Кодирование информации

Кодирование информации

 

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

 

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.

 

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.

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.

 

Кодирование символьной (текстовой) информации.

 

Основная операция, производимая над  отдельными символами текста - сравнение  символов.

 

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.

 

Кодирование числовой информации.

 

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.

 

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

 

Кодирование текстовой информации

 

В настоящее время, большая часть  пользователей, при помощи компьютера обрабатывает текстовую информацию, которая состоит из символов: букв, цифр, знаков препинания и др. Подсчитаем, сколько всего символов и какое количество бит нам нужно.

 

10 цифр, 12 знаков препинания, 15 знаков  арифметических действий, буквы  русского и латинского алфавита, ВСЕГО: 155 символов, что соответствует  8 бит информации.

 

Единицы измерения информации.

 

1 байт = 8 бит

 

1 Кбайт = 1024 байтам

 

1 Мбайт = 1024 Кбайтам

 

1 Гбайт  = 1024 Мбайтам

 

1 Тбайт  = 1024 Гбайтам

 

Суть кодирования  заключается в том, что каждому  символу ставят в соответствие двоичный код от 00000000 до 11111111 или соответствующий ему десятичный код от 0 до 255.

 

Необходимо  помнить, что в настоящее время  для кодировки русских букв используют пять различных кодовых таблиц (КОИ - 8, СР1251, СР866, Мас, ISO), причем тексты, закодированные при помощи одной таблицы не будут  правильно отображаться в другой

 

Основным  отображением кодирования символов является код ASCII - American Standard Code for Information Interchange- американский стандартный код  обмена информацией, который представляет из себя таблицу 16 на 16, где символы  закодированы в шестнадцатеричной системе счисления.

 

Кодирование графической информации.

 

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

 

Основными способами представления графики  для ее хранения и обработки с помощью компьютера являются растровые и векторные изображения

 

Векторное изображение представляет собой графический объект, состоящий из элементарных геометрических фигур (чаще всего отрезков и дуг). Положение этих элементарных отрезков определяется координатами точек и величиной радиуса. Для каждой линии указывается двоичные коды типа линии (сплошная, пунктирная, штрихпунктирная), толщины и цвета.

 

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 (picture element - 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.

 

Для черно-белого изображения код  цвета каждого пикселя задается одним битом.

 

Если рисунок цветной, то для  каждой точки задается двоичный код ее цвета.

 

Поскольку и цвета кодируются в  двоичном коде, то если, например, вы хотите использовать 16-цветный рисунок, то для кодирования каждого пикселя  вам потребуется 4 бита (16=24), а если есть возможность использовать 16 бит (2 байта) для кодирования цвета одного пикселя, то вы можете передать тогда 216 = 65536 различных цветов. Использование трех байтов (24 битов) для кодирования цвета одной точки позволяет отразить 16777216 (или около 17 миллионов) различных оттенков цвета - так называемый режим “истинного цвета” (True Color). Заметим, что это используемые в настоящее время, но далеко не предельные возможности современных компьютеров.

 

Кодирование звуковой информации.

 

Из курса физики вам известно, что звук - это колебания воздуха. По своей природе звук является непрерывным сигналом. Если преобразовать звук в электрический сигнал (например, с помощью микрофона), мы увидим плавно изменяющееся с течением времени напряжение.

 

Для компьютерной обработки аналоговый сигнал нужно каким-то образом преобразовать в последовательность двоичных чисел, а для этого его необходимо дискретизировать и оцифровать.

 

Можно поступить следующим образом: измерять амплитуду сигнала через  равные промежутки времени и записывать полученные числовые значения в память компьютера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2 Кодирование текстовой информации

 

В настоящее время, большая часть  пользователей, при помощи компьютера обрабатывает текстовую информацию, которая состоит из символов: букв, цифр, знаков препинания и др. Подсчитаем, сколько всего символов и какое количество бит нам нужно.

10 цифр, 12 знаков препинания, 15 знаков  арифметических действий, буквы  русского и латинского алфавита, ВСЕГО: 155 символов, что соответствует  8 бит информации.

Единицы измерения информации.

1 байт = 8 бит

1 Кбайт = 1024 байтам

1 Мбайт = 1024 Кбайтам

1 Гбайт = 1024 Мбайтам

1 Тбайт = 1024 Гбайтам

Суть кодирования заключается  в том, что каждому символу  ставят в соответствие двоичный код  от 00000000 до 11111111 или соответствующий  ему десятичный код от 0 до 255.

Необходимо помнить, что в настоящее время для кодировки русских букв используют пять различных кодовых таблиц (КОИ - 8, СР1251, СР866, Мас, ISO), причем тексты, закодированные при помощи одной таблицы не будут правильно отображаться в другой

Основным отображением кодирования символов является код ASCII - American Standard Code for Information Interchange - американский стандартный код обмена информацией, который представляет из себя таблицу 16 на 16, где символы закодированы в шестнадцатеричной системе счисления.

4.3 Кодирование графической информации

 

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

Основными способами представления  графики для ее хранения и обработки  с помощью компьютера являются растровые и векторные изображения

Векторное изображение представляет собой графический объект, состоящий  из элементарных геометрических фигур (чаще всего отрезков и дуг). Положение этих элементарных отрезков определяется координатами точек и величиной радиуса. Для каждой линии указывается двоичные коды типа линии (сплошная, пунктирная, штрихпунктирная), толщины и цвета.

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 (picture element - 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.

Для черно-белого изображения код  цвета каждого пикселя задается одним битом.

Если рисунок цветной, то для  каждой точки задается двоичный код  ее цвета.

Поскольку и цвета кодируются в  двоичном коде, то если, например, вы хотите использовать 16-цветный рисунок, то для кодирования каждого пикселя  вам потребуется 4 бита (16=24), а если есть возможность использовать 16 бит (2 байта) для кодирования цвета одного пикселя, то вы можете передать тогда 216 = 65536 различных цветов. Использование трех байтов (24 битов) для кодирования цвета одной точки позволяет отразить 16777216 (или около 17 миллионов) различных оттенков цвета - так называемый режим “истинного цвета" (True Color). Заметим, что это используемые в настоящее время, но далеко не предельные возможности современных компьютеров.

4.4 Кодирование звуковой информации

 

Из курса физики вам известно, что звук - это колебания воздуха. По своей природе звук является непрерывным сигналом. Если преобразовать звук в электрический сигнал (например, с помощью микрофона), мы увидим плавно изменяющееся с течением времени напряжение.

Для компьютерной обработки аналоговый сигнал нужно каким-то образом преобразовать в последовательность двоичных чисел, а для этого его необходимо дискретизировать и оцифровать.

Можно поступить следующим образом: измерять амплитуду сигнала через  равные промежутки времени и записывать полученные числовые значения в память компьютера.