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
Конспект по информатике «Кодирование информации»
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Лицей №4»
Рузаевского муниципального района Республики Мордовия
ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА ПО ИНФОРМАТИКЕ
ТЕМА: «КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ»
Составила: учитель информатики
Кузнецова Юлия Владимировна, высшая квалификационная категория
Тема: «Кодирование информации»
Цель урока: дать представление о кодировании информации, показать учащимся многообразие окружающих человека кодов, отметить роль кодирования информации, научить учащихся кодировать и декодировать информацию
Тип урока: урок формирования новых знаний
сформировать у учащихся представление о процессе кодирования информации;
сформировать у учащихся представление об операции перекодирования как способе перехода от одной формы представления информации к другой;
помочь учащимся выявить многообразие окружающих человека кодов.
способствовать воспитанию информационной культуры учащихся, аккуратности, настойчивости в достижении поставленной цели, умения работать в группе, интереса к предмету информатика;
совершенствовать навыки работы на компьютере;
развитие логического мышления;
развивать процессы мышления, памяти, восприятия;
развивать устную речь;
развитие способности к анализу и обобщению, самоконтролю и самооценке;
развитие познавательного интереса.
Средства обучения: компьютер, интерактивная доска, презентация, раздаточный материал
Изучение нового материала
— Здравствуйте, ребята. Я получила срочное сообщение: «Вчера в океане потерпел крушение корабль, натолкнувшись на рифы». Сегодня мы с вами отправимся в путешествие по морям и океанам знаний, чтобы понять сообщения, присланные с корабля, и помочь пассажирам и членам команды спастись.
В руках у меня сообщение, переданное с помощью азбуки Морзе. А на интерактивной доске показывают видео, на котором юнга передает сообщение с помощью семафорной азбуки.
2. Актуализация знаний.
— Прежде чем приступить к путешествию, давайте вспомним материал, который нам будет необходим для выполнения заданий.
1. Что такое информация?
(Информация – это знания и умения, которые человек получает из окружающего мира с помощью органов чувств)
2. Какие действия человек совершает с информацией?
(Человек постоянно совершает действия, связанные с получением и передачей, хранением и обработкой информации)
3. Раскройте процесс передачи информации
(Для передачи информации необходим источник информации, канал связи и приемник информации. Источник передает (отправляет) информацию, а приемник её получает (воспринимает). Передаваемая информация добирается от источника до приемника с помощью сигнала)
3. Изучение нового материала
SOS! SOS! SOS! На следующем слайде фрагмент из мультфильма “Следствие ведут колобки”.
— Ребята, нашему путешествию кто-то хочет помешать, посмотрите, что произошло с темой нашего путешествия.
Тема: Rjlbhjdfybt byajhvfwbb.
На интерактивной доске появляется слайд с изображением клавиатуры. Все ребята должны догадаться как нужно вернуть тему урока в нужный вид. У ребят на столах будут лежать подсказки – рисунок клавиатуры, который ребята должны увидеть, а затем сказать, что на клавиатуре две буквы (русская и латинская), тема путешествия записана русскими буквами с помощью латинского алфавита.
— Итак, тема нашего путешествия: КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ.
— Ребята, давайте подумаем, что же значит слово кодирование. Подберите однокоренные слова к слову кодирование.
Учащиеся: КОД, КОДИРОВАТЬ, КОДИРОВКА, КОДИРОВЩИК.
Учитель: А мы с вами занимались кодированием?
Учитель: а где встречались с закодированной информацией?
Учащиеся: тема урока.
— Ребята, давайте запишем определения, что такое код, кодирование.
Код — это система условных знаков для представления информации.
Кодирование — формирование представления информации с помощью некоторого кода (или можно сказать, что кодирование, это переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки).
Обратное преобразование называется декодированием.
— Ребята, запишите себе в тетрадь, что:
Декодирование — это процесс восстановления содержания закодированной информации.
Способ кодирования зависит от цели, ради которой осуществляется.
Существует три основных способа кодирования информации:
Графический — с помощью рисунков или значков;
Числовой — с помощью чисел;
Символьный — с помощью символов того же алфавита, что и текст.
По мере развития техники появились разные способы кодирования информации.
Людьми были придуманы специальные коды, к ним относятся: Азбука Брайля, азбука Морзе, семафорная азбука.
В середине 19 века французский педагог Луи Брайль придумал специальный шрифт для слепых. Буквы этого шрифта выдавливались на листках плотной бумаги. Проводя пальцами по образовавшимся от уколов выступам, люди учатся различать буквы и могут читать специальные книги.
Во второй половине XIX века американский изобретатель Морзе изобрел удивительный код, который служит человечеству до сих пор. Сэмюэл Финли Бриз МОРЗЕ (1791 — 1872), американский художник и изобретатель. В 1837 году изобрел телеграфный аппарат, а на следующий год — телеграфный код (азбуку Морзе). В 1838 Морзе разработал специальный код (азбука Морзе) и послал первое телеграфное сообщение: «Чудны дела твои, Господи!»
Код азбуки Морзе состоит из 3 знаков в алфавите — (точка, тире, пауза)
Семафория — простая смена флагов, форм руки, т.е. «статичные» жесты) или знако-движениями (семакиниями — махами флагов, танцами, движениями руки, т.е. динамичными жестами). Дана семафорная азбука.
— Мы хорошо трудились, и сейчас нам нужно отдохнуть.
Из-за парт мы выйдем дружно,
Но шуметь совсем не нужно,
Встали прямо, ноги вместе,
Поворот кругом, на месте.
Хлопнем пару раз в ладошки.
И потопаем немножко.
А теперь представим, детки,
Будто руки наши – ветки.
Покачаем ими дружно,
Словно ветер дует южный.
Ветер стих. Вздохнули дружно.
Нам урок продолжить нужно.
Подравнялись, тихо сели
И на доску посмотрели.
— Ребята с получением и изучением новых знаний, мы с вами забыли о потерпевшем крушении корабле. Давайте подумаем, сможем ли мы теперь расшифровать сообщения, которые поступили ко мне от членов экипажа.
— С помощью какого кода закодировано видеосообщение?
— Ребята, раскодируйте его.
Используя карточки с семафорной азбукой, дети декодируют сообщение:
. 
…
(Помогите. Мы находимся….)
— Ребята, мы расшифровали сообщение правильно, но оно оборвалось, мы так и не узнали, где находятся пассажиры и члены команды корабля. Если вы помните, нам приходило два сообщения, давайте рассмотрим второе сообщение. Каким способом оно закодировано?
— С помощью азбуки Морзе
Дети приступают к расшифровке второго послания:
(на острове Тромлен)
— Ребята, какие вы молодцы! Вы расшифровали послания, и теперь пассажиры корабля будут спасены.
— Ребята, к нам поступило новое сообщение. (Появляется картинка с сообщением под музыку из к/ф “Шерлок Холмс и доктор Ватсон”).
В рассказе Конан Дойля о сыщике Шерлоке Холмсе встречается шифр «Пляшущие человечки». Каждый человечек соответствует какой-то букве, и если мы узнаем, что есть что, мы сумеем прочитать послание. Перед вами шифр из пляшущих человечков:
Раскодируйте полученное сообщение:
(До новых встреч)
Подведем итог нашего урока, ответив на следующие вопросы.
Что называется закодированной информацией? (информация, которая пере дается специальными значками (кодами));
Сделаем вывод о том, зачем люди кодируют информацию. Проверим. При ведите примеры. (Ответы: чтобы скрыть ее от других, чтобы записать информацию короче (стенография, аббревиатура, дорожные знаки), чтобы ее было легче обрабатывать и передавать (азбука Морзе, перевод в электрические сигна лы — машинные коды)).
3. Какими способами можно передавать одну и ту же информацию? (с помо щью алфавита, с помощью цифр, с помощью нот, с помощью азбуки Морзе, на компьютере);
4. Что такое декодирование? ( Декодирование — это процесс восстановления содержания закодированной информации)
— Сегодня мы с вами весь урок кодировали и декодировали информацию. А можно закодировать эмоции?
Чтобы оценить наше сотрудничество, я предлагаю вам закодировать свое настроение, с которым вы покидаете урок. У вас на столах лежат смайлики: веселый и грустный (недовольный). Оцените урок. Спасибо за сотрудничество.
Источник
