1.3e: La Codifica Digitale dei Video

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1 1.3e: La Codifica Digitale dei Video

2 2 7 dic 2011 Bibliografia Curtin, 10.5 (vecchie edizioni) Curtin, 9.5 (nuova edizione) CR pag Questi lucidi

3 3 7 dic 2011 Codifica dei Video Un filmato è rappresentato come sequenza di immagini fisse (fotogrammi o frames), ciascuno dei quali corrisponde a un'immagine statica, accompagnata da un sonoro. Noi sappiamo come digitalizzare tanto le immagini che corrispondono ai fotogrammi, quanto il sonoro.

4 4 7 dic 2011 Le dimensioni dei file video Ovviamente il numero di bit impiegati nell'operazione aumenta in funzione di almeno cinque fattori: la lunghezza del filmato, la sua risoluzione grafica (cioè la dimensione della griglia che usiamo per digitalizzare i singoli fotogrammi), L ampiezza della 'palette' di colori utilizzata (cioè il numero dei colori), il numero di fotogrammi (o frame) per secondo la qualità del sonoro (ovvero la frequenza di campionatura e la dimensione della quantizzazione).

5 5 7 dic 2011 Le dimensioni dei file video Una bassa risoluzione grafica rende il filmato quadrettato e indistinto una 'palette' troppo ristretta rende poco realistici i colori visualizzati un numero troppo basso di frame per secondo produce un filmato 'a scatti' e poco fluido una frequenza di campionatura audio troppo bassa pregiudica la qualità del sonoro.

6 6 7 dic 2011 Le dimensioni dei file video Un secondo di filmato di dimensione 640x480 con 30 frames a colori e con profondità di colore di 3 bytes (RGB e 16 Milioni di colori) occupa complessivamente 640 x 480 x 30 x 3 = bytes

7 7 7 dic 2011 L acquisizione delle immagini video Nel caso di un televisore analogico con formato PAL, delle 625 righe solo 576 righe rappresentano l informazione video, mentre altri contengono i segnali di test, informazioni sul televideo e sul sincronismo video. Per questo quando si effettua l acquisizione di immagini da un televisore si usa rappresentare il video in orizzontale in xxx*576, dove xxx è un valore che è al massimo 768 (un valore maggiore non porterebbe alcun miglioramento), anche se non è praticamente vantaggioso usare più di 720 punti orizzontali.

8 8 7 dic 2011 L acquisizione delle immagini video Un DVD ha una risoluzione di 720*576 Un normale videoregistratore VHS è in grado di contenere al massimo pixel per ogni riga, quindi è inutile acquisire video da un VHS a una risoluzione superiore 352 x 576 perché si ottiene solo un file più pesante senza alcun miglioramento qualitativo. Un 8mm è simile alla soluzione VHS, quindi va acquisito a 352 x 576.

9 7 dic 2011 L acquisizione delle immagini video Quindi maggiore è il valore in pixel che scelgo di utilizzare maggiore saranno i dettagli Se uso una risoluzione inferiore all originale avrò meno dettagli e dal punto visivo avrò una riga più sfocata. 9 Però se uso più pixel rispetto all originale ho semplicemente sprecato bit. es. VHS sono max 352*576, e uso la risoluzione 720*576

10 7 dic 2011 Bit-rate Il bit-rate è misurato in bits/s (bit per secondo) e indica il numero complessivo di bit impiegati per descrivere l'immagine, determinando essenzialmente la qualità. Ogni frame ha un numero di pixel, e maggiore è la risoluzione scelta, maggiore sarà il numero di pixel necessari. 11 Quindi se vogliamo comunque stare nel bit-rate prescelto ed aumentiamo la risoluzione, avremo meno bit per pixel, questo comporterà perdita di qualità e di definizione,

11 Bit-rate Non esiste il "miglior" bit-rate per un film compresso. Esiste il bit-rate necessario alle diverse esigenze di ognuno e a seconda delle caratteristiche del film. Come visto, se utilizziamo una risoluzione bassa, possiamo impostare valori di bit-rate più elevati Possiamo utilizzare due tipologie di bit-rate: Il parametro VBR (Variable Bit Rate) è il più utilizzato ed è indicato con un valore minimo a un valore massimo. Il parametro CBR (Constant Bit Rate) invece ha un valore del bit-rate fisso e forza il frame ad utilizzare solo quel valore

12 Bit-rate Mpeg-2 è in grado di elaborare e migliorare le scene con un bit-rate da 3 a 7 MB/s, superando gli 8 MB/s non si ha nessun benificio, anzi... Sequenze video con scene in rapido movimento sono molto più impegnative da codificare e richiedono un numero di bitrate più elevato, perchè i fotogrammi adiacenti non sono identici. Al contrario, le scene statiche presentano minime differenze tra fotogrammi adiacenti, e quindi si può utilizzare un basso bit-rate.

13 14 7 dic 2011 Bit-rate Molti software usano il bit-rate max di 7 MB/s, in quanto effettivamente è il limite di crescita sulla qualità, sino a 8 MB/s si ha un leggerissimo miglioramento. Le Risoluzioni più usate per la compressione nel formato MPEG sono: 352 x 288 VCD max bit-rate 2MB/s 352 x 576 VCD max bit-rate 4MB/s 480 x 576 SVCD max bit-rate 4MB/s 704 x 576 DVD max bit-rate 8MB/s 720 x 576 DVD max bit-rate 8MB/s

14 15 7 dic 2011 L acquisizione delle immagini video Videocamera Analogica + Scheda di acquisizione video (spesso costosa) Videocamera digitale + interfaccia USB veloce (2.0) o FireWire La scheda di acquisizione video ha anche in se la capacità per l acquisizione dell audio. In caso contrario va utilizzata la scheda audio del computer

15 1.3f: Tecniche ed effetti grafici

16 17 7 dic 2011 Bibliografia Curtin, 10.3 (vecchie edizioni) Curtin, 9.3 (nuova edizione)

17 18 7 dic 2011 Grafica Vettoriale Tridimensionale La Grafica Vettoriale può essere Bidimensionale o Tridimensionale. I programmi di grafica tridimensionale utilizzano il processo di modellazione, basato sulla visualizzazione wire-frame, dove ogni forma è costituita da una struttura di poligoni. Per dare alla struttura l aspetto di un solido si ricorre al processo dell ombreggiatura, che può consistere nell aggiunta di un solo colore piatto e uniforme in una tecnica sofisticata per creare gradienti di colore, una superficie ed effetti di ombre e luci.

18 L Animazione Cartone animato: azione e movimento era inizialmente dato dalla proiezione di una successione di 30 immagini fisse (disegnate a mano) al secondo Animazione al computer: stesso principio.

19 Processo in-betweening (o tweening) Per realizzare un animazione computerizzata è possibile utilizzare una tecnica (e i programmi relativi) detta in-betweening (o tweening). Si crea il primo e l ultimo fotogramma di un azione (detti i fotogrammi chiave) Si lascia al computer il compito di elaborare i fotogrammi intermedi segnando le giunture.

20 Processo in-betweening (o tweening) I calcoli sono basati sulla cinematica (la fisica che studia il moto) La cinematica diretta calcola i fotogrammi intermedi uno alla volta da quello iniziale a quello finale La cinematica inversa calcola i fotogrammi intermedi uno alla volta, da quello finale a quello iniziale

21 Ombreggiatura Creata la struttura wire-frame è necessario aggiungere una superficie che dia all immagine corpo e solidità. Questa operazione è effettuata da un tipo di programma che è detto ombreggiatore. Un ombreggiatore crea le superfici tramite il colore Simula materiali diversi, ad esempio il metallo, il legno, il vetro

22 Texture, ray-tracing e Radiosity Ad una superficie è possibile applicare un immagine bitmap, per renderla più realistica (questo processo è noto come texture-mapping) Una particolare ombreggiatura è il ray-tracing, che consiste nel disporre una o più sorgenti luminose che illuminino l oggetto Radiosity è un processo di ombreggiatura più sofisticato: la luminosità riflessa da un oggetto è calcolata in base alle sorgenti di luce e alle riflessioni che provengono da tutte le altre superfici presenti nell ambiente

23 Anti-aliasing I Pixel che costituiscono il contorno di un oggetto possono far assumere all oggetto un contorno frastagliato o a scalini. Per risolvere questo problema si ricorre al procedimento detto di anti-aliasing (anti-frastagliamento) che arrotonda i contorni dell immagine, alterando l ombreggiatura e il colore dei pixel contigui, in modo da rendere meno netto il contrasto.

24 Morphing La tecnica del Morphing consiste nel trasformare un immagine in una seconda fissando alcuni punti comuni delle due fotografie. Ad esempio, dalla fotografia di una ragazza e da quella di una donna anziana è possibile creare una animazione che porti dalla prima alla seconda. Per rendere questo tipo di animazione più realistica, si fissano alcuni punti in entrambe le immagini, in modo da mettere in risalto i cambiamenti delle altre parti rispetto a questi punti fissi. Ad esempio si fissano gli occhi, il naso, le labbra e il mento.

25 1.3g: La Compressione dei Dati

26 27 7 dic 2011 Bibliografia Curtin, 5.6 (vecchie edizioni) Curtin, 4.5 (nuova edizione) Questi lucidi

27 Compressione dei dati Cosa significa comprimere i dati? Eliminare l'informazione ridondante, in modo da poter rappresentare lo stesso documento con un minor numero di byte. Esigenza di memorizzazione aumenta sempre Aumentano di dimensione i programmi Aumentano di numero i programmi Aumentano di dimensione i dati Prima o poi ci sarà bisogno di avere altro spazio su disco

28 La Compressione Metodi applicabili: Eliminazione dei files inutili (ad esempio i temporanei) Compressione di files/cartelle/dischi Inoltre un disco pieno rallenta le operazioni di memorizzazione e di accesso ( Sistemi Operativi, il SO in sostanza fatica a trovare spazio libero su disco)

29 La Compressione Un file o più file insieme possono essere compressi La rappresentazione interna di questi file viene cambiata in modo da occupare meno spazio: si può immaginare che i dati vengano abbreviati (tipo sig. per signore) Con i file di tipo testo si può arrivare a risparmiare fino al 50% dello spazio originale Un file compresso non è leggibile né modificabile

30 La Compressione Quando serve un file compresso può essere decompresso in modo da tornare ad essere utilizzabile Comprimere dei file può servire per per fare spazio a file più utili o per trasferirli più velocemente (su dischetto, via rete, ) Un programma di compressione file molto usato per Windows è WinZip (i file compressi hanno estensione.zip) o WinRar (fornisce prestazioni migliori del precedente)

31 Tipologie di Compressione Compressione di un singolo file File di testo si comprime anche del 50% File di immagini bitmap si comprime anche del 90% Compressione di più files o di un intera cartella Vantaggio: tutti i files verranno inseriti in un unico file archivio Possibile decomprimere ed estrarre anche singoli files Compressione del disco: Tutto il disco viene compresso e i nuovi files verranno memorizzati già in versione compressa. In fase di lettura o di esecuzione il file verrà decompresso dal sistema Rallentate le operazioni di lettura/scrittura su HD.

32 Compressione dei testi Un esempio di compressione: Nl mzz dl cmmn d nstr vt m rtrv pr n slv scr ch l drtt v r smrrt. h qnt dr ql r cs dr st slv slvgg spr frt ch nl pnsr rnv l pr! Tnt' mr ch pc p mrt m pr trttr dl bn ch' v trv, dr dll'ltr cs ch' v'h scrt... Nel mezzo del cammin di nostra vita mi ritrovai per una selva oscura ché la diritta via era smarrita. Ah quanto a dir qual era è cosa dura esta selva selvaggia e aspra e forte che nel pensier rinova la paura! Tant'è amara che poco è più morte ma per trattar del ben ch'io vi trovai, dirò dell'altre cose ch'io v'ho scorte... Questo esempio mostra che in italiano le vocali sono quasi ridondanti, cioè in molti casi è possibile per un parlante della lingua ricostruirle quando sono state omesse

33 Compressione dei testi Alcuni tipi di informazione ridondante possono essere interamente ricostruiti (decompressi) anche da un computer. Si dice in tal caso che la compressione e' senza perdite ("lossless"): i dati prima della compressione sono identici a quelli che sono stati compressi e poi decompressi.

34 Compressione dei testi Per un testo, un esempio è forse quello degli spazi tra le parole, che possono essere facilmente tolti e facilmente riaggiunti nei punti appropriati. Nelmezzodelcammindinostravita miritrovaiperunaselvaoscura chéladirittaviaerasmarrita. Ahquantoadirqualeraècosadura estaselvaselvaggiaeaspraeforte chenelpensierrinovalapaura! Tant'èamarachepocoèpiùmorte mapertrattardelbench'iovitrovai, diròdell'altrecosech'iov'hoscorte...

35 Compressione dei testi si noti che l'uso generalizzato dello spazio tra le parole è una invenzione relativamente moderna. Molte lingue antiche non usavano spazi o mezzi equivalenti per dividere le parole - una interessante corrispondenza col fatto che, dal punto di vista acustico, le parole del parlato naturale non sono affatto separate da pause di silenzio

36 Compressione dei testi Il modo più intuitivo per diminuire la lunghezza di un file di testo (una serie di stringhe alfanumeriche, dove si dice "stringa" una qualsiasi successione di caratteri, p.es. "cane", "Abc4fgh6", "wallawalla") è di farlo diventare un file binario, sfruttando al meglio l' insieme dei valori (0-255) che possono essere espressi da ciascun byte

37 Compressione dei testi Esempio: supponiamo di voler codificare la parola CAPIVI e che il numero di sillabe possibili siano 12 (l'italiano ovviamente ne ha di più). Si assegni un numero binario lungo 4 bit a ciascuna sillaba, per mezzo di una tabella come la seguente: VA = 0000 PA = 0001 CA = 0010 VE = 0011 PE = 0100 CE = 0101 VI = 0110 PI = 0111 CI = 1000 VO = 1001 PO = 1010 CO = 1011 CAPIVI con la codifica ASCII richiede 48 bit (6 caratteri x 8 bit a carattere) CAPIVI con questa tecnica di compressione richiede solo 12 bit (con una compressione del 75%)

38 Compressione delle immagini Mentre nei testi si usa solo compressione "lossless" (in cui cioè, decomprimendo, si ottiene un testo identico a quello da cui si era partiti), per le figure si usa anche la compressione "lossy" (con perdita), in cui la figura compressa e poi decompressa è una approssimazione più o meno buona della figura originaria. Il modo più semplice di codificare una figura è quello a bitmap (BMP): per ogni punto della figura si definisce il colore di quel punto usando un numero. Più sono i colori possibili per la figura, più bit si dovranno usare per descriverla.

39 Compressione delle immagini Tipicamente, una figura occupa molto più spazio di un testo. Si consideri la descrizione: "Un cerchio rosso di raggio 1,5 cm sovrapposto al centro ad un esagono regolare blu di lato 3cm" (la frase è lunga 99 caratteri per cui occuperà 99 byte) Questa descrizione può essere usata per creare la seguente figura:

40 Compressione delle immagini In formato bitmap non compresso questa figura occupa byte: 151 volte più della sua descrizione! Possiamo tuttavia applicare a questa figura un algoritmo di compressione, che la salva nel formato Jpeg, di qualità media. Salvata, la figura occupa byte, un terzo della precedente. Decompressa, la immagine appare così (si noti la perdita di qualità rispetto al formato BMP):

41 Compressione delle immagini Possiamo anche comprimere la figura originale con un Jpeg di qualità cattiva (peggiore la qualità, migliore il rapporto di compressione), ottenendo un file di soli 2123 byte. Decompresso, appare cosi:

42 Compressione delle immagini Si noti che il modo migliore di `comprimere' la figura in bitmap sarebbe stato `trasformarla' nella sua descrizione di 99 byte. Ma questo non è un metodo sufficientemente generale: mentre funziona con figure geometriche, non funzionerebbe con immagini molto difficili da descrivere con esattezza, come:

43 Compressione delle immagini Con il metodo RGB, un immagine 1024x768 pixel con colori a 24 bit occupa bytes Con particolari accorgimenti si possono utilizzare un numero minore di colori e ridurre lo spazio occupato dall immagine.esistono formati compressi (tra i più diffusi vi sono i formati JPEG e GIF) che consentono attraverso particolari tecniche numeriche di memorizzare immagini fotografiche di ottima qualità in uno spazio molto minore Il formato JPEG in realtà non memorizza fedelmente l immagine ma sfrutta l ulteriore caratteristica che l occhio umano è in grado di vedere solo una piccola parte dei circa 17 milioni di colori possibili

44 Compressione Video Per comprimere un filmato si utilizza un codec (Compressore / Decompressore), cioè un software che riduce notevolmente le dimensioni del file. Mpeg-1 per il formato VCD Mpeg-2 per il formato DVD Mpeg-4 per il formato DivX. Codec significa Codificatore-Decodificatore e indica al software di registrazione come effettuare la compressione e al programma di visualizzazione come va decompresso il filmato per una giusta visualizzazione.

45 Compressione Video Esistono formati compressi (tipo MPEG, QuickTime) che riducono notevolmente lo spazio necessario sfruttando la caratteristica che tra un fotogramma ed un altro ci potrebbero essere relativamente poche differenze I dati duplicati o superflui vengono eliminati o salvati in formato ridotto 2 tipi di compressione video: lossless e lossy

46 Compressione Lossless Lossless (senza perdita di informazione), detta anche compressione reversibile decomprime nel momento stesso della sua visualizzazione La qualità del filmato rispecchia l originale digitalizzato. Compressione limitata. I files possono raggiungere anche il 35% della dimensione originale (ancora troppo grossi). Utilizzato solo se i dettagli rivestono importanza (es: immagini satellitari o raggi X)

47 Compressione Lossy Qualità inferiore a quella del filmato originale digitalizzato, in quanto alcuni dati, anche se di rilievo secondario, vengono persi all atto della compressione. La qualità complessiva dell immagine non è granché pregiudicata. I dettagli non sono di elevata precisione. Permette di ottenere elevati livelli di compressione (anche 200:1). Usata per le immagini televisive satellitari e le videoconferenze, dove la qualità del dettaglio non è importante.

48 Tecnica Intraframe La Tecnica Intraframe, detta anche compressione spaziale, elimina i dati duplicati interni ad un singolo fotogramma Ad esempio, se in un immagine compaiono vaste zone dello stesso colore, viene memorizzato il valore cromatico di un solo pixel assieme alle coordinate degli altri pixel dello stesso colore.

49 Tecnica Interframe La Tecnica Interframe, detta anche compressione temporale, elimina i dati che si ripetono in fotogrammi successivi In una scena di un ape che vola, se lo sfondo rimane immutato, basterà memorizzare il primo fotogramma per intero e poi archiviare solo i dati dei successivi che differiscono dal precedente

50 Formato MPEG Un filmato compresso con formato MPEG memorizza un fotogramma non compresso ogni mezzo secondo (fotogramma chiave), mentre gli altri vengono compressi. I fotogrammi intermedi contengono solo le parti dell immagine diverse rispetto al fotogramma precedente. MPEG comprime ogni fotogramma suddividendolo in riquadri di 16x16 pixels (o di 8x8) e rimuove riquadri che sono quasi identici in fotogrammi consecutivi Quando catturate, ridimensionate o comprimente un video adottate una risoluzione, ovvero un numero di pixels verticali ed orizzontali che siano un multiplo di 16.

51 Video e memoria Di norma i filmati che vengono visualizzati sullo schermo del computer presentano una profondità di 256 colori una risoluzione di 320x240 oppure di 360x240 (SIF, Standard Image Format) Un televisore compone le immagini tracciando linee su schermo, al contrario del monitor che illumina pixel. Un televisore che trasmette con standard PAL ha 625 righe orizzontali. una velocità di 25 fotogrammi al secondo

52 1.3g: La Compressione dei Dati

53 54 7 dic 2011 Bibliografia Curtin, 5.6 (vecchie edizioni) Curtin, 4.5 (nuova edizione) Questi lucidi

54 Compressione dei dati Cosa significa comprimere i dati? Eliminare l'informazione ridondante, in modo da poter rappresentare lo stesso documento con un minor numero di byte. Esigenza di memorizzazione aumenta sempre Aumentano di dimensione i programmi Aumentano di numero i programmi Aumentano di dimensione i dati Prima o poi ci sarà bisogno di avere altro spazio su disco

55 La Compressione Metodi applicabili: Eliminazione dei files inutili (ad esempio i temporanei) Compressione di files/cartelle/dischi Inoltre un disco pieno rallenta le operazioni di memorizzazione e di accesso ( Sistemi Operativi, il SO in sostanza fatica a trovare spazio libero su disco)

56 La Compressione Un file o più file insieme possono essere compressi La rappresentazione interna di questi file viene cambiata in modo da occupare meno spazio: si può immaginare che i dati vengano abbreviati (tipo sig. per signore) Con i file di tipo testo si può arrivare a risparmiare fino al 50% dello spazio originale Un file compresso non è leggibile né modificabile

57 La Compressione Quando serve, un file compresso può essere decompresso in modo da tornare ad essere utilizzabile Comprimere dei file può servire per fare spazio a file più utili o per trasferirli più velocemente (su dischetto, via rete, ) Un programma di compressione file molto usato per Windows è WinZip (i file compressi hanno estensione.zip) o WinRar (fornisce prestazioni migliori del precedente)

58 Tipologie di Compressione Compressione di un singolo file File di testo si comprime anche del 50% File di immagini bitmap si comprime anche del 90% Compressione di più files o di un intera cartella Vantaggio: tutti i files verranno inseriti in un unico file archivio Possibile decomprimere ed estrarre anche singoli files Compressione del disco: Tutto il disco viene compresso e i nuovi files verranno memorizzati già in versione compressa. In fase di lettura o di esecuzione il file verrà decompresso dal sistema Rallentate le operazioni di lettura/scrittura su HD.

59 Compressione dei testi Un esempio di compressione: Nl mzz dl cmmn d nstr vt m rtrv pr n slv scr ch l drtt v r smrrt. h qnt dr ql r cs dr st slv slvgg spr frt ch nl pnsr rnv l pr! Tnt' mr ch pc p mrt m pr trttr dl bn ch' v trv, dr dll'ltr cs ch' v'h scrt... Nel mezzo del cammin di nostra vita mi ritrovai per una selva oscura ché la diritta via era smarrita. Ah quanto a dir qual era è cosa dura esta selva selvaggia e aspra e forte che nel pensier rinova la paura! Tant'è amara che poco è più morte ma per trattar del ben ch'io vi trovai, dirò dell'altre cose ch'io v'ho scorte... Questo esempio mostra che in italiano le vocali sono quasi ridondanti, cioè in molti casi è possibile per un parlante della lingua ricostruirle quando sono state omesse

60 Compressione dei testi Alcuni tipi di informazione ridondante possono essere interamente ricostruiti (decompressi) anche da un computer. Si dice in tal caso che la compressione e' senza perdite ("lossless"): i dati prima della compressione sono identici a quelli che sono stati compressi e poi decompressi.

61 Compressione dei testi Per un testo, un esempio è forse quello degli spazi tra le parole, che possono essere facilmente tolti e facilmente riaggiunti nei punti appropriati. Nelmezzodelcammindinostravita miritrovaiperunaselvaoscura chéladirittaviaerasmarrita. Ahquantoadirqualeraècosadura estaselvaselvaggiaeaspraeforte chenelpensierrinovalapaura! Tant'èamarachepocoèpiùmorte mapertrattardelbench'iovitrovai, diròdell'altrecosech'iov'hoscorte...

62 Compressione dei testi si noti che l'uso generalizzato dello spazio tra le parole è una invenzione relativamente moderna. Molte lingue antiche non usavano spazi o mezzi equivalenti per dividere le parole - una interessante corrispondenza col fatto che, dal punto di vista acustico, le parole del parlato naturale non sono affatto separate da pause di silenzio

63 Compressione dei testi Il modo più intuitivo per diminuire la lunghezza di un file di testo (una serie di stringhe alfanumeriche, dove si dice "stringa" una qualsiasi successione di caratteri, p.es. "cane", "Abc4fgh6", "wallawalla") è di farlo diventare un file binario, sfruttando al meglio l' insieme dei valori (0-255) che possono essere espressi da ciascun byte

64 Compressione dei testi Esempio: supponiamo di voler codificare la parola CAPIVI e che il numero di sillabe possibili siano 12 (l'italiano ovviamente ne ha di più). Si assegni un numero binario lungo 4 bit a ciascuna sillaba, per mezzo di una tabella come la seguente: VA = 0000 PA = 0001 CA = 0010 VE = 0011 PE = 0100 CE = 0101 VI = 0110 PI = 0111 CI = 1000 VO = 1001 PO = 1010 CO = 1011 CAPIVI con la codifica ASCII richiede 48 bit (6 caratteri x 8 bit a carattere) CAPIVI con questa tecnica di compressione richiede solo 12 bit (con una compressione del 75%)

65 Compressione delle immagini Mentre nei testi si usa solo compressione "lossless" (in cui cioè, decomprimendo, si ottiene un testo identico a quello da cui si era partiti), per le figure si usa anche la compressione "lossy" (con perdita), in cui la figura compressa e poi decompressa è una approssimazione più o meno buona della figura originaria. Il modo più semplice di codificare una figura è quello a bitmap (BMP): per ogni punto della figura si definisce il colore di quel punto usando un numero. Più sono i colori possibili per la figura, più bit si dovranno usare per descriverla.

66 Compressione delle immagini Tipicamente, una figura occupa molto più spazio di un testo. Si consideri la descrizione: "Un cerchio rosso di raggio 1,5 cm sovrapposto al centro ad un esagono regolare blu di lato 3cm" (la frase è lunga 99 caratteri per cui occuperà 99 byte) Questa descrizione può essere usata per creare la seguente figura:

67 Compressione delle immagini In formato bitmap non compresso questa figura occupa byte: 151 volte più della sua descrizione! Possiamo tuttavia applicare a questa figura un algoritmo di compressione, che la salva nel formato Jpeg, di qualità media. Salvata, la figura occupa byte, un terzo della precedente. Decompressa, la immagine appare così (si noti la perdita di qualità rispetto al formato BMP):

68 Compressione delle immagini Possiamo anche comprimere la figura originale con un Jpeg di qualità cattiva (peggiore la qualità, migliore il rapporto di compressione), ottenendo un file di soli 2123 byte. Decompresso, appare cosi:

69 Compressione delle immagini Si noti che il modo migliore di `comprimere' la figura in bitmap sarebbe stato `trasformarla' nella sua descrizione di 99 byte. Ma questo non è un metodo sufficientemente generale: mentre funziona con figure geometriche, non funzionerebbe con immagini molto difficili da descrivere con esattezza, come:

70 Compressione delle immagini Con il metodo RGB, un immagine 1024x768 pixel con colori a 24 bit occupa bytes Con particolari accorgimenti si possono utilizzare un numero minore di colori e ridurre lo spazio occupato dall immagine.esistono formati compressi (tra i più diffusi vi sono i formati JPEG e GIF) che consentono attraverso particolari tecniche numeriche di memorizzare immagini fotografiche di ottima qualità in uno spazio molto minore Il formato JPEG in realtà non memorizza fedelmente l immagine ma sfrutta l ulteriore caratteristica che l occhio umano è in grado di vedere solo una piccola parte dei circa 17 milioni di colori possibili

71 Compressione Video Per comprimere un filmato si utilizza un codec (Compressore / Decompressore), cioè un software che riduce notevolmente le dimensioni del file. Mpeg-1 per il formato VCD Mpeg-2 per il formato DVD Mpeg-4 per il formato DivX. Codec significa Codificatore-Decodificatore e indica al software di registrazione come effettuare la compressione e al programma di visualizzazione come va decompresso il filmato per una giusta visualizzazione.

72 Compressione Video Esistono formati compressi (tipo MPEG, QuickTime) che riducono notevolmente lo spazio necessario sfruttando la caratteristica che tra un fotogramma ed un altro ci potrebbero essere relativamente poche differenze I dati duplicati o superflui vengono eliminati o salvati in formato ridotto 2 tipi di compressione video: lossless e lossy

73 Compressione Lossless Lossless (senza perdita di informazione), detta anche compressione reversibile decomprime nel momento stesso della sua visualizzazione La qualità del filmato rispecchia l originale digitalizzato. Compressione limitata. I files possono raggiungere anche il 35% della dimensione originale (ancora troppo grossi). Utilizzato solo se i dettagli rivestono importanza (es: immagini satellitari o raggi X)

74 Compressione Lossy Qualità inferiore a quella del filmato originale digitalizzato, in quanto alcuni dati, anche se di rilievo secondario, vengono persi all atto della compressione. La qualità complessiva dell immagine non è granché pregiudicata. I dettagli non sono di elevata precisione. Permette di ottenere elevati livelli di compressione (anche 200:1). Usata per le immagini televisive satellitari e le videoconferenze, dove la qualità del dettaglio non è importante.

75 Tecnica Intraframe La Tecnica Intraframe, detta anche compressione spaziale, elimina i dati duplicati interni ad un singolo fotogramma Ad esempio, se in un immagine compaiono vaste zone dello stesso colore, viene memorizzato il valore cromatico di un solo pixel assieme alle coordinate degli altri pixel dello stesso colore.

76 Tecnica Interframe La Tecnica Interframe, detta anche compressione temporale, elimina i dati che si ripetono in fotogrammi successivi In una scena di un ape che vola, se lo sfondo rimane immutato, basterà memorizzare il primo fotogramma per intero e poi archiviare solo i dati dei successivi che differiscono dal precedente

77 Formato MPEG Un filmato compresso con formato MPEG memorizza un fotogramma non compresso ogni mezzo secondo (fotogramma chiave), mentre gli altri vengono compressi. I fotogrammi intermedi contengono solo le parti dell immagine diverse rispetto al fotogramma precedente. MPEG comprime ogni fotogramma suddividendolo in riquadri di 16x16 pixels (o di 8x8) e rimuove riquadri che sono quasi identici in fotogrammi consecutivi Quando catturate, ridimensionate o comprimente un video adottate una risoluzione, ovvero un numero di pixels verticali ed orizzontali che siano un multiplo di 16.

78 Video e memoria Di norma i filmati che vengono visualizzati sullo schermo del computer presentano una profondità di 256 colori una risoluzione di 320x240 oppure di 360x240 (SIF, Standard Image Format) Un televisore compone le immagini tracciando linee su schermo, al contrario del monitor che illumina pixel. Un televisore che trasmette con standard PAL ha 625 righe orizzontali. una velocità di 25 fotogrammi al secondo