Кодирование информации: виды и способы кодирования

Информация может быть разного вида, характера: вкус, запах, звук, видео, текстовая, символьная, выраженная в знаках. В отраслях науки, техники и производстве применяются разные варианты кодирования информации, специальные методы и формы.

Системы кодирования информации

Виды и способы кодирования информации

Современная компьютерная техника может обрабатывать графическую, числовую, текстовую, звуковую информацию, видеоматериалы. Компьютер может хранить и обрабатывать только один вариант представления данных — числовой. Техническому устройству легче распознавать только 2 варианта сигнала, поэтому вся информация, которая вносится в компьютер должна переводиться в цифровой вид.

Выделяют следующие средства и способы кодирования информации:

• числовой — это кодирование данных при помощи чисел
• графический способ — это запись информации на устройстве при помощи значков, рисунков, линий
• символьный — данные кодируются при помощи символов, которые использованы для написания исходного текста.

К основным видам кодирования данных относят:

1. Кодирование цвета.
2. Кодировка текстовой информации.
3. Кодировка числовых данных.
4. Кодировка графики.
5. Кодирование видеозаписи.
6. Кодирование звуковой информации.

Кодирование цвета

Процесс кодирования информации в цветном изображении с использованием двоичной системы происходит следующим образом. Изначально фото разделяется на огромное число мелких цветных точек — пикселей. Затем цвет каждого пикселя при помощи бинарного кода записывается на устройстве.

Например, если размер фото 325×325, то оно представится в виде матрицы в 105625 байт, которое получим путем умножения числа точек по вертикали на число точек по горизонтали.

Раскладка изображения на точки возможна при помощи любого современного фото- или видео- прибора. Например, если в описании камеры указано, что она на 12 Mega Pixels, то это означает, что камера раскладывает полученное изображение на 12 миллионов пикселей для записи в двоичной системе кодирования информации. Чем больше количество пикселей, на которое прибор делит фото для передачи данных, тем более реалистичное, яркое, четкое изображение получится после раскодировки, при воспроизведении на экране или после печати фото.

При этом следует отметить, что качество кодирования изображения с помощью бинарного кода определяется количеством точек, на которое оно бьется, а также цветовым разнообразием пикселей при кодировке. Способов записи цвета при двоичном кодировании несколько, самый популярный вариант — это система RGB (по первым буквам цветов на английском языке: Red — красный, Green — зеленый, Blue — синий). При смешивании этих 3 цветов в разных соотношениях образуются различные цвета и оттенки при кодировке изображений. Алгоритм записи RGB состоит в том, что каждый пиксель фиксируется в двоичном коде с указанием количества красного, зеленого и синего цвета в его составе.

Чем больше количество битов, с помощью которых кодируется каждый пиксель, тем больше вариантов оттенков можно передать с помощью кода, а значит тем больше вариантов цветовой насыщенности фото, тем больше глубина цвета изображения.

Полученное изображение называется растровым, что значит изображение, полученное с помощью сетки, мозаики пикселей на экране, бумаге, другом устройстве. Эта техника формирования изображения самая распространенная.

Кодирование текстовой информации

Любой вариант текстовой информации представлен с помощью последовательности определенных символов: цифр, букв, схем, диаграмм, таблиц, знаков математических действий и т.п.

В компьютерной технике текстовое кодирование информации и ее хранение осуществляется с использованием двоичного кода. Для этого каждому символу присваивается определенное неотрицательное число, или код символа, которое записывается в память вычислительной аппаратуры с помощью двоичного кода. При этом соотношение между символами и знаками их кодировки называется системой кодировки. В компьютерной технике применяется система кодировки ASCII. В данной системе применяется для кодирования одного символа 7 бит, с помощью которых можно закодировать 128 символов, но этого было недостаточно.

При разработке программного обеспечения ПК был создан 8-битный стандарт кодировки текстов, что дало возможность увеличить диапазон кодирования информации до 256 символов. При этом первые 128 символов соответствуют стандартам ASCII, а остальная половина имеет свои специфику, связанную с языковыми региональными особенностями.

Но и 256 символов не хватило, поэтому разрабатывали новые стандарты, так появился стандарт UNICODE, при кодировке в этой системе каждому символу соответствует 2 байтами, в итоге получается 62536 разных кодировок.

Кодировка числовых данных

Для кодирования чисел имеет значение цель, с которой проводится кодирование: арифметические вычисления или для ввода данных. Все числовые данные кодируются при помощи бинарного кода, состоящего из 0 и 1, эти символы имеют название — биты.

Этот метод кодирования самый популярный, он легко может быть реализован, прост в технологическом плане: если сигнал есть — значит 1, отсутствие сигнала — это 0.

Единственный недостаток бинарной системы кодирования — это длинный код, но с технической точки зрения, это удобнее, так как длинный код из простых однотипных компонентов легче передать, чем короткий из сложных и запутанных символов.

Целые числа кодируются при помощи перевода их в другую систему счисления, с использованием 80-разрядного кодирования.

Кодирование графической информации

Для кодировки изображения, кроме растровой техники, широко применяется векторная техника передачи изображения.

Изображения, полученные с помощью векторной графики, представляют собой не точки, а формируются их графических элементов: линий, окружностей, фигур и т.п.

Векторное изображение записывается в двоичной системе кодирования информации при помощи графических примитивов, с указанием их точных размеров, форм, цвета заливки, расположения элементов относительно друг друга и других свойств.

Например, для кодирования с применением двоичного кода круга с помощью векторной техники, ПК достаточно закодировать вариант объекта (круг), центр объекта, радиус, толщину, цвет линий, вариант заливки. А для кодирования этого круга при помощи растровой графики необходимо было бы шифровать в двоичной системе каждый пиксель изображения, для чего необходимо значительно больше места в памяти устройства.

Следует отметить, что векторная графика не дает возможность записывать в двоичном коде фото близкие к реальному изображению, поэтому вся фото- видео аппаратура работает только при помощи растровой графической системы.

Кодирование звуковой информации

Любой звуковой сигнал, который слышит человек, это колебание воздуха. Оно имеет 2 основных показателя: амплитуда колебаний и частота колебаний.

Например, гром — это низкочастотный звук, амплитуда колебания при этом имеет большую величину. А жужжание мухи — это высокочастотный звуковой сигнал, с небольшой амплитудой звука.

Компьютерная техника работает со звуковым сигналом по определенному алгоритму. Микрофон преобразует колебания воздуха в соответствующие электрические колебания. В ПК имеется звуковая карта, именно она преобразовывает электрические колебания при помощи двоичной системы в код, который фиксируется на записывающем устройстве. То есть программное обеспечение компьютерной техники превращает звук в последовательность 0 и 1. При воспроизведении получившегося кода, происходит обратный процесс: код считывается с устройства, превращается в электрические колебания, а они поступают к динамикам или в наушники. Акустическая система динамиков и наушником воспроизводят колебания воздуха, мы слышим звуковой сигнал, по своим функциям это полная противоположность микрофону.

В основе двоичной кодировки звукового сигнала лежит разделение звуковой волны на небольшие участки. Звуковая карта ПК или смартфона делит звуковой сигнал на мелкие участки, кодирует каждый из них в двоичный код — это процесс называется дискретизация. Чем более мелкое деление звуковой волны на части, чем больше частота дискретизации, тем более точно воспроизводится звуковой сигнал, звукозапись имеет более высокий уровень качества.

Кодирование видеозаписи

Каждая видеозапись состоит из 2 элементов: звукового и графического. Кодирование с помощью двоичного кода звукового сигнала происходит аналогично шифровке звуковой информации. Алгоритм кодирования видеоизображения схож с процессом обработки с применением растровой графики.

Видеозапись представляет собой череду быстро меняющихся статических картинок, одна секунда видео может состоять из нескольких десяткой изображений, каждый следующих кадр лишь чуть отличается от предыдущего. Поэтому, когда осуществляется кодирование информации изображение досконально фиксируется только самый первый кадр, а на следующих лишь те моменты, которые отличны от предыдущего.