Кодирование: определение и основные виды¶

Кодирование — это процесс преобразования информации из одной формы представления в другую с помощью системы правил (кода), при котором исходные данные становятся пригодными для хранения, передачи или обработки. Термин применяется в информатике, телекоммуникации, психологии, лингвистике и других областях, где подразумевается упорядоченное представление данных или сигналов.

¶Кодирование в информатике

В информатике кодирование означает запись данных в виде, удобном для вычислительных систем. Ключевые направления:

• Кодирование чисел — представление целых и дробных чисел в двоичной системе счисления. Используются форматы со знаком (дополнительный код), беззнаковые представления, а также форматы с плавающей запятой (IEEE 754).
• Кодирование текста — преобразование символов в числовые коды. Ранее применялись таблицы ASCII и KOI-8, в настоящее время доминирует стандарт Unicode (кодировки UTF-8, UTF-16), обеспечивающий уникальное представление символов всех письменностей.
• Кодирование звука и изображений — сжатие мультимедийных данных с потерями и без потерь (JPEG, PNG, MP3, AAC, H.264, AV1). Сжатие основано на устранении избыточности: психоакустических свойств слуха или статистических закономерностей изображений.
• Кодирование каналов связи — добавление избыточности для обнаружения и исправления ошибок, возникающих при передаче данных (коды Хэмминга, Рида — Соломона, свёрточные и турбо-коды, LDPC).

¶Кодирование в теории информации

Теория информации, созданная Клодом Шенноном в 1948 году, изучает количественные закономерности передачи и хранения данных. Кодирование здесь связано с понятием энтропии — меры неопределённости источника сообщений. Задача энтропийного кодирования (алгоритмы Хаффмана, арифметическое кодирование, код Лемпеля — Зива) — сжать данные до размера, близкого к теоретическому минимуму, определяемому энтропией источника.

¶Кодирование в телекоммуникациях

При передаче сигналов по каналам связи применяют модуляцию и линейное кодирование. Модуляция — это перенос информации на несущий сигнал (AM, FM, QAM, OFDM). Линейное кодирование добавляет контрольные символы, что повышает устойчивость к помехам. В цифровых системах связи (4G, 5G, Wi-Fi, спутниковые каналы) используются сложные схемы кодирования и декодирования, реализуемые в программно-аппаратных модулях.

¶Кодирование в психологии и когнитивных науках

В психологии кодирование — это процесс преобразования воспринимаемой информации в форму, пригодную для хранения в памяти. Выделяют три этапа: кодирование, хранение и извлечение. Кодирование бывает:

• акустическим (звуковое представление),
• визуальным (образное),
• семантическим (смысловое),
• структурным (по смысловой организации).

Эксперименты Джорджа Сперлинга (1960) показали, что кодирование кратковременной памяти преимущественно сенсорное, а долговременной — смысловое. Уровень обработки информации (Крейк и Локхарт, 1972) определяет глубину кодирования и, следовательно, прочность последующего воспоминания.

¶Кодирование в лингвистике

Лингвистическое кодирование связано с передачей информации через естественный язык и письменность. Исследуются механизмы кодирования смысла в языковых единицах, роль контекста, принципы экономии языковых средств. Понятие кодирования используется также в теории речевых актов и прагматике.

¶Кодирование в биологии

В молекулярной биологии генетический код — это система соответствия между последовательностями нуклеотидов в ДНК и аминокислотами в белках. Код был расшифрован в 1961 году усилиями Маршалла Ниренберга, Гаринда Харгобинда Корана и других учёных. Генетический код обладает свойствами вырожденности (одна аминокислота кодируется несколькими триплетами), универсальности и непрерывности.

¶Применение

Кодирование лежит в основе современных технологий: от сжатия файлов и работы баз данных до мобильной связи, телевещания, цифрового аудио и видео, криптографии и искусственного интеллекта. Без алгоритмов кодирования невозможны интернет-протоколы, облачные хранилища и передача мультимедийного контента.

¶Источники

• Шеннон К. Теория передачи информационных сигналов. — М.: Связь, 1960.
• Сперлинг Дж. Исследования кратковременной памяти // Психология памяти. — М.: Прогресс, 1978.
• Крейк Ф., Локхарт Р. Уровни обработки: рамка для исследования памяти // Психология памяти. — М.: Прогресс, 1978.
• Седжвик А., Уэйн К. Алгоритмы. — СПб.: Вильямс, 2011.
• Прописки Ю.А. Теория информации. — М.: Горячая линия — Телеком, 2010.