Добавлен: 02.04.2023
Просмотров: 216
Скачиваний: 1
ВВЕДЕНИЕ
Кодирования информации - проблема, имеющая достаточно давнюю историю, гораздо более давнюю, нежели история развития вычислительной техники, которая обычно шла параллельно с историей развития проблемы сжатие и шифровки информации.
Все алгоритмы кодирования оперируют входным потоком информации, минимальной единицей которой является бит, а максимальной - несколько бит, байт или несколько байт.
Кодирование Хаффмана является простым алгоритмом для построения кодов переменной длины, имеющих минимальную среднюю длину. Коды Хаффмана преподаются во всех технических ВУЗах мира и, кроме того, входят в программу для углубленного изучения информатики в школе.
Поэтому изучение кодирования данных и методов кодирования является актуальным.
Объект исследования: кодирование и методы кодирования данных.
Предмет исследования: программные приложения, показывающие основные принципы кодирования.
Целью курсовой работы является изучения основ кодирования информации и анализ методов кодирования данных. Данная цель обусловила выделение следующих задач:
- рассмотреть основные понятия и принципы кодирования информации;
- изучить и провести анализ методов кодирования данных.
Структурно работа состоит из введения, двух параграфов, заключения и списка литературы.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОДИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ
1.1. Основы и основные понятия кодирования информации
Рассмотрим основные понятия, связанные с кодированием информации. Для передачи в канал связи сообщения преобразуются в сигналы. Символы, при помощи которых создаются сообщения, образуют первичный алфавит, при этом каждый символ характеризуется вероятностью его появления в сообщении. Каждому сообщению однозначно соответствует сигнал, представляющий определенную последовательность элементарных дискретных символов, называемых кодовыми комбинациями.
Кодирование - это преобразование сообщений в сигнал, т.е. преобразование сообщений в кодовые комбинации. Код - система соответствия между элементами сообщений и кодовыми комбинациями. Кодер - устройство, осуществляющее кодирование. Декодер - устройство, осуществляющее обратную операцию, т.е. преобразование кодовой комбинации в сообщение. Алфавит - множество возможных элементов кода, т.е. элементарных символов (кодовых символов) X = {xi}, где i = 1, 2,..., m. Количество элементов кода - m называется его основанием. Для двоичного кода xi = {0, 1} и m = 2. Конечная последовательность символов данного алфавита называется кодовой комбинацией (кодовым словом). Число элементов в кодовой комбинации - n называется значностью (длиной комбинации). Число различных кодовых комбинаций (N = mn) называется объемом или мощностью кода.
Цели кодирования:
1) Повышение эффективности передачи данных, за счет достижения максимальной скорости передачи данных.
2) Повышение помехоустойчивости при передаче данных.
В соответствии с этими целями теория кодирования развивается в двух основных направлениях:
1. экономичного (эффективного, ) кодирования занимается кодов, позволяющих в без помех эффективность передачи за счет устранения источника и наилучшего скорости данных с пропускной канала связи.
2. помехоустойчивого кодирования поиском , повышающих достоверность информации в каналах с .[1]
Научные основы были К. Шенноном, который процессы передачи по техническим каналам (теория , теория кодирования). При подходе кодирование в более узком : как переход от информации в одной системе к представлению в символьной системе. , преобразование русского текста в код Морзе для передачи его по связи или радиосвязи. кодирование с потребностью приспособить код к техническим средствам с информацией.
Декодирование — обратного кода к форме символьной системы, т.е. исходного сообщения. : перевод с Морзе в письменный на русском языке.
В широком смысле — это процесс содержания закодированного . При таком подходе записи текста с русского можно рассматривать в кодирования, а его чтение — это .
Способ кодирования и того же может быть . Например, русский мы привыкли записывать с русского . Но то же самое можно , используя английский . Иногда так приходится , посылая SMS по телефону, на котором нет букв, или отправляя письмо на русском из-за , если на компьютере нет программного обеспечения. , фразу: «Здравствуй, Саша!» писать так: «Zdravstvui, Sasha!».
Существуют и способы кодирования . Например, — быстрый способ устной речи. Ею лишь немногие обученные — стенографисты. Стенографист записывать текст с речью говорящего . В стенограмме значок обозначал слово или словосочетание. (декодировать) стенограмму только .
Приведенные примеры следующее важное : для кодирования одной и той же могут использованы разные ; их выбор зависит от обстоятельств: цели , условий, средств. Если записать текст в речи — используем ; если передать текст за — используем английский ; если надо текст в , понятном для грамотного человека, — записываем его по грамматики русского .
Еще одно обстоятельство: выбор кодирования информации быть связан с способом ее . Покажем это на примере чисел — количественной . Используя русский , можно число «тридцать ». Используя же алфавит десятичной системы , пишем: Второй способ не короче первого, но и для выполнения вычислений. запись для выполнения расчетов: « пять умножить на сто семь» или «35 х 127»? — вторая.
если важно число без искажения, то его записать в текстовой . Например, в документах часто записывают в текстовой : «триста семьдесят руб.» «375 руб.». Во случае искажение цифры изменит все . При использовании формы даже ошибки могут не смысла. Например, человек : «Тристо семдесять пят .». Однако смысл .
В некоторых случаях потребность текста сообщения или , для того чтобы его не прочитать те, кому не . Это называется от несанкционированного доступа. В случае секретный шифруется. Шифрование собой превращения открытого в зашифрованный, а дешифрование — обратного преобразования, при восстанавливается текст. Шифрование — это кодирование, но с засекреченным , известным только и адресату. шифрования занимается под названием криптография. [2]
имеется сообщение, при помощи «алфавита», содержащего п «». Требуется «закодировать» это , т.е. указать правило, каждому сообщению определенную из т различных «элементарных », составляющих «алфавит» . Мы будем кодирование тем более , чем меньше элементарных приходится затратить на сообщения. считать, что каждый из сигналов продолжается и то же время, то наиболее код позволит на передачу сообщения всего времени.
свойством случайных является полной уверенности в их , создающее известную при выполнении связанных с событиями . Однако совершенно , что степень этой в различных случаях совершенно . Для практики важно численно оценивать неопределенности самых опытов, иметь возможность их с этой стороны. два независимых опыта 
и
а сложный 
, состоящий в одновременном опытов и. Пусть 
имеет k равновероятных , а опыт 
l равновероятных исходов. , что неопределенность опыта неопределенности опыта, так как к здесь еще неопределенность исхода . Естественно считать, что неопределенности опыта сумме , характеризующих опыты и, т.е.
.
:
, 
при 
удовлетворяет только функция - 
:
.
Рассмотрим А, состоящий из 
и имеющих вероятности 
. общая неопределенность для А будет равна:
Это число называть энтропией 
и обозначать через 
.
число букв в «» равно п, а используемых элементарных равно т, то при любом кодирования среднее элементарных , приходящихся на одну алфавита, не может меньше чем 
; однако он может сделано сколь близким к этому , если только кодовые сопоставлять сразу длинными «блоками», из большого числа . [3]
Мы рассмотрим лишь простейший сообщений, записанных при некоторых п «букв», проявления на любом месте полностью характеризуется р1, р2, … …, рп, где, разумеется, р1 + р2 + … + рп = 1, при котором pi проявления i-й на любом месте предполагается одной и той же, вне от того, какие стояли на предыдущих местах, т.е. буквы сообщения друг от друга. На деле в сообщениях это чаще не так; в частности, в русском вероятность появления той или буквы зависит от предыдущей . Однако строгий взаимной зависимости сделал бы все рассмотрения очень , но никак не изменит результаты.
Мы будем рассматривать коды; обобщение при этом результатов на , использующие произвольное т элементарных , является, как всегда, простым. Начнем с случая кодов, отдельное обозначение – последовательность 0 и 1 – каждой «букве» . Каждому двоичному для п-буквенного может быть некоторый метод некоторого загаданного х, не превосходящего п, при вопросов, на которые лишь «да» (1) или «» (0) , что и приводит нас к двоичному . При заданных р1, р2, … …, рп отдельных букв многобуквенного сообщения экономный код будет тот, для при этих вероятностях п значений х значение числа вопросов (двоичных : 0 и 1 или элементарных ) оказывается наименьшим.
всего, среднее двоичных элементарных , приходящихся в сообщении на одну исходного сообщения, не быть меньше Н, где Н = - p1 log p1 – p2 log p2 - … - pn log pn – опыта, в распознавании одной текста (или, , просто энтропия буквы). сразу следует, что при методе кодирования для длинного сообщения из М требуется не чем МН двоичных знаков, и не может превосходить бита.
Если р1, р2, … …, рп не все равны собой, то Н < log n; поэтому думать, что учет закономерностей сообщения позволить код более экономичный, чем равномерный код, требующий не М log n двоичных знаков для текста из М .
1.2. Классификация назначения и представления кодов
можно классифицировать по признакам:
1. По (количеству символов в ): бинарные (двоичные =2) и не бинарные (m № 2).
2. По длине комбинаций (): равномерные, если все комбинации имеют длину и неравномерные, длина комбинации не постоянна.
3. По передачи: последовательные и ; блочные - данные помещаются в , а потом передаются в и бинарные непрерывные.
4. По : простые (примитивные, ) - для передачи используют все возможные комбинации (без ); корректирующие (помехозащищенные) - для сообщений не все, а только часть () кодовых комбинаций.
5. В от назначения и применения можно следующие типы :
Внутренние коды - это , используемые внутри . Это машинные , а также коды, на использовании позиционных счисления (двоичный, , двоично-десятичный, , шестнадцатеричный и др.). Наиболее кодом в ЭВМ является код, который позволяет реализовать устройства для хранения, и передачи данных в коде. Он обеспечивает надежность и простоту выполнения над данными в двоичном . Двоичные данные, в группы по 4, шестнадцатеричный код, который согласуется с архитектурой ЭВМ, с данными кратными (8 бит). [4]
для обмена данными и их по каналам связи. распространение в ПК получил код (American Code for Information ). ASCII - это 7-битный код и других символов. ЭВМ работают с , то 8-й разряд используется для или проверки на четность, или кода. В ЭВМ фирмы IBM расширенный код для обмена информацией (Extended Binary Decimal Interchange ). В каналах широко используется код МККТТ (международный комитет по телефонии и ) и его модификации ( и др.).
При кодировании информации для по каналам связи, в том внутри аппаратным , используются , обеспечивающие максимальную передачи информации, за ее сжатия и устранения (например: Хаффмана и Шеннона-Фано), и обеспечивающие достоверность данных, за счет избыточности в сообщения (например: коды, Хэмминга, и их разновидности).
Коды для применений - это , предназначенные для решения задач передачи и данных. Примерами кодов циклический код Грея, широко используется в АЦП и линейных перемещений. Фибоначчи для построения быстродействующих и АЦП.
В зависимости от применяемых кодирования, используют математические кодов, при этом часто применяется кодов в виде: матриц; деревьев; многочленов; фигур и т.д. Рассмотрим способы представления .