Сейчас трудно себе представить жизнь без компьютерных технологий. В IT информация может быть представлена различными способами. Все зависит от кодирования данных.

Далее предстоит ознакомиться с кодированием в IT получше. Необходимо выяснить, что собой представляет соответствующий процесс, а также как он может быть реализован в том или ином случае. Предложенные сведения рассчитаны на широкий круг лиц. Они пригодятся как обычным ПК-пользователям, так и IT-специалистам.

Определение

Кодирование информации («шифрование») – это преобразование данных из одной системы в другую. Такую, чтобы она была более удобной для восприятия, обработки и хранения при помощи некоторого исходного кода.

В компьютерах вся информация представлена в двоичной системе – состоящей из нулей и единиц. Это связано с тем, что основной рабочей единицей ПК выступает транзистор. Он имеет всего два состояния:

• включено – 1;
• выключено – 0.

Все данные (текст, картинки, звук, видео) будут храниться на устройстве в виде единиц и нулей. Такая форма записи непонятна пользователям, зато хорошо распознается машинами.

Системы кодирования

Система кодирования – это комплекс правил и закономерностей, а также обозначения информации в виде определенного кода.

Код – это система символов и знаков, необходимых для передачи информации. Закономерность отражения одного знакового комплекта в другом.

Двоичный код – способ передачи, хранения и представления информации при помощи всего двух символов. Обычно – единиц и нулей. Такая система применяется во всей современной вычислительной технике. Двоичное «шифрование» может быть реализовано при помощи кодов разнообразной длины. Количество знаков в них зависит от представленных кодированных сведений.

Бит – минимальный символ кодирования информации в двоичной системе. Он может быть представлен только единицей или нулем. Один бит кодирует всего два варианта значений, два – четыре (01, 10, 00, 11), три – 8 значений (001, 101, 100, 111, 101, 110, 001). По мере увеличения количества битов увеличивается количество вариантов значений, доступных для кодирования.

Виды и способы реализации

Кодировать информацию можно различными способами. Все зависит от материалов, с которыми предстоит работать компьютерному устройству. Хранить и обрабатывать ПК способен только один вариант представления данных – числовой. Это связано с тем, что распознавать два сигнала намного легче. Все материалы, записываемые на компьютер, будут переводиться в двоичную систему.

Можно выделить такие способы и средства «шифрования» в цифровых устройствах:

• числовой метод – кодирование при помощи чисел;
• графический способ – запись информации при помощи различных линий, рисунков и значков;
• символьный метод – когда информация кодируется при помощи символов, используемых для написания исходного текста.

К основным видам «шифрования» относят:

• кодирование цвета;
• «шифрование» текста;
• кодирование числовых данных;
• кодировку видео;
• «шифрование» графики;
• кодировку звука.

 Далее каждый представленный вариант будет рассмотрен более подробно. Эта информация поможет лучше понять принципы работы компьютеров и обработки разнообразных материалов.

Работа с цветом

Цветные компоненты, отображаемые на компьютерах, могут быть «зашифрованы» при помощи двоичной системы. Сначала картинка делится на множество мелких точек – пикселей. Каждый такой элемент обладает своим цветом. Он записывается на устройство при помощи бинарного кода.

В качестве примера можно рассмотреть фотографию размером 325×325 пикселей. Она будет представлена матрицей в 105625 байт, полученной путем умножения количества точек по вертикали и горизонтали.

Раскладка картинки на пиксели возможна при помощи любого современного устройства, оснащенного камерой. Пример – если в телефоне указано, что камера рассчитана на 12 мегапикселей, это значит, что она разложит итоговую картинку на 12 миллионов пикселей для записи в бинарной форме. Чем больше точек у изображения, тем более ярким и реалистичным оно будет после раскодировки, а также в процессе воспроизведения на устройстве или непосредственно после печати фото.

Также необходимо помнить о том, что цвет на картинке тоже будет «шифроваться». Способов записи цветов в бинарном кодировании несколько. Наиболее популярный – RGB (Red-Green-Blue). В процессе смешивания этих цветов получаются разнообразные оттенки и другие цветовые гаммы. При использовании алгоритма RGB необходимо зафиксировать каждый пиксель в двоичном коде и указать для него количества красного, зеленого и синего.

Чем больше количество битов, с помощью которых производится «шифрование» каждого пикселя, тем больше оттенков получится передать при помощи исходного кода. Это значит, что исходный графический документ будет более насыщенным и глубоким.

Такая картинка называется растровой – полученной при помощи сетки, мозаики пикселей на холсте – реальном или цифровом. Данная техника формирования графики является наиболее распространенной.

Работа с числами

При работе с числами огромную роль играет цель, с которой осуществляется «шифрование»:

• выполнение арифметических действий;
• ввод данных.

Числовые значения будут «шифроваться» при помощи бинарного кода, состоящего из нулей и единиц. Это биты. У соответствующей системы имеется один недостаток – длина кода. С технической точки зрения именно такая концепция является оптимальной для работы с компьютерами. Обрабатывать длинный код из простых однотипных компонентов всегда проще, чем короткий, но из сложных и запутанных символов.

Работа с текстом

Текстовая информация представляется при помощи последовательности символов:

• букв;
• цифр;
• диаграмм;
• таблиц;
• схем;
• знаков математических действий;
• иными элементами.

Текст тоже «шифруется» при помощи бинарного кода. Каждый символ получает определенное неотрицательное число или символьный код. Соответствующие сведения записываются в память используемого устройства в двоичной форме представления. Соотношение между символами и знаками их кодировки носит название системы кодировки. В компьютерах широко распространена кодировка ASCII. Она предусматривает 7 бит для «шифрования» одного бита. С помощью этой «памяти» можно закодировать 128 символов. Этого со временем стало очень мало.

В процессе компьютерной разработки был разработан 8-битный стандарт «шифрования» текста. Этот прием позволил увеличить диапазон кодирования данных до 256 символов. Первые 128 соответствуют базовой ASCII, вторые 128 обладают спецификой, связанной с языковыми региональными особенностями.

Для некоторых языков используется еще одна кодировка – Unicode. Каждый символ здесь предусматривает 2 байта и 62536 разнообразных кодировок.

Работа с графикой

Кроме растровой техники есть еще один способ «шифрования» графики – при помощи векторной техники. Такие картинки представляют собой не пиксели, а комбинации разнообразных графических компонентов:

• линий;
• ломаных;
• фигур;
• окружностей и так далее.

Векторная техника передачи изображений – графика с применением чертежных элементов. В основном создается при помощи компьютерных устройств. Активно применяется в дизайн-проектах, графическом оформлении и создании макетов, рекламных изображениях и плакатах.

В бинарной системе векторная картинка записывается через графические примитивы с указанием их точных параметров:

• размеров;
• форм;
• цветов заливки;
• расположения элементов относительно друг друга и иных характеристик.

Фотореалистичную графику при помощи векторной техники создать не представляется возможным.

Работа со звуком

Звуки – это колебания воздуха. Они имеют два основных показателя:

1. Амплитуда колебаний – величина, указывающая на отклонение состояния воздуха от начальной формы при каждом колебании. Простыми словами – громкость звука.
2. Частота колебаний – количество отклонений воздуха от исходного состояния, которое происходит за определенное количество времени. Человек слышит данный параметр как высоту, тональность сигнала.

Компьютеры работают со звуком по определенному алгоритму. Сначала микрофон преобразовывает колебания воздуха в электрические колебания. Звуковая карта обрабатывает соответствующие компоненты и переводит их в двоичный код. При воспроизведении звука осуществляется обратный процесс: исходный бинарный код считывается с устройства, переходит в электрические колебания, которые поступают к динамикам или в наушники. Акустическая система устройства воспроизводит колебания воздуха – пользователь слышит тот или иной звук.

Бинарная кодировка звука заключается в делении звуковой волны на небольшие участки. Звуковая карта устройства делит сигнал на мелкие фрагменты, каждый из которых переводится в двоичную систему – данный процесс называется дискретизацией. Чем более мелкое деление звуковых волн на части, тем больше частота дискретизации, тем более точным окажется воспроизводимый сигнал.

Работа с видео

Видео включает в себя два компонента:

• графика;
• звук.

Это значит, что «шифрование» осуществляется в два этапа – аналогично звуку и растровой графике. Видео представляет собой цепочку быстро сменяющихся статических картинок. Одна секунда ролика может включать в себя более десятка изображений. Каждый следующий кадр лишь немного отличается от предыдущего. Именно поэтому при получении бинарного кода досконально фиксируется первый кадр. На последующих – лишь те моменты, которые отличаются от предыдущего.

Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus!