Geek-Nose.Com » Интернет

Кодирование и декодирование информации – история развития, для чего нужно и где используется

Богдан Вязовский

04.10.2020

Рассмотрим детальнее, что такое кодирование сообщений, а также декодирование информации.

Для передачи информации люди используют естественные языки.

В повседневной жизни мы общаемся с помощью неформальной речи, а в деловой сфере используем формальный язык.

Сегодня для передачи и отображения информации мы используем вычислительную технику, которая «не понимает» наш язык без специальных операций – кодирования и декодирования.

Рассмотрим эти понятия детальнее, а также все виды и наглядные примеры кодирования/декодирования.

Cодержание:

Базовые понятия

Прежде чем разобраться с основами процедуры кодирования, следует ознакомиться с несколькими простейшими понятиями.

К примеру, компьютер, смартфон, ноутбук и любые другие компьютерные устройства работают с двоичным кодом.

Двоичный код использует алфавит, который состоит из двух символов – «0» и «1».

В компьютерной технике кодирование происходит, когда пользователь вводит любую информацию в систему – создает файлы, печатает текст и так далее.

Для понимания обычных букв кириллицы или латиницы они превращаются в набор нолей и единиц.

Чтобы отобразиться на экране компьютера, система проводит декодирование числовой последовательности и выводит результат на экран.

Все эти действия выполняются за тысячные доли секунды.

История развития кодирования

Телеграф Шаппа

Первым техническим средством кодирования данных был созданный в 1792 году телеграф Шаппа.

Устройство передавало оптическую информацию в простейшем виде с помощью специальной таблицы кодов, в которой каждой букве латинского алфавита соответствовала одна фигура.

В результате, телеграф мог отобразить и передать набор фигур.

Скорость передачи таких сообщений составляла всего два слова в минуту.

Телеграф Морзе

Созданный в 1837 году телеграф Морзе стал революционном устройством кодирования/декодирования информации.

Принцип кодирования заключался в преобразовании любого сообщения в три символа алфавита:

Подобная связь используется по сей день в мореходной сфере для мгновенной передачи сообщений между суднами.

Радиоприёмник

В 1899 году А. Попов создал первый в мире беспроводной телеграф или радиоприемник.

Принцип его работы заключался в кодировании электрических сигналов азбукой Морзе и её дальнейшей передаче на длительные расстояния.

Позже был изобретен телеграф Бодо, который решал проблему неравномерности кода и сложность декодирования.

Современные способы кодирования данных

Для перевода информации в код могут быть использованы разные способы и алгоритмы кодирования.

Использование каждого из методов зависит от среды, цели и условий создания кода.

С разными алгоритмами кодирования мы сталкиваемся в повседневной жизни:

Двоичное кодирование и другие числовые системы

Самый простой и распространенный способ кодирования – это представление информации в двоичном (бинарном) коде.

С его помощью работают все компьютеры и вычислительные системы.

Компьютер может выполнять сверхбыстрые вычисления с помощью только двух условий – наличия тока и его напряжение.

С помощью единиц передается высокое напряжение, а с помощью нолей – низкое.

Для перевода привычных нам слов, цифр и символов в десятичное представление следует использовать специальные таблицы конверсии.

На рисунке ниже изображена таблица для цифровой и символьной раскладки, а также для букв латиницы.

К примеру, в результате перевода фразы «Hello, how are you?» получим последовательность «10010001000101100110010011001001111010110001000001001000100111110101110100001000001101001010001010100000101100110011111010101».

Чтобы выполнить декодирование информации, необходимо разделить бинарный код на части, каждая из которых равна семи ячейкам:

Также, в теории кодирования можно встретить не только двоичную систему, но и троичную, четвертую, пятую, шестую…шестнадцатеричную и другие системы.

Шестнадцатеричная система исчисления используется в языках программирования низкого уровня.

Таким образом, удаётся добиться более быстрого выполнения кода центральным процессором. Примером такого языка является машинный код ассемблер.

Так шестнадцатеричная система декодируется в двоичную.

Рис.3 – пример декодирования зыков программирования разных уровней

Также, шестнадцатеричная система используется в создании программной документации, так  намного проще записывать байты.

Для обозначения одного байта требуется только две шестнадцатеричные цифры, а не восемь, как в двоичной системе.

Онлайн-кодировщики

Для быстрого преобразования любого текста в набор символов бинарной или других систем исчисления удобнее использовать автоматические кодировщики.

Также, они могут декодировать текст, самостоятельно определяя, какую систему использовал пользователь для кодировки.

Популярным сервисом для создания или расшифровки двоичного кода является DecodeIT .

Рис.4 — Сервис DecodeIT

Кодирование символов

Для кодирования символов используются различные стандарты, среди которых Юникод, ASCII, UTF-8 и другие.

Зачем нужна кодировка символов?

Любые символы на экране компьютера или смартфона отображаются за счет двух вещей:

Знаки – это шрифты, которые поддерживаются устройством. В ОС Windows они находятся в окне Панель управления (директория «Шрифты»).

С помощью этой папки вы можете добавлять или удалять существующие представления символов.

С помощью программного кода выбирается нужное векторное направление символа и его изображение из папки «Шрифты».

Таким образом, на экране появляется буква и текст.

За установку шрифтов отвечает операционная система вашего компьютера, а за кодировку текста – программы, в которых вы набираете или просматриваете текстовые данные.

Разбирая код, приложение обрабатывает кодировку знака и ищет его соответствие в поддерживаемом для этого же документа шрифте.

Если соответствие не найдено, вместо текста вы увидите набор непонятных символов.

Рис.5 – пример ошибки кодирования символов в Блокноте Windows

Чтобы символы кириллицы и латиницы открывались без проблем в большинстве программ, было предложено ввести стандарты кодирования.

Один из наиболее популярных – это Юникод (или Unicode).

Он поддерживается практически всеми существующими шрифтами и программным обеспечением.

Также, широко используются технологии UTF-8, ASCII.

Для этого достаточно зайти в настройки текстового редактора и сохранить файл с кодировкой Юникод или другими популярными форматами кодирования.

Затем откройте файл заново, текст должен отображаться в нормальном режиме.

Рис.6 – декодирование текста в редакторе

Шифрование

Часто возникает необходимость не только закодировать информацию, но и скрыть её содержимое от посторонних.

Для таких целей используется шифрование.

Простыми словами, шифрование – это кодирование информации, но не с целью её корректного представления на экране компьютера, а с целью сокрытия данных от тех, кому не положено получать доступ к шифрованной информации.

Алфавит шифрования состоит из двух элементов:

Дешифрование – это обратный процесс к защитному кодированию, который подразумевает превращение данных в первоначальный вид с помощью известного ключа.

Криптография – это наука о шифровании данных. Всего различают два раздела криптографии:

Где используется криптография?

Кодирование информации с целью шифрования используется уже более трех тысяч лет.

Истории известны первые попытки шифрованной передачи сообщений между известными полководцами царями и просто высокопоставленными людьми.

Также, шифрованное кодирование используется в обычных социальных сетях, мессенджерах.

К примеру, Telegram – мессенджер, главной особенностью которого является кодирование сообщений пользователей таким образом, чтобы никто посторонний не смог взломать переписку.

Также, алгоритмы шифрования встроены во все операционные системы, облачные хранилища.

Они нужны для защиты ваших личных данных.

Рис.7 – принцип работы защищенного соединения

Стеганография

Он схож с упомянутой выше криптографией, но если основной целью криптографии является защита секретной информации, то стеганография отвечает за сокрытие самого факта о том, что существуют какие-либо защищаемые данные.

Процедура стенографического кодирования подразумевает встраивание сообщения в картинки, музыкальные файлы, видео и так далее.

Каждая буква секретного сообщения кодируется в бинарную форму, затем она заменяет один из пикселей.

Таким образом, можно закодировать даже большие сообщения без какого-либо визуального изменения фотографии, так как на современных гаджетах не видны отдельные пиксели картинки.

Аналогичным образом происходит кодирование звука в музыку, каждой частоте присваивается определенная буква.

Декодировать стенографическую информацию можно только с помощью специальных утилит, которые и зашифровали сообщение или путем взлома.

Достаточно сопоставить картинку до и после встраивания секретного текста, количество пикселей будет отличаться.

Затем используется специальное ПО для перебора и расшифровки каждого пикселя и воссоздания сообщения.

Итог

Кодирование информации используется сотни лет для удобной передачи данных между устройствами.

С развитием технологий и переносом банковской сферы в техническую среду появилась необходимость в использовании алгоритмов кодирования, которые бы шифровали информацию, сохраняя её от несанкционированного доступа.

Сегодня без технологий кодирования данных невозможна работа ни одного компьютера, смартфона, сайта или банковского счета.

Тематические видеоролики: