Immagini digitali, audio e video
Vediamo come si riesce a digitalizzare una
immagine, un suono o un filmato
per poterli poi inserire nelle pagine del
World Wide Web
LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Anche le immagini possono essere memorizzate in forma numerica (digitale)
suddividendole in milioni di punti, per ognuno dei quali si definisce il colore in termini
numerici.
Ogni quadratino di questa griglia prende il nome di pixel (picture element). Ad
ogni pixel può essere assegnato un valore binario ad es. 0 se nel quadratino
prevale il bianco e 1 se nel quadratino prevale il nero.
LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 1 0 0 0 0 0 0 0
0 1 1 1 1 1 0 0 0 0
0 1 1 1 1 1 1 1 1 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Partiamo a contare i quadratini dal più in basso a sx
Posso assegnare a questa figura geometrica la seguente serie di bit:
0000000000 0111111110 011110000 0110000000
0000000000
Che posso memorizzare in un file: archivio, fila
I file sono caratterizzati da un nome e una estensione nome.ext
(rettangolo.bmp)
LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
0000000000 0111111110 011110000 0110000000
0000000000
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 1 0 0 0 0 0 0 0
0 1 1 1 1 1 0 0 0 0
0 1 1 1 1 1 1 1 1 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Aumentando il numero dei quadratini, (pixel) in cui scompongo l’immagine la
digitalizzazione sarebbe più precisa
LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
Aumentando il numero dei quadratini, (pixel) in cui scompongo l’immagine la
digitalizzazione sarebbe più precisa
LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Quindi con 1 bit per pixel potrei codificare assenza
o presenza di nero. Ma anche le immagini in bianco
e nero hanno diverse sfumature (livelli di grigio)
Quindi se usassi due bit per descrivere ogni pixel
avrei la possibilità di diversificare 4 tonalità di
grigio diverse
Assegnando otto bit (un byte) ad ogni pixel posso
differenziare 256 livelli di grigio.
E per le immagini a colori?
DEFINIZIONE DEI COLORI
In ogni punto, per rappresentare un
qualsiasi colore dello spettro, è
sufficiente definire l’intensità dei
tre colori fondamentali.
Il numero di bit utilizzati per rappresentare
il colore di un singolo pixel si chiama PROFONDITA’ DEL
COLORE
Disponendo di un byte per ogni componente di colore,
potremo rappresentare 256*256*256 = 16.777.216 colori.
LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Ciascun pixel contenuto in una immagine bitmap
(mappa di bit) o raster (insieme di linee orizzontali
tracciate elettronicamente) possiede quattro
propietà fondamentali:
Dimensione
tonalità
Profondità di colore
Posizione
LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Dimensione
tutti i pixel contenuti in una immagine digitale
hanno dimensioni identiche. La loro dimensione è
determinata dalla risoluzione alla quale l’immagine
viene digitalizzata
Es. 600 ppi (points per inch) indica che ciascun
pixel misura 1/600 di pollice
(1 pollice = 2,54 cm)
LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Tonalità
I dispositivi di digitalizzazione
assegnano un solo colore o
valore di grigio a ciascun
pixel, l’illusione dei toni
continui si ottiene quando i i
pixel sono piccoli e quelli
adiacenti variano leggermente
l’uno dall’altro
LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Profondità di colore
In base al numero di bit che vienne assegnato a
ciascun canale del pixel è possibile stabilire quanti
valori diversi può assumere il colore in quel pixel e
questo ne determina la profondità.
2 bit
4 bit
8 bit
24 bit
LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
posizione
Sono le coordinate riga colonna che ne stabiliscono
la posizione all’interno della griglia in cui è stata
suddivisa l’immagine
DEFINIZIONE DEI COLORI
Sistema RGB
1° byte
Rosso
2° byte
verde
3°byte
blu
Colori
risultanti
255
255
255
Bianco
0
0
0
Nero
255
0
0
Rosso
0
255
0
Verde
0
0
255
Blu
30
30
30
Grigio
scuro
COMBINAZIONI DI COLORI
I componenti fondamentali possono essere il Rosso, Verde e
Blu (Red Green Blue) usati per:
produrre luminosità, come nell’esempio sopra visto, dalla cui
massima combinazione deriva il bianco (usato, ad esempio, per
produrre il colore su monitor)
COMBINAZIONI DI COLORI
Oppure i componenti fondamentali possono essere il ciano
magenta e giallo (CMY) usati 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)
DEFINIZIONE DEI COLORI
Poiché si utilizzano 3 byte per rappresentare ogni
pixel, queste immagini vengono definite a 24 bit
Una immagine a colori di 100x100 pixel avrà bisogno
di 100 x 100 x 3 byte = 30.000 byte per essere
rappresentata
B/N
Scala di grigi
1 canale
1 canale
1 bit per canale
8 bit
b/n
256 toni di grigio
81 kbyte
638 Kbyte
Scala di
CMYK
colore
4 canali,
1 canale
8 bit per
canale
8 bit
2490 Kb
256 colori
638 Kb
RGB 3 canali, 8 bit
per canale (mil di col) 1870 Kb
LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Il numero di punti, calcolato come Numero Colonne x Numero Righe,
rappresenta la risoluzione di un’immagine (640x480)
La risoluzione può venire espressa, però, anche in ppi o dpi (point per
pollice o dot per inch) (es. 300 dpi)
BITMAP E RISOLUZIONE
Il formato di rappresentazione per punti che
abbiamo
visto
è
definito
BITMAP
(o
RASTER).
E’ particolarmente adatto per riprodurre
fotografie, dipinti e tutte le immagini per le
quali ogni punto è significativo e deve
essere descritto da un singolo elemento
indipendente.
IMMAGINI VETTORIALI
Per immagini più simili a disegni che a
fotografie, è possibile definire la figura in
termini matematici: oggetti geometrici di
base, quali curve, cerchi, ellissi, rettangoli,
rette, linee, ecc..
Tale tipo di rappresentazione
di un’immagine si definisce vettoriale.
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)
In più avrà un minor ingombro in termini di spazio di memoria occupato.
Evidentemente non si presterà per rappresentare immagini composte
da continue variazioni di colore, quali ad esempio le fotografie.
FORMATI DEI FILE GRAFICI
Abbiamo visto come i dati inseriti nel computer
vengono memorizzati all’interno di strutture logiche
denominate “file” a cui deve essere assegnato un
“nome” e una estensione o “formato” che li
caratterizza.
Vediamo quali sono i principali “formati” dei file
grafici suddivisi in due categorie fondamentali:
I formati adatti alla stampa
I formati per la multimedialità e la visione in rete
FORMATI DEI FILE GRAFICI
Formati per la stampa:
TIFF (.tif)
Tagged Image File Format
Si tratta di un formato molto versatile che permette
di salvare le immagini in varie modalità: bianco e
nero, scala di grigio, colori RGB, colori CMYK.
Si può inoltre usare un sistema di compressione non
distruttiva, che non elimina alcuna informazione né
degrada la qualità dell’immagine chiamato LZW
(Lempel-Ziv-Welch) e che riduce le dimensioni del
file di circa il 50%
FORMATI DEI FILE GRAFICI
Formati per la stampa:
EPS (.eps) Encapsulated PostScript File
Impiegato inizialmente per i disegni vettoriali si è poi
diffuso come standard anche per le immagini raster.
Affonda le sue radici nel linguaggio per stampanti
PostScript
Include nel file una anteprima, che può essere utile
ma ne aumenta le dimensioni
FORMATI DEI FILE GRAFICI
Formati per Internet e la multimedialità:
JPEG (.jpg) Joint Photographic Expert Group
Ha una compressione con ”perdita di dati”
La sua principale caratteristica è quella di poter
scegliere il livello di compressione e di modulare
quindi il rapporto tra qualità dell’immagine e
dimensioni del file
L’algoritmo che adotta opera per differenze su aree, quindi puo'
riprodurre fedelmente, con ottimi rapporti di compressione, immagini
con gradazioni e sfumature di colore, o ad “alto rumore” mentre
risulta particolarmente distruttivo ed inadeguato nella rappresentazione
di campiture uniformi.
le scritte sono
inadatte al jpeg
2° Salvataggio
E' riconosciuto dalla maggioranza dei software di elaborazione e
costituisce uno standard web per le immagini fotografiche.
Per le sue caratteristiche viene utilizzato come formato finale e non si
presta a sucessive elaborazioni.
3° Salvataggio
Compressione distruttiva significa che ad ogni nuovo salvataggio del
file si produce una ulteriore compressione, e un ulteriore
deterioramento dell’immagine
1° Salvataggio
FORMATO JPEG
FORMATI DEI FILE GRAFICI
Formati per Internet e la multimedialità:
GIF (.gif)
Graphics Interchange Format
È un formato relativamente povero, in quanto riduce
a 256 la gamma dei colori, utilizzando una codifica
che si basa sul’uso di una PALETTE
Trova largo uso in Internet per la rappresentazione
di elementi grafici come pulsanti, scritte, logo.
Permette inoltre di rendere gli oggetti “trasparenti” e
di poterli quindi integrare con gli sfondi di una
pagina web.
FORMATI DEI FILE GRAFICI
Formati per Internet e la multimedialità:
BMP (.bmp) Bitmap
Sviluppato per essere compatibile con tutte le
appicazioni Windows .
Può salvare in b/n , in scala di grigi, in scala di colore
e in RGB, ma non in CMYK
Non essendo dotato di compressione produce file di
dimensioni consistenti
Audio digitale
RAPPRESENTARE I SUONI
Per rappresentare i suoni, l’onda analogica viene trasformata in digitale
approssimandone in ogni punto l’andamento con numeri interi.
A maggiore frequenza di campionamento, corrisponderà migliore qualità.
A maggior ampiezza di variazione dei valori numerici di altezza
corrisponderà ancora migliore qualità del suono.
Suono
onda di
pressione
dell’aria
Cavo elettrico 1
Trasporta il segnale
elettrico analogico
fino al ADC
Analog to
Digital
Converter
Cavo elettrico 2
Trasporta il segnale
elettrico digitale
verso il computer
Microfono
Converte il suono
in segnale elettrico
Analog to Digital Converter
Campionamento
Segnale analogico
Quantizzazione
Segnale campionato
10001001010001
Segnale digitale
PRODUZIONE DEL SUONO
Esiste anche il processo inverso, che trasforma l’informazione
da digitale ad analogica.
Nel caso del suono questo compito è svolto dal D.A.C. (Digital
to Analog Converter) che trasforma il segnale digitale in segnale
elettrico analogico; tale segnale viene successivamente
trasformato in onda sonora dalle casse acustiche.
Cavo elettrico 1
Trasporta il segnale elettrico digitale
verso il DAC
Digital to
Analog
Converter
Cavo elettrico 2
Trasporta il segnale elettrico
analogico fino alla cassa
Cassa Acustica
Trasforma il segnale elettrico
analogico in suono
Suono
onda di
pressione
dell’aria
PRODUZIONE DEL SUONO






L’orecchio umano riesce a udire suoni da 20 Hz a 20KHz con
una sensibilità maggiore nell’intervallo tra 2 e 4 KHz
(la voce umana varia da 500 Hz a 2KHz)
Per il teorema di Shannon Nyquist la frequenza di
campionamento di un’onda sonora deve essere doppia
rispetto alla massima frequenza da riprodurre
Alla qualità audio CD la frequenza di campionamento è di
44.1 KHz (il doppio di 22.05 KHz)
Campionare a 16 bit vuol dire avere 216 valori da assegnare
alla forma d’onda in quel punto (65356)
Campionare a 8 bit vuol dire averne solo 256
PRODUZIONE DEL SUONO





Per la voce un campionamento accettabile è di 8 bit a 22
KHz
10 sec di audio digitale stereo a 44.100 Hz equivalgono a
1.764.000 byte (1,68 Mb) per questo motivo in un Cd audio
trovano posto solo 70 min di musica
Formati audio:
Wave (.wav) formato nativo di Microsoft Windows
MP3
MPEG(Motion Picture Expert Group) layer 3



Usa un complesso algoritmo di compressione basato sulla fisiologia
dell’orecchio che riduce l’occupazione dei file da un minimo di 12 a1 fino
ad un massimo di 96 a 1
Real Audio (Real Networks) formato per lo streaming
AIFF utilizzato da Apple in QuickTime
PRODUZIONE DEL SUONO
http://www.datadocens.it/insegnare/corso/lezioni/mmedia/suono/01.htm
(Esempi di voce e musica campionati a frequenze diverse con le relative occupazioni
di memoria)
http://www.liuc.it/didattica/econ/program/intra/progetti/g5/audio.htm
(codifica MPEGI Audio Layer-3 ovvero MP3)
http://sistemi.freeweb.supereva.it/1a/modulo2/incontro2/suono.htm
http://www.nemesi.net/audio2.htm
(sistema di codifica PCM Pulse Code Modulation. Rappresentazione della forma
d’onda. Analisi di Fourier)
http://db.accomazzi.net/TarticoliI626.html
(grafico di campionamento)
http://www.lithium.it/articolo0012p1.html
(articolo di facile comprensione sull’audio digitale e sui sistemi di compressione)
VIDEO E ANIMAZIONI
Per rappresentare una sequenza di immagini si possono
memorizzare tutti i fotogrammi uno dietro l’altro.
Oppure, per ridurre la quantità di informazioni del filmato, si può
memorizzare il primo fotogramma e, a seguire, registrare solo
le modifiche rispetto ai fotogrammi precedenti.
E’ inoltre possibile comprimere le informazioni residue
ignorando le variazioni di colore così piccole da non poter
essere colte dall’occhio umano in un’immagine in movimento.