Файл: Методы кодирования данных (Классификация информации).pdf

Введение

Веками человечество накапливало знания, навыки работы, сведения об окружающем нас мире, иными словами, собирало информацию. Вначале информация передавалась из поколения в поколение в виде преданий и устных рассказов. Возникновение и развитие книжного дела позволило передавать и хранить информацию в более надежном письменном виде. Открытия в области электричества привели к появлению телеграфа, телефона, радио, телевидения - средств, позволяющих оперативно передавать и накапливать информацию. Развитие прогресса обусловило резкий рост информации, в связи, с чем вопрос о её сохранении и переработке становился год от года острее. С появлением вычислительной техники значительно упростились способы хранения, а главное, обработки информации. Развитие вычислительной техники на базе микропроцессоров приводит к совершенствованию компьютеров и программного обеспечения. Появляются программы, способные обработать большие потоки информации. С помощью таких программ создаются информационные системы. Целью любой информационной системы является обработка данных об объектах и явлениях реального мира и предоставление нужной человеку информации о них.

В данной работе рассматривается что такое информация и данные, чем они различаются; методы классификации информации, виды форм предоставления информации и методы кодирования данных.

1. Что такое информация и данные

Информация и данные — это базовые понятия, которые используются в информатике. Эта наука занимается вопросами систематизации, хранения, обработки и передачи данных и информации средствами вычислительной техники. Эти понятия зачастую используются как синонимы, но между ними существуют и принципиальные различия.

Данные — это совокупность сведений, которые зафиксированы на каком-либо носителе - бумаге, диске, пленке. Эти сведения должны быть в форме, пригодной для хранения, передачи и обработки. Дальнейшее преобразование данных позволяет получить информацию. Таким образом, информацией можно назвать результат анализа и преобразования данных. В базе хранятся различные данные, а система управления базой может выдавать по определенному запросу требуемую информацию. К примеру, можно узнать из школьной базы данных, кто из учеников живет на определенной улице или, кто в течение года не получил плохой отметки и др. Данные превращаются в информацию тогда, когда ими заинтересуются. Можно утверждать, что информация — это используемые данные.

Слово «информация» произошло от латинского informatio, что значит «сведения, изложение, разъяснение». Также информацией называют сведения об объектах, явлениях окружающей среды, их свойствах, которые уменьшают степень неопределенности, неполноты знаний. В результате обмена сведениями формируется более полное представление о предмете, повышается уровень осведомленности.

Информация не существует изолированно, сама по себе. Всегда есть источник, который ее производит и приемник, ее воспринимающий. В роли источника или приемника выступает любой объект - человек, компьютер, животное, растение. Информация всегда предназначается конкретному объекту. Человек получает информацию из самых разных источников - при чтении, прослушивании радио, просмотре телепередач, когда он дотрагивается до предмета, пробует на вкус еду. Одну и ту же информацию разные люди могут воспринимать по-разному. В зависимости от сферы использования существует научная, техническая, экономическая и другие виды информации. Это сильнейшее средство воздействия на личность и на общество в целом. Согласно известному выражению, кто владеет наибольшей информацией по какому-либо вопросу, тот владеет миром, то есть, находится в выигрышном положении в сравнении с другими. В повседневной жизни от информации зависит развитие общества, здоровье и жизнь людей. На протяжении тысячелетий человечество накопило огромные запасы знаний, которые все продолжают увеличиваться. Объем информации в наши дни удваивается каждые два года. В любой ситуации, даже самой обыденной, эффективна лишь актуальная, полная, достоверная и понятная информация. Только актуальные, то есть, вовремя полученные сведения могут принести пользу людям.

Таким образом человечество пришло к тому, что появилась необходимость классифицировать информацию.

Для того чтобы классифицированная информация стала средством для создания эффективной системы хранения и инструментом обработки информации, ее поиска и информационного обмена, она должна быть дополнена системой условных обозначений, присваиваемых объектам и классификационным группировкам. Такие обозначения в разных классификационных справочниках могут называться индексами или кодами, а процесс их присвоения объектам классификации или классификационным группировкам, индексированием или кодированием.

Знаки, составляющие индекс или код, называются их алфавитом. Такой алфавит может включать буквы, цифры, знаки пунктуации в их различных комбинациях. Так, индекс дела в номенклатуре дел представляет собой комбинацию знаков, которая включает индекс структурного подразделения, в котором создается и хранится дело, и порядковый номер дела внутри раздела, соответствующего данному структурному подразделению. Индекс какого-либо документа в универсальной десятичной классификации кроме индекса, отражающего основное содержание документа, может дополнительно включать индексы признаков, характеризующих документ (язык документа, исторический период, автор, тип документа и другие).

Индекс или код являются идентификаторами объекта классификации или классификационной группировки, и их основное назначение состоит в однозначном обозначении объектов классификации. Это своего рода формализованное имя объекта, которое должно обеспечивать возможность точного определения объекта классификации. Поэтому разработчики классификационных схем стремятся сделать индексы или коды мнемоничными, то есть такими, чтобы даже по внешнему виду, алфавиту кода пользователь мог определить объект и узнать возможно больше информации о характере объекта классификации, для обозначения которого использован этот код.

Кодирование есть процесс преобразования одного алфавита сообщения в другой алфавит. Применительно к документам, кодирование можно рассматривать как процесс присвоения документу единственного обозначения - кода, которое отличает один документ от другого, т.е. идентифицирует документ. С другой стороны, кодирование документа можно рассматривать как процесс преобразования документа на естественном языке в язык кодов.

Основное назначение кодирования состоит в приспособлении информационного сообщения к каналу связи. Кодирование документов и документной информации направлено на приспособление документа к возможностям его обработки с помощью средств вычислительной техники. С помощью кодирования информации обеспечивается возможность ее представления в компактной форме, ускоряется запись данных в первичных документах и в документах на машинных носителях и последующая обработка этих данных. Кодирование документной информации обеспечивает ее защиту от несанкционированного доступа.

Кодирование информации как сложный технологический процесс прошло длительный путь развития со времени появления письменности до современного широкого внедрения новых информационных технологий.

2. Теоретические основы кодирования информации

2.1 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:

Повышение эффективности передачи данных, за счет достижения максимальной скорости передачи данных.

Повышение помехоустойчивости при передаче данных.

В соответствии с этими целями теория кодирования развивается в двух основных направлениях:

Теория экономичного (эффективного, оптимального) кодирования занимается поиском кодов, позволяющих в каналах без помех повысить эффективность передачи информации за счет устранения избыточности источника и наилучшего согласования скорости передачи данных с пропускной способностью канала связи.

Теория помехоустойчивого кодирования занимается поиском кодов, повышающих достоверность передачи информации в каналах с помехами.

Научные основы кодирования были описаны К. Шенноном, который исследовал процессы передачи информации по техническим каналам связи (теория связи, теория кодирования). При таком подходе кодирование понимается в более узком смысле: как переход от представления информации в одной символьной системе к представлению в другой символьной системе. Например, преобразование письменного русского текста в код азбуки Морзе для передачи его по телеграфной связи или радиосвязи. Такое кодирование связано с потребностью приспособить код к используемым техническим средствам работы с информацией.

Декодирование - процесс обратного преобразования кода к форме исходной символьной системы, т.е. получение исходного сообщения. Например: перевод с азбуки Морзе в письменный текст на русском языке.

В более широком смысле декодирование — это процесс восстановления содержания закодированного сообщения. При таком подходе процесс записи текста с помощью русского алфавита можно рассматривать в качестве кодирования, а его чтение — это декодирование.

Способ кодирования одного и того же сообщения может быть разным. Например, русский текст мы привыкли записывать с помощью русского алфавита. Но то же самое можно сделать, используя английский алфавит. Иногда так приходится поступать, посылая SMS по мобильному телефону, на котором нет русских букв, или отправляя электронное письмо на русском языке из-за границы, если на компьютере нет русифицированного программного обеспечения. Например, фразу: «Здравствуй, дорогой Саша!» приходится писать так: «Zdravstvui, dorogoi Sasha!».

Существуют и другие способы кодирования речи. Например, стенография - быстрый способ записи устной речи. Ею владеют лишь немногие специально обученные люди - стенографисты. Стенографист успевает записывать текст синхронно с речью говорящего человека. В стенограмме один значок обозначал целое слово или словосочетание. Расшифровать (декодировать) стенограмму может только стенографист.

Приведенные примеры иллюстрируют следующее важное правило: для кодирования одной и той же информации могут быть использованы разные способы; их выбор зависит от ряда обстоятельств: цели кодирования, условий, имеющихся средств. Если надо записать текст в темпе речи - используем стенографию; если надо передать текст за границу - используем английский алфавит; если надо представить текст в виде, понятном для грамотного русского человека, - записываем его по правилам грамматики русского языка.

Еще одно важное обстоятельство: выбор способа кодирования информации может быть связан с предполагаемым способом ее обработки. Покажем это на примере представления чисел - количественной информации. Используя русский алфавит, можно записать число «тридцать пять». Используя же алфавит арабской десятичной системы счисления, пишем: «35». Второй способ не только короче первого, но и удобнее для выполнения вычислений. Какая запись удобнее для выполнения расчетов: «тридцать пять умножить на сто двадцать семь» или «35 х 127»? Очевидно - вторая.

Однако если важно сохранить число без искажения, то его лучше записать в текстовой форме. Например, в денежных документах часто сумму записывают в текстовой форме: «триста семьдесят пять руб.» вместо «375 руб.». Во втором случае искажение одной цифры изменит все значение. При использовании текстовой формы даже грамматические ошибки могут не изменить смысла. Например, малограмотный человек написал: «Тристо семдесять пят руб.». Однако смысл сохранился.

В некоторых случаях возникает потребность засекречивания текста сообщения или документа, для того чтобы его не смогли прочитать те, кому не положено. Это называется защитой от несанкционированного доступа. В таком случае секретный текст шифруется. Шифрование представляет собой процесс превращения открытого текста в зашифрованный, а дешифрование - процесс обратного преобразования, при котором восстанавливается исходный текст. Шифрование — это тоже кодирование, но с засекреченным методом, известным только источнику и адресату. Методами шифрования занимается наука под названием криптография.