Файл: Анализ методов кодирования данных.pdf

ВВЕДЕНИЕ

В мире идет постоянный обмен потоками информации. Источниками могут быть люди, технические устройства, различные вещи, объекты неживой и живой природы. Получать сведения может как один объект, так и несколько.

Для более качественного обмена данными одновременно осуществляется кодирование и обработка информации на стороне передатчика (подготовка данных и преобразование их в форму, удобную для трансляции, обработки и хранения), пересылка и декодирование на стороне приемника (преобразование кодированных данных в исходную форму). Это взаимосвязанные задачи: источник и приемник должны обладать сходными алгоритмами обработки сведений, иначе процесс кодирования-декодирования будет невозможен. Кодирование и обработка графической и мультимедийной информации обычно реализуются на основе вычислительной техники.

Данная тема является наиболее актуальной, так как закодированную информацию может получать не один объект, а несколько.

Цель исследования – изучить методы кодирования информации.

Для достижения данной цели необходимо решение следующих задач:

• Дать определение понятия «кодирование»;
• Привести классификацию методов кодирования данных;
• Описать матричное представление кодов;
• Описать представление кодов в виде кодовых деревьев;
• Описать представление кодов в виде многочленов;
• Описать геометрическое представление кодов;
• Раскрыть суть аналогового кодирования;
• Раскрыть суть цифрового (числового) кодирования;
• Раскрыть суть табличного кодирования.

Объектом исследования является методы кодирование. Предметом исследования являются методы кодирования.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

• 1. Сущность понятия кодирование информации

Эксплуатация электронно-вычислительной техники для обработки данных стала важным этапом в процессе совершенствования систем управления и планирования. Но такой метод сбора и обработки информации несколько отличается от привычного, поэтому требует преобразования в систему символов, понятных компьютеру.

Рассмотрим трактовку термина «кодирование информации» в интернет источниках.

На сайте https://ru.wikipedia.org дано следующее определение понятия кодирование информации - процесс преобразования сигнала из формы, удобной для непосредственного использования информации, в форму, удобную для передачи, хранения или автоматической переработки^[1].

Следует отметить и другое определение из интернета понятия «кодирование». Суть его следующая кодирование информации - это представление сообщений в конкретном виде при помощи некоторой последовательности знаков^[2]. На этой же интернет страничке отмечается, что правило согласно которого выполняется отображение одного набора знаков в другой называется кодом.

В другом интернет источнике представлено следующее определение термина «кодирование» - это процесс формирования определенного представления информации^[3]. Причем, это определение не точное, или точнее сказать, его надо более детализировать. Непонятно что ее автор хотел сказать под словами «… формирования определенного представления...». И для того, что бы это неточность как-то сгладить в этом же источнике дается следующее определение: «в более узком смысле под понятия «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки^[4].

В другом источнике, дается следующее определение понятия «кодирование», причем дает определение понятия «компьютерное кодирование» под которым понимает - это процесс, когда в помощь кодировщикам применяются персональные компьютеры. И в данном источнике, сразу же уточняется, что данный процесс требует, чтобы все коды хранились в файле базы данных, доступ к которому имеют кодировщики в ходе операции кодирования^[5].

В другом источнике понятия кодирование информации трактуется исходя из его цели. То есть, кодирование информации используется для упрощения процедур обработки, стабилизации размера отдельных сообщений, сокращения объема сведении. Следовательно, кодирование — это замена общепринятого представления реквизита на систему условных обозначений^[6].

То есть, можно заключить, что основная цель процесса кодирования заключается в представлении сведений в удобном и лаконичном формате для упрощения их передачи и обработки на вычислительных устройствах. Компьютеры оперируют лишь информацией определенной формы, поэтому так важно не забывать об этом во избежание проблем. Принципиальная схема обработки данных включает в себя поиск, сортировку и упорядочивание, а кодирование в ней встречается на этапе ввода сведений в виде кода.

В другом источнике, целями кодирования обычно являются:

1) передача по общему каналу связи нескольких или многих сообщений

для кодового разделения сигналов;

2) повышение помехоустойчивости и достоверности передачи сообщений;

3) более экономное использование полосы частот канала связи, т.е. уменьшение избыточности;

4) уменьшение стоимости передачи и хранения сообщений;

5) обеспечение скрытности передачи и хранения информации;

6) преобразование любой информации независимо от ее происхождения и назначения в единую систему символов;

7) приведение исходных символов в соответствие с характеристиками канала связи ^[7].

Следует отметить и другое толкование данного понятия, кодирование – это представление сигнала в определенной форме^[8]. Данное определение по мнению автора в узком смысле, так как Н.В. Макарова и В.Б. Волков сразу под информацией понимают сигнал. То есть они сразу же сузили толкование данного понятия в области кодирования, так как кодировать можно не только сигнал, но и другую информацию, как в текстовом, так и в другом формате.

В другом источнике понятия «кодирование» трактуется так – «это собственно процесс компрессии файла в соответствии с моделью»^[9]. И в этом же источнике дается определения понятия «кодировщик» для того, что бы дополнить выше представленное определение. А определение следующее: «кодировщик — это всего лишь алгоритм, инструмент, если угодно»^[10].

Но самое простое и доступное определение предложено в учебнике по «Информатике для 5 класса» - «кодирование – это перевод информации в форму удобную для кодирования»^[11]. Данное определение можно сказать, что самое простое, но с другой стороны оно раскрывать цель процесса кодирования.

Еще один нюанс, на что надо обратить внимание. Очень часто студенты отождествляют понятия "кодирование" и "шифрование" из-за скорее своего незнания. Но на самом деле эти понятия имеют разный смысл. Так, шифрованием называют процесс преобразования информации с целью ее сокрытия. Расшифровать зачастую может сам человек, который изменил текст, или специально обученные люди. Кодирование же применяется для обработки информации и упрощения работы с ней. Обычно используется общая таблица кодировки, знакомая всем. Она же встроена в компьютер.

В результате анализа всех изученных автором определений можно заключить, что кодирование информации – представляет собой процесс формирования определенного представления информации. Причем термин «кодирование информации» можно трактовать в узком смысле и широком. В более узком смысле под термином «кодирование информации» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

С понятие кодирование связаны и другие понятия, такие как код, кодер, декодер.

Код – представляет собой система соответствия между элементами сообщений и кодовыми комбинациями.

Кодирование данных – это обязательный этап в процессе сбора и обработки информации. Как правило, под кодом подразумевают сочетание знаков, которое соответствует передаваемым данным или некоторым их качественным характеристикам. А кодирование – это процесс составления зашифрованной комбинации в виде списка сокращений или специальных символов, которые полностью передают изначальный смысл послания. Кодирование еще иногда называют шифрованием, но стоит знать, что последняя процедура предполагает защиту данных от взлома и прочтения третьими лицами.

Кодер – это устройство, которое выполняет кодирование. Декодер - это устройство, выполняющее обратную операцию, а именно процесс преобразование кодовой комбинации в сообщение.

Вопрос о том, что такое кодирование и декодирование, может возникнуть у пользователя ПК по различным причинам, но в любом случае важно донести корректную информацию, которая позволит юзеру успешно продвигаться в потоке информационных технологий дальше. Как понимаете, после процесса обработки данных получается выходной код. Если такой фрагмент расшифровать, то образуется исходная информация. То есть декодирование – это процесс, обратный шифрованию.

Если во время кодирования данные приобретают вид символьных сигналов, которые полностью соответствуют передаваемому объекту, то при декодировании из кода изымается передаваемая информация или некоторые ее характеристики.

Получателей закодированных сообщений может быть несколько, но очень важно, чтобы сведения попали в руки именно к ним и не были раскрыты раньше третьими лицами. Поэтому стоит изучить процессы кодирования и декодирования информации. Именно они помогают обмениваться конфиденциальными сведениями между группой собеседников.

Примеры кодирования и декодирования чисел Предлагаем рассмотреть 2 способа кодировки числа 45. Если эта цифра встречается в пределах текстового фрагмента, то каждая ее составляющая будет закодирована, согласно таблице стандартов ASCII, 8 битами. Четверка превратится в 01000011, а пятерка – в 01010011. Если число 45 используется для вычислений, то будет задействована специальная методика преобразования в восьмиразрядный двоичный код 001011012, для хранения которого нужен будет всего лишь 1 байт.

Следующее понятие, которому надо уделить внимание – это понятия «алфавит». Алфавит – представляет собой множество возможных элементов кода, то есть элементарных символов (кодовых символов) X = {x_i }, где i = 1, 2,..., m. Количество элементов кода - m называется основанием кода. Для двоичного кода x_i = {0, 1} и основание 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.

1.2 Классификация методов кодирования данных

Далее рассмотрим классификации кодов по разным признакам:

1. По основанию, то есть по числу символов в алфавите методы кодирования данных делятся на:

• бинарные (двоичные m=2) коды
• не бинарные (m ¹ 2) коды.

2. По длине кодовых комбинаций (слов), методы кодирования делятся на:

Равномерные коды - если все кодовые комбинации имеют равную длину;

неравномерные - если длина кодовой комбинации не постоянна.

3. По способу передачи методы кодирования делятся на:

последовательные и параллельные методы кодирования;

блочные - данные сначала помещаются в буфер, а потом передаются в канал и бинарные непрерывные.

4. По помехоустойчивости методы кодирования делятся на:

простые (так называемые примитивные, полные) – применяются для передачи информации используют все возможные кодовые комбинации (без избыточности);

корректирующие (еще называются помехозащищенные) - применяются для передачи сообщений используют не все, а только часть (разрешенных) кодовых комбинаций.

5. В зависимости от назначения и применения методы кодирования делятся на следующие типы кодов:

Внутренние коды – это коды, которые используются внутри устройств. К внутренним кодам относят машинные коды, а также коды, которые базируются на применении позиционных систем счисления, то есть на применении двоичный, десятичный, двоично-десятичный, восьмеричный и других систем счисления. Большой популярностью в компьютерной технике пользуется двоичный код. С помощью двоичного кода можно просто выполнить аппаратно устройства для хранения, обработки и передачи данных в двоичном коде. Так же двоичный код обеспечивает высокую надежность устройств и простоту осуществления операций над данными в двоичном коде. Двоичные данные, объединенные в группы по 4, образуют шестнадцатеричный код, который хорошо согласуется с архитектурой компьютера, который работает с данными кратными байту (8 бит).

Коды для обмена данными и их передачи по каналам связи. Так же в компьютерной технике получили широкое применение код ASCII (American Standard Code for Information Interchange – Американский стандартный код для обмена информацией). ASCII - это 7-битный код буквенно-цифровых и других символов^[12].

SCII является кодировкой, представляющей десятичные цифры, национальный и латинский алфавит, управляющие символы и знаки препинания. Будучи изначально 7-битной, ASCII с распространением байта 8-битного стала позиционироваться как половинка 8-битной. В компьютерах чаще применяются расширения ASCII с использованием второй половины байта.