Psicologia dello sviluppo e dell'educazione (laurea magistrale) Informatica Lezione 2 Psicologia dello sviluppo e dell'educazione (laurea magistrale) Anno accademico: 2007-2008

Codifica delle immagini Sistemi di supporto alla progettazione CAD/CAM Campo medico (per esempio, i sistemi di TAC o di ecografia) Telecamere e videoregistratori professionali Effetti speciali i film, televisione Telefoni cellulari Ecc.

Codifica delle immagini Esempio: un’immagine in bianco e nero Suddividiamo l’immagine mediante una griglia formata da righe orizzontali e verticali a distanza costante

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

Codifica delle immagini 1

Codifica delle immagini 1 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

Codifica delle immagini Non sempre il contorno 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

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

Codifica delle immagini 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

Codifica delle immagini (grigio e colore) Per memorizzare un pixel non è più sufficiente un solo bit Per esempio, se utilizziamo quattro bit possiamo rappresentare 24 = 16 livelli di grigio o 16 colori diversi Mentre con otto bit ne possiamo distinguere 28 = 256, ecc.

L’uso del colore Il colore può essere generato componendo 3 colori: red (rosso), green (verde), blue (blu) (RGB) Ad ogni colore si associa una possibile sfumatura Usando 2 bit per ogni colore si possono ottenere 4 sfumature per il rosso, 4 per il blue e 4 per il verde che, combinate insieme, danno origine a 64 colori diversi Ogni pixel per essere memorizzato richiede 6 bit

L’uso del colore Usando 8 bit per ogni colore si possono ottenere: 256 sfumature per il rosso … … 256 per il verde e … … 256 per il blu … che, combinate insieme, danno origine a circa 16,8 milioni di colori diversi (precisamente 16.777.216 colori) Ogni pixel per essere memorizzato richiede 3 byte

L’uso del colore 2 bit 4 bit 1 byte 3 byte

L’uso del colore Esempi: 00000000 00000000 00000000  nero 11111111 11111111 11111111  bianco 11111111 00000000 00000000  rosso 11111111 11111111 00000000  giallo 00000000 11111111 00000000  verde 00000000 11111111 11111111  cyan 00000000 00000000 11111111  blu 11111111 00000000 11111111  viola 10000000 10000000 10000000  grigio (un certo tonalità di …)

L’uso del colore Per modificare i colori: Si può usare operazioni aritmetiche Per esempio, per ottenere una tonalità più chiara di grigio: aggiungere una certa quantità al valore di grigio sulla diapositiva precedente Più informazione sull’addizione di numeri binari: vedremo … 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 + 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 = 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0

Codifica delle immagini Esempio: Per distinguere 256 colori sono necessari otto bit per la codifica di ciascun pixel La codifica di un’immagine di 256 colori, formata da 640 x 480 pixel, richiederà 640 x 480 = 307.200 byte (2.457.600 bit) Per essere riprodotta (per esempio, sullo schermo), la rappresentazione binaria di un’immagine deve anche avere informazioni sul: Numero di righe dell’immagine Numero di colonne dell’immagine Numero di colori usati

Risoluzione Il numero di pixel presenti sullo schermo (colonne x righe) prende il nome di risoluzione Risoluzione tipiche sono 640 x 480 800 x 600 1024 x 768 1280 x 1024 1600 x 1200

Risoluzione Per modificare i numeri di colori, il numero di pixel sullo schermo: Start  Impostazione  Panello di controllo  Schermo  Impostazione (scheda)

Codifica delle immagini Le immagini codificate pixel per pixel sono dette immagini in grafica bitmap Le immagini bitmap occupano parecchio spazio Per esempio, l’immagine della finestra “Proprietà - Schermo” sulla diapositiva precedente (in cui 3 byte sono usati per i colori) richiede 493.674 byte (circa 482 KB)

Codifica delle immagini Esistono delle tecniche di compressione che permettono di ridurre le dimensioni Ad esempio, se più punti vicini di un’immagine assumono lo stesso colore, si può memorizzare la codifica del colore una sola volta e poi ricordare per quante volte deve essere ripetuta Un esempio concreto - codifica run-length nel contesto delle immagini in bianco e nero: Usa numeri binari per specificare la lunghezza della prima sequenza di 0 (bianco) … poi quella della sequenza di 1 (nero) … poi quella della successiva sequenza di 0 … e così via

Codifica delle immagini I formati come GIF, JPEG e PNG sono formati compressi Per esempio: rispetto al bitmap, il formato JPEG dedica meno bit alla descrizione delle sfumatura cromatiche di un’immagine L’immagine della finestra “Proprietà - Schermo” in formato JPEG si occupa 30.401 byte (circa 29,6 KB) Argomento correlato: formati come Postscript e PDF per i documenti

Codifica delle immagini Distinzione tra compressione lossless e compressione lossy Lossless: compressione senza perdita di informazioni Dalla versione compressa, si può ricostruire perfettamente la versione non-compressa Per esempio, GIF, PNG Lossy: compressione con perdita di informazioni Dalla versione compressa, non è possibile recuperare la versione originale Per esempio, JPEG: nostri occhi distinguono bene variazioni di luminosità ma non tonalità – JPEG dedica meno bit alla tonalità

Codifica delle immagini JPEG: un esempio 30,2 KB 6,8 KB 3,2 KB

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 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, circa 5.400 KB) Esempi di formati per il video: AVI, MOV Compressione: MPEG (Moving Picture Expert Group), memorizza solo la differenza tra fotogrammi consecutivi

Codifica delle immagini Quanti byte occupa un’immagine di 20 x 40 pixel in bianco e nero? Quanti byte occupa un’immagine di 100 x 100 pixel a 256 colori? Se un’immagine a 16.777.216 di colori occupa 2400 byte, da quanti pixel sarà composta?

Codifica dei suoni Fisicamente un suono è rappresentato come un’onda che descrive la variazione della pressione dell’aria nel tempo (onda sonora) Pressione del suono Tempo Sull’asse delle ascisse viene rappresentato il tempo e sull’asse delle ordinate viene rappresentata la variazione di pressione corrispondente al suono stesso

Codifica dei suoni Un’idea chiave: il suono è continuo (la pressione varia senza salti) È possibile ottenere una registrazione analogica continua dell’onda Una registrazione analogica memorizza ogni variazione dell’onda originale (almeno in linea di principio) La rappresentazione digitale di un suono funziona in un modo diverso

Codifica dei suoni 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 Pressione del suono Tempo Quanto più frequentemente il valore di intensità dell’onda viene campionato, 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, numero di campionamento ogni secondo – di solito 44.100 Hz)

Codifica dei suoni La sequenza dei valori numerici ottenuti dai campioni può essere facilmente codificata con sequenze di bit Un’approssimazione! Pressione del suono Tempo La rappresentazione è tanto più precisa quanto maggiore è il numero di bit utilizzati per codificare l’informazione estratta in fase di campionamento

Codifica dei suoni Per esempio: con 1 bit Per esempio: con 2 bit 1 Pressione del suono Tempo Per esempio: con 2 bit 11 10 Pressione del suono Tempo 00 01

Codifica dei suoni (esempio) Se volessimo codificare la musica di qualità CD dovremmo: Usare due registrazioni corrispondenti a due microfoni distinti Campionare il segnale musicale producendo 44.100 campioni al secondo Per ogni campione (che è un numero) si usano 16 bit (qualità CD) Per cui, il numero di bit che sarebbero necessari per codificare ogni secondo è pari a 2 x 44.100 campioni x 16 bit/campione = 1.414.200 bit (circa 176.775 byte, o 173 KB)

Codifica dei suoni ADC: da analogico a digitale DAC: da digitale ad analogico 01011010 11110000 10100000 10000010 Convertitore analogico-digitale Convertitore digitale-analogico

Codifica dei suoni Codifiche standard MP3 MP3 , WAV (MS-Windows), AIFF (Audio Interchange File Format, Apple), MIDI MP3 Variante MPEG per suoni Lossy Grande diffusione, molto efficiente (fattore di compressione circa 5:1 - 10:1, circa 1-2 MB ogni minuto) MIDI: codifica le note e gli strumenti che devono eseguirle Efficiente, ma solo musica, non voce

Codifica dei suoni Quanto spazio occupa un suono (non in stereo) della durata di 10 secondi campionato a 100 Hz (100 campioni al secondo), in cui ogni campione occupa 4 byte?