.  Такие изображения не искажаются при масштабировании - их можно увеличивать или уменьшать  почти до бесконечности. Еще одним  из достоинств векторных изображений  является небольшой размер файла, зачастую изображение размером 5х10 метров может "весить" всего 100-200 кб. Для редактирования векторных изображений используют векторные редакторы, такие как Corel Draw, Adobe Illustrator, FreeHand.

Рис. 4 Векторное изображение

 

Преимущества  векторного способа описания графики  над растровой графикой

 

• Размер, занимаемый описательной частью, не зависит  от реальной величины объекта, что позволяет, используя минимальное количество информации, описать сколько угодно большой объект файлом минимального размера.
• В связи с тем, что информация об объекте хранится в описательной форме, можно бесконечно увеличить графический примитив, например, дугу окружности, и она останется гладкой. С другой стороны, если кривая представлена в виде ломаной линии, увеличение покажет, что она на самом деле не кривая.
• Параметры объектов хранятся и могут быть легко изменены. Также это означает что перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т. д. не ухудшает качества рисунка. Более того, обычно указывают размеры в аппаратно-независимых единицах (англ. device-independent unit), которые ведут к наилучшей возможной растеризации на растровых устройствах.
• При увеличении или уменьшении объектов толщина линий может быть задана постоянной величиной, независимо от реального контура.

 

Фундаментальные недостатки векторной графики

 

• Не  каждый объект может быть легко изображен  в векторном виде — для подобного  оригинальному изображению может  потребоваться очень большое  количество объектов с высокой сложностью, что негативно влияет на количество памяти, занимаемой изображением, и  на время для его отображения (отрисовки).
• Перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обратного пути, как правило, нет — трассировка растра, при том что требует значительных вычислительных мощностей и времени, не всегда обеспечивает высокое качество векторного рисунка.
• Преимущество векторной картинки — масштабируемость — пропадает, когда начинаем иметь дело с особо малыми разрешениями графики (например, иконки 32×32 или 16×16). Чтобы не было «грязи», картинку под такие разрешения приходится подгонять вручную. 
  

5. Кодирование звуковой информации.

 

Аналоговая  и цифровая информация

Физически звук представляет собой  волновые колебания давления в той  или иной среде. Каковы бы ни были физические характеристики колебаний, в данном случае важно то, что звук представляет собой нечто неделимое на части (непрерывное), пробегающее в пространстве и времени. Чтобы записать звук на какой-нибудь носитель можно соотнести  его уровень (силу) с какой-нибудь измеряемой характеристикой этого  носителя. Так, например, степень намагниченности  магнитной ленты в различных  ее местах зависит от особенностей звука, который на нее записывался. Намагниченность может непрерывно изменяться на протяжении ленты, подобно  тому, как параметры звука могут  меняться в воздухе. Т.е. магнитная  лента прекрасно справляется  с задачей хранения звука. И хранит его в так называемой аналоговой форме, когда значения изменяются непрерывно (плавно), что близко к естественному  звуку.

Но как хранить звук на компьютере. Здесь любая информация представлена в цифровой форме. Данные должны быть представлены числами, а, следовательно, информация в компьютере дискретна (разделена). Для того, чтобы записать звук на цифровой носитель информации (например, жесткий диск), его подвергают так называемой оцифровке, механизм которой заключается в измерении  параметров звука через определенные промежутки времени (очень малые).

 

Дискретизация и квантование

При преобразовании звуковой информации в цифровую форму ее подвергают дискретизации  и квантованию. Дискретизация заключается  в замерах величины аналогового  сигнала огромное множество раз  в секунду. Полученной величине аналогового  сигнала сопоставляется определенное значение из заранее выделенного  диапазона: 256 (8 бит) или 65536 (16 бит). Привидение в соответствие уровня сигнала определенной величине диапазона и есть квантование.

Понятно, что как бы часто мы не проводили измерения, все равно  часть информации будет теряться. Однако и понятно, что чем чаще мы проводим замеры, тем точнее будет  соответствовать цифровой звук своему аналоговому оригиналу.

Также, чем больше бит отведено под кодирование уровня сигнала (квантование), тем точнее соответствие.

С другой стороны, звук хорошего качества будет содержать больше данных и, следовательно, больше занимать места  на цифровом носителе информации.

В качестве примера можно привести такие расчеты. Для записи качественной музыки аналоговый звуковой сигнал измеряют более 44 000 раз в секунду и квантуют 2 байтами (16 бит дает диапазон из 65536 значений). Т.е. за одну секунду записывается 88 000 байт информации. Это равно (88 000 / 1024) примерно 86 Кбайт. Минута обойдется  уже в 5168 Кбайт (86*60), что немного  больше 5 Мб.[10]

Рис. 5 Звуковая информация

 

 

 

Заключение

Представление информации происходит в различных формах в  процессе восприятия окружающей среды  живыми организмами и человеком, в процессах обмена информацией  между человеком и человеком, человеком и компьютером, компьютером  и компьютером и так далее. Преобразование информации из одной  формы представления (знаковой системы) в другую называется кодированием.

Средством кодирования  служит таблица соответствия знаковых систем, которая устанавливает взаимно  однозначное соответствие между  знаками или группами знаков двух различных знаковых систем. В дальнейшем будет приведена такая таблица, которая устанавливает соответствие между графическими изображениями  знаков алфавита и их компьютерными  кодами.

В процессе обмена информацией  часто приходится производить операции кодирования и декодирования  информации. При вводе знака алфавита в компьютер путем нажатия  соответствующей клавиши на клавиатуре происходит кодирование знака, то есть преобразование его в компьютерный код. При выводе знака на экран  монитора или принтер происходит обратный процесс - декодирование, когда  из компьютерного кода знак преобразуется  в его графическое изображение. 

Список источников

1. Рябко, Б. Я. Основы современной криптографии для специалистов по информационным технологиям / Б. Я. Рябко, А. Н. Фионов. –  М.: Науч. мир, 2004.
2. Введение в криптографию. Новые мат. дисциплины: [учебник] / [В. В. Ященко, Н. П. Варновский, Ю. В. Нестеренко и др.]; под ред. В. В. Ященко. – СПб.: МЦНМО: Питер, 2001.
3. Бабаш, А. В. Криптография / Бабаш А. В., Шанкин Г. П.; под ред. В. П. Шерсюка, Э. А. Применко. - М.: Солон – Пресс, 2007.
4. Открытый класс [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.openclass.ru/(дата обращения 15.11.2012)
5. Кодирование информации [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Кодирование_информации(дата обращения 15.11.2012)
6. Способы кодирования информации [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.likt.ru/sposoby-kodirovaniya-informacii-2/(дата обращения 15.11.2012)
7. Кодирование текстовой информации [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://marklv.narod.ru/book/codir.htm(дата обращения 15.11.2012)
8. Кодирование числовой информации [Электронный ресурс] – режим доступа: http://academy.cross-kpk.ru/bank/2/003/HTML/d4_3.htm(дата обращения 15.11.2012)
9. Кодирование графической информации[Электронный ресурс] – режим доступа: http://informatikaiikt.narod.ru/predstavlenieinform4.html(дата обращения 15.11.2012)
10. Кодирование звуковой информации [Электронный ресурс] – режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Кодирование_звуковой_информации(дата обращения 15.11.2012)