Кодирование информации
Общие положения Под набором знаков будем понимать набор отличимых друг от друга объектов. Примеры: а) 3, 5, 2, 7, 4 — арабские цифры; б) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 — арабские цифры; в) X, Y, T, W — латинские буквы; г) , , , — греческие буквы; д) рельефный код Брайля; е) набор символов клавиатуры ЭВМ IBM PC.
Общие положения Алфавитом называется упорядоченный набор знаков. Примеры: а) {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} — арабский алфавит десятичных цифр; б) {0, 1} — алфавит двоичных цифр; в) {A, B, C, . . . , X, Y, Z} — алфавит знаков латинского языка; г) {А, Б, В, . . . , Э, Ю, Я} — алфавит знаков русского языка; д) алфавит международного кода флажковой сигнализации.
Общие положения Кодом называется правило, описывающее отображение одного набора знаков в другой набор знаков Например: 510 1012 A 16 10102
Прохождение задачи на ЭВМ Информация в исходной форме Кодирование Информация в двоичном коде Обработка данных на ЭВМ Результирующая информация в двоичном коде Декодирование Результирующая информация в исходном виде
Кодирование текста ASCII-код (American Standard Code for Information Interchange) – стандартный американский код для обмена информацией. Один символ клавиатуры 1 байт = 8 бит Всего имеется 28 = 256 различных вариантов. ASCII-таблица делится на две половины с номерами кодов: 0 — 127 и 128 — 255.
Кодирование текста 0 - 32 - 64 - @ 96 - ` 1 -☺ 33 - ! 65 - A 97 - a 2 -☻ 34 - “ 66 - B 98 - b 3 -♥ 35 - # 67 - C 99 - c 4 -♦ 36 - $ 68 - D 100 - d 128 - А 160 - а 192 - └ 224 - р 129 - Б 161 - б 193 - ┴ 225 - с 130 - В 162 - в 194 - ┬ 226 - т 131 - Г 163 - г 195 - ├ 227 - у 132 - Д 164 - д 196 - ─ 228 - ф
Кодирование текста Например, изобразим в коде ASCII приветствие “Hello! ”: H – 72 7 6 5 4 3 2 1 0 e – 101 27 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 l – 108 128 64 32 16 8 4 2 1 o – 11 0 0 0 — “H” – 32 0 1 1 0 0 1 — “e” ! – 33 0 1 1 0 0 — “l” 0 1 1 1 1 — “o” 0 0 1 — “!” 0 0 1 0 0 0 — “ ”
Кодирование текста UNICODE: 2 байта или 216 - 1 = 65535 различных вариантов кодирования ASCII: 1 байт или 28 - 1 = 255 различных вариантов кодирования
Кодирование изображений Современный компьютер способен вводить, хранить, обрабатывать и выводить графическую информацию. Для этой цели используются устройства: сканер, дисплей, принтер. Программное обеспечение – графические редакторы, например, MS Paint, Adobe Photoshop, Corel. DRAW и др.
Растровая и векторная модели изображения Растр – это разложение изображения на отдельные точки. Пиксели – маленькие прямоугольники, на которые изображение разбивается горизонтальными и вертикальными линиями (picture element или picture cell – элемент картинки).
Растровая и векторная модели изображения Пиксель – это логическое понятие, а не физическое, оно не совпадает с физической точкой монитора. 640 480 1024 768 1280 1024 В общем случае пиксель объединяет несколько точек экрана.
Растровая и векторная модели изображения При растровом способе сохраняется информация о цвете каждой точки рисунка или фотографии. Достоинства: метод очень точно передает сложные изображения. Недостатки: большой объем требуемой памяти, плохая масштабируемость (искажение размеров рисунка и цветопередачи).
Растровая и векторная модели изображения Векторная графика строит изображения из простых базовых примитивов (прямых, эллипсов и т. д. ). Например, прямая кодируется координатами двух точек: x 1 y 1, x 2 y 2. Окружность – координатами центра xy и длиной радиуса R. Такая информация вводится в компьютер как обычная текстовая.
Растровая и векторная модели изображения Достоинства метода: на несколько порядков меньший объем оперативной памяти, более легкое редактирование. Недостатки: более низкая точность при передаче изображения.
Компьютерные цветовые модели Цветовосприятие – субъективный для каждого человека процесс. Цветовые модели – способы объективного описания цвета.
Ахроматические модели К ахроматическим относятся штриховые и монохромные изображения.
Ахроматические модели Штриховое – точечное изображение, каждый из пикселов которого может быть только одного из двух цветов (белым или черным). Примеры: рисунки пером, гравюры, офорты. Кодирование: 1 бит на 1 пиксель
Ахроматические модели Монохромное – составляющие изображение пиксели могут иметь любой оттенок от смешивания двух базовых цветов. Кодирование: 8 бит на 1 пиксель, или 28 = 256 вариантов оттенка базового цвета.
Ахроматические модели Цветовая разрешающая способность, или битовая глубина цвета (bit map, битовая карта) – количество бит, которое отводится в памяти компьютера для кодирования цвета одного пикселя информационной модели. bpp (bit per pixel) – количество бит на пиксель.
Модель RGB В мониторах изображение формируется по методу RGB (Red, Green, Blue). Красный, Зеленый, Синий – базовые цвета. Это аддитивная, суммирующая модель Красный + Зеленый = Желтый Пурпурный + Зеленый = Белый.
Модель RGB Коды цветов: R G B Цвет 0 0 0 Черный 0 0 1 Синий 0 1 0 Зеленый 0 1 1 Голубой 1 0 0 Красный 1 0 1 Желтый 1 1 0 Пурпурный 1 1 1 Белый
Модель RGB Различная доля яркости каждого из базовых цветов одного пикселя. Каждый цвет: 1 байт = 8 бит Три цвета – 24 бита 224 16. 3 млн. вариантов R G B
Модель RGB
Модель CMYK Модель для печати графических изображений, использующая дополнительные цвета: Cyan – голубой Magenta – пурпурный Yellow – желтый blac. K – черный Изображение на бумаге – изображение в отраженном виде
Модель CMYK Субтрактивная или вычитательная – модель, при которой основными являются не излучающие, а поглощающие цвета. R G B Цвет 0 0 0 Черный 0 0 1 Синий 0 1 0 Зеленый 0 1 1 Голубой 1 0 0 Красный 1 0 1 Желтый 1 1 0 Пурпурный 1 1 1 Белый
Модель CMYK
Кодирование звуков Звук – непрерывный сигнал. АЦП преобразует его в двоичный сигнал. Например, восьмибитовый АЦП преобразует напряжение в диапазоне [-500 мв – 500 мв] в восьмиразрядные двоичные числа в диапазоне [-128 – 127]. Воспроизведение закодированного сигнала выполняется с помощью ЦАП.
Шифрование информации Криптография – это наука о методах преобразования (шифрования) информации с целью защиты ее от незаконных пользователей. Шифрование – такое преобразование информации, которое делает исходные данные нечитаемыми и трудно раскрываемыми без знания специальной секретной информации – ключа.
Шифрование информации По характеру использования ключа алгоритмы шифрования делятся на: – симметричные (с одним ключом или с секретным ключом); – несимметричные (с двумя ключами или с открытым ключом).
Схема применения симметричных алгоритмов шифрования ключ 1 (секретный) текст шифратор отправитель (передатчик) шифрограмма канал связи ключ 1 (секретный) дешифратор получатель (приемник) текст
Примеры симметричных шифров Шифр Цезаря. Каждая буква открытого текста заменяется третьей после нее буквой в алфавите, который считается написанным по кругу. В нем после буквы "Я" следует буква "А". Например, открытый текст КРИПТОГРАФИЯ при таком способе шифровки преобразуется в шифротекст НУЛТХСЁУГЧЛВ.
Примеры симметричных шифров Шифр Виженера. Это шифр Цезаря с переменной величиной сдвига, которая определяется ключевым словом. Ключевое слово "ВАЗА", каждая буква своим номером в алфавите указывает величину сдвига, т. о. , последовательность сдвигов букв открытого текста: 3 1 9 1 3 1. . . При таком способе шифрования открытый текст КРИПТОГРАФИЯ преобразуется в шифротекст НССРХПЛСГХСА.
Примеры симметричных шифров Шифр "Сциталь". Сциталь – это стержень, имеющий N граней. На него наматывают ленту. Открытый текст пишется вдоль сциталя длиной из M букв на каждой грани. После того как ленту размотают, текст окажется зашифрованным.
Примеры симметричных шифров Квадрат Полибия 1 2 3 4 5 6 7 8 1 А Б В Г Д Е Ж З 2 И Й К Л М Н О П 3 Р С Т У Ф Х Ц Ч 4 Ш Щ Ъ Ь Э Ю Я Каждая буква кодируется двумя цифрами – номерами соответствующих строки и столбца. Например, слово КРИПТОГРАФИЯ будет зашифровано как 23 31 21 28 33 27 14 31 11 35 21 48.
Схема применения нессиметричных алгоритмов ключ 1 (открытый) текст шифратор отправитель (передатчик) шифрограмма канал связи ключ 2 (секретный) дешифратор получатель (приемник) текст
Нессиметричные алгоритмы шифрования Алгоритмы шифрования с открытым ключом используют так называемые необратимые или односторонние функции. Они обладают следующим свойством: при заданном значении аргумента x относительно просто вычислить значение функции f(x), однако, если известно значение функции f(x), то значение аргумента x вычислить невозможно.
Нессиметричные алгоритмы шифрования Все используемые в настоящее время криптосистемы с открытым ключом опираются на один из следующих типов необратимых преобразований: 1. Разложение больших чисел на простые множители (алгоритм RSA – авторы R. Rivest, A. Shamir, L. Adleman). 2. Вычисление логарифма или возведение в степень (алгоритм DH – авторы Диффи и Хелман). 3. Вычисление корней алгебраических уравнений.
Кодирование информации при передаче сообщений Помехонезащищенные коды: наличие кодовых комбинаций, которые отличаются друг от друга лишь в одном разряде. Примеры: код Морзе. Код Морзе состоит из точек и тире. Точка кодируется "1", а тире – тремя "1". Одна кодовая комбинация отделена от другой интервалом из трех нулей.
Кодирование информации при передаче сообщений Кодовые комбинации Морзе: A A K K Ф F Б B Л L Х H В W М M Ц C Г G Н N Ч Д D О O Ш Е E П P Щ Q Ж V Р R Ъ, Ь X З Z С S Ы Y И I Т T Ю J У U Я
Кодирование информации при передаче сообщений Корректирующие коды делятся на две группы: 1. Коды с обнаружением ошибок. 2. Коды с исправлением ошибок.
Корректирующие коды. Кодовое расстояние Пусть даны кодовые комбинации: 1011, 1101, 1000, 1100. Кодовое расстояние d – минимальное число разрядов, в которых любая кодовая комбинация отличается от любой другой.
Корректирующие коды. Кодовое расстояние Сложим попарно данные комбинации по модулю два. Правила сложения: 0+0=0 0+1=11+0=1 1+1=0 1011 1101 1000 1100 0110 0011 0101 0001 0100 d 12=2 d 13=2 d 14=3 d 23=2 d 24=1 d 34=1 d=min(d 12, d 13, d 14, d 23, d 24, d 34)=min(2, 2, 3, 2, 1, 1)=1
Скачать презентацию Кодирование информации Общие положения Под набором знаков
Лекция 4 Кодирование информации.ppt