Чтобы расшифровать сообщение, отображаемое в выбранной системе шифрования информации, его необходимо дешифровать, т.е. восстановить исходный материал. Для успешной расшифровки необходимо знать тип кода и методы шифрования.
Кодирование информации
Набор символов, используемых для кодирования, называется алфавитом кодирования. В памяти компьютера, например, вся информация кодируется с помощью двоичного алфавита, который содержит только два символа — 0 и 1.
Научная основа кодирования была описана К. Шенноном, который изучал передачу 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 знаковой системе к представлению в другой знаковой системе. Например, перевод письменного русского текста в азбуку Морзе для передачи по телеграфу или радио. Такое кодирование обусловлено необходимостью адаптации кода к техническим средствам, с помощью которых обрабатывается информация (см. «Передача информации»).
Декодирование — это процесс преобразования кода обратно в форму исходной системы символов, т.е. исходного сообщения. Например: Перевод азбуки Морзе в письменный текст на русском языке.
В более широком смысле декодирование — это процесс восстановления содержания закодированного сообщения. При таком подходе процесс написания текста с использованием русского алфавита можно считать кодированием, а его чтение — декодированием.
Цель кодирования и способ кодирования.
Способ кодирования одного и того же сообщения может быть различным. Например, мы привыкли писать русские тексты русским алфавитом. Но то же самое можно сделать и с английским алфавитом. Иногда нам приходится это делать, когда мы отправляем текстовое сообщение на мобильный телефон, на котором нет русских букв, или когда мы отправляем электронное письмо на русском языке из-за границы, когда на компьютере нет русского программного обеспечения. Например, предложение: «Здравствуй, дорогой Саша!» должно быть написано так: «Здравствуй, дорогой Саша!
Существуют и другие способы кодирования речи. Например, стенография — это быстрый способ записи устной речи. Им пользуются несколько специально обученных людей, называемых стенографистами. Стенографист успевает записывать текст синхронно с речью оратора. В стенографической записи знак обозначает целое слово или фразу. Расшифровать стенограмму может только стенографист.
Приведенные выше примеры иллюстрируют следующее важное правило: для кодирования одной и той же информации могут использоваться различные методы; их выбор зависит от различных обстоятельств: цели кодирования, обстоятельств, имеющихся средств. Если необходимо записать текст в речевом ритме, мы используем стенографию; если необходимо передать текст за границу, мы используем английский алфавит; если необходимо представить текст в форме, понятной русскому, умеющему читать и писать, мы записываем его в соответствии с правилами русской грамматики.
Еще один важный момент заключается в том, что выбор метода кодирования может быть связан со способом обработки информации. Проиллюстрируем это на примере представления чисел — количественной информации. Используя русский алфавит, мы можем написать число «тридцать пять». Используя арабский десятичный алфавит, мы пишем: «35». Второй способ не только короче первого, но и проще в расчетах. Какая запись лучше для вычислений: «Тридцать пять раз по сто двадцать семь» или «35 x 127»? Очевидно, последнее.
Однако если важно, чтобы число оставалось неискаженным, лучше записать его в текстовом формате. В денежных документах, например, сумма часто пишется в текстовом формате: «триста семьдесят пять рублей» вместо «375 рублей». Во втором случае искажение одной цифры изменяет все значение. При использовании текстового формата даже грамматические ошибки не могут изменить смысл. Например, неграмотный человек написал: «Триста семьдесят пять рублей». Однако смысл остается прежним.
Кодирование текстов
При кодировании текста каждому символу присваивается значение, например, порядковый номер.
Первый общий стандарт кодирования компьютерного текста называется ASCII (American Standard Code for Information Interchange) и использует 7 битов для кодирования каждого символа.
С помощью 7 бит можно закодировать не менее 128 символов: Буквы верхнего и нижнего регистра, цифры, знаки препинания и специальные символы, такие как «§».
Было разработано несколько вариантов стандарта, и код был расширен до 8 бит (256 символов), чтобы иметь возможность кодировать национальные символы, такие как латышская буква ā.
Однако 256 символов было недостаточно для кодирования всех знаков различных алфавитов, поэтому были созданы новые стандарты. Одним из самых популярных в настоящее время является UNICODE, где каждый символ кодируется 2 байтами, так что в общей сложности у вас есть 62536 различных кодов.
Кодирования графических данных
Почти все изображения, созданные, отредактированные и сохраненные на компьютере, можно разделить на две группы:
Любое изображение, созданное с помощью растровой графики, состоит из цветных точек. Эти точки называются пикселями.
Для кодирования нецветных изображений обычно используется 256 уровней серого, начиная с белого и заканчивая черным. Для всех цветов требуется 8 бит (1 байт).
Для кодирования цветных изображений обычно используются три цвета: Красный, зеленый и синий. Цветовой тон создается путем смешивания этих трех цветов.
Размер изображения можно рассчитать, умножив его ширину на длину в пикселях. Например, изображение с 200⋅100 пикселями требует 60000 байт.
Кодирование звуков
Звуки возникают в результате колебаний воздуха. Звук имеет два измерения:
— Амплитуда колебаний, которая указывает на интенсивность звука,
— частота, которая указывает на высоту звука.
Звук может быть преобразован в электрический сигнал, например, микрофоном.
Звук кодируется путем измерения силы сигнала через определенный промежуток времени и присвоения ему двоичного значения. Чем чаще проводятся такие измерения, тем лучше качество звука.
Пример:
Один компакт-диск объемом 700 МБ может содержать 80 минут аудиозаписей CD-качества.
Двоичный код
Наиболее распространенным методом кодирования информации является двоичное кодирование. Двоичное кодирование данных используется во всех современных технологиях.
Двоичный код (бинарный код) представляет собой последовательность нулей и единиц. Это универсальная форма представления всех типов информации (текст, изображения, звук и видео). Информацию, закодированную в двоичном коде, очень легко хранить, обрабатывать и передавать с одного электронного устройства на другое, и именно в этом заключается преимущество двоичного кодирования информации.
Двоичное кодирование информации используется для самых разных данных:
- двоичное кодирование текстовой информации заключается в присвоении буквенным, цифровым и другим обозначениям определенного кода. Он записывается в компьютерной памяти цепочкой из нулей и единиц. Порядок кодирования алфавита в двоичный код с помощью стандарта ASCII является наглядным примером;
- вид используемой графики влияет на то, каким образом производится двоичное кодирование графической информации;
- двоичное кодирование звуковой информации происходит после дискретизации звуковой волны и присвоения каждому компоненту соответствующего бинарной цепочки чисел;
- кодирование двоичным кодом видеоматериалов сочетает принципы работы со звуком и растровыми изображениями.
Обработка графических изображений
Текстовая, звуковая и графическая информация кодируется с целью обмена, обработки и хранения в высоком качестве. Кодирование различных типов информационных сообщений имеет свои особенности, но в целом приводит к их переводу в двоичную форму.
Источник
Рисунки, иллюстрации в книгах, диаграммы, чертежи и т.д. — Примеры графических сообщений. Современные люди все чаще используют компьютерные технологии для работы с графическими данными.
Кодирование графической и звуковой информации — это, по сути, преобразование ее из аналоговой в цифровую форму.
При кодировании графической информации каждому элементу изображения присваивается определенное кодовое значение.
Кодирование графической информации зависит от способа представления изображений (растровый или векторный):
- Принцип кодирования графической информации растровым способом заключается в присвоении бинарного шифра пикселям (точкам), формирующим изображение. Код содержит сведения о цветовых оттенках каждой точки. Примером служат снимки, сделанные на цифровом фотоаппарате.
- Векторная кодировка осуществляется благодаря использованию математических функций. Компонентам векторных изображений (точкам, прямым и другим геометрическим фигурам) присваивается двоичная последовательность, определяющая разнообразные параметры. Такая графика зачастую применяется в типографии.
Источник
Многие спросят: «Какой смысл кодировать графическую информацию в виде трехмерных изображений?». Дело в том, что работа с 3D данными сочетает в себе методы растрового и векторного кодирования.
Кодирование и обработка графической информации в различных форматах имеет свои преимущества и недостатки.
Метод координат
Все данные могут быть переданы с помощью двоичных чисел, включая графические изображения, состоящие из серии точек. Метод координат используется для сопоставления чисел и точек в двоичном коде.
Метод координат в плоскости основан на изучении свойств точки в системе координат с горизонтальной осью Ox и вертикальной осью Oy. Точка имеет 2 координаты.
Если есть три взаимно перпендикулярные оси X, Y и Z, проходящие через начало координат, то используется метод пространственных координат. Положение точки в таком случае определяется тремя координатами.
Пространственная система координат
Кодирование информации: виды и способы кодирования
Информация может быть разного типа и характера: Вкус, запах, звук, видео, текст, символизм, выраженный в баллах. В науке, технике и производстве используются различные варианты кодирования информации, специальные методы и форматы.
Кодирование информации — это преобразование информации из одной формы в другую, более подходящую для передачи, обработки и хранения, с помощью кода.
Системы кодирования информации
Существуют различные системы кодирования информации
Два бита могут кодировать уже четыре варианта: 01, 10, 00, 11.
Три бита могут кодировать восемь значений: 001, 010, 100, 101, 111, 110, 011.
И так далее. С увеличением количества битов увеличивается и количество вариантов значений, которые могут быть закодированы.
Современное компьютерное оборудование может обрабатывать графические, числовые, текстовые, аудио- и видеоданные. Компьютер может хранить и обрабатывать только один вариант представления данных — числовые данные. Поскольку техническому устройству легче распознать только две версии сигнала, вся информация, введенная в компьютер, должна быть преобразована в цифровую форму.
Различают следующие средства и методы кодирования:
Основные типы кодирования данных включают:
Процесс кодирования информации в цветном изображении с помощью двоичной системы выглядит следующим образом. Фотография сначала делится на большое количество маленьких цветных точек — пикселей. Затем цвет каждого пикселя записывается в устройство с помощью двоичного кода.
Например, если фотография имеет размер 325×325, она представляется в виде матрицы размером 105625 байт, которая рассчитывается путем умножения количества вертикальных точек на количество горизонтальных точек.
Изображение может быть пикселировано с помощью любого современного фото- или видеооборудования. Например, если на камере указано 12 мегапикселей, это означает, что она разрешает захваченное изображение на 12 миллионов пикселей, которые записываются в двоичной системе кодирования. Чем больше количество пикселей, на которые устройство делит фотографию для передачи данных, тем более реалистичным, ярким и четким будет изображение после декодирования при воспроизведении на экране или печати.
Виды и способы кодирования информации
Следует отметить, что качество двоичного кодированного изображения определяется количеством пикселей, на которые оно разделено, и разнообразием цветов пикселей в процессе кодирования. Существует несколько способов записи цветов в двоичном кодировании, наиболее известна система RGB (красный, зеленый и синий). Смешивая эти три цвета в разных соотношениях, при кодировании изображений создаются различные цвета и оттенки. Алгоритм RGB заключается в определении для каждого пикселя в двоичном коде количества красной, зеленой и синей составляющих.
Чем больше битов используется для кодирования каждого пикселя, тем больше вариаций насыщенности цвета может воспроизвести код и тем больше глубина цвета изображения.
- 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.
Полученное изображение называется растровым, то есть изображением, созданным из растра — мозаики пикселей на экране, бумаге или другом устройстве. Эта техника
- Кодирование цвета.
- Кодировка текстовой информации.
- Кодировка числовых данных.
- Кодировка графики.
- Кодирование видеозаписи.
- Кодирование звуковой информации.
Кодирование цвета
Человек воспринимает звуковые волны (колебания воздуха) через слуховую систему в виде звуков различной интенсивности и тональности. Чем выше интенсивность звуковой волны, тем громче звук; чем выше частота волны, тем выше высота звука. Для того чтобы компьютер мог обработать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму путем временной выборки. Непрерывная звуковая волна делится на небольшие временные сегменты, для каждого из которых устанавливается определенное значение громкости.
Каждый современный компьютер оснащен звуковой картой, динамиками и микрофоном. Они используются для записи, хранения и воспроизведения звука — волн определенной частоты и амплитуды. Компьютерное программное обеспечение преобразует звуковые сигналы в последовательность нулей и единиц. Это делается с помощью звукового адаптера или звуковой карты. Устройство подключается к компьютеру для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в двоичный код. Процесс преобразования происходит как при вводе звуков в компьютер, так и при их возврате.
Для человека чем громче звук, тем больше амплитуда сигнала, а чем выше высота тона, тем больше частота сигнала. Компьютер — это цифровое устройство, что означает, что непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в последовательность электрических импульсов (нулей и единиц). Звук оцифровывается специальным устройством на деке. Он называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Обратный процесс, воспроизведение закодированного звука, осуществляется цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП).
При кодировании непрерывного аудиосигнала выполняется временная выборка.
Микрофон, подключенный к аудиокарте, улавливает аналоговый звук и преобразует его в цифровой формат. Качество получаемого цифрового звука зависит от количества измерений громкости звука в единицу времени, т.е. от частоты дискретизации. Чем больше число измерений в 1 секунду (чем выше частота дискретизации), тем точнее «лестница» цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового звукового сигнала.
Глубина кодирования звука — это количество битов, используемых для кодирования различных уровней или состояний сигнала. Современные звуковые карты обеспечивают глубину кодирования звука в 16 бит, поэтому общее количество различных уровней громкости, которые может определить компьютер, равно N = 2 16 = 65536.
Кодирование текстовой информации
Частота дискретизации — это количество измерений уровня звука в единицу времени. Это мера качества и точности процесса двоичного кодирования. Он измеряется в герцах (Гц).
Звуки и их разрядность
Одно измерение за одну секунду соответствует
Оцифрованный сигнал в виде серии последовательных значений амплитуды уже может храниться в памяти компьютера. Когда записываются абсолютные значения амплитуды, такая форма записи называется PCM (импульсно-кодовая модуляция). Стандарт аудио CD (CD-DA), используемый с начала 1980-х годов, хранит информацию в формате PCM с частотой дискретизации 44,1 кГц и 16-битным квантованием.
Вычислительные машины, включая компьютеры, имеют программу, которая управляет их работой. Все инструкции кодируются определенной последовательностью нулей и единиц. Они называются машинными инструкциями (MC).
Машинная инструкция — это команда микропроцессору на выполнение функции или действия, закодированная в соответствии с определенными правилами. Каждая инструкция содержит элементы, которые определяют:
Структура машинной инструкции состоит из функциональной части и адресной части. Функциональная часть содержит код функции. Чем больше функциональная часть, тем больше функций может быть в ней закодировано.
Адресная часть машинной инструкции содержит информацию об адресах операторов. Это либо значения адресов ячеек памяти, в которых расположены сами операторы (абсолютная адресация), либо информация, которую процессор использует для определения значений их адресов в памяти (относительная адресация). Абсолютная адресация использовалась только в машинах поколений 1 и 2. Начиная с поколения 3, относительная адресация используется вместе с абсолютной адресацией.
Более подробную информацию о поколениях компьютеров см. в статье История компьютеров.
Таким образом, кодирование информации — это процесс преобразования сигнала из формы, пригодной для непосредственного использования информации, в форму, пригодную для ее передачи, хранения или автоматической обработки (цифровое кодирование, аналоговое кодирование, табличное кодирование, цифровое кодирование). Процесс преобразования сообщения в комбинацию символов в соответствии с кодом называется кодированием, а процесс извлечения сообщения из комбинации символов — декодированием.
Кодирование информации — это процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле термин «кодирование» понимается как переход от одной формы представления информации к другой, более подходящей для хранения, передачи или обработки.
Машинные команды
Информация должна быть представлена, т.е. закодирована, в какой-либо форме. Алфавит используется для представления дискретных фрагментов информации. Однако между информацией и алфавитом нет четкого соответствия. Другими словами, одна и та же информация может быть представлена разными алфавитами. Эта возможность поднимает проблему конвертации из одного алфавита в другой
- указание на то, какие действия должен сделать микропроцессор (ответ па этот вопрос дает часть команды, которая называется кодом операции (КОП));
- указание на объекты, над которыми надо провести какие-то действия (эти элементы машинной команды называются операндами);
- указание на способ действия (эти элементы называются типами операндов).
