Кодування інформації

Кодова таблиця ASCII
(American Standard Code for Information Interchange)

Таблиці кодувань для української мови
(СP1125 стандартне кодування для DOS)

Таблиці кодувань для української мови
(KOI8-U стандарт для Інтернету – пошта і групи новин)

Таблиці кодувань для української мови
(CP1251 для ОС MS Windows)

Юнікод
Кожному юнікод-символу поставлено у відповідність невід'ємне ціле число, що називається його кодової позицією (code point).
Кодовий простір Юникода складається из 1 114 112 кодових позицій в діапазоні від 0 до 10FFFF. З них до дев'ятої версії стандарту значення присвоєно лише 128 237. Частина простору зарезервована для приватного використання і консорціум Юникода обіцяє ніколи не привласнювати значення позицій з цих спеціальний областей.
U+0020 (пробіл)
U+0300 и U+0301 (наголоси сильний і слабкий)
U+E0001, U+E0020–U+E007E, и U+E007F (мовні теги, американський і британський варіанти англійської)

Завадостійке кодування
Можливість появи збоїв при роботі електронної техніки (електромагнітні завади, малий рівень сигналу, старіння радіоелементів, радіоактивне випромінювання).
Код, призначений для знаходження одної помилки (інверсії біта). Додається контрольний біт. Контрольний біт має бути таким, щоб сумарна кількість одиниць у машинному слові була парною.
10111100 101111001

Код Хеммінга

Процес кодування за Хеммінгом

Декодування за Хеммінгом

Приклад кодування за Хеммінгом

QR-коди
Даний код має високу стійкість по відношенню до спотворень. Навіть при наявності по-шкоджень зображення на площі 30% все ще є можливість безпомилково зчитувати інфор-мацію.

Порядок розміщення елементів матриці QR- кода
Три квадрати в кутах зображення QR-коду дозволяють пристрою правильно визначати його просторову орієнтацію. Чорні та білі пікселі зображення перетворюються зчитувальним пристроєм у двійкові числа. Потім проводиться обробка цифрової інформації. На матриці розміщується системна інформація, інформаційні біти, коригувальні біти. При обробці зображення використовується алгоритм Ріда-Соломона, який дозволяє усунути третину можливих спотворень матриці.
На кожній матриці є три покажчика орієнтації 1 (ПО). Між трьома ПО проходять дві лінії синхронізації 2, які складаються з білих і чорних пікселів, що чергуються. Поблизу лівого нижнього покажчика орієнтації розміщується чорний піксель 3.
На сьогодні створено 40 версій QR-кодів. На матрицях QR-кодів, починаючи з версії 2, є мітки центрування 4. У версії 1 такої мітки немає, але в старших версіях QR-коду можна нарахувати до 46 таких міток.

Порядок розміщення елементів матриці QR- кода
В областях 5 для версій старше шостої розміщується інформація про версії коду. У чотирьох пікселях 6 розташовано код, що визначає, який вид даних міститься в матриці. Системна інформація розміщується в областях 7 і 8.
Інформація про рівень корекції помилок і вигляду використаної маски розташовується в системному рядку. Розряди 14 і 13 містять відомості про використаний рівень корекції помилок. Розряди 12, 11 і 10 показують, яка маска використана для накладання на інформаційні та коригувальні біти. Три біти дозволяють сформувати коди для восьми різних масок. Системна інформація дублюється. Один раз 15 системних бітів розміщують в стовпці 8 (рахунок елементів ведеться, починаючи з 0 з лівого верхнього кута матриці). Другий раз системну інформацію розміщують в рядку 7.

Рівні корекції QR-кодів
Рівні L і M рекомендується використовувати для друку кодів на запрошеннях, білетах, оголошеннях, візитках, плакатах, рекламних щитах і т.д. Рівні Q і H застосовують для маркування промислових деталей, коли існує висока ймовірність пошкодження зображення коду.
Проба

Визначення рівня корекції
Так як системна інформація дублюється, то відомості про наявну коректуючу здатність коду можна відшукати в двох місцях матриці. Один раз 15 біт системної інформації розміщено в рядку 1 (відлік зліва направо), а другий раз - в стовпці 2 (відлік знизу-вгору). Природно, що ці два значення однакові. Відомості про рівень корекції помилок містяться в перших двох бітах системної інформації. Ці два біта розташовані в 14 і 13 розрядах системного рядка.

Маски QR - кодів
Для підвищення надійності сканування матриці додатково перетворюють. Метою цього перетворення є формування такого рисунку (конфігурації) матриці, на якому було б якомога менше суміжних пікселів однакового кольору. Мета досягається наступним чином: формують 8 матриць з однаковим інформаційним змістом, але різного виду (різної форми). Для цього використовують 8 заздалегідь підготовлених масок, які підсумовують з вихідною матрицею за правилом XOR. Отримані матриці почергово перетворюють, в результаті вибирають одну матрицю. Відбір матриць здійснюють шляхом обчислення штрафних балів. Для оптимальної (найбільш «строкатої») матриці число штрафних балів буде мінімальним серед восьми чисел. Вісім масок кодуються трирозрядними числами від 000 до 111. Математично маски описуються формулами, наведеними в таблиці.

Декодування QR - кода
У цього правила велике число винятків. На рис. показані сірим кольором модулі, які інвертувати не слід.
Від зміни захищені області матриці, де розташовані покажчики орієнтації, лінії синхронізації, системна інформація (сірі модулі). Скориговану таким чином розрахункову маску назвемо фактичної маскою.

Накладання маски на матрицю

Результат накладання маски на матрицю

Ручне декодування матриці
Чотири біта в клітинках 1 ... 4 дають код 0100, який говорить про те, що в даній матриці використовується двійковий формат даних.
Відповідно до двійкового формату даних наступні 8 біт (клітинки 5 ... 12) вказують, скільки символів міститься в повідомленні. Двійкове число 00000101 говорить про те, що дане повідомлення містить п'ять символів. У наступних восьми клітинках 13 ... 20 (див. рисунок 11 а)) розміщено двійкове слово 01010000. Запис цього байта в десятковій системі числення дає число 80. За таблицею CP-1251 легко визначити, що цьому коду відповідає латинська буква «Р».

Результат декодування

Правила кодування (розрахунок штрафів)
При кодуванні повідомлення формують вісім матриць з однаковим змістом, але різної форми. Для вибору однієї з восьми конкуруючих матриць в стандарті визначено чотири правила розрахунку штрафів. Відповідно до першого правила штраф призначається за кожну групу з п'яти або більше одноколірних пікселів в одному рядку. Штрафні функції по стовпцях обчислюються аналогічно. Друге правило дає штраф за кожен одноколірний квадрат розміром 2x2 пікселя. Третє правило визначає штраф, якщо на матриці є області, які схожі на покажчики визначення орієнтації. Четверте правило нараховує штраф, якщо більше половини пікселів одного кольору. Метою розрахунку штрафних балів є вибір найбільш «строкатої» матриці з восьми можливих варіантів.
Для розглянутого прикладу сумарна кількість штрафних балів за рядками дорівнює 88, а за стовпцями 102. Загальна кількість штрафних балів, що обчислено за першим правилом для даної маски, дає число 190.
Використовуючи всі чотири правила розрахунку штрафних балів, знаходять сумарну кількісну оцінку даної маски. Подібні оцінки отримують для всіх восьми масок. Серед цих оцінок вибирають мінімальну оцінку і для остаточного кодування використовують маску, яка має мінімальне число штрафних балів.

BS ISO/IEC 18004:2006. Information technology. Automatic identification and data capture techniques. QR Code 2005 bar code symbology specification. London: BSI. 2007. p. 126. ISBN 978-0-580-67368-9.