Декодирование это в информатике

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.

Что такое кодирование информации?

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.

Цель 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.

Что такое декодирование информации?

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 вы 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.

Кодирование и декодирование текстовой информации

При нажатии на клавиатурную клавишу компьютер получает сигнал в виде двоичного числа, расшифровку которого можно найти в кодовой таблице – внутреннем представлении знаков в ПК. Стандартом во всем мире считают таблицу ASCII.

Однако мало знать, что такое кодирование и декодирование, необходимо еще понимать, как располагаются данные в компьютере. К примеру, для хранения одного символа двоичного кода электронно-вычислительная машина выделяет 1 байт, то есть 8 бит. Эта ячейка может принимать только два значения: 0 и 1. Получается, что один байт позволяет зашифровать 256 разных символов, ведь именно такое количество комбинаций можно составить. Эти сочетания и являются ключевой частью таблицы ASCII. К примеру, буква S кодируется как 01010011. Когда вы нажимаете ее на клавиатуре, происходит кодирование и декодирование данных, и мы получаем ожидаемый результат на экране.

Половина таблицы стандартов ASCII содержит коды цифр, управляющих символов и латинских букв. Другая ее часть заполняется национальными знаками, псевдографическими знаками и символами, которые не имеют отношения к математике. Совершенно ясно, что в различных странах эта часть таблицы будет отличаться. Цифры при вводе также преобразовываются в двоичную систему вычисления согласно стандартной сводке.

Кодирование чисел

В двоичной системе счисления, которую активно используют компьютеры, встречаются лишь две цифры – 0 и 1.

Действия с образовывающимися числами двоичной системы изучает двоичная арифметика. Большинство законов основных математических действий для таких цифр остаются актуальными.

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.

Кодирование графической информации

Увеличив монохромное изображение с помощью лупы, вы увидите, что оно состоит из огромного количества мелких точек, формирующих полноценный узор. Индивидуальные качества каждой картинки и линейные координаты любой точки можно отобразить в форме чисел. Поэтому растровое кодирование базируется на двоичном коде, приспособленном для отображения графической информации.

Черно-белые картинки – это комбинации точек с различными оттенками серого цвета, то есть яркость любой точки изображения определяют восьмиразрядные двоичные числа. Принцип разложения произвольного градиента на базовые составляющие – это основа такого процесса, как кодирование графической информации. Декодирование картинок происходит таким же путем, но в обратном направлении.

При разложении используются три основных цвета: зеленый, красный и синий, ведь любой естественный оттенок можно получить, комбинируя эти градиенты. Такую систему кодирования принято называть RGB. В случае использования двадцати четырех двоичных разрядов для шифрования графического изображения режим преобразования называют полноцветным.

Все основные цвета сопоставляются с оттенками, которые дополняют базовую точку, делая ее белой. Дополнительный цвет – это градиент, образованный суммой прочих основных тонов. Выделяют желтый, пурпурный и голубой дополнительные цвета.

Подобный метод кодирования точек изображений применяется и в полиграфической отрасли. Только здесь принято задействовать четвертый цвет – черный. По этой причине полиграфическую систему преобразования обозначают аббревиатурой CMYK. Эта система для представления изображений использует целых тридцать два двоичных разряда.

Способы кодирования и декодирования информации предполагают использование различных технологий, в зависимости от типа вводимых данных. К примеру, метод шифрования графических изображений шестнадцатиразрядными двоичными кодами называется High Color. Эта технология дает возможность передавать на экран целых двести пятьдесят шесть оттенков. Уменьшая количество задействованных двоичных разрядов, применяемых для шифрования точек графического изображения, вы автоматически уменьшаете объем, необходимый для временного хранения информации. Такой метод кодирования данных принято называть индексным.

Кодирование звуковой информации

Теперь, когда мы рассмотрели, что такое кодирование и декодирование, и методы, лежащие в основе этого процесса, стоит остановиться на таком вопросе, как кодирование звуковых данных.

Звуковую информацию можно представить в виде элементарных единиц и пауз между каждой их парой. Каждый сигнал преобразовывается и сохраняется в памяти компьютера. Звуки выводятся с помощью синтезатора речи, который используется хранящиеся в памяти ПК зашифрованные комбинации.

Что касается человеческой речи, то ее гораздо сложнее закодировать, ведь она отличается многообразием оттенков, и компьютеру приходится сравнивать каждое словосочетание с эталоном, предварительно занесенным в его память. Распознавание произойдет лишь в случае, когда сказанное слово будет найдено в словаре.

Кодирование информации в двоичном коде

Существуют различные методики реализации такой процедуры, как кодирование числовой, текстовой и графической информации. Декодирование данных обычно происходит по обратной технологии.

При кодировании чисел даже учитывается цель, с которой цифра была введена в систему: для арифметических вычислений или просто для вывода. Все данные, кодируемые в двоичной системе, шифруются с помощью единиц и ноликов. Эти символы еще называют битами. Этот метод кодировки является наиболее популярным, ведь его легче всего организовать в технологическом плане: присутствие сигнала – 1, отсутствие – 0. У двоичного шифрования есть лишь один недостаток – это длина комбинаций из символов. Но с технической точки зрения легче орудовать кучей простых, однотипных компонентов, чем малым числом более сложных.

Преимущества двоичного кодирования

• Такая форма представления информации подходит для различных ее видов.
• При передаче данных не возникает никаких ошибок.
• ПК намного легче обрабатывать данные, закодированные таким способом.
• Требуются устройства с двумя состояниями.

Недостатки двоичного кодирования

• Большая длина кодов, которая несколько замедляет их обработку.
• Сложность восприятия двоичных комбинаций человеком без специального образования или подготовки.

Заключение

Ознакомившись с этой статьей, вы смогли узнать, что такое кодирование и декодирование и для чего его используют. Можно сделать вывод, что используемые методики преобразования данных полностью зависят от типа информации. Это может быть не только текст, а еще и числа, изображения и звук.

Кодирование различной информации позволяет унифицировать форму ее представления, то есть сделать однотипной, что значительно ускоряет процессы обработки и автоматизации данных при дальнейшем использовании.

В электронно-вычислительных машинах чаще всего используют принципы стандартного двоичного кодирования, которое исходную форму представления информации преобразовывает в формат, более удобный для хранения и дальнейшей обработки. При декодировании все процессы происходят в обратном порядке.

Рассмотрим детальнее, что такое кодирование сообщений, а также декодирование информации.

Для передачи информации люди используют естественные языки.

В повседневной жизни мы общаемся с помощью неформальной речи, а в деловой сфере используем формальный язык.

Сегодня для передачи и отображения информации мы используем вычислительную технику, которая «не понимает» наш язык без специальных операций – кодирования и декодирования.

Рассмотрим эти понятия детальнее, а также все виды и наглядные примеры кодирования/декодирования.

Базовые понятия

Прежде чем разобраться с основами процедуры кодирования, следует ознакомиться с несколькими простейшими понятиями.

К примеру, компьютер, смартфон, ноутбук и любые другие компьютерные устройства работают с двоичным кодом.

Двоичный код использует алфавит, который состоит из двух символов – «0» и «1» .

В компьютерной технике кодирование происходит, когда пользователь вводит любую информацию в систему – создает файлы, печатает текст и так далее.

Для понимания обычных букв кириллицы или латиницы они превращаются в набор нолей и единиц.

Чтобы отобразиться на экране компьютера, система проводит декодирование числовой последовательности и выводит результат на экран.

Все эти действия выполняются за тысячные доли секунды.

История развития кодирования

Телеграф Шаппа

Первым техническим средством кодирования данных был созданный в 1792 году телеграф Шаппа.

Устройство передавало оптическую информацию в простейшем виде с помощью специальной таблицы кодов, в которой каждой букве латинского алфавита соответствовала одна фигура.

В результате, телеграф мог отобразить и передать набор фигур.

Скорость передачи таких сообщений составляла всего два слова в минуту.

Телеграф Морзе

Созданный в 1837 году телеграф Морзе стал революционном устройством кодирования/декодирования информации.

Принцип кодирования заключался в преобразовании любого сообщения в три символа алфавита:

• Длинный сигнал – тире;
• Короткий сигнал – точка;
• Нет сигнала – пауза.

Подобная связь используется по сей день в мореходной сфере для мгновенной передачи сообщений между суднами.

Радиоприёмник

В 1899 году А. Попов создал первый в мире беспроводной телеграф или радиоприемник.

Принцип его работы заключался в кодировании электрических сигналов азбукой Морзе и её дальнейшей передаче на длительные расстояния.

Позже был изобретен телеграф Бодо, который решал проблему неравномерности кода и сложность декодирования.

Читайте также:

Современные способы кодирования данных

Для перевода информации в код могут быть использованы разные способы и алгоритмы кодирования.

Использование каждого из методов зависит от среды, цели и условий создания кода.

С разными алгоритмами кодирования мы сталкиваемся в повседневной жизни:

• Для записи разговорной речи в режиме реального времени используетсястенография;
• Для написания и отправки письма жителю другой страны используем язык получателя;
• Для набора русского текста на англоязычной клавиатуре используем транслит. К примеру, «Привет» > «Privet» и так далее.

Полезная информация:

Обратите внимание на программу Hex Editor. Это утилита, выступающая в качестве шестнадцатеричного редактора. Осуществляет поддержку работы с файлами, которые хранятся на жестком диске и оперативной памяти.

Двоичное кодирование и другие числовые системы

Самый простой и распространенный способ кодирования – это представление информации в двоичном (бинарном) коде.

С его помощью работают все компьютеры и вычислительные системы.

Компьютер может выполнять сверхбыстрые вычисления с помощью только двух условий – наличия тока и его напряжение.

С помощью единиц передается высокое напряжение, а с помощью нолей – низкое.

Для перевода привычных нам слов, цифр и символов в десятичное представление следует использовать специальные таблицы конверсии.

На рисунке ниже изображена таблица для цифровой и символьной раскладки, а также для букв латиницы.

К примеру, в результате перевода фразы «Hello, how are you?» получим последовательность «10010001000101100110010011001001111010110001000001001000100111110101110100001000001101001010001010100000101100110011111010101».

Чтобы выполнить декодирование информации, необходимо разделить бинарный код на части, каждая из которых равна семи ячейкам:

• 1001000 – символ «H»
• 1000101 – символ «E»
• 1001100 – символ «L»
• 1001100 – символ «L»
• 1001111 – символ «O»
• 0101100 – символ «,» и так далее, пока вся последовательность не будет декодирована.

Также, в теории кодирования можно встретить не только двоичную систему, но и троичную, четвертую, пятую, шестую…шестнадцатеричную и другие системы.

Шестнадцатеричная система исчисления используется в языках программирования низкого уровня.

Таким образом, удаётся добиться более быстрого выполнения кода центральным процессором. Примером такого языка является машинный код ассемблер.

Так шестнадцатеричная система декодируется в двоичную.

Рис.3 – пример декодирования зыков программирования разных уровней

Также, шестнадцатеричная система используется в создании программной документации, так намного проще записывать байты.

Для обозначения одного байта требуется только две шестнадцатеричные цифры, а не восемь, как в двоичной системе.

Онлайн-кодировщики

Для быстрого преобразования любого текста в набор символов бинарной или других систем исчисления удобнее использовать автоматические кодировщики.

Также, они могут декодировать текст, самостоятельно определяя, какую систему использовал пользователь для кодировки.

Популярным сервисом для создания или расшифровки двоичного кода является DecodeIT .

Рис.4 — Сервис DecodeIT

Кодирование символов

Для кодирования символов используются различные стандарты, среди которых Юникод, ASCII, UTF-8 и другие.

Зачем нужна кодировка символов?

Любые символы на экране компьютера или смартфона отображаются за счет двух вещей:

Знаки – это шрифты, которые поддерживаются устройством. В ОС Windows они находятся в окне Панель управления (директория «Шрифты»).

С помощью этой папки вы можете добавлять или удалять существующие представления символов.

С помощью программного кода выбирается нужное векторное направление символа и его изображение из папки «Шрифты» .

Таким образом, на экране появляется буква и текст.

За установку шрифтов отвечает операционная система вашего компьютера, а за кодировку текста – программы, в которых вы набираете или просматриваете текстовые данные.

Разбирая код, приложение обрабатывает кодировку знака и ищет его соответствие в поддерживаемом для этого же документа шрифте.

Если соответствие не найдено, вместо текста вы увидите набор непонятных символов.

Рис.5 – пример ошибки кодирования символов в Блокноте Windows

Чтобы символы кириллицы и латиницы открывались без проблем в большинстве программ, было предложено ввести стандарты кодирования.

Один из наиболее популярных – это Юникод (или Unicode).

Он поддерживается практически всеми существующими шрифтами и программным обеспечением.

Также, широко используются технологии UTF-8, ASCII.

Для этого достаточно зайти в настройки текстового редактора и сохранить файл с кодировкой Юникод или другими популярными форматами кодирования.

Затем откройте файл заново, текст должен отображаться в нормальном режиме.

Рис.6 – декодирование текста в редакторе

Читайте также:

Шифрование

Часто возникает необходимость не только закодировать информацию, но и скрыть её содержимое от посторонних.

Для таких целей используется шифрование.

Простыми словами, шифрование – это кодирование информации, но не с целью её корректного представления на экране компьютера, а с целью сокрытия данных от тех, кому не положено получать доступ к шифрованной информации.

Алфавит шифрования состоит из двух элементов:

Дешифрование – это обратный процесс к защитному кодированию, который подразумевает превращение данных в первоначальный вид с помощью известного ключа.

Криптография – это наука о шифровании данных. Всего различают два раздела криптографии:

• Симметричная – в таких криптосистемах кодирования для шифрования и дешифрования используют один и тот же ключ. Недостаток системы – низкая стойкость ко взлому;
• Ассиметричная – для шифрования используются закрытый и открытый ключ. Таким образом, посторонний человек не сможет расшифровать (декодировать) сообщение, даже если алгоритм известен.

Где используется криптография?

Кодирование информации с целью шифрования используется уже более трех тысяч лет.

Истории известны первые попытки шифрованной передачи сообщений между известными полководцами царями и просто высокопоставленными людьми.

Также, шифрованное кодирование используется в обычных социальных сетях, мессенджерах.

К примеру, Telegram – мессенджер, главной особенностью которого является кодирование сообщений пользователей таким образом, чтобы никто посторонний не смог взломать переписку.

Также, алгоритмы шифрования встроены во все операционные системы, облачные хранилища.

Они нужны для защиты ваших личных данных.

Рис.7 – принцип работы защищенного соединения

Стеганография

Он схож с упомянутой выше криптографией, но если основной целью криптографии является защита секретной информации, то стеганография отвечает за сокрытие самого факта о том, что существуют какие-либо защищаемые данные.

Процедура стенографического кодирования подразумевает встраивание сообщения в картинки, музыкальные файлы, видео и так далее.

Каждая буква секретного сообщения кодируется в бинарную форму, затем она заменяет один из пикселей.

Таким образом, можно закодировать даже большие сообщения без какого-либо визуального изменения фотографии, так как на современных гаджетах не видны отдельные пиксели картинки.

Аналогичным образом происходит кодирование звука в музыку, каждой частоте присваивается определенная буква.

Декодировать стенографическую информацию можно только с помощью специальных утилит, которые и зашифровали сообщение или путем взлома.

Достаточно сопоставить картинку до и после встраивания секретного текста, количество пикселей будет отличаться.

Затем используется специальное ПО для перебора и расшифровки каждого пикселя и воссоздания сообщения.

Читайте также:

Кодирование информации используется сотни лет для удобной передачи данных между устройствами.

С развитием технологий и переносом банковской сферы в техническую среду появилась необходимость в использовании алгоритмов кодирования, которые бы шифровали информацию, сохраняя её от несанкционированного доступа.

Сегодня без технологий кодирования данных невозможна работа ни одного компьютера, смартфона, сайта или банковского счета.

Тематические видеоролики:

Богдан Вязовский

"Мы живем в обществе, где технологии являются очень важной частью бизнеса, нашей повседневной жизни. И все технологии начинаются с искр в чьей-то голове. Идея чего-то, чего раньше не существовало, но однажды будет изобретено, может изменить все. И эта деятельность, как правило, не очень хорошо поддерживается"

В процессах восприятия, передачи и хранения информации живыми организмами, человеком и техническими устройствами происходит кодирование информации. В этом случае информация, представленная в одной знаковой системе, преобразуется в другую. Каждый символ исходного алфавита представляется конечной последовательностью символов кодового алфавита. Эта результирующая последовательность называется информационным кодом (кодовым словом, или просто кодом).

Примерами кодов являются последовательность букв в тексте, цифр в числе, двоичный компьютерный код и др.

Код состоит из определенного количества знаков (имеет определенную длину), которое называется длиной кода. Например, текстовое сообщение состоит из определенного количества букв, число — из определенного количества цифр.

Преобразование знаков или групп знаков одной знаковой системы в знаки или группы знаков другой знаковой системы называется перекодированием.

При кодировании один символ исходного сообщения может заменяться одним или несколькими символами нового кода, и наоборот — несколько символов исходного сообщения могут быть заменены одним символом в новом коде. Примером такой замены служат китайские иероглифы, которые обозначают целые слова и понятия.

Кодирование может быть равномерным и неравномерным. При равномерном кодировании все символы заменяются кодами равной длины; при неравномерном кодировании разные символы могут кодироваться кодами разной длины (это затрудняет декодирование). Неравномерный код называют еще кодом переменной длины.

Примером неравномерного кодирования является код азбуки Морзе. Длительное время он использовался для передачи сообщений по телеграфу. Кодовый алфавит включал точку, тире и паузу. При передаче по телеграфу точка означала кратковременный сигнал, тире — сигнал в 3 раза длиннее. Между сигналами букв одного слова делалась пауза длительностью одной точки, между словами — длительностью трех точек, между предложениями — длительностью семи точек.

Вначале код Морзе был создан для букв английского алфавита, цифр и знаков препинания. Принцип этого кода заключался в том, что часто встречающиеся буквы кодировались более простыми сочетаниями точек и тире. Это делало код компактным. Позже код был разработан и для символов других алфавитов, включая русский.

Коды Морзе для некоторых букв.

Чтобы избежать неоднозначности, код Морзе включает также паузы между кодами разных символов.

Декодирование информации

В зависимости от системы кодирования информационный код может или не может быть декодирован однозначно. Равномерные коды всегда могут быть декодированы однозначно.

Для однозначного декодирования неравномерного кода важно, имеются ли в нем кодовые слова, которые являются одновременно началом других, более длинных кодовых слов.

Закодированное сообщение можно однозначно декодировать с начала, если выполняется условие Фано: никакое кодовое слово не является началом другого кодового слова.

Закодированное сообщение можно однозначно декодировать с конца, если выполняется обратное условие Фано: никакое кодовое слово не является окончанием другого кодового слова.

Неравномерные коды, для которых выполняется условие Фано, называются префиксными. Префиксный код — такой неравномерный код, в котором ни одно кодовое слово не является началом другого, более длинного слова. В таком случае кодовые слова можно записывать друг за другом без разделительного символа между ними.

Например, код Морзе не является префиксным — для него не выполняется условие Фано. Поэтому в кодовый алфавит Морзе, кроме точки и тире, входит также символ–разделитель — пауза длиной в тире. Без разделителя однозначно декодировать код Морзе в общем случае нельзя.

Конспект урока по информатике «Кодирование и декодирование информации».