L’encodage de données

L’encodage de données permet de transformer l’information d’un format à un autre pour assurer une transmission et une interprétation fiables. Au cœur de cette transformation se trouvent des techniques et des standards qui garantissent la compatibilité entre différents systèmes et applications.

Les données texte, notamment, sont au centre de nombreuses communications. Historiquement, l’ASCII était la norme dominante, permettant de représenter chaque caractère en tant que nombre unique. Cependant, avec l’essor de la mondialisation et la nécessité de représenter un éventail de langues et de symboles bien plus vaste, des standards plus récents et plus universels sont apparus. L’UTF-8 et l’Unicode, par exemple, offrent des moyens d’encoder une variété quasi infinie de caractères provenant de nombreuses langues, garantissant ainsi une compatibilité et une interopérabilité mondiales.

Les données formatées reposent souvent sur des structures telles que JSON et XML. Ces formats organisent l’information de manière hiérarchique et interprétable, facilitant ainsi l’échange et la manipulation des données entre différentes applications. Tandis que JSON, avec sa syntaxe concise et facile à comprendre, est devenu le format préféré pour de nombreuses applications web, XML, avec sa flexibilité et sa capacité à décrire des données complexes, demeure un outil puissant pour de nombreux cas d’utilisation.

Enfin, il y a les données binaires, qui représentent l’information sous une forme non textuelle. Ce type d’encodage est nécessaire pour des fichiers tels que les images, les sons ou les programmes exécutables. Les données binaires sont souvent plus compactes et peuvent être traitées plus rapidement que les formats textuels, mais elles nécessitent des méthodes d’interprétation spécifiques pour être comprises.

Les données textuelles

Les données textuelles sont au cœur de nombreuses interactions dans les systèmes informatiques. Lorsqu’il s’agit de transmettre ou de stocker du texte, une question fondamentale se pose : comment convertir des caractères textuels, que nous utilisons quotidiennement, en données binaires que les ordinateurs peuvent traiter? C’est ici que l’encodage des caractères entre en jeu.

La première étape de ce processus est la conversion du texte en une série de nombres. Chaque caractère est mappé à un nombre spécifique. Ces nombres sont ensuite convertis en binaire, le langage des ordinateurs. Cette méthode semble simple, mais avec la diversité des langues et des symboles utilisés à travers le monde, ce n’est pas une mince tâche.

L’une des premières tentatives de standardisation de cette conversion a été la création de l’ASCII. Celui-ci utilise 7 bits pour représenter chaque caractère. Cela signifie qu’il peut représenter 128 caractères différents, ce qui était suffisant pour les lettres de l’alphabet anglais, les chiffres, et quelques symboles courants. Cependant, avec l’évolution de l’informatique et la nécessité d’inclure d’autres langues et symboles, il est devenu évident que l’ASCII avait ses limites.

Pour y remédier, des variantes comme Latin-1 ont été introduites. Latin-1 utilise 8 bits, permettant ainsi de représenter 256 caractères différents. Cette capacité supplémentaire a permis d’ajouter des lettres accentuées couramment utilisées dans les langues de l’Europe de l’Ouest. Latin-2 a été conçu pour répondre aux besoins des langues de l’Europe de l’Est, ajoutant leurs propres caractères accentués et symboles spécifiques. Évidemment, si un ordinateur est configuré en Latin-1, il ne peut pas afficher correctement les caractères spécifiques au Latin-2.

Cependant, même avec ces extensions, il était clair qu’une solution plus universelle était nécessaire pour prendre en compte la richesse et la diversité des langues et symboles du monde entier. C’est là qu’UTF-8 entre en scène. L’UTF-8 est une méthode d’encodage qui peut utiliser de 1 à 4 octets pour représenter un caractère, en fonction de sa complexité. Par exemple, les caractères normaux de l’ASCII n’utilisent qu’un seul octet, tandis que les caractères accentués peuvent en utiliser deux. 

Aujourd’hui, nous utilisons l’Unicode, une étape importante dans l’évolution des systèmes d’encodage. Contrairement aux autres standards qui se concentrent sur un ensemble limité de caractères, l’Unicode vise à représenter tous les caractères utilisés dans l’écriture de toutes les langues du monde, ainsi que de nombreux symboles techniques, mathématiques et les émojis. Pour donner une idée de sa capacité, l’Unicode peut représenter plus d’un million de codes. Dans la pratique, une grande partie de cet espace n’est pas encore utilisée, mais cela montre l’ampleur et la vision future de l’Unicode.

La richesse de l’Unicode ne réside pas uniquement dans sa capacité à représenter une grande variété de caractère. Elle se trouve également dans les mécanismes qu’il introduit pour traiter les langues de manière précise. D’une part, l’Unicode prend en charge les situations où un signe unique est formé par la combinaison de plusieurs éléments. D’autre part, cette particularité est notablement observée dans les écritures chinoise et japonaise, où des traits et des formes s’assemblent pour créer un caractère distinct.

L’Unicode, en plus d’être universel, est également évolutif. C’est particulièrement évident dans la manière dont de nouveaux caractères, tels que les émojis, sont régulièrement ajoutés. Chaque année, le Consortium Unicode, responsable du développement de ce standard, met à jour la liste avec de nouveaux émojis, caractères de langues moins répandues et autres symboles pertinents. Cela garantit que l’Unicode peut suivre les tendances culturelles et technologiques, offrant un moyen d’expression toujours à jour pour les utilisateurs à travers le monde.

Néanmoins, cette évolution constante est à double tranchant. Si l’ajout régulier de nouveaux caractères démontre la flexibilité et l’adaptabilité de l’Unicode, il révèle aussi son plus grand défaut. En effet, puisque l’Unicode est incrémental, les appareils ou les logiciels qui ne sont pas à jour avec les versions les plus récentes peuvent éprouver des difficultés à afficher certains caractères ou émojis. Lorsque cela se produit, au lieu du caractère ou de l’émoji attendu, un utilisateur pourrait voir un symbole de remplacement (tel qu’un point d’interrogation dans un carré), indiquant que le caractère n’a pas pu être interprété correctement.

Ainsi, bien que l’Unicode a beaucoup amélioré la représentation du texte dans le monde numérique, mais il a ses limites. Par exemple, il est important de mettre à jour régulièrement les systèmes pour suivre les dernières versions d’Unicode. Cela montre que la communication reste un défi constant dans un monde technologique en éternelle évolution.

Les données formatées

Prenons un moment pour imaginer le web des années 80. Contrairement aux sites web riches et interactifs d’aujourd’hui, la plupart des sites de cette époque étaient principalement composés de texte. Mais même dans ce contexte relativement simple, la nécessité de structurer et de formater le texte est rapidement apparue. Un auteur de site web pourrait vouloir mettre en avant certaines parties de son texte en les rendant plus visibles. Une des manières simples de le faire était d’utiliser le gras. Mais comment indiquer à l’ordinateur du visiteur du site que tel ou tel mot devait être en gras ? Il fallait un moyen de “marquer” ou “étiqueter” certaines portions du texte pour indiquer comment elles devaient être présentées.

Ainsi, pour remédier à ce problème, des méthodes de formatage ont été développées. L’idée était d’entourer le texte à formater avec des marqueurs spécifiques qui indiqueraient comment le texte devait être affiché. Par exemple, un mot entouré de certains caractères pourrait être affiché en gras, tandis qu’un autre entouré de caractères différents pourrait être affiché en italique. Cela semblait être une solution simple, mais elle a introduit un nouveau défi : comment s’assurer que tous les systèmes interprètent ces marqueurs de la même manière ? La solution a été de standardiser ces marqueurs pour que, peu importe le système ou le navigateur web utilisé, le texte soit affiché de manière cohérente.

Ce besoin d’un langage commun pour le formatage des données a jeté les bases des systèmes de données formatées que nous connaissons aujourd’hui. Ce formatage rudimentaire que nous avons évoqué est, en réalité, à la base de ce que nous appelons le HTML. Ce dernier utilise des balises pour indiquer comment le contenu doit être affiché. Par exemple, pour rendre un mot en gras, on l’entoure avec les balises <b>...</b>, et pour l’italique, on utilise les balises <i>...</i>. Prenons un exemple concret :

Ceci est un <b>mot en gras</b> et ceci est un <i>mot en italique</i>.

Dans l’exemple ci-dessus, le navigateur web interprétera les balises et affichera le mot “mot en gras” en caractères gras et le “mot en italique” en caractères inclinés.

Avec le temps, et face à la nécessité croissante de structurer l’information de manière plus complexe et variée, le HTML a été enrichi standardisé. Ce processus de standardisation a permis de garantir que les pages web seraient affichées de manière uniforme sur les différents navigateurs et systèmes d’exploitation.

Cependant, le besoin d’échanger des données structurées ne se limitait pas au web. Les applications avaient besoin d’une manière standard de communiquer entre elles. C’est ici qu’est né le XML. Inspiré du HTML, le XML a été conçu comme un moyen de décrire et d’échanger des données structurées. Contrairement à HTML, qui a un ensemble prédéfini de balises conçues pour le formatage de documents web, XML permet aux développeurs de définir leurs propres balises, ce qui le rend extrêmement flexible et puissant pour l’échange d’informations entre programmes.

En XML, les données sont encadrées par des balises définies par l’utilisateur, ce qui permet de décrire à la fois la structure et le type de données contenues dans le document. Cela facilite grandement l’échange et l’interprétation de données complexes entre différents systèmes et applications, car chaque élément de données est clairement étiqueté et structuré.

En suivant l’évolution des formats de données, après le XML, le format JSON a fait son apparition. Ce nouveau format est devenu populaire car, bien que XML soit extrêmement flexible et puissant, cette flexibilité s’accompagne d’une certaine complexité. Les documents XML peuvent être volumineux et difficiles à traiter, surtout pour des tâches simples. À l’opposé, JSON offre une représentation concise et claire des données. Sa structure, composée de paires de noms et de valeurs, évoque une liste de propriétés et leurs caractéristiques, ce qui le rend facile à lire et à écrire aussi bien pour les machines que pour les humains.

Prenons un exemple simple pour illustrer cela. Imaginons que nous voulions représenter les informations sur un livre.  Comme on peut le voir ci-dessous, JSON utilise des accolades pour encadrer l’ensemble des données, et des guillemets pour les noms et les valeurs textuelles. Il est visuellement plus épuré et plus compact que XML, ce qui facilite sa manipulation.

<livre>
  <titre>Le Petit Prince</titre>
  <auteur>Antoine de Saint-Exupéry</auteur>
  <année>1943</année>
</livre>

{
  "titre": "Le Petit Prince",
  "auteur": "Antoine de Saint-Exupéry",
  "année": 1943
}

Au fil du temps, grâce à sa simplicité et à sa facilité d’intégration avec de nombreux langages de programmation, JSON est devenu le format de choix pour de nombreuses applications sur le web. L’important à retenir ici est que, que ce soit avec XML, JSON ou d’autres formats, le but est toujours le même : permettre un échange fiable et structuré d’informations entre différents systèmes ou applications.

Les structures de données binaires

Après avoir exploré le monde des données textuelles, l’évolution naturelle des besoins en communication nous a poussés vers des formats plus complexes et riches en information. Alors que le texte permet de transmettre des idées et des concepts, il y a des types de données, comme les images, la musique ou la vidéo, qui nécessitent des formats spécifiques pour leur représentation et leur transmission.

Lorsque nous parlons d’images, par exemple, nous ne nous contentons pas de décrire ce que nous voyons. Une image est composée d’une multitude de pixels, chacun ayant une couleur et une intensité spécifiques. Ces informations doivent être stockées de manière efficace pour que l’image puisse être reconstituée ultérieurement. Les formats d’image comme le JPEG ou le PNG utilisent des méthodes d’encodage binaires pour représenter ces pixels. Ces formats comprennent également des mécanismes de compression pour réduire la taille du fichier sans sacrifier la qualité de l’image.

De même, la musique et la vidéo ont leurs propres défis. Un fichier audio, comme un MP3, doit capturer les nuances subtiles des sons, des instruments et des voix pour restituer une expérience auditive fidèle. Cela nécessite une représentation numérique des ondes sonores, qui sont ensuite compressées pour faciliter le stockage et la transmission. Les vidéos, quant à elles, combinent les défis des images et de l’audio, car elles nécessitent la synchronisation de séquences d’images avec un flux audio.

Ce qui est fascinant dans ces structures de données binaires, c’est la manière dont elles parviennent à capturer la richesse et la complexité du monde qui nous entoure, en convertissant tout celà en séquences de 0 et de 1. Mais ce processus n’est pas sans défis. La compression, par exemple, doit être soigneusement gérée pour éviter de perdre des détails importants. De plus, l’interopérabilité est importante pour que ces fichiers binaires puissent être lus et interprétés correctement sur différents appareils et plateformes.

Dans le contexte du web des années 80, où la priorité était de mettre en valeur le texte, il aurait été difficile d’imaginer le flux riche de médias que nous échangeons aujourd’hui. Mais grâce à l’évolution des structures de données binaires, nous sommes maintenant en mesure de partager et d’expérimenter une gamme impressionnante de contenus, qu’il s’agisse de photos de vacances, de morceaux de musique préférés ou de vidéos instructives. Ces avancées, combinées aux innovations constantes dans le domaine des réseaux et de la technologie, continuent d’enrichir notre manière de communiquer et de partager des expériences.