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INFORMATICA

Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco –Petroselli Franca. INFORMATICA. LA CODIFICA BINARIA DEI DATI Suoni ed immagini – Fenomeni ANALOGICI o CONTINUI.

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Presentation Transcript

  1. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco –Petroselli Franca INFORMATICA LA CODIFICA BINARIA DEI DATI Suoni ed immagini – Fenomeni ANALOGICI o CONTINUI

  2. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco Digitalizzazione dell’immagine DIGITALIZZAZIONE DELL’IMMAGINE 00000 01000 01100 01110 00000 BITMAP

  3. PIXEL Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco Codifica RASTER di un’immagine 00000 01000 01100 01110 00000

  4. Codifica delle immagini B&N (CODIFICA “RASTER”) Suddividiamo l’immagine mediante una griglia formata da righe orizzontali e verticali a distanza costante (sovrapponiamo una griglia)

  5. Codifica delle immagini • Ogni quadratino derivante da tale suddivisione prende il nome di pixel (picture element) e può essere codificato in binario secondo la seguente convenzione: • Il simbolo “0” viene utilizzato per la codifica di un pixel corrispondente ad un quadratino in cui il bianco è predominante • Il simbolo “1” viene utilizzato per la codifica di un pixel corrispondente ad un quadratino in cui il nero è predominante

  6. Codifica delle immagini (B&N)

  7. Codifica delle immagini Poiché una sequenza di bit è lineare, è necessario definire convenzioni per ordinare la griglia dei pixel in una sequenza. Assumiamo che i pixel siano ordinati dal basso verso l’alto e da sinistra verso destra 0000000000 0011111000 0011100000 0001000000

  8. Codifica delle immagini Non sempre il cortorno della figura coincide con le linee della griglia. Quella che si ottiene nella codifica è un’approssimazione della figura originaria Se riconvertiamo la sequenza di stringhe 0000000000 0011111000 0011100000 0001000000 in immagine otteniamo

  9. Codifica delle immagini La rappresentazione sarà più fedele all’aumentare del numero di pixel, ossia al diminuire delle dimensioni dei quadratini della griglia in cui è suddivisa l’immagine. Più è “fitta” la griglia e più l’immagine è fedele all’originale.

  10. Codifica delle immagini • Più sono numerosi i pixel e più sono piccoli, più la qualità dell’immagine è elevata (= originale per l’occhio umano quando il singolo pixel non è riconoscibile come singolo elemento) • RISOLUZIONE interna “indica il n.ro di pixel utilizzati per la rappresentazione digitalizzata dell’immagine ovvero con quale granulosità viene effettuata la sua suddivisione in pixel” • Una “griglia fitta” significa maggior numero di pixel e di bit (relazione fra quantità e grandezza del pixel)

  11. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco La “Misura” della RISOLUZIONE INCH 2° LA DIMENSIONEdei PIXEL in STAMPA o su VIDEO SI MISURA IN DPI (DOT PER INCH) – “punti per pollice” 1° IL NUMERO (QUANTITA’) di PIXEL che compongono l’immagine: es: 640 orizz x 480 vert. oppure 1,2 megapixel totali (1280x 960)

  12. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco IMMAGINE a COLORI 3° LA PROFONDITA’ DEL COLORE Per ogni Pixel non basta più 1 bit (0 o1) ma servono più bit: 16 tonalità di colore: 4 bit 8 bit 256 colori 16 bit  65.536 colori 24 bit  16,8 milioni di colori

  13. Immagini a colori • Assegnando un bit ad ogni pixel è possibile codificare solo immagini in bianco e nero • Per codificare le immagini con diversi livelli di grigio oppure a colori si usa la stessa tecnica: per ogni pixel viene assegnata una sequenza di bit • A parità di risoluzione, la dimensione della codifica di un’immagine cresce all’aumentare dei colori gestiti • La maggior parte delle schede grafiche attuali utilizza fino a 24 Bit (o 32) per descrivere il colore di ogni pixel (ha una tavolozza “palette” di 16 milioni di colori)

  14. L’uso del colore • Il colore può essere generato componendo 3 colori FONDAMENTALI: Red, Green, Blue (RGB) • Ad ogni colore si associa una possibile sfumatura • Usando 8 bit per ogni colore si possono ottenere 256 sfumature per il rosso, 256 per il blu e 256 per il verde che, combinate insieme, danno origine a circa 16,7 milioni di colori diversi (precisamente 16777216 colori) • Ogni pixel per essere memorizzato richiede 3 byte (i 24 bit delle schede grafiche)

  15. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco Immagine “RASTER o BITMAP” LA SCELTA IDEALE PER LA MEMORIZZAZIONE DI IMMAGINI FOTOGRAFICHE UN’IMMAGINE RASTER È FORMATA DA PUNTI, DENOMINATI PIXEL, DISPOSTI IN UNA GRIGLIA, A OGNUNO DEI QUALI SONO ASSOCIATE LE INFORMAZIONI RELATIVE AL COLORE. LA QUALITÀ DELLE IMMAGINI RASTER DIPENDE DALLA RISOLUZIONE AUMENTANDO IL LIVELLO DI INGRANDIMENTO DELL’IMMAGINE, I PIXEL DIVENTANO BEN VISIBILI • PROBLEMI di un’immagine “definita”: • Occupazione di memoria • Velocità di trasmissione UN’IMMAGINE RASTER È MOLTO SEMPLICE DA VISUALIZZARE SUL MONITOR O DA STAMPARE

  16. elevata qualità dell’immagine scomposizione fitta elevato numero di bit • elevata quantità di informazione • elevata occupazione di memoria Immagini raster • Problema : tipo risoluz numero colori num. byte imm. televisiva 720x625 256 440 KB foto 15000x10000 16milioni 430 MB

  17. TECNICHE di “COMPRESSIONE” • Diverse tecniche per “risparmiare sullo spazio” e “velocizzare” le trasmissioni • “Con perdita di informazioni – lossy distruttivo”: come per esempio: sfumature non visibili all’occhio umano – (“buttate via”) (formati: JPEG) • “Senza perdita di informazioni – lossless – NON distruttivo”: i dati più frequenti vengono codificati con sequenze più brevi di bit (formati: GIF, TIFF, BMP) • Fattore di riduzione da 5:1 a 100:1

  18. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco I principali formati “RASTER” (1) BITMAP (.BMP) – Windows/Paintbrush - Desktop IL PIÙ SEMPLICE: AD OGNI PIXEL DELL’IMMAGINE, IN SEQUENZA, SONO ASSOCIATI 24 BIT PER IL COLORE. E’ INGOMBRANTE – No Internet • GIF - GRAPHIC INTERCHANGE FORMAT (.GIF) • FORMATO COMPRESSO, MA SENZA PERDITA DI QUALITÀ • COLORI RAPPRESENTATI CON 8 BIT, MAX 256 • ADATTO ALLA RAPPRESENTAZIONE DI ELEMENTI GRAFICI MOLTO SEMPLICI, IMMAGINI IN BIANCO E NERO • CONSENTE LA CREAZIONE DI ANIMAZIONI - Utilizzato sul WEB • JPEG - JOINT PICTURE EXPERTS GROUP (.JPG) • FORMATO COMPRESSO, CON PERDITA DI “QUALITÀ” • COLORI RAPPRESENTATI CON 24 BIT, MAX 1,7 MILIONI – • UNA CODIFICA PIÙ EFFICIENTE RISPETTO AL GIF, ADATTO A RAPPRESENTARE IMMAGINI RICCHE DI SFUMATURE DI COLORE. • Tra i più diffusi: molto utilizzato per immagini sul Web e allegati e-mail

  19. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco I principali formati “RASTER” (2) • TIFF - TAGGED IMAGE FILE FORMAT (.TIF) • FORMATO COMPRESSO “senza perdita”, • COLORI RAPPRESENTATI CON 24 BIT • MANTIENE UNA FEDELTÀ MAGGIORE ALL’IMMAGINE ORIGINALE, CHE SI PAGA CON UNA MAGGIORE OCCUPAZIONE DI MEMORIA • Molto utilizzato durante il trattamento dell’immagine in quanto “non distruttivo”: per archiviare e poi trasferire e/o rielaborare, negli scanner • NON UTILIZZABILE PER IL WEB • PNG - PORTABLE NETWORK GRAPHICS (.PNG) • NUOVO FORMATO COMPRESSO, SENZA PERDITA DI QUALITÀ • COLORI RAPPRESENTATI CON 24 BIT • NON È ANCORA SUPPORTATO DA TUTTE LE APPLICAZIONI

  20. Esempio 615Kb bmp 64,5Kb gif 29,4Kb jpg In JPEG si può scegliere il rapporto di compressione 24 Kb jpg

  21. Esempio (2) 16,7Kb bmp 4.32Kb jpeg 4.92Kb gif

  22. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco Riepilogando...... Quali sono gli elementi da prendere in considerazione per una immagine? 1. N. DI PIXEL 2. DENSITÀ DEI PIXEL (dot per inch=DPI) 3. Profondità colore (n. bit x pixel) 4. FORMATO (COMPRESSO/NON COMPRESSO)

  23. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco Codifica VETTORIALE dell’immagine

  24. Grafica vettoriale • Per le immagini regolari o geometriche • In una codifica di tipo vettoriale non si specificano le informazioni di colore dei singoli pixel: viene specificato individualmente ogni elemento geometrico primitivo che forma l’immagine (per esempio linee, curve, retta, segmento) • Le immagini vengono costruite a partire dalla descrizione degli elementi che le compongono mediante un linguaggio testuale o delle formule geometriche. • Per ogni elemento che compone l’immagine l’istruzione descrive la forma, la lunghezza, il punto iniziale ed il punto finale, il colore

  25. circle polyline ….. Immagini vettoriali Immagini vettoriali: • codifica simbolica di elementi grafici es.: • applicabilità limitata al mondo geometrico (non fotografie)

  26. Immagine vettoriale • Vengono memorizzate non come “insieme di pixel” ma come “insieme di istruzioni” • Ogni volta l’immagine viene “generata” o costruita, eseguendo le istruzioni: viene “disegnata” (scalabilità) • Puo’ essere ingrandita senza perdere di qualità • Spesso occupano molto meno spazio rispetto alle immagini bitmap • Adatta per logo, caratteri, disegni al tratto, disegni geometrici. • La grafica bitmap, invece, riesce a rendere con qualità maggiore immagini con un numero elevato di colori

  27. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco Immagine “VETTORIALE” ADATTA PER LOGO, CARATTERI E DISEGNI AL TRATTO UN’IMMAGINE VETTORIALE CONSISTE IN UNA SERIE DI ISTRUZIONI MATEMATICHE PER IL TRACCIAMENTO DI OGNI SINGOLO ELEMENTO CHE COMPONE L’IMMAGINE . LE IMMAGINI IN FORMATO VETTORIALE SONO INDIPENDENTI DALLA RISOLUZIONE; SI DICE ANCHE CHE SONO “SCALABILI” SENZA PERDITA DI INFORMAZIONI, SIA PER QUANTO RIGUARDA IL DISEGNO VERO E PROPRIO CHE PER LA PARTE TESTUALE QUANDO UN’IMMAGINE IN UN FORMATO VETTORIALE DEVE ESSERE VISUALIZZATA O STAMPATA, IL COMPUTER PROVVEDE A “RASTERIZZARLA”, OVVERO A TRASFORMARLA IN PIXEL

  28. ALCUNI FORMATIVETTORIALI • WMF (Microsoft Windows Metafile) – misto: contiene elementi vettoriali, bitmap, testuali • EMF (Enhanced Windows Metafile) – misto • DRW (Micrografx Draw) • CDR (Corel Draw) • POSTSCRIPT (Adobe) – misto bitmap-vettoriale, compresso • EPS (Encapsulated Postscript) – derivato di Postscript • PDF (Portable Document Format) – derivato di postscript.

  29. Codifica di immagini in movimento • Un filmato è una sequenza di immagini statiche (dette fotogrammi o frame) • Per codificare un filmato si digitalizzano i suoi fotogrammi • Con un numero abbastanza alto di fotogrammi fissi (24-30 al secondo) l’occhio umano percepisce il movimento come un continuo • Esempio: • 30 immagini ad alta risoluzione al secondo • 30 imm./sec x 2.457.600 bit/imm. = 73.728.000 bit/sec • Un minuto richiederebbe 60 sec x 73.728.000 = 4.423.680.000 bit (5.529.600 byte)

  30. Immagini in movimento • Potrei in principio codificare separatamente ogni fotogramma come immagine fissa, ma lo spazio di memoria richiesto sarebbe enorme (650 MB, un intero CD per un minuto di proiezione …) • Sono stati quindi sviluppati metodi di codifica che economizzano, codificando solo le ‘differenze’ fra un fotogramma e l’altro. • MPEG (Moving Picture Experts Group): • codifica JPEG di ogni frame separatamente, codifica dei suoni, tecnica di compressione specifica per video: codifica della variazione tra un fotogramma e il successivo • AVI (Audio Video, Microsoft), MOV.

  31. Codifica dei suoni • Fisicamente un suono è rappresentato come un’onda che descrive la variazione della pressione dell’aria nel tempo (onda sonora – informazione analogica) • Sull’asse delle ascisse viene rappresentato il tempo (t) e sull’asse delle ordinate viene rappresentata la variazione di pressione (a) corrispondente al suono stesso

  32. Codifica dei suoni • Si codifica (digitalizzando): si effettuano dei campionamenti sull’onda (cioè si misura il valore dell’onda a intervalli di tempo costanti) e si codificano in forma digitale le informazione estratte da tali campionamenti (t1-a1,t2-a2,ecc..) • Quanto più frequentemente il valore di intensità dell’onda viene campionato (ovvero quanto è più piccolo l’intervallo), tanto più precisa sarà la sua rappresentazione • Il numero di campioni raccolti per ogni secondo definisce la frequenza di campionamento che si misura in Hertz (Hz)

  33. Codifica dei suoni • La sequenza dei valori numerici ottenuti dai campioni può essere facilmente codificata con sequenze di bit Una approssimazione! • La rappresentazione è tanto più precisa quanto maggiore è il numero di bit utilizzati per codificare l’informazione estratta in fase di campionamento • Maggiore è la frequenza, superiore (e più fedele) è la qualità del suono

  34. Volt 5 0 t Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco Codifica del Suono: CAMPIONAMENTO IPOTIZZIAMO DI MISURARE IL VALORE DI TENSIONE ELETTRICA IN USCITA DA UN MICROFONO, SUPPONENDO CHE VARI TRA UN VALORE MINIMO ED UN MASSIMO (AD ESEMPIO, DA 0 A +5VOLT)

  35. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco Codifica del Suono: CAMPIONAMENTO • PER CODIFICARE LA VOCE UMANA (rendere riconoscibile il parlato) è necessario: • PRODURRE 8.000 CAMPIONI AL SECONDO • UTILIZZARE 8 BIT PER OGNI CAMPIONE  8000 CAMPIONI X 8 BIT/CAMPIONE= 64.000 BIT/SEC (64 kbit) = 7,8KBYTE/secondo. Per 10 minuti: 4,6 MByte • PER CODIFICARE LA MUSICA DI QUALITÀ CD(STEREO) sono necessari molti più byte: • PRODURRE 44.100 CAMPIONI AL SECONDO PER OGNUNO DEI 2 CANALI STEREO • UTILIZZARE 16 BIT PER OGNI CAMPIONE ==> 2 X 44100 CAMPIONI X 16 BIT/CAMPIONE= 1.411.200 BIT/SEC = 172 KBYTE/SEC

  36. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco La codifica standard di Windows: .WAV FORMATO PER LA MEMORIZZAZIONE DI SEGNALI AUDIO SECONDO LA TECNICA PCM, UTILIZZATA SUI SISTEMI WINDOWS. I file generati hanno estensione . WAV OTTIMA QUALITÀ AUDIO, DIPENDENTE DALLA FREQUENZA DI CAMPIONAMENTO: DA 8 KHZ (VOCE) A 44 KHZ (MUSICA STEREO) È IL FORMATO DI TUTTI I BRANI MUSICALI PRESENTI NEI CLASSICI CD AUDIO Limite: PRODUCE FILE MOLTO GRANDI DELL’ORDINE DI: 0,5MBYTE PER 1 MINUTO DI VOCE REGISTRATA 10MBYTE PER 1 MINUTO DI MUSICA REGISTRATA IL CHE LI RENDE INUTILIZZABILI SUL WEB

  37. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco Un formato compresso: .MP3 E’ UN FILE AUDIO COMPRESSO ATTRAVERSO L’ALGORITMO MPEG – LAYER (VARIANTE MPEG PER SUONI) LA COMPRESSIONE AVVIENE CON UNA PERDITA DI QUALITÀ INAVVERTIBILE ALL’ORECCHIO UMANO. REALIZZA UNA RIDUZIONE DEI DATI DI UN FATTORE 12, CONUNA QUALITÀ PRATICAMENTE PARI ALLA CODIFICA WAV, File generati file .MP3 con GRANDE DIFFUSIONE, MOLTO EFFICIENTE in quanto compresso occupa meno spazio e rende POSSIBILE LO SCAMBIO DI BRANI MUSICALI ATTRAVERSO INTERNET

  38. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco La codifica Real Audio: .RM (3) • E' UN FORMATO COMPRESSO (ANCHE PER FILE VIDEO) con estensione . RM • MOLTO UTILIZZATO PER TRASMETTERE CONTENUTI MULTIMEDIALI SUL WEB (VISTE LE DIMENSIONI RIDOTTE DEL FILE) • MA HA UNA QUALITÀ AUDIO INFERIORE AI FILE WAV E MP3 I FILE REALAUDIO GENERALMENTE SI ASCOLTANO IN STREAMING, CIOÈ SENZA NECESSITÀ DI DOVERLI SCARICARE SUL DISCO FISSO DEL PROPRIO COMPUTER: LA RIPRODUZIONE DELLA MUSICA INIZIA E CONTINUA MANO A MANO CHE IL COMPUTER RICEVE I DATI DALLA RETE PER ASCOLTARE UN BRANO MUSICALE È NECESSARIO DISPORRE DEL LETTORE REALPLAYER, un programma liberamente scaricabile da Internet.

  39. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco Un modo diverso di codificare un suono: MIDI UN FILE MIDI NON CONTIENE IL SUONO (campionato, digitalizzato e quantizzato) DEGLI STRUMENTI, MA LE NOTE CHE DEVONO ESSERE ESEGUITE OVVERO LE ISTRUZIONI PER LA SCHEDA AUDIO (dispositivo di output), IN MODO DA PRODURRE LA NOTA RICHIESTA, CON UNA TIMBRICA SIMILE A QUELLA DELLO STRUMENTO IN QUESTIONE IL FORMATO MIDI È IL PIÙ COMPATTO: OGNI SINGOLO EVENTO MIDI OCCUPA SOLTANTO 11 BYTE E UN INTERO BRANO MUSICALE OCCUPA MEDIAMENTE QUALCHE DECINA DI KBYTE Limite!: solo musica NON VOCE • I FILE MIDI SONO MOLTO UTILIZZATI • NEI GIOCHI • COME COLONNE SONORE NELLE PAGINE WEB • COME SUONERIE SUI TELEFONINI.

  40. Università di Urbino – Facoltà di Economia Prof. Bentivoglio Gianfranco Confronto MIDI e WAVE DIFFERENZE TRA FORMATO MIDI E WAVE WAVE MIDI IN UN FILES WAVE CI SONO SUONI IN UN FILE MIDI CI SONO SOLO COMANDI SE FACCIAMO UN PARALLELO CON LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Codifica VETTORIALE Codifica RASTER

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