Теория информации и кодирования

Введение

По сути, кодирующие системы — это аналоги шифров поэлементной замены, когда все единичные модули информации, которые следует закодировать, подменяются некоторым заменяющим их шифром. Но существует и различие, и оно заключаются в присутствии у процесса шифрования специального ключа или по другому изменяемой части. Наличие изменяемой части приводит к тому, что одно и то же пересылаемое сообщение, при одном и том же алгоритме шифрования, будет по-разному зашифровано. Когда же применяется не шифрование, а кодирование, то таких изменений не уже будет. Поэтому пересылаемое и кодируемое при этом несколько раз сообщение не меняется, а всё время имеет одинаковые кодовые наборы. Есть и ещё отличие, которое заключается в применении при кодировании кодов для слов или предложений, а также цифрового набора. Замена информационных участков, которые следует закодировать, набором кодовых символов осуществляется на основе предназначенных для этих целей таблиц, которые являются аналогами таблиц для замен при шифровании либо при помощи специальных алгоритмов или кодировочных функций.

Информационные элементы, подлежащие кодированию

Информационными элементами, которые следует закодировать, могут являться:

1. Элементы, используемые в разговорной речи, выбранные слова или даже буквы.
2. Различные обозначения в символьном формате, например, логические и арифметические операции, знаки препинания, и так далее. Следует отметить, что сами операционные знаки и операторы, предназначенные для сравнения, следует отнести к обозначениям в кодовом формате.
3. Цифровые и численные значения.
4. Образы в формате аудио и видео файлов.
5. Разнообразные ситуации, а также явления.

В качестве кодовых обозначений возможно использовать:

1. Комбинированные буквенные наборы из разговорных языков, а также просто сами буквенные символы.
2. Разнообразные числовые комбинации.
3. Изображения в формате графики.
4. Использование световых и звуковых командных сигналов.
5. Явления из области электроники и электричества, к примеру электромагнитные сигналы.
6. Комбинированные наборы разнообразных химических молекул.

Главные задачи кодирования

Базовыми целевыми задачами при кодировании информационных данных считаются:

1. Создание дополнительных удобств для хранения, обработки и трансляции информации. В любом случае кодированная информация требует значительно меньших объёмов памяти и наиболее удобна для её обработки и трансляции автоматическими программными приложениями и технологическим оборудованием.
2. Создание условий для удобного информационного обмена между пользователями.
3. Осуществление наглядного отображения.
4. Идентификация необходимых объектов и субъектов.
5. Обеспечение скрытности и недоступности конфиденциальных данных.

Различают способы кодирования многоуровневые и одноуровневые. К примеру, коды светофора в виде световых сигналов красного, жёлтого и зелёного цветов, являются одноуровневым кодированием. В качестве примера многоуровневого кодирования можно привести пример фотографического образа, который хранится в виде отдельного файла. В начале фото подвергают расчленению на набор мельчайших элементов, пикселей, что означает кодирование всех составных частей визуального образа элементарными компонентами. Все компоненты представляются в виде набора основных цветов, красного, зелёного и синего, и у каждого есть своя интенсивность, которая выражается в числовом формате. Далее численные комплекты переформируются с целью уменьшения занимаемого кодом объёма памяти (например, это могут быть коды jpeg, png и тому подобное). Затем, выработанные численные величины подвергаются преобразованию (перекодированию) в набор электромагнитных импульсов и транслируются по предназначенным для этого каналам связи или участкам на носителях информации.

Следует отметить, что сформированные численные значения при выполнении программы, представляются в соответствии с законами применяемой системы кодирования цифр и чисел. Методы формирования кодов информационных данных можно разделить на обратимые и необратимые. При применении обратимого кодирования всегда имеется возможность восстановить информацию, подвергнутую кодировке, без каких-либо информационных потерь. К этому типу кодировки относится, например, азбука Морзе или кодирование с помощью штрих-кодов. Если же используется методика необратимых кодов, то способов правильно выполнить восстановление исходных данных просто нет. В качестве примеров можно привести кодирование аудио и видео данных в различных форматах. Кодовые системы подразделяются также на системы с общественной доступностью и системы с повышенной секретностью. Первая категория используется с целью повышения качества информационного обмена, а вторая категория применяется для реализации защиты данных от нелегального доступа.

Системы кодирования с общим доступом

Применение кодов получило широкое распространение в общественной практике. Выше отмечалось, что все символы логических и арифметических операций, также относятся к кодировкам. Например, символ плюс «+», обозначающий операцию сложения, и символ минус «-», который обозначает вычитание, были изобретены в Германии, в математической школе «коссистов». При выполнении кодирования посредством азбуки Морзе, вся известная символика (буквенные, цифровые и другие символы) подменяется некоторым комплектом точек и тире. В качестве элементарного временного интервала взят временной интервал равный звучанию точки. Время звучания тире равняется трём точкам. Для выделения начала очередного кодового символа, применяется пауза с длительностью, равной длительности точки (около четырёх десятых секунды).