Informazione binaria - Informatica e Programmazione

Transcript

Informazione binaria:
– suoni, immagini, sequenze video –
Ingegneria Meccanica e dei Materiali
Università degli Studi di Brescia
Prof. Massimiliano Giacomin
Tipologie di codici
•  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)
Docente: M. Giacomin
Informatica e Programmazione – Università di Brescia
2
La digitalizzazione
rappresentazione anche approssimata
tramite sequenze di bit
•  Voce
•  Suoni
0010010100
•  Immagini
Nel calcolatore
•  Filmati
Informazione
“continua”
Codifica digitale
Elementi di Informatica e Programmazione – Università di Brescia
3
Un esempio semplice
5V
Sensore di temperatura
(1 valore)
0V
L3
11
L2
10
L1
01
L0
00
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
4
Note ai lucidi precedenti
•  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
5
CODIFICA DI SUONI
Codifica digitale: 10 10 00 01 11 11 01
6
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)
7
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)
•  Dimensione richieste
Nbit = F(durata, fc, bit/campione)
Nello standard CDDA (CD Digital Audio)
70 minuti di registrazione richiedono:
70 x 60 x 44.100 x 2 x 2 byte ≈ 750 MByte
8
Dal mondo reale (analogico) al calcolatore (digitale)
DIGITALIZZAZIONE
(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
9
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
10
CODIFICA DI IMMAGINI
Maggie Cheung dal film “Hero” di Zhang Yimou (2002)
11
Campionamento
12
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)
14
Codifica dei colori RGB
•  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)
R=25, G=72, B=78
R=90, G=85, B=12
R=255, G=255, B=255
R=0, G=0, B=0
15
ESERCIZIO
Calcolare le dimensioni di memoria di un’immagine a colori
RGB di risoluzione 800*600.
16
ESERCIZIO
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]
17
Immagini bitmap (o raster): ingrandimento e “sgranatura”
18
Codifica vettoriale di immagini
19
Note al lucido precedente
•  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
20
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
Formati di file vettoriali
•  DXF, DWG (adottati da Autocad)
•  WMF (Windows Metafile)
•  CDR (Corel Draw), AI (Adobe Illustrator)
21
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
22
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
23

Informazione binaria - Informatica e Programmazione

Transcript

Documenti analoghi

Introduzione a Dev-C++ - Università degli Studi di Brescia

08-Informazione binaria-quintaparte

“ Nuremberg the Greatest courtroom drama in History”

C060_1516 Iniziative di formazione e concorsi

chi è mario sberna - Riparte il futuro

formato pdf - Casa della Memoria

domande di cultura generale 2015

LAVORATORI DELLA EREDI GNUTTI METALLI

press-kit - Brescia Repubblica Elettronica

L`architettura del calcolatore (Prima parte)

Il concetto di calcolatore e di algoritmo