In questa lezione:

1. In questa lezione: • Segnali digitali • Codifica delle immagini • Codifica dei filmati • Codifica dei suoni

2. Riprendiamo alcuni concetti:

3. ANALOGICO Si definisce analogico un segnale che rappresenta un fenomeno con continuità, per esempio un orologio classico che con il moto regolare della lancetta segna il trascorrere del tempo in modo continuo.

4. DIGITALE E’ digitale un segnale che rappresenta lo stesso fenomeno traducendolo in cifre (dall'inglese digit, cifra) e quindi in modo discontinuo.

5. SEGNALE DIGITALE SEGNALE ANALOGICO

6. A questo punto è essenziale capire di che natura siano i dati e le istruzioni che il PC può elaborare. Un processore è costituito da un insieme di transistor (interruttori), dispositivi elettronici che possono lasciar transitare o interrompere un flusso di corrente.

7. Di conseguenza, il PC è in grado di “comprendere” un linguaggio costituito da un insieme di segnali positivi e negativi (aperto/chiuso, acceso/spento) Per questo motivo il PC viene definito come macchina digitale che usa una codifica binaria…

8. Tutto ciò che utilizziamo nel computer: • caratteri • immagini • suoni • filmati • numeri • deve allora essere codificato sotto forma binaria.

9. Tutto ciò che utilizziamo nel computer: • caratteri • immagini • suoni • filmati • numeri • deve allora essere codificato sotto forma binaria.

10. Per i caratteri abbiamo visto che la più diffusa tabella di codifica è il codice ASCII (American Standard Code for Information Interchange). E’ un codice a 8 bit,cioè può rappresentare 256 combinazioni diverse di caratteri

11. Con sette bit si possono rappresentare 128 combinazioni diverse di numeri Lettere dell’alfabeto 25 Maiuscole 25 Numeri 10 Punteggiatura 15 Simboli 6 Comandi 34 Caratteri speciali 13 Totale 128 L’ottavo bit dei sette utilizzati dal codice ASCII è servito per portare a 256 il numero di caratteri rappresentabili con questo codice( per i simboli ö, å, ñetc)

12. Secondo il codice ASCII: Es: ‘H’=01001000 (=72), ‘.’=00101110 (=46), ecc… Hello.  01001000 01100101 01101100 01101100 01101111 00101110 H e l l o .

13. CODIFICA DEI CARATTERI 8 bit = 1 Byte (che rappresenta un carattere) Bytederiva da Binaryoctette numero binario composto da otto cifre

14. I FORMATI Esistono diversi formati di testo: • il formato DOC • il formato HTML • il formato PDF • il formato PS • ecc.

15. Tutto ciò che utilizziamo nel computer: • caratteri • immagini • suoni • filmati • numeri • deve allora essere codificato sotto forma binaria.

16. LA CODIFICA DELLE IMMAGINI • Ogni immagine viene suddivisa in piccolissimi quadratini detti pixel (picture element) che poi vengono codificati in binario secondo una tabella di colori in base al colore dominante.

17. LA CODIFICA DELLE IMMAGINI • Il numero di quadratini (“pixel”), ovvero il rapporto tra la dimensione dell’immagine ed il numero di punti che utilizziamo per descriverla si chiama risoluzione. • Si esprime generalmente in dpi: dot per inch, ovvero punti per pollice.

18. LA CODIFICA DELLE IMMAGINI • Il numero di bit utilizzati per rappresentare il colore di un singolo pixel viene detto “profondità di colore” (colour depth) : • 1 bit per immagini bianco/nero (“line art”) • 8 bit per immagini in toni di grigio o 256 colori (“grayscale”) • 16 bit per immagini a 65.536 colori (“high color”) • 32 bit per immagini a 32,8 milioni di colori (“true color”)

19. L’uso del colore Dall’ottica si sa che in ogni punto, per rappresentare un qualsiasi colore dello spettro, è sufficiente definire l’intensità dei tre colori fondamentali. Rosso, Verde e Blu (RGB) Usando 2 bit per ogni colore si possono ottenere 4 sfumature per il rosso, 4 per il blu e 4 per il verde che, combinate insieme, danno origine a 64 colori diversi. Ogni pixel per essere memorizzato richiede 6 bit.

20. 2 bit 4 bit 8 bit 24 bit L’uso del colore Disponendo di un byte (8 bit) per ogni componente di colore, potremo rappresentare 256*256*256 = 16.777.216 colori. Ogni pixel per essere memorizzato richiede 3 byte. Ad esempio il colore composto da (Red:255 Green:255 Blue:0) corrisponderà ad un Giallo acceso, mentre (Red:120 Green:0 Blue:120) sarà un Viola scuro.

21. I componenti fondamentali possono essere il Rosso, Verde e Blu (RGB) come nell’esempio visto, oppure altre combinazioni. • Tali combinazioni di colori di base si distinguono in due grandi categorie: • per produrre luminosità, come nell’esempio sopra visto, dalla cui massima combinazione deriva il bianco (usato, ad esempio, per produrre il colore su monitor) • per sottrarre luminosità, come nel caso della combinazione CMY (Cyan Magenta Yellow), dalla cui massima combinazione deriva il nero (usato, ad esempio, per produrre delle stampe su carta)

22. BITMAP E RISOLUZIONE • Il formato di rappresentazione per punti che abbiamo visto è definito BITMAP (viene usato, ad esempio, da Paint, il più comune software di disegno) • Le dimensioni dell’immagine sono determinate dal numero di pixel che la compongono, ad esempio un’immagine 640x480 contiene 640 pixel in senso orizzontale e 480 in senso verticale.

23. BITMAP E RISOLUZIONE • E’ particolarmente adatto per riprodurre, fotografie, dipinti e tutte le immagini per le quali ogni punto dell’immagine è significativo e deve essere descritto da un singolo elemento indipendente.

24. IMMAGINI VETTORIALI Per immagini più simili a disegni che a fotografie, è possibile definire la figura in termini matematici: oggetti geometrici dibase, quali curve, cerchi, ellissi, rettangoli, rette, linee, ecc.. Tale tipo di rappresentazione di un’immagine si definisce vettoriale.

25. IMMAGINI VETTORIALI • In tale formato è presente tutta l’informazione necessaria a riprodurre l’immagine, a prescindere dalle dimensioni. Pertanto si elimina il problema legato al rapporto tra risoluzione e definizione (per ingrandire o ridurre la riproduzione basta agire sul sistema di coordinate)

26. IMMAGINI VETTORIALI • Evidentemente non si presterà per rappresentare immagini composte da continue variazioni di colore, quali ad esempio le fotografie. • In più avrà un minor ingombro in termini di spazio di memoria occupato.

27. Ricapitolando: Formato bitmap: viene memorizzato il contenuto di ogni pixel congelando in un certo senso l'immagine. Può succedere che rappresentando o stampando l'immagine su sistemi diversi questa appaia in modo diverso. Formato vettoriale: l'immagine viene costruita per oggetti semplici per ognuno dei quali vengono memorizzate le caratteristiche salienti.

28. Naturalmente le immagini digitali richiedono un’enorme quantità di byte per potere essere memorizzate. Così come per i testi, anche per le immagini esistono i formati, che utilizzano tecniche di compressione per ridurre la dimensione del file.

29. Le tecniche principali di compressione si possono distinguere in: • Lossless (“senza perdita”) • Lossy (“con perdita”)

30. Lossless (“senza perdita”): • decomprime il file assicurando il suo contenuto, per cui la qualità dell’immagine rispecchia quella dell’originale. • Svantaggio:capacità di compressione limitata. • Impiegata in casi in cui i dettagli sono di fondamentale importanza (immagini satellitari, raggi X). • Esempi di algoritmi: a codifica di stringa, Run-Lenght Encoding.

31. Lossy (“con perdita”): • nella compressione alcuni dati vengono perduti (perché vengono scartati i particolari meno importanti) e la qualità dell’immagine è inferiore a quella dell’originale. • Vantaggio: maggiore compressione. • Utilizzata nelle applicazioni in tempo reale (ad esempio le videoconferenze) in cui la velocità è più importante della qualità. • Esempi di algoritmi: a codifica differenziale, a trasformazioni

32. Formati di Immagini: • GIF (Graphic Interchange Format) • JPEG (Joint Photographic Expert Group) • TIFF (Tagged Image File Format)

33. Formato GIF • GIF (Graphic Interchange Format) • Estensione: .gif • Ogni pixel rappresentato in 1 byte (256 colori). • Si considera generalmente come "formato finale”, nel senso che non si presta a successive rielaborazioni.

34. Formato GIF E' uno dei principali formati utilizzati sul WEB, anche per la possibilità di essere: • “interlacciato” (l'immagine viene caricata ad "aumento progressivo di risoluzione”) • “animato” (presentando in successione più immagini .gif scritte sullo stesso file) • di rendere zone trasparenti.

35. Formato JPEG • JPEG (Joint Photographic Expert Group) • Estensione: .jpg • Può avere fino a 16,7 milioni di colori.

36. Formato JPEG 1° Salvataggio Formato con compressione distruttiva, ciò significa che ad ogni nuovo salvataggio del file produce una ulteriore compressione, e deterioramento dell’immagine (permette comunque la scelta del rapporto di compressione). E' riconosciuto dalla maggioranza dei software di elaborazione e costituisce uno standard web per le immagini fotografiche. 2° Salvataggio 3° Salvataggio

37. Formato JPEG Per le sue caratteristiche viene utilizzato come formato finale e non si presta a successive elaborazioni. L’algoritmo che adotta opera per differenze su aree, quindi può riprodurre fedelmente, con ottimi rapporti di compressione, immagini con gradazioni e sfumature di colore, mentre risulta particolarmente distruttivo ed inadeguato nella rappresentazione di campiture uniformi. le scritte sono inadatte al jpeg

38. Formato TIFF • TIFF (Tagged Image File Format) (estensione .tif) • Può avere fino a 16,7 milioni di colori; • Immagini di qualità più alta • Svantaggio: dimensioni dei file molto grandi

39. Codifica delle immagini • Quanti byte occupa un’immagine di 100 x 100 pixel in bianco e nero? • Quanti byte occupa un’immagine di 100 x 100 pixel a 256 colori? • Se un’immagine a 16777216 di colori occupa 2400 byte, da quanti pixel sarà composta?

40. Tutto ciò che utilizziamo nel computer: • caratteri • immagini • suoni • filmati • numeri • deve allora essere codificato sotto forma binaria.

41. La codifica dei suoni • Anche i suoni possono essere rappresentati in forma digitale • Dal punto di vista fisico un suono è un'alterazione della pressione dell'aria che, quando rilevata, ad esempio dall'orecchio umano, viene trasformata in un stimolo auditivo al cervello • L’alterazione della pressione deve avere le caratteristiche di una vibrazione • La durata, l'intensità e la frequenza della vibrazione sono le quantità fisiche che rendono un suono diverso da ogni altro • Mediante un microfono le variazioni della pressione dell’aria (vibrazioni) vengono trasformate in un segnale elettrico

42. RAPPRESENTARE I SUONI t • Fisicamente un suono è rappresentato come un'onda (onda sonora) che descrive la variazione della pressione dell'aria nel tempo Sull'asse delle ascisse viene rappresentato il tempo e sull'asse delle ordinate viene rappresentata la variazione di pressione corrispondente al suono stesso

43. RAPPRESENTARE I SUONI AMPIEZZA PERIODO TEMPO Quindi i suoni consistono in vibrazioni che formano un’onda, la cui ampiezza misura l’altezza dell’onda e ilperiodoè la distanza tra due onde.

44. RAPPRESENTARE I SUONI • L’intensità del suono descrive l’ampiezza delle variazioni dell’onda sonora e si misura in decibel (DB) • Lafrequenzaè il numero di periodi (o di vibrazioni) al secondo e si misurano in Hertz (Hz) • L’orecchio umano e’ sensibile alle frequenze tra 20 e 20000Hz

45. RAPPRESENTARE I SUONI • La rappresentazione in forma d’onda è analogica e fornisce una descrizione continua dell'onda sonora • Le rappresentazioni di tipo analogico non sono utilizzabili in informatica, data l'impossibilità di trattare informazioni di tipo continuo • È necessario trovare un modo per codificare in forma digitale(numerica) un’onda sonora

46. IL CAMPIONAMENTO Pertanto per registrare un suono e memorizzarlo sul computer si usa la tecnica del campionamento. Infatti un file viene prodotto suddividendo un’onda acustica in moltissimi frammenti e memorizzando ogni frammento come un piccolo campione digitale del suono.

47. IL CAMPIONAMENTO Tanto maggiore è il numero di campioni che vengono presi ogni secondo, tanto maggiore sarà la precisione con cui nel computer sarà rappresentata la forma d’onda

48. SUONO: DALLA RAPPRESENTAZIONE ANALOGICA ALLA RAPPRESENTAZIONE DIGITALE

49. FREQUENZA DI CAMPIONAMENTO Il numero di campioni registrati al secondo si dice frequenza di campionamento. Frequenza delle schede audio 11 KHz (11.000 campioni/sec.) 22 KHz 44 KHz Maggiore è il numero di KHz maggiore sarà lo spazio occupato su disco

50. 4 BIT Si distinguono 16 valori 8 BIT Si distinguono 256 valori 16 BIT Si distinguono 65.536 valori DIMENSIONE DI CAMPIONAMENTO Un altro fattore che influenza la qualità del suono è la dimensione di campionamento (quantizzazione), ossia il numero di bit disponibili per memorizzare ciascun campione d’onda.