Кодирование информации

Кодирование текста (ASCII, Unicode), изображений (RGB, глубина цвета), звука (дискретизация). Формулы информационного объёма.

Кодирование информации

1. Кодирование текстовой информации

Для представления текста в компьютере каждому символу ставится в соответствие уникальный двоичный код.

ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

Базовая таблица: 7 бит, 128 символов (0–127)
Расширенная таблица: 8 бит, 256 символов (0–255)
Символы 0–31: управляющие (перевод строки, табуляция и др.)
Символы 32–127: латинские буквы, цифры, знаки препинания
Символы 128–255: национальные алфавиты, псевдографика

Информационный вес символа при кодировании ASCII: 8 бит = 1 байт.

Unicode

Универсальная система кодирования для всех языков мира
UTF-8: переменная длина кодирования (1–4 байта на символ)
Латинские символы: 1 байт
Кириллица: 2 байта
Иероглифы: 3–4 байта
Обратно совместим с ASCII (первые 128 символов совпадают)

2. Кодирование растровых изображений

Растровое изображение — это совокупность точек (пикселей), каждая из которых имеет свой цвет.

Цветовая модель RGB

Каждый пиксель кодируется тремя числами — интенсивностью красной (R), зелёной (G) и синей (B) составляющих. Каждая составляющая принимает значения от 0 до 255 (1 байт).

Белый цвет: RGB(255, 255, 255)
Чёрный цвет: RGB(0, 0, 0)
Красный цвет: RGB(255, 0, 0)
Жёлтый цвет: RGB(255, 255, 0) — смесь красного и зелёного

Глубина цвета

Глубина цвета (b) — количество бит, используемых для кодирования одного пикселя.

1 бит: 2 цвета (чёрно-белое)
8 бит: 256 цветов (индексированная палитра)
24 бита (3×8): True Color, 16 777 216 цветов

Расчёт информационного объёма изображения

I = W × H × b

где:

I — информационный объём (в битах)
W — ширина изображения (в пикселях)
H — высота изображения (в пикселях)
b — глубина цвета (бит на пиксель)

Пример: изображение 1024×768 с глубиной 24 бита: I = 1024 × 768 × 24 = 18 874 368 бит = 2 359 296 байт ≈ 2,25 Мбайт

3. Кодирование звуковой информации

Звук — непрерывный (аналоговый) сигнал. Для компьютерной обработки его преобразуют в цифровую форму путём дискретизации — измерения амплитуды сигнала через равные промежутки времени.

Параметры кодирования звука

Частота дискретизации (f, Гц) — количество измерений в секунду. Стандарт Audio CD: 44 100 Гц.
Разрядность кодирования (b, бит) — количество бит для записи одного измерения. Стандарт: 16 бит.
Количество каналов (k): моно (1), стерео (2).

Расчёт объёма звукового файла

I = f × b × t × k

где:

I — информационный объём (бит)
f — частота дискретизации (Гц)
b — разрядность (бит)
t — длительность (секунд)
k — количество каналов

Пример: стереозвук, 44,1 кГц, 16 бит, 60 секунд: I = 44100 × 16 × 60 × 2 = 84 672 000 бит ≈ 10,1 Мбайт

4. Понятие информационного объёма сообщения

При равновероятных событиях количество информации i в сообщении о том, что произошло одно из N равновероятных событий, вычисляется по формуле:

N = 2ⁱ  →  i = log₂(N)

Это формула Хартли. Пример: при бросании монеты (N=2) получаем i=1 бит.

Примеры вопросов из тренажёра

Q: Сколько символов вмещает стандартная таблица ASCII (без расширения)?

A: верный ответ — 128

Объяснение: ASCII — 7-битная кодировка, 2⁷ = 128 символов. Расширенный ASCII — 8 бит и 256 символов.
Q: Сколько байт занимает один символ в кодировке UTF-8?

A: верный ответ — От 1 до 4 байт

Объяснение: UTF-8 использует переменную длину: латиница — 1 байт, кириллица — 2 байта, редкие символы — до 4 байт.
Q: Какова формула объёма растрового изображения?

A: верный ответ — I = W × H × b

Объяснение: Объём = ширина (px) × высота (px) × глубина цвета (бит на пиксель). I = W × H × b.
Q: Что такое глубина цвета 24 бита (True Color)?

A: верный ответ — По 8 бит на R, G, B каналы

Объяснение: True Color: 8 бит на R, 8 бит на G, 8 бит на B. Всего 2²⁴ ≈ 16,7 миллионов цветов.
Q: Какова стандартная частота дискретизации звука на Audio CD?

A: верный ответ — 44100 Гц

Объяснение: Стандарт Audio CD: 44100 измерений в секунду (теорема Котельникова).

Пройти тему «Кодирование информации» в приложении