Кодирование для чайников, ч.1
Не являясь специалистом в обозначенной области я, тем не менее, прочитал много специализированной литературы для знакомства с предметом и прорываясь через тернии к звёздам набил, на начальных этапах, немало шишек. При всём изобилии информации мне не удалось найти простые статьи о кодировании как таковом, вне рамок специальной литературы (так сказать без формул и с картинками).
Статья, в первой части, является ликбезом по кодированию как таковому с примерами манипуляций с битовыми кодами, а во второй я бы хотел затронуть простейшие способы кодирования изображений.
0. Начало
Поскольку я обращаюсь к новичкам в этом вопросе, то не посчитаю зазорным обратиться к Википедии. А там, для обозначения кодирования информации, у нас есть такое определение — процесс преобразования сигнала из формы, удобной для непосредственного использования информации, в форму, удобную для передачи, хранения или автоматической переработки.
Чего мне не хватало в 70-80-е, так это в школе, пусть не на информатике, а, например, на уроках математики — базовой информации по кодированию. Дело в том, что кодированием информации каждый из нас занимается ежесекундно, постоянно и в целом — не концентрируясь на самом кодировании. То есть в быту мы это делаем постоянно. Так как это происходит?
Мимика, жесты, речь, сигналы разного уровня — табличка с надписью, знак на дороге, светофоры, и для современного мира — штрих- и бар-коды, URL, хэш-тэги.
Давайте рассмотрим некоторые более подробно.
1.1 Речь, мимика, жесты
Удивительно, но всё это — коды. С помощью них мы передаём информацию о своих действиях, ощущениях, эмоциях. Самое важное, чтобы коды были понятны всем. Например, родившись в густых лесах у Амазонки и не видя современного городского человека, можно столкнуться с проблемой непонимания кода — улыбка, как демонстрация зубов, будет воспринята как угроза, а не как выражение радости.
Следуя определению, что же происходит когда мы говорим? Мысль — как форма, удобная для непосредственного использования, преобразуется в речь — форму удобную для передачи. И, смотрите, так как у звука есть ограничение как на скорость, так и на дальность передачи, то, например, жест, в какой-то ситуации, может быть выбран для передачи той же информации, но на большее расстояние.
Но мы всё еще будем ограничены дальностью остроты нашего зрения, и тогда — человек начинает придумывать другие способы передачи и преобразования информации, например огонь или дым.
1.2 Чередующиеся сигналы
В примитивном виде кодирование чередующимися сигналами используется человечеством очень давно. В предыдущем разделе мы сказали про дым и огонь. Если между наблюдателем и источником огня ставить и убирать препятствие, то наблюдателю будет казаться, что он видит чередующиеся сигналы «включено/выключено». Меняя частоту таких включений мы можем выработать последовательность кодов, которая будет однозначно трактоваться принимающей стороной.
Наряду с сигнальными флажками на морских и речных судах, при появлении радио начали использовать код Морзе. И при всей кажущейся бинарности (представление кода двумя значениями), так как используются сигналы точка и тире, на самом деле это тернаный код, так как для разделения отдельных кодов-символов требуется пауза в передаче кода. То есть код Морзе кроме «точка-тире», что нам даёт букву «A» может звучать и так — «точка-пауза-тире» и тогда это уже две буквы «ET».
1.3 Контекст
Когда мы пользуемся компьютером, мы понимаем, что информация бывает разной — звук, видео, текст. Но в чем основные различия? И до того, как начать информацию кодировать, чтобы, например, передавать её по каналам связи, нужно понять, что из себя представляет информация в каждом конкретном случае, то есть обратить внимание на содержание. Звук — череда дискретных значений о звуковом сигнале, видео — череда кадров изображений, текст — череда символов текста. Если мы не будем учитывать контекст, а, например, будем использовать азбуку Морзе для передачи всех трёх видов информации, то если для текста такой способ может оказаться приемлемым, то для звука и видео время, затраченное на передачу например 1 секунды информации, может оказаться слишком долгим — час или даже пара недель.
2. Кодирование текста
От общего описания кодирования перейдём к практической части. Из условностей мы за константу примем то, что будем кодировать данные для персонального компьютера, где за единицу информации приняты — бит и байт. Бит, как атом информации, а байт — как условный блок размером в 8 бит.
Текст в компьютере является частью 256 символов, для каждого отводится один байт и в качестве кода могут быть использованы значения от 0 до 255. Так как данные в ПК представлены в двоичной системе счисления, то один байт (в значении ноль) равен записи 00000000, а 255 как 11111111. Чтение такого представления числа происходит справа налево, то есть один будет записано как 00000001.
Итак, символов английского алфавита 26 для верхнего и 26 для нижнего регистра, 10 цифр. Так же есть знаки препинания и другие символы, но для экспериментов мы будем использовать только прописные буквы (верхний регистр) и пробел.
Тестовая фраза «ЕХАЛ ГРЕКА ЧЕРЕЗ РЕКУ ВИДИТ ГРЕКА В РЕЧКЕ РАК СУНУЛ ГРЕКА РУКУ В РЕКУ РАК ЗА РУКУ ГРЕКУ ЦАП».
2.1 Блочное кодирование
Информация в ПК уже представлена в виде блоков по 8 бит, но мы, зная контекст, попробуем представить её в виде блоков меньшего размера. Для этого нам нужно собрать информацию о представленных символах и, на будущее, сразу подсчитаем частоту использования каждого символа:
Источник
Урок «Кодирование информации. Способы кодирования информации» (5 класс).
Выбранный для просмотра документ Презентация к уроку (Андрианова Т.М.).pptx
Описание презентации по отдельным слайдам:
Заявка на оценку: «5» – 26 баллов и более «4» – 21 – 25 баллов «3» – 15 – 20 баллов
Информация – это знания об окружающем нас мире получаемые разными способами знания об окружающем нас мире, получаемые разными способами.
Действия с информацией Передавать Получать Хранить Обрабатывать
Тема урока: Kodlama bilgileri. Кодирование информации. 19 17 16 19 16 2 29 12 16 5 10 18 16 3 1 15 10 33. Способы кодирования.
Задание 1. Дана кодовая таблица: Какое слово здесь закодировано? М О Р Е
Кодирование – это процесс представления информации с использованием некоторого кода. Код – это условные знаки, с помощью которых представляется информация.
Задание 2. Заполни таблицу. Сфера применения кода Используемые знаки (код) Запись арифметических выражений Запись мелодий на бумаге Запись звуков речи Регулировка правил дорожного движения на дорогах Оценивание знаний школьника учителем
Способы кодирования графический числовой символьный
Задание 3. Укажи стрелочками способ кодирования, который был использован в каждом примере. 1. Исходная информация: УРОК Закодированный вид данной информации: 21 18 16 12 2. Исходная информация: КОМПЬЮТЕР Закодированный вид данной информации: КТОАМТПТЬТЮАТТЕАРТ 3. Исходная информация: ПЕРЕДАЧА Закодированный вид данной информации: Графический способ кодирования Числовой способ кодирования Символьный способ кодирования
Способы кодирования Графический (с помощью рисунков и значков) Числовой (с помощью чисел) Символьный (с помощью символов того же алфавита, что и текст)
Задание 4. Декодируйте запись: Ответ: КНИГА. Декодирование информации – это действие с информацией, обратное кодированию.
Задание 5. Известно, что некто для кодирования сообщений после каждой гласной буквы вставляет букву «А», а после согласной – букву «Т». Декодируйте зашифрованную информацию. Закодируй с помощью представленного выше кода: МОНИТОР ВСЯКОЕ СЕМЯ ЗНАЕТ СВОЁ ВРЕМЯ Закодированная информация Восстановленная информация МТОАНТИАТТОАРТ ВТСТЯАКТОАЕА СТЕАМТЯА ЗТНТААЕАТТ СТВТОАЁА ВТРТЕАМТЯА Начальная информация Закодированная информация Своё имя Название любимого школьного предмета
Что называется кодированием? Что такое код? Что понимается под способом кодирования? Каковы виды способов кодирования?
Домашняя работа Прочитать П.7 Выполнить задание 97, 98 в РТ. Построить два умозаключения (карточка 6) по пройденной теме. САМООЦЕНКА!
Выбранный для просмотра документ Урок «Кодирование информации» (Андрианова Т.М.).doc
Тема: «Кодирование информации. Способы кодирования информации»
Предмет: Информатика и ИКТ.
Учитель: Андрианова Татьяна Михайловна.
1.1 Выведение новых понятий: код, кодирование, декодирование.
1.2 Применение опорных понятий: информация, действия с информацией (хранение, обработка, получение, передача).
1.3 Формирование универсальных учебных действий:
— умение осознанно и произвольно строить речевое высказывание в устной и письменной форме;
— выбор наиболее эффективных способов решения задач в зависимости от конкретных условий;
— рефлексия способов и условий действия, контроль и оценка процесса и результатов деятельности.
— планирование учебного сотрудничества с учителем.
— составление плана и последовательности действий;
— оценка — выделение и осознание учащимся того, что уже усвоено и что ещё подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения.
1.4 Формирование предметных умений:
— имеют представление о кодах и кодировании;
— определяют способ кодирования информации;
— умеют кодировать и декодировать информацию при известных правилах кодирования .
2.1 Формирование научного мировоззрения на основе философских категорий: общее-особенное-единичное, возможность-действительность.
2.2. Формирование личностных УУД:
— развитие логического мышления, внимания, зрительной памяти;
— понимание значения различных кодов в жизни человек;
— формирование умения анализировать, сравнивать, делать выводы;
— осуществление контроля и самоконтроля.
Тип урока: Открытие нового знания.
Продолжительность: 45 мин.
Заявка на оценку:
«5» – 26 баллов и более
«4» – 21 – 25 баллов
«3» – 15 – 20 баллов
Знакомство с заявкой на оценку.
Планирует оценку за урок, исходя из заявки на оценку.
На слайде написано слово Информация и разбросаны слова, составь из этих слов верное определение к понятию информация ( см. приложение 1 ).
Какие действия с информацией мы можем совершать? (схема заполняется на слайде).
Как же мы можем передавать друг другу разную информацию?
Собирает определение понятия: Информация — это знания об окружающем нас мире, получаемые разными способами. ( 1б )
Передавать, получать, хранить, обрабатывать ( 1б )
Устно, в виде текста, в виде картинок, объяснить жестом и т.д.
Выведение темы урока
На данном слайде в виде текста представлена информация, которая поясняет тему сегодняшнего урока: Kodlama bilgileri. (Кодирование информации) . Понятна ли нам тема?
Что нужно сделать, чтобы понять, что за тема сегодня будет на уроке?
Т.е. для того чтобы мы поняли информацию, которая нам поступает, мы должны уметь её расшифровывать.
( На слайде появляется вторая часть урока ).
На слайде продолжение темы нашего урока. Понятна ли эта часть нашей темы? Почему?
Что нужно для того чтобы расшифровать данное сообщение? Т.е. знать код с помощью которого закодирована тема нашего урока.
Какая же тема сегодняшнего урока?
— Потому что она представлена на другом языке.
— Перевести данный текст на русский язык.
— Нет. Нам нужно расшифровать её.
— Нужно знать шифр или перевод.
— Кодирование и код. Кодирование информации и т.д.
Работа по теме урока
Попробуй произвести расшифровку нашей темы. Код для данных сообщений представлен на карточке.
Ученику выдаётся карточка №1 ( см. приложение 2 ).
Применяя карточку вопрос-понятие, сформулируй вопросы к данной теме.
В конце урока попробуем ответить на эти вопросы.
Сейчас выполним задание 1 ( см. приложение 3 ) (индивидуальная работа ученика). Самопроверка ученика (на слайде появляется само задание и ответ). Разбор самого задания, если были ошибки.
Что же ты делал в этом задании?
Т.е. расшифровывали информацию (в данном случае слово), которое было закодировано с помощью флажков, которые даны были в таблице. Что такое кодирование?
Буквы, цифры, различные картинки, флажки – можно сказать, что это условные знаки или по-другому говорят код. Получается, что кодирование – это процесс представления информации с использованием некоторого кода.
Что понимается под кодом?
В нашей жизни очень часто встречается кодирование информации и различные коды. Заполни таблицу, выполни задание 2 (проверка задания, на слайд ( twiddle ) записываются ответы или ученик предоставляет демонстрацию экрана).
Где же мы можем встретить закодированную информацию?
Для чего люди используют в жизни кодирование информации?
Таким образом, информация может быть представлена разными кодами, в разных формах. Форма представления или говорят, способ кодирования, зависит от цели, ради которой осуществляется кодирование.
Чаще всего применяют три способа кодирования:
1. Графический
Выполни задание 3 в файле. Проверка задания. Почему именно так подчеркнул? Сформулируй, какой код используется в каждом способе кодирования информации.
Прочитай задание 4, что нужно сделать?
Посмотри внимательно на задание, и попробуй понять, что нужно сделать будет в задании?
Что значит декодировать, сформулируй определение?
Источник
Исследовательская работа «Коды в нашей жизни»
Муниципальное учреждение дополнительного профессионального образования
142100, Московская область, г. Подольск, ул. Комсомольская, дом73
тел : 8 (4967) 63-82-60 e-mail: pimc@inbox.ru
КОНФЕРЕНЦИЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ «ШАГ В НАУКУ»
«КОДЫ в нашей жизни»
Овсянникова Алена Владимировна
Общеобразовательное учреждение: МОУ
«Основная общеобразовательная школа № 9»
Дергачева Наталья Валерьевна
Учитель математики МОУ
«Основная общеобразовательная школа № 9»
Городской округ Подольск
2.6 Двоичный способ кодирования……………………….………………………10
2.9.Пальцевые алфавиты и жестовый язык……………………………………….13
3.Способы кодирования информации…………………………………………….14
5.Список использованных источников и литературы……………………………..16
Кто владеет информацией,
тот владеет миром.
Почему я выбрала эту тему.
Совсем недавно в нашей семье произошло событие, которое и подтолкнуло меня к написанию этой работы. К нам из Твери приехала бабушка. Выйдя на прогулку, она забыла магнитный ключ от входной двери в подъезд, а код от неё она ещё не запомнила. Ей посчастливилось, что ждать пришлось недолго. В подъезд входил другой житель нашего дома, с ним она и вошла. После этого случая я стала задумываться над тем, сколько же в нашей жизни связано с кодом. Даже в нашей семье, в повседневной жизни, мы не обходимся ни дня без какого-либо кода: вход на свою страницу в интернете, просмотр электронного журнала, получение по карте заработной платы, даже вход в подъезд. Своими мыслями я поделилась со своим учителем математики, она и посоветовала мне глубже познакомиться с понятиями код и кодирование.
Человек воспринимает окружающий мир (получает информацию) с помощью органов чувств (зрение, слух, обоняние, осязание, вкус). Для того чтобы правильно ориентироваться в мире, он запоминает полученные сведения (хранит информацию). В процессе достижения каких-либо целей человек принимает решения (обрабатывает информацию). В процессе общения с другими людьми человек передает и принимает информацию. Человек живет в мире информации.
Море информации, которое получает человек, необходимо как-то сохранить, обработать или передать. Как же это сделать, ведь воспринимаемая нами информация так разнообразна. Человечество в целом за всю свою многовековую историю придумало немало способов кодирования информации. Некоторые изобретения мы используем до сих пор, а их авторы известны во всем мире. Коды окружаю нас повсюду, поэтому я считаю данную тему актуальной.
узнать, что такое код, для чего человеку нужны коды;
выявить способы кодирования информации;
выяснить, где и для чего в современной жизни применяются коды.
изучить имеющуюся информацию по данному вопросу;
выяснить, когда впервые человеком стали использоваться коды;
узнать о различных способах кодирования;
определить области использования кодов в современном мире.
без закодированной информации в современном мире обойтись нельзя.
Информация может поступать от источника к приемнику с помощью условных знаков или сигналов самой разной физической природы. Например, сигнал может быть звуковым, световым, тепловым, электрическим и др. Необходимо заранее договориться, как понимать те или иные сигналы, другими словами, требуется разработка кода.
Код — набор условных обозначений для представления информации.
Кодирование — процесс представления информации в виде кода. Кодирование сводится к использованию совокупности символов по строго определенным правилам. [ 1 ]
Множество кодов очень прочно вошли в нашу жизнь. Так, для общения в нашей стране используется код – русский язык. Запись текста можно рассматривать как способ кодирования речи с помощью графических элементов (букв, иероглифов). Записанный текст является кодом, заключающим в себе содержание речи.
Способ записи речи при помощи палочек, крючочков и их пересечений называется иероглифическим и относится к Древнему Египту V — IV тысячелетиями до нашей эры. Также давно появился и другой вид знакового письма – клинопись в Двуречье. Гораздо позже, через 2-3 тысячи лет, в Финикии появилось алфавитное письмо, похожее на то, которым пользуемся мы. [ 10 ]
Наскальные рисунки древних людей 
Между людьми происходит интенсивный обмен информацией и она бывает открытой – телеграф, телефон, радио, телевидение и т. д. и закрытой , защищаемой. По мере того, как развивалась письменность, возникала необходимость засекречивания важного сообщения от тех, кому оно не было предназначено. Разработкой мер защиты занимается криптография – тайнопись – способ письма, имеющий целью сделать написанное понятным только для посвящённых или рассчитанной на разгадывание.
Самые ранние упоминания о ней относятся к временам Древнего Египта. Для тайнописи используется шифр – способ, метод преобразования информации с целью её защиты от незаконных пользователей. [ 9]
Шифрование — это тоже кодирование, но с засекреченным методом, известным только источнику и адресату.
Один из древних способов кодирования, это шифр Цезаря. Этот шифр реализует следующее преобразование текста: каждая буква исходного текста заменяется следующей после неё буквой в алфавите. Он преобразовывал послания таким образом, чтобы текст выглядел бессмыслицей. Каждое послание состояло из числа букв, равного полному квадрату
Например, высказывание «Математика – царица всех наук» при данной шифровке пройдёт следующие этапы преобразования: буквы располагаем в столбцы квадрата 5х5 одну за другой без знаков препинания; переписываем столбцы в строку: МАЦАНАТАВАТИРСУЕКИЕКМАЦХ [ 8 ]
Понятие числа является основным, как для математики, так и для информатики. С древних времен, когда люди начали считать, появилась потребность в записи чисел. Возникли разные системы счисления (римская, арабская и другие). Мы пользуемся десятичной системой счисления (считаем десятками), она зародилась в Индии, в V веке. 
Числовые коды в нашей жизни применяются часто.
Например, числовой код используется для оценки
знаний в школе ( число «5» — код отличных знаний,
«4» — код хороших знаний, «3» — удовлетворительных,
Свой код из шести цифр (почтовый индекс) имеет каждый населенный пункт. Его следует писать на конверте или посылке в специально отведенном для этого месте. По коду можно узнать, куда отправлять письмо.
Регистрационные номерные знаки Российской Федерации — специальный символический знак, используемый для учёта автомобилей, мотоциклов, грузовой, специальной, строительной техники и прицепов. [ 3 ]
Метод координат – это тоже способ кодирования информации. Его придумал Рене Декарт, французский учёный изучающий математику и физику. Методом координат можно закодировать графическую информацию. Так же этот метод используется в географии и играх.
Метод координат — способ определять положение точки или тела с помощью чисел или других символов (например, положение шахматных фигур на доске определяется с помощью чисел и букв). Числа (символы), определяющие положение точки (тела) на прямой, плоскости, в пространстве, на поверхности и так далее, называются её координатами. В зависимости от целей и характера исследования выбирают различные системы координат. Система координат — комплекс определений, реализующий метод координат, то есть способ определять положение точки или тела с помощью чисел или других символов. Совокупность чисел, определяющих положение конкретной точки, называется координатами этой точки. 
Наиболее используемая система координат — прямоугольная система координат, также известная как декартова система координат — в честь французского математика Рене Декарта. Рене Декарт (1596 — 1650) — французский философ, математик, механик, физик и физиолог, создатель аналитической геометрии и современной алгебраической символики, автор метода радикального сомнения в философии, механицизма в физике.
Нарисуем на листе в клетку две перпендикулярные оси, точку их пересечения обозначим через О. Горизонтальная ось называется осью ОХ, вертикальная — осью OY. Место пересечения осей ОХ и OY называется началом координат, которое также обозначают цифрой 0 («ноль»). Каждая точка на координатной плоскости имеет свой точный адрес. Это пара чисел: первое число по оси ОХ, второе по оси ОУ. Эти числа называются координатами точки. А чтобы не путать порядок следования координат, вспомните, как устроены наши дома: сначала мы заходим в нужный подъезд (по оси ОХ), а затем поднимаемся на нужный этаж (по оси ОУ). 
Рисунки, схемы, чертежи, графики – графические формы представления информации.
Метод координат – это один из удобных способов представления графической информации с помощью чисел.
В математике координаты — совокупность чисел, сопоставленных точкам многообразия в некоторой карте определённого атласа. 
В геометрии координаты — величины, определяющие положение точки на плоскости и в пространстве. На плоскости положение точки чаще всего определяется расстояниями от двух прямых (координатных осей), пересекающихся в одной точке (начале координат) под прямым углом; одна из координат называется ординатой, а другая — абсциссой. В пространстве по системе Декарта положение точки определяется расстояниями от трёх плоскостей координат, пересекающихся в одной точке под прямыми углами друг к другу, или сферическими координатами, где начало координат находится в центре сферы.
В географии координаты выбираются как (приближённо) сферическая система координат — широта, долгота и высота над известным общим уровнем (например, океана). В географии координаты используются для удобного определения места объекта.
В астрономии небесные координаты — упорядоченная пара угловых величин (например, прямое восхождение и склонение), с помощью которых определяют положение светил и вспомогательных точек на небесной сфере. В астрономии употребляют различные системы небесных координат.
Метод координат – один из удобных способов представления графической информации с помощью чисел (рисунков, схем, чертежей, графиков). Метод координат используется в играх, таких как шахматы и морской бой. Посмотрите на шахматную доску. Вдоль её нижнего края идет ряд букв, а вдоль левого — ряд цифр. С их помощью можно однозначно определять положение любой фигуры на шахматной доске. [ 2 ]
По мере развития техники появились разные способы кодирования информации. Во второй половине XIX века американский изобретатель Сэмюэль Морзе (американский изобретатель и художник) изобрел удивительный код, который служит человечеству до сих пор. Код Морзе, (Азбукой Морзе код начал называться только с первой мировой войны) — способ знакового кодирования (представление букв алфавита, цифр, знаков препинания и других символов последовательностью сигналов, например, длинных и коротких: «тире» и «точек» %E%E%F%EA%E_%CC%EE%F%E%E ). За единицу времени принимается длительность одной точки. Длительность тире равна трём точкам. Пауза между элементами одного знака — одна точка, между знаками в слове — 3 точки, между словами — 5 точек (приложение 1).
Морзе изобрёл метод кодирования, напоминающий двоичный код, используемый в современных компьютерах, тем, что он тоже базировался на двух возможных значениях — в случае метода кодирования Морзе это были точка или тире.
Результатом его поистине каторжного труда стал высокоэффективный метод кодирования, который с некоторыми изменениями используется до сих пор, хотя с момента его изобретения прошло уже более 160 лет.
После того, как изобретения Морзе вошли в практическое употребление, другие изобретатели внесли свой вклад в развитие телеграфа, разработав, например, такие устройства, как реле, которые позволяли одновременно с приёмом сигнала в одном месте посылать его далее. [ 5 ]
Всё множество символов, используемых для кодирования, называется алфавитом кодирования.
Источник
