DIGITALIZZAZIONE di
AUDIO, IMMAGINI e VIDEO
Novembre 2012
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Digitalizzazione
Qualunque
,
o
deve essere in formato digitale per
poterlo visualizzare o modificare con un
pc o per inserirlo in pagine web.
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Audio digitale
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Rappresentazione del Suono
Il suono, trasformato in
segnale digitale, occorre che:
 Sia verosimile al suono
originale (che è analogico);
 Garantisca la possibilità di
elaborarlo in modo efficiente
con un pc.
Vediamo come si passa dal
suono (analogico) al segnale
digitale
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Rappresentazione analogica
Un suono, attraverso un microfono, si trasforma in
segnale elettrico visualizzabile con dei segnali continui
nel tempo di forma sinusoidale con ampiezza e
frequenza variabile
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Rappresentazione digitale
Occorre allora trasformare questo segnale in sequenze di bit
che conservano l’informazione del suono. Tale operazione si fa
attraverso 3 fasi:
- Campionamento – Quantizzazione - Codifica.
Codifica binaria
Campionamento
Segnale analogico
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10001001010001
Quantizzazione
Segnale
campionato
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Segnale
digitale
Segnale
quantizzato
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Dal suono al segnale digitale
Il convertitore Analogico/Digitale (ADC) alloggiato
nella scheda audio consente digitalizzare il segnale
proveniente dal microfono
Cavo elettrico 1
Trasporta il segnale
elettrico analogico fino
al ADC
Suono
onda di
pressione
dell’aria
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Cavo elettrico 2
Trasporta il segnale
elettrico digitale verso il
computer
Analog to
Digital
Converter
Microfono
Converte il suono in
segnale elettrico
Scheda audio PC
Converte il segnale elet.
in segnale digitale
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Campionamento
Il campionamento consiste nel prelevare, ad istanti regolari, un
campione dell’ampiezza della curva che rappresenta il suono.
Maggiore è il n. di campioni in 1 secondo, più fedele sarà il suono.
Si definisce Sampling Rate (SR) la frequenza di campionamento
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Campionamento
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Quantizzazione
Quantizzare significa
suddividere le ampiezze del
segnale (sull’asse Y) in un certo
n. di valori, a seconda del n. di bit
utilizzati per la codifica (è detta
anche profondità di bit).
- a 8 bit si hanno 28 = 256 valori,
- a 16 bit si hanno 216 = 65356
valori da assegnare alla forma
d’onda.
Avere un suono stereo richiede,
poi, di digitalizzare 2 canali
(destro e sinistro).
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BIT - RATE

Il BIT-RATE indica il numero di bit per secondo (Kbps) che
vengono prodotti dalla digitalizzazione del suono. È anche il
flusso di bit che vengono letti dalla scheda audio in 1 sec.

Bit-rate=N. di campioni/s * profondità di bit * n. di canali
es. di Bit –rate per CD Audio
44.100 campioni * 16 bit * 2 canali = 1,41 Mbps

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Riproduzione del Suono
Il processo inverso, che trasforma l’informazione (cioè il
segnale elettrico) da digitale ad analogica è svolto dal D.A.C.
(Digital to Analog Converter), posto nella scheda audio; tale
segnale viene successivamente trasformato in onda sonora
dalle casse acustiche.
Cavo elettrico 1
Trasporta il segnale elettrico
digitale verso il DAC della scheda
audio
Digital to
Analog
Converter
Cavo elettrico 2
Trasporta il segnale elettrico
analogico fino alla cassa
Suono
onda di
pressione
dell’aria
Cassa Acustica
Trasforma il segnale elettrico
analogico in suono
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Campionamento CD Audio



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 in genere varia da 500 Hz a 2KHz)
Per il teorema di Shannon-Nyquist la frequenza di
campionamento di un’onda sonora deve essere
almeno doppia rispetto alla massima frequenza da
riprodurre.
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Produzione del Suono


Per la voce un campionamento accettabile è di 8 bit a 22
KHz
1 minuto di audio digitale stereo a 44.100 Hz equivalgono a
circa 10 Mbyte per questo motivo in un Cd audio trovano
posto circa 70 min. di musica.
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Esempi di Digitalizzazioni
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SW per editing audio
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Immagini digitali
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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 grigio.
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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
Contando i quadratini dalla riga in basso e da sinistra, si può
assegnare a questa figura geometrica la seguente serie di bit:
0000000000 0111111110 011110000 0110000000
0000000000
Che si memorizza in un file con nome ed estensione, es.
rettangolo.bmp
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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
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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 1
Aumentando il numero dei quadratini, (pixel) in cui
scompongo l’immagine la digitalizzazione sarebbe più
precisa
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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 2 bit per
descrivere ogni pixel avrei
la possibilità di diversificare
4 tonalità di grigio diverse
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LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Assegnando 8 bit (un byte) ad ogni pixel posso
differenziare 256 livelli di grigio.
E per le immagini a colori?
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DEFINIZIONE DEI COLORI
In ogni punto, per rappresentare un
qualsiasi colore dello spettro, è
sufficiente definire l’intensità dei
3 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.
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Bitmap o Raster
Ciascun pixel contenuto in una immagine bitmap (mappa di
bit) o raster (linee orizzontali tracciate elettronicamente)
possiede 4 proprietà fondamentali:
Dimensione (Risoluzione)
Tonalità
Profondità di colore
Posizione
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Dimensione-Risoluzione
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=punti per pollice) indica che
ciascun pixel misura 1/600 di pollice
(1 pollice = 2,54 cm)
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Risoluzione
Risoluzione
La 1a immagine vista
a differenti risoluzioni
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Alta e Bassa Risoluzione
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Alta e Bassa Risoluzione
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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 pixel
sono piccoli e quelli adiacenti variano
leggermente l’uno dall’altro
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Profondità di colore
È il numero di bit che viene assegnato a ciascun canale
RGB del pixel, ciò determina quanti valori diversi può
assumere il colore in quel pixel.
Es. con 8 bit per oguno dei colori: Rosso, Verde e Blu si
ottengono 224=oltre 16 milioni di colori
2 bit
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4 bit
8 bit
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24 bit
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Posizione
Sono le coordinate di riga e
colonna che ne stabiliscono la
posizione all’interno della griglia
in cui è stata suddivisa
l’immagine
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DEFINIZIONE DEI COLORI
Il
colore
è
un’importante
informazione
per
la
rappresentazione di una immagine
 Per poter rappresentare un colore esistono diversi modelli.
 Indipendentemente dalla natura fisica del colore esistono
diversi metodi per la definizione dei colori:
HSB (Hue, Saturation, Brightness = Tinta, Saturazione,
Brillantezza)
RGB (Red, Green, Blue)
CMYK (Cyan, Magenta,Yellow e Black)

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Combinazioni di colori-RGB
Il più diffuso è il modello RGB,
acronimo di Red Green Blue.
Tale modello è detto additivo, in quanto
sfrutta il fatto che ogni colore è
rappresentabile come somma di una
certa quantità di rosso, di verde e di
blu.
I colori fondamentali Red Green Blue
sono usati per produrre luminosità,
come nell’immagine accanto, dalla cui
massima combinazione deriva il bianco
(usato, ad es., per i colori su monitor)
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Combinazioni di colori-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
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Combinazioni di colori-CMYK
Oppure i colori utilizzati possono essere il
Ciano Magenta e Giallo (CMY) usati per
sottrarre luminosità, come nel caso della
combinazione,
dalla
cui
massima
combinazione deriva il nero (usato, ad
esempio, per produrre delle stampe su
carta).
Per esaltare il colore nero, alle stampanti si
aggiunge una cartuccia di colore nero=BlaK
a ciano, magenta e giallo, da cui lo
standard CMYK
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Il modello HSB
Nel modello HSB ogni colore è espresso da 3 numeri che indicano:
tinta, saturazione e luminosità.
 La Tinta (Hue, pronnucia=hiu), esempio: rosso, giallo, verde, blu,
viola, ecc... , viene espressa in valori compresi tra 0° e 360° misurato
sulla ruota dei colori, partendo dal rosso a 0° e 360°, il giallo a 120° e
cosi via.
 La Saturazione è la quantità di colore:
- saturazione bassa = colori pastello,
- saturazione alta = colori accesi.
- Viene compresa fra 0 (assenza di colore)
e 255 (colore pieno).
 La Luminosità è la quantità di bianco
presente nel colore. Può essere aumentata
aggiungendo più bianco oppure diminuita
aggiungendo più nero. I valori della
luminosità vanno da 255 (bianco) a 0 (nero).
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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 di memoria.
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Differenti scale di colori
B/N
Scala di grigi
Scala di colore
RGB
CMYK
1 canale
1 canale
1 canale
3 canali
1 bit per canale
8 bit
8 bit
8 bit
b/n
256 toni di grigio
256 colori
81 kbyte
638 Kbyte
638 Kb
16 mil. Di colori
1870 Kb
4 canali,
8 bit per
canale
2490 Kb
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Risoluzione delle immagini
La Risoluzione di un’immagine rappresenta il numero di punti,
calcolato come Numero Colonne x Numero Righe, la (es. 640x480).
La risoluzione può venire espressa, però, anche in:
- ppi (point per pollice) o
- dpi (dot per inch) (es. 300 dpi)
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Bitmap e Risoluzione
Il formato di rappresentazione per punti che
abbiamo visto è definito BITMAP (o RASTER).
È 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.
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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,
linee, ecc..
Tale tipo di rappresentazione
d’immagini 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 si agisce sulle coordinate).
In più avrà un minor ingombro di memoria.
Il formato vettoriale non si presta per rappresentare immagini composte
da continue variazioni di colore, quali ad esempio le fotografie.
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Formati dei File Grafici
I principali “formati” dei file grafici suddivisi in 2 categorie
fondamentali:
I formati adatti alla stampa (.tif o .tiff, .eps, )
I formati per la multimedialità e la visione in rete
(.jpg o .jpeg, .gif, .bmp)
 http://www.fileinfo.com/filetypes/raster_image
 http://www.fileinfo.com/filetypes/vector_image
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Formati per la stampa - TIFF
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%
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Formati per la stampa-EPS
EPS (.eps) Encapsulated PostScript File
Impiegato inizialmente per i disegni vettoriali si è poi diffuso
come standard anche per le immagini raster.
Deriva dal linguaggio per stampanti PostScript
Include nel file una anteprima, che può essere utile ma ne
aumenta le dimensioni.
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Formati dei File Grafici- JPG
Formati per Internet e la multimedialità:
JPEG (.jpg, .jpeg) 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.
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L’algoritmo che adotta, opera per differenze su aree, quindi può
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
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2° Salvataggio
È riconosciuto dalla maggioranza dei sw 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 successive 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
Formati dei File Grafici- JPEG
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Formati dei File Grafici- GIF
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 e animazioni.
Permette inoltre di rendere gli oggetti “trasparenti” e di
poterli quindi integrare con gli sfondi di una pagina web.
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Formati dei File Grafici- BMP
Formati per Internet e la multimedialità:
BMP (.bmp) - Bitmap
Sviluppato per essere compatibile con tutte le applicazioni
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.
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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 poi registrare solo le
modifiche rispetto ai fotogrammi precedenti.
È 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.
Ma tutto questo verrà approfondito in altra occasione
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Fine
Grazie per la cortese
attenzione !!!
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