Кодирование информации
Кодирование широко применяют при передаче, хранении и переработке информации в различных системах. При этом различают две задачи, решаемые в процессе кодирования сообщений.
Первая состоит в отыскании наиболее экономичных эффективных методов построения сигналов, позволяющих передавать по каналу связи наибольшее количество символов в единицу времени. Вторая связана с установлением возможности передачи сигналов с заданной достоверностью по каналу с помехами. Из этих двух задач вытекает третья: построение кодов, имеющих простую процедуру кодирования и декодирования.
В соответствии с этим в теории кодирования сформировалось несколько направлений, наиболее известными из которых являются статистическое кодирование и помехоустойчивой кодирование.
Код - это универсальный способ отображения информации в виде системы соответствий между элементами сообщений и сигналами, при помощи которых эти элементы можно зафиксировать. Конечная последовательность символов алфавита кодирования называется кодовым словом, если она однозначно соответствует какому-либо элементу из множества сообщений, а множество кодовых комбинаций называется длиной слова. В качестве кодовых символов используются различные обозначения в виде букв, цифр и специальных знаков. Число различных значений, которые может принимать любой символ кода, называется основанием кода. Кодовые слова могут иметь одинаковую или различную длину.
В соответствии с этим коды называются равномерными или неравномерными. Неравномерные коды применяются в системах кодирования, учитывающих статистические свойства сообщений в целях минимизации средней длины слова на один элемент сообщения. Наиболее известным из этих кодов является код Морзе, применявшийся для кодирования алфавитно-цифровой информации при передаче ее по телеграфным каналам. Идея оптимального кодирования заключается в том, что наименьшая длина кодового слова соответствует тем буквам алфавита, которые наиболее часто встречаются в передаваемом тексте.
В современных системах связи, как и в компьютерной технике используются символы 1 или 0 двоичного представления независимо от физической природы символов. При этом каждому сообщению ставится в соответствие двоичное кодовое слово. Для двоичнокодированных сообщений с точки зрения наибольшей простоты технической реализации их кодирования и декодирования получили распространение равномерные коды, причем с длиной, кратной степени двоичного основания. Они отображаются для компактности также в кратной степени двоичного основания системы счисления. Конечное множество сообщений редко бывает кратно степени двоичного основания и часть кодовых комбинаций остается неиспользованной, что и обусловливает избыточность кода.
Этот резерв используется для создания кодировочной таблицы для других языков. Так что все 256 кодовых комбинаций ASCII - кода полностью используются. Отметим также, что в операционной системе Windows наряду с ASCII - кодом принята другая кодировочная таблица, утвержденная ANSI - Американским институтом стандартов.
Расположение латинского и национального алфавитов в таблице упорядочено так, чтобы можно было использовать коды для сортировки символьной информации. Существенное отличие имеют кодировочные таблицы КОИ -8. В них символы кириллицы во второй половине таблицы не упорядочены в порядке возрастания кодов. Символы расположены так, чтобы при усечении старшего бита оставшиеся 7-разрядные коды кириллицы соответствовали 7-разрядным кодам латиницы.
При полном отсутствии избыточности кода, когда заняты абсолютно все кодовые комбинации, достаточно помехе исказить любой двоичный разряд кода, и одна разрешенная кодовая комбинация превратиться в другую, также разрешенную кодовую комбинацию. При этом обнаружить, правильное или ошибочное поступило сообщение, невозможно. Существует большая группа кодов, называемых корректирующими, которые вследствие избыточности обладают свойствами обнаружения и автоматического исправления ошибок.
Циклические коды являются важным классом групповых кодов, отличающиеся высокими корректирующими возможностями. Для циклических кодов характерно то, что если кодовая комбинация принадлежит данному коду, то комбинация, полученная циклической перестановкой символов, также принадлежит данному коду. Широкое распространение циклических кодов обусловлено их высокой эффективностью, простотой технической реализации кодеров и декодеров. В компьютерной технике эти коды применяются в устройствах хранения информации и при передаче информации по каналам коммуникации для обнаружения ошибок в полученной информации.
