Informatica I per la. Fisica

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1 Corso di Laurea in Fisica Informatica I per la Fisica Lezione 14: Software applicativo

2 Software: software di sistema (BIOS) sistema operativo software applicativo ROM Dischi Dischi, CDRom, DVD wordprocessor (programmi che permettono di elaborare testi), programmi di fotoritocco per la elaborazione delle immagini digitali programmi per la elaborazione dei suoni e dei prodotti multimediali spreadsheet (o fogli elettronici per la elaborazione dei dati), data base (programmi per la gestione di archivi di dati)

3 Elaborare testi La composizione e stampa di testi mediante l ausilio di una macchina ha ricoperto un ruolo importante nella storia del computer. La tecnologia ha percorso due strade parallele: macchine per scrivere sempre più sofisticate da un lato e PC utilizzati come sistemi di videoscrittura.

4 I vantaggi dei sistemi di videoscrittura - possibilità di memorizzare un testo scritto per usi futuri - possibilità di editare il testo più volte - possibilità di trasmissione del testo - possibilità di modificare le modalità di stampa/visualizzazione Disaccoppiare: - contenuto informativo (solo testo) - modalità di visualizzazione (impaginazione)

5 Disaccoppiare: - contenuto informativo (solo testo) - modalità di visualizzazione (impaginazione) Editor L editor è un programma applicativo che consente la scrittura di testi e la loro conservazione su supporto di memoria di massa. In genere il formato con cui i testi vengono memorizzati dall editor è il cosiddetto formato di solo testo. Con questa espressione si intende dire che vengono memorizzati in un file i soli caratteri che costituiscono la battitura dell utente. Questo tipo di file di solito porta un nome caratterizzato dalla estensione.txt In genere uno o più Editor fanno parte dei programmi di utilità di un S.O.

6 Disaccoppiare: - contenuto informativo (solo testo) - modalità di visualizzazione (impaginazione) I misteri dell impaginazione Gli attributi di testo servono a presentare il contenuto sul foglio stampato, in modo da guidare più agevolmente la comprensione da parte del lettore.

7 I misteri dell impaginazione Come conservare queste informazioni assieme al testo?

8 I formati ricchi Il formato RTF (Rich Text Format). Questo formato consente di memorizzare insieme al testo anche informazioni circa le proprietà di cui abbiamo appena discusso. Questa memorizzazione avviene aggiungendo al testo una serie di istruzioni (dette in gergo tag ) che specificano il modo in cui il testo deve essere presentato. L RTF è un esempio di una classe di linguaggi di marcatura, ovvero di standard di organizzazione dei contenuti testuali. Altri esempio di linguaggi di marcatura sono lo standard Post Script (detto PS e EPS) ed il ben più famoso HTML, utilizzato nel WEB. A mo di esempio consideriamo il tag RTF che codifica lo stile grassetto: {\b Il testo contenuto entro queste parentesi è in grasseto.} Risultato: Il testo contenuto entro queste parentesi è in grasseto.

9 Il Word Processor Un word processor è almeno tre cose contemporaneamente: 1. un editor di testo 2. uno strumento che consente di presentare il testo sulla pagina con tutti gli attributi 3. uno strumento che consente di effettuare ricerche ed elaborazioni sul testo

10 Il Word desktop publisher Il fratello maggiore del word processor si chiama desktop publisher (dall inglese. Una specie di pubblicatore da scrivania, il tipografo portatile, ) Una vera e propria applicazione per l impaginazione di testi, pronti per la stampa.

11 Immagini digitali Un immagine stampata è composta da milioni di puntini colorati. Vista da vicino ci appare come un accozzaglia disordinata di puntini il cui effetto collettivo è però quello di comporre l illusione ottica che chiamiamo immagine. Un immagine digitale è simile ad un immagine stampata. L unica differenza è che i puntini, anziché essere disposti casualmente si trovano distribuiti in modo ordinato su di una griglia e l immagine altro non è che un insieme di bit. I puntini dell immagine digitale si chiamano pixel, contrazione di due parole inglesi: picture + element (immagine + elemento).

12 Immagini digitali I puntini dell immagine digitale si chiamano pixel, contrazione di due parole inglesi: picture + element (immagine + elemento).

13 Digitalizzazione La trasformazione da immagine stampata a digitale si chiama digitalizzazione. Ci sono molti buoni motivi per cui è desiderabile digitalizzare un immagine. Tra questi: l immagazzinamento la conservazione la elaborazione (o fotoritocco) la trasmissione da un posto ad un altro

14 Digitalizzazione Griglia di campionamento Algoritmo di digitalizzazione: se sup(r,c) nera > sup(r,c) bianca allora C(r,c) = 1 altrimenti C(r,c) = 0 Dove con r e c abbiamo indicato l indice di riga e colonna del quadratino e con C(r,c) la sua funzione colore.

15 Digitalizzazione Otteniamo così una mappa dei bit dell immagine La mappa dei bit, così ricavata può essere memorizzata in un file, quale versione digitale dell immagine originale. Questo tipo di codifica prende il nome di codifica bitmap.

16 Digitalizzazione Riproduzione dell immagine digitalizzata Una griglia di campionamento con le maglie più larghe produce un immagine meno dettagliata e quindi un errore di campionamento più grande. Per ridurre l errore dobbiamo utilizzare una griglia più fitta ovvero una dimensione del quadratino più piccola. Il risultato è un accresciuto numero di pixel e quindi di bit, ovvero maggiore occupazione di memoria.

17 Digitalizzazione Riproduzione dell immagine digitalizzata Una griglia di campionamento con le maglie più larghe produce un immagine meno dettagliata e quindi un errore di campionamento più grande. Per ridurre l errore dobbiamo utilizzare una griglia più fitta ovvero una dimensione del quadratino più piccola. Il risultato è un accresciuto numero di pixel e quindi di bit, ovvero maggiore occupazione di memoria.

18 Esercitazione! Scrivere, editare ed impaginare il proprio curriculum vitae

19 Suoni digitali Le applicazioni che fanno uso di suoni digitali sono in costante crescita. Il boom della musica digitale segnato dal fenomeno MP3 e le battaglie per il diritto d autore iniziate dalle case discografiche multinazionali, sono un esempio del ruolo strategico che questo campo delle applicazioni software rappresenta.. Un suono non è altro che una perturbazione della pressione di un mezzo, solitamente l aria, che raggiunge il nostro orecchio. L orecchio converte le vibrazioni dell aria in segnali nervosi che vengono trasmessi al cervello.

20 Suoni digitali Un microfono è una specie di orecchio artificiale in cui le vibrazioni dell aria vengono convertite in un segnale elettrico analogico. Il segnale elettrico, per esempio una tensione, varia nel tempo in relazione alla intensità della pressione esercitata dall aria sul microfono.

21 La frequenza Un suono alto, per esempio prodotto dalla voce di un soprano, provoca oscillazioni rapide (ad alta frequenza) mentre un suono basso, per esempio prodotto da un pugno sul tavolo, provoca oscillazioni più lente (a bassa frequenza). La frequenza si misura in Hz, ovvero in vibrazioni al secondo. La voce umana produce suoni con frequenza che varia (a seconda degli individui) tra circa 100 Hz e 3000 Hz.

22 Un suono può essere trasformato da un microfono in un segnale elettrico. Per farlo diventare un suono digitale abbiamo bisogno di trasformarlo in un numero. Si può procedere in analogia con quanto abbiamo visto nel caso della digitalizzazione delle immagini. Per le immagini utilizzavamo una griglia spaziale con la quale campionavamo l immagine stampanta e la discretizzavamo. Per i suoni si può impiegare un procedimento simile. Stavolta la griglia da sovrapporre non è una griglia spaziale ma piuttosto una griglia temporale. Come si fa nel dettaglio?

23 Segnale elettrico prodotto dal microfono Supponiamo di effettuare una lettura del valore della tensione elettrica ad intervalli regolari, distanziati di un certo tempo DT. DT sarà qualcosa come 1 ms o anche meno. A seguito di questa misura avremo una serie di numeri che rappresentano il valore della tensione ogni DT. Questa operazione si chiama campionamento.

24 Segnale elettrico prodotto dal microfono Il valore numerico così ottenuto lo esprimiamo in base due e lo memorizziamo nella memoria del computer. Per fare questo abbiamo bisogno di definire quanti bit vogliamo usare per memorizzare ogni campione. Supponiamo di usare 8 bit, allora avremo una serie di byte che rappresentano il valore del suono ad intervalli DT. Questa seconda operazione si chiama quantizzazione.

25 Un brano musicale. La qualità del suono ottenuto dalla riproduzione di un brano musicale digitale dipende dal modo in cui, in fase di digitalizzazione abbiamo scelto due parametri importanti: il valore di DT (intervallo di campionamento) il numero di bit scelti per la quantizzazione

26 il valore di DT (intervallo di campionamento) Supponiamo di dover digitalizzare un brano musicale. Sia 40 Hz < f < Hz l intervallo di frequenze presenti nel brano. Teorema di Nyquist (o del Campionamento) Se si vuole ottenere un segnale privo di distorsioni (ovvero senza perdita dell informazione) è necessario (e sufficiente) campionare il segnale con un ΔT tale che 1/ ΔT sia maggiore di due volte della più alta frequenza contenuta nel segnale da campionare. 1/ ΔT > = Hz quindi ΔT < 1/ = s = 62.5 µs

27 il valore di DT (intervallo di campionamento) Se non si rispetta la prescrizione del teorema di Nyquist si incorre in un errore chiamato in gergo aliasing. L aliasing produce una distorsione del segnale e il suono che ri-ascoltiamo risulta fastidiosamente diverso da quello originario.

28 il valore di DT (intervallo di campionamento) Se non si rispetta la prescrizione del teorema di Nyquist si incorre in un errore chiamato in gergo aliasing. L aliasing produce una distorsione del segnale e il suono che ri-ascoltiamo risulta fastidiosamente diverso da quello originario.

29 il valore di DT (intervallo di campionamento) Nei CD musicali la frequenza di campionamento è scelta convenzionalmente a 44.1 KHz ovvero Hz. Vuole dire che il ΔT è dell ordine di 23 microsecondi. La scelta obbligata è quella di far sì che la frequenza di campionamento sia maggiore di due volte Hz, dove è il limite dell audibilità umana media. Altri dispositivi campionano con frequenze analoghe. Per esempio i registratori digitali a nastro usano una frequenza di 48 KHz. Mentre i telefoni digitali hanno una frequenza di 8 o 16 Khz. Questo perché l intervallo di frequenze della voce è più limitato rispetto ai suoni udibili per esempio in un brano musicale.

30 il numero di bit scelti per la quantizzazione La linea guida è quella di utilizzare un numero più alto possibile di bit compatibilmente con la dimensione del file che deve contenere il brano. Infatti l errore di quantizzazione è ineliminabile e non esiste un analogo del teorema di Nyquist che ci mette al riparo da effetti di distorsione audio. Un CD audio standard utilizza 16 bit di risoluzione per la memorizzazione dei dati. A volte la quantizzazione può avvenire con un numero di bit inferiore (ad esempio 8 bit) e si utilizza una tecnica detta oversampling (sovracampionamento) per aumentare a posteriori la risoluzione.

31 Formati file audio. cda CD Audio, è lo standard dei CD musicali (Sony e Philips anni 80).wav Wave, formato audio di ottima qualità, confrontabile con.cda.wma Windows Media Audio, formato della Microsoft.mp3 Mpeg-1 layer 3 Particolare attenzione merita il formato Mp3 sia per le ottime prestazioni sia perché è in poco tempo diventato il formato più popolare per la diffusione di canzoni su Internet. Mp3 è uno standard che riduce la dimensione del file campionato, eliminando i suoni non udibili dall'orecchio umano. Per far questo si basa su di uno speciale algoritmo. In questo modo un brano mp3 arriva ad occupare anche oltre un decimo dello stesso in formato CD Audio o.wav.

32 Giocare con il computer.

33 Esercitazione Data un immagine digitale 1) Salvarla in tre formati diversi 2) Valutare la dimensione del file 3) Spiegare la differenza tra le 3 dimensioni