suoni, immagini, sequenze video – -...
-
Upload
nguyenliem -
Category
Documents
-
view
218 -
download
0
Transcript of suoni, immagini, sequenze video – -...
Informazione binaria: – suoni, immagini, sequenze video –
Ingegneria Meccanica e dei Materiali
Università degli Studi di Brescia
Prof. Massimiliano Giacomin
Tipologie di codici
Informatica e Programmazione – Università di Brescia 2 Docente: M. Giacomin
• Per la rappresentazione di:
– caratteri alfabetici e testi
– valori logici
– numeri naturali
– numeri interi relativi [val assoluto e segno, complemento a due]
– numeri “reali” [virgola fissa e virgola mobile]
– suoni, immagini e sequenze video
• Codici per la rilevazione e correzione di errori
• Codici di compressione (senza | con perdita)
La digitalizzazione • Voce
• Suoni
• Immagini
• Filmati
0010010100
rappresentazione anche approssimata tramite sequenze di bit
Informazione “continua”
Codifica digitale
Nel calcolatore
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 3 Docente: M. Giacomin
Un esempio semplice
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 4 Docente: M. Giacomin
Sensore di temperatura (1 valore)
0V
5V
L0
L1
L2
L3
00
01
10
11
Quantizzazione
• Ma in generale la grandezza varia anche in un dominio, p.es.: - suono: valori (di volume) nel tempo - immagine bidimensionale: valori (colori) nel piano
• Necessario campionamento
• Problema: codificare in modo digitale una grandezza fisica (es. un suono) i cui valori sono (generalmente) infiniti e appartengono ad un intervallo continuo.
• Soluzione: processo di digitalizzazione, o conversione analogico-digitale. Comprende due attività:
– Campionamento: se la grandezza varia nel tempo (es. volume di un suono) o nello spazio (es. colore di un’immagine) selezione di un insieme finito di valori, ad intervalli costanti (nel tempo o nello spazio)
– Quantizzazione: discretizzazione di ciascun valore campionato: approssimazione con uno dei valori previsti dalla codifica
Note ai lucidi precedenti
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 5 Docente: M. Giacomin
CODIFICA DI SUONI
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 6 Docente: M. Giacomin
Codifica digitale: 10 10 00 01 11 11 01
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 7 Docente: M. Giacomin
Note al lucido precedente
• Nel caso del suono: - campionamento nel tempo - quantizzazione in ampiezza
• Parametro del campionamento: - Frequenza di campionamento (Hz): campioni al secondo Es: FC = 5 Hz significa acquisire 5 campioni al secondo - Periodo di campionamento: intervallo tra campioni successivi TC = 1/FC (nell’esempio: TC=0.2 sec)
• Parametro della quantizzazione: numero di bit dedicati alla codifica di un campione Es: con 2 bit codifico 4 livelli (4 valori diversi) con 8 bit codifico 256 livelli (256 campioni)
Rappresentazione dei suoni nei CD audio
• Segnali audio: onde analogiche à campionamento + quantizzazioneà valori digitali
Frequenza di campionamento fc = 44.1 kHz (44.100 campioni) per i 2 canali (frequenze udibili dall’orecchio umano fino a circa 22 kHz)
16 bit/campione (2 byte per campione) à 65536 livelli di quantizzazione (65536 valori diversi per campione)
Nbit = F(durata, fc, bit/campione)
• Dimensione richieste
Nello standard CDDA (CD Digital Audio) 70 minuti di registrazione richiedono: 70 x 60 x 44.100 x 2 x 2 byte ≈ 750 MByte
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 8 Docente: M. Giacomin
Dal mondo reale (analogico) al calcolatore (digitale)
CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE (campionam. & quantizz.)
scheda audio
memorizzazione, eventuali elaborazioni…
…
Dal calcolatore (digitale) al mondo reale (analogico)
0010010100
Nel calcolatore
CONVERSIONE DIGITALE-ANALOGICA
scheda audio riceve i valori digitali e ricostruisce il segnale analogico
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 9 Docente: M. Giacomin
Alcuni formati audio
• WAVE: .wav, dimensioni elevate (corrisponde – con un certo grado di approssimazione – a quanto visto nei lucidi precedenti)
• MP3 (MPEG-1 Layer 3): grande diffusione su Internet. Utilizza tecniche di compressione per ridurre le dimensioni (vedi poi). MPEG nasce da un gruppo di lavoro di standardizzazione
• MIDI (Musical Instrument Digital Interface): .mid, i file memorizzano non suoni ma comandi (es. le note musicali di un particolare strumento) che vengono inviati ai dispositivi MIDI per riprodurre i suoni, occupano molto meno spazio dei .wav.
Es: tastiera musicale + calcolatore permettono di suonare un brano su tastiera che viene automaticamente trascritto in notazione musicale in un file midi che può poi essere anche modificato
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 10 Docente: M. Giacomin
Maggie Cheung dal film “Hero” di Zhang Yimou (2002)
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 11 Docente: M. Giacomin
CODIFICA DI IMMAGINI
Campionamento
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 12 Docente: M. Giacomin
Quantizzazione
Per ogni pixel un certo numero di bit es. 3 byte (colori)
Codifica bitmap (raster) di immagini
immagine bitmap (o raster): rappresentata come matrice di pixel
• Risoluzione: numero di pixel orizzontali X verticali • Ad ogni pixel è riservato un certo numero di bit: - immagine in bianco e nero: 1 bit (bianco/nero) - immagine in scala di grigi: livello di grigio dal bianco al nero Es: 4 bit à 16 livelli di grigio
8 bit à 256 livelli di grigio - immagine a colori: ogni codifica corrisponde a un colore
Es: 8 bit à 256 colori 24 bit à 224 = 16M colori (più di 16 milioni)
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 14 Docente: M. Giacomin
• Ogni colore è rappresentato da (un vettore di) 3 componenti: - quantità di: rosso (Red) / verde (Green) / blu (Blu)
• Con 3 byte per colore: la quantità di ogni colore primario è data da un valore tra 0 e 255 (rappresentato da una sequenza di bit a partire da 00000000 fino a 11111111)
Codifica dei colori RGB
R=25, G=72, B=78
R=90, G=85, B=12
R=0, G=0, B=0 R=255, G=255, B=255
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 15 Docente: M. Giacomin
ESERCIZIO
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 16 Docente: M. Giacomin
Calcolare le dimensioni di memoria di un’immagine a colori RGB di risoluzione 800*600.
ESERCIZIO
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 17 Docente: M. Giacomin
Calcolare le dimensioni di memoria di un’immagine a colori RGB di risoluzione 800*600.
Soluzione
800* 600 * 3 bytes = 144 * 10000 bytes =
= 1,44 * 106 bytes ≈ 1,4 MB
[ 1,37 MB facendo i conti più precisi]
Immagini bitmap (o raster): ingrandimento e “sgranatura”
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 18 Docente: M. Giacomin
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 19 Docente: M. Giacomin
Codifica vettoriale di immagini
• Immagini rappresentate tramite un insieme di elementi grafici (linee, rettangoli, ellissi, archi e curve)
• Memorizzazione parametri (es. coordinate numeriche) che specificano forma e posizione: minore memoria (es. un cerchio solo centro e raggio, un segmento le coordinate degli estremi)
• Necessaria un’operazione di rendering (rasterizzazione) che, a partire dalla descrizione matematica, produca l’immagine raster
• Programmi di tipo draw (programmi di grafica vettoriale): es. Corel Draw, CAD, programmi di grafica tridimensionale
• Vantaggi: – Controllo accurato di linee e colori – Ingrandimento, riduzione, rotazione senza perdita
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 20 Docente: M. Giacomin
Note al lucido precedente
Formati di file bitmap
• BMP: formato standard per MS Windows, 24 bit per pixel, .bmp.
• TIFF (Tagged Image File Format): alta qualità (32 bit per pixel), 16 milioni di colori (24 bit) + ulteriori proprietà, dimensioni file molto grandi, .tif, adottato da scanner e macchine fotografiche
• Altri formati compressi (vedi poi): GIF (Graphic Interchange Format), JPEG (Joint Picture Experts Group), JPEG 2000
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 21 Docente: M. Giacomin
Formati di file vettoriali
• DXF, DWG (adottati da Autocad)
• WMF (Windows Metafile)
• CDR (Corel Draw), AI (Adobe Illustrator)
Formati “misti”
• Formati standardizzati orientati alla produzione di documenti destinati a stampa e visualizzazione:
– Documenti in formato PS (Postscript) – l’applicazione GSview (Ghostview) legge il formato postscript, di fatto un linguaggio di programmazione che include comandi “grafici”
– Documenti in formato PDF (Portable Document Format, formato di documento portabile)
• Permettono di rappresentare: - testo - immagini bitmap - immagini vettoriali
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 22 Docente: M. Giacomin
CODIFICA DI SEQUENZE VIDEO
• In teoria, una sequenza video è semplicemente una sequenza di fotogrammi (immagini): - campionamento nel tempo (successione di fotogrammi) - ciascun fotogramma rappresentato come immagine: campionamento nello spazio e quantizzazione
• In pratica, le dimensioni risulterebbero troppo elevate. Facendo un conto “a spanne”, se un’immagine occupa 1 MB con 25 fotogrammi al secondo: - 25 MB al secondo - 25 x 60 MB al minuto = circa 1,5 GB al minuto!
Tecniche di compressione specifiche per le sequenze video
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia 23 Docente: M. Giacomin