«Код», «кодирование», «декодирование» — услышав подобные слова, многие вспоминают шпионские фильмы. Однако, как оказалось, все это уже давно стало частью повседневной жизни, и, читая книгу или пользуясь компьютером, люди постоянно кодируют и декодируют информацию, совершенно не задумываясь об этом.
Необходимость рассматриваемых процессов
Представьте, что человек устно передает некоторые данные, становясь источником информации. Каждый, кто его услышит, получит необходимую информацию. Но что, если необходимо, чтобы компьютер «слышал» или необходимо сохранить и передать данные? Итак, требуется «обработка» речи или других носителей информации, чтобы их можно было записать или закодировать и, при необходимости, восстановить, т.е. декодировать. Поэтому были разработаны различные алгоритмы для процедур кодирования и декодирования передаваемой информации.
Основные термины и положения
Кодирование — это представление информации в форме, пригодной для обработки, хранения, передачи.
Декодирование — это обратный процесс, когда данные преобразуются обратно в человекочитаемую форму.
Код — набор договорных символов, с помощью которых информация передается по определенным правилам.
С незапамятных времен человечество решало проблемы обработки данных. Уже в первобытные времена было необходимо сообщать нашим сородичам различные сведения, например, назвать место охоты или рассказать о вторжении соседей. В ранние времена для этого использовались рисунки, жесты и звуковые сигналы, все это можно назвать «примитивным кодом». Получатель, видя знакомые жесты, понимал, что ему говорят, т.е. расшифровывал сообщение.
По мере развития общества появились языки и письменность. Можно было записывать речь с помощью алфавита. Буквы стали кодом, с помощью которого записывалась и передавалась информация. Зная алфавит, можно было прочитать текст, расшифровав его. Языки мира называются «естественными языками кодирования».
В отличие от них существуют формальные языки, которые были изобретены для облегчения их использования в различных отраслях человеческой деятельности. Математические знаки, ноты, дорожные знаки, морской алфавит — это примеры формальных языков. Написание компьютерных программ не обходится без множества языков программирования, которые также являются формальными языками.
Виды и способы кодирования
Выбор типа кодирования определяется несколькими факторами: существующими возможностями, обстоятельствами, целями и вероятностью дальнейшей обработки данных. Для передаваемой информации документа возможны три типа кодирования:
- Буквенные или символьные. К нему можно отнести все национальные алфавиты.
- Графика. Например, прогнозы погоды, топографические карты или дорожные знаки.
- Числовые. Математические формулы и вычисления, двоичный код.
Лучшие приложения для Mac OS X.
Поясним на примерах. Одной из форм кодирования является стенография. Здесь условия или обстоятельства таковы, что необходимо быстро записать речь говорящего. Поэтому используется специальный код. С его помощью стенографист может записать целое предложение, используя несколько букв или знаков. Вот один из примеров обозначения:
Для математических расчетов удобно записывать числа. Однако если целью является точное написание целого числа, то оно пишется прописными буквами. В этом случае пропущенная цифра не искажает информацию. Именно так числовое или цифровое кодирование используется при решении задач в школе. Но в бухгалтерских отчетах или банковских выписках сумма пишется буквами. Следует отметить, что одна и та же информация была написана как на естественном, так и на формальном языке. Переходы между ними также кодируются.
Если необходимо скрыть содержимое документа от посторонних глаз, используется шифрование — один из видов кодирования. Здесь метод кодирования известен только источнику и получателю данных. Расшифровать сообщение можно при наличии ключа — дополнительной части информации, используемой в алгоритме расшифровки. Этим видом шифрования занимается наука криптография.
Краткая история развития кодирования
Еще во II веке до нашей эры древнегреческий ученый Полибий использовал схему с двумя факелами для обозначения букв греческого алфавита.
В 18 веке Клод Шаппе разработал семафор, в котором каждая буква была представлена своей фигурой. Скорость передачи данных такого устройства была низкой: 2 слова в минуту.
Знаменитый телеграф и азбука Морзе. Поистине революционное изобретение 19 века. С помощью трех простых символов: точки, тире и паузы, можно было увеличить скорость и надежность кодирования. Эта система и сегодня используется для навигации.
Беспроводной телеграф или радио. В 1895 году Попов, а чуть позже в 1897 году Маркони сконструировали отдельно радиоприемник. Это позволило использовать азбуку Морзе на больших расстояниях.
В 20 веке произошел прорыв в области кодирования и декодирования информации. Беспроводной телефон, телевидение и радио, компьютеры и мобильные телефоны — все они используют кодирование и декодирование данных.
iPhone с 16 Гб памяти: пример
Кодирование и декодирование данных различного вида
Миллионы людей ежедневно пользуются компьютерами, не задумываясь о том, как вводится и читается текст. Компьютеры хранят всю информацию в цифровой, двоичной форме, где для кодирования используются только 2 символа: 0 и 1, которые называются битами. Ноль соответствует низкому напряжению, а единица — высокому. Восемь битов составляют 1 байт.
Современные технологии используют несколько типов кодирования/декодирования информации. Мы приведем пример наиболее распространенных методов кодирования и декодирования информации, которые можно считать основными, поскольку существует множество типов, например, звук, цвет, числа, видео, графика, текст и т.д.
Числа и текст
Кодирование текста осуществляется с помощью массивов ASCII и UNICODE. Здесь каждый символ и буква имеют двоичный код, представленный единицами и нулями. ASCII был изобретен раньше и содержит 256 букв и символов. Однако в связи с необходимостью кодирования национальных алфавитов была составлена расширенная таблица UNICODE. На рисунке показана таблица ASCII:
Как видно из таблицы, числа также закодированы в двоичном формате, арифметические операции с ними аналогичны десятичной системе. Конечно, полученная нотация очень громоздка, но для компьютерной инженерии она не представляет трудностей. Например, число 4 будет записано как 0110100, а число 5 — как 0110101. Число 45 будет содержать оба двоичных кода, но для вычислений оно будет преобразовано в восьмизначный двоичный код.
Графика
Для кодирования изображений используется больше байтов. Графические представления бывают растровыми и векторными.
Цифровые устройства работают на дискретных, разрозненных элементах. Поэтому при создании растрового изображения исходное изображение «разбивается» вертикальными и горизонтальными линиями на маленькие прямоугольники — пиксели. Чем больше пикселей, тем выше качество изображения.
Цвет каждого пикселя определяется тремя цветами: красным, зеленым, синим. Система RGB называется RGB, где R — красный, G — зеленый и B — синий. Смешивая основные цвета, можно получить практически любой оттенок. Количество различных цветов в пикселе выражается в двоичном коде. Чем больше битов используется для цвета, тем разнообразнее цвета и, следовательно, реалистичнее изображение.
Профиль A2DP — что это такое и зачем он используется?
Векторная графика используется в рисунках, в которых используются заранее заданные геометрические шаблоны: прямоугольник, квадрат, круг и другие. При работе с ним достаточно указать положение, размер и цвет объекта; нет необходимости указывать цвет каждого пикселя в отдельности. Векторное кодирование широко используется в издательском и полиграфическом дизайне.
Звук
Звуковая волна характеризуется двумя параметрами: амплитудой и частотой. Амплитуда относится к громкости звука, а частота — к высоте тона. Звуковые волны также разбиваются на более мелкие части и обрабатываются как таковые в цифровом канале. Каждая часть имеет свою амплитуду, выраженную в двоичном коде. Чем больше детализация, т.е. чем выше частота, на которой разлагается звуковая волна, тем лучше кодируется звук.
Во время декодирования звуковая карта «собирает» все элементы вместе и передает аналоговый звук на динамики.
Числовая информация
Как уже говорилось ранее, числа кодируются путем преобразования их в двоичные числа. Когда необходимо преобразовать дробные числа, используется 80-битное шифрование. Недостатками двоичного представления являются неудобство использования такого стека битов и замедление обработки данных. Можно преобразовать двоичную систему в шестнадцатеричную, чтобы легче работать с числами.
Модель С.Холла
Наука, изучающая структуру и функционирование знаковых систем, которые отвечают за хранение и передачу информации, называется семиотикой. В нем говорится, что когда документ декодируется, он имеет то же значение, что и при кодировании или кодировании источника. То есть, подразумевается уникальность кодирования/декодирования (сообщение имеет только одну возможную интерпретацию).
С.Холл внес поправку в это понятие:
- ‘Источники кодируют тексты, исходя из идеологических соображений, что означает, что они искажают информацию или манипулируют СМИ.
- Получатели могут не принять сообщение с тем значением, которое представлено отправителем. Это связано с сопротивлением идеологическому давлению или использованием в качестве источника оппозиции.
Таким образом, первоначальное значение может значительно отличаться от конечного значения из-за различного восприятия разными социальными группами. Получатели могут придать сообщению совершенно иное направление (показано пунктирной линией на рисунке).
