Codifica dei caratteri (ASCII) ASCII ESTESO. Codifica dei caratteri (UTF-8) Codifica delle immagini

Transcript

1 Codifica dei caraeri (ASCII) I caraeri di un eso vengono codificai ramie sequenze di bi, uilizzando un codice di raduzione. Quello più usao è il codice ASCII (American Sandard Code for Informaion Inerchange). Uilizza 7 bi. Rappresena i 128 caraeri più comuni. Per codificare alcuni caraeri mancani (vocali accenae, simboli semigrafici e alri simboli) si uilizza la noazione esesa (non sandard) a 8 bi (256 caraeri) In ogni caso il caraere occupa sempre 1 bye di memoria. ASCII ESTESO Proprieà della abella ASCII (vedi fig. seguene) I caraeri alfabeici sono consecuivi ed in ordine (alfabeico) La disanza ra una leera minuscola e la corrispondene maiuscola è cosane Le cifre decimali sono consecuive ed ordinae da a 9 Codifica dei caraeri (UTF-8) Codifica delle immagini Per ovviare al limiao numero di caraeri rappresenabili, la codifica aualmene più uilizzaa è l'utf-8 (Unicode Transformaion Forma, 8 bi). Uilizza sequenze di lunghezza variabile di bye (da 1 a 4). È compaibile con la codifica ASCII sandard Può rappresenare praicamene ui i caraeri esiseni al mondo Il codice assegnao al caraere viene rappresenao con U+, seguio dalle cifre esadecimali del numero che lo individua. Esempio: ڤ = U+6A4 (leera araba Veh) Codifica di immagine pioriche (foografie, disegni, ecc.) Immagini bimap Rappresenano elemeni non ben definii, con sfumaure di colore, immagini reali Codifica di disegni geomerici Immagini veoriale o vecor oriened Elemeni ben definii, dai conorni precisi che rappresenano un modello di immagini reali

2 Codifica immagini bimap L immagine viene scomposa in una griglia di elemeni che verranno poi codificai con un insieme di bi. Per risoluzione di un disposiivo si inende la capacià di riprodurre un immagine, conando il numero di elemeni rappresenabili per unià di misura. La risoluzione nei monior dipende dal numero di picure elemen (piu' comunemene noi come pixel) che queso riesce a visualizzare. Le risoluzioni più comuni sono: 124 x 768, 16 x 12, 192 x 18. Nelle sampani e scanner la risoluzione è il numero di puni che possono essere definii su foglio o dpi (do per inch, 1 inch = 2.54 cm). Risoluzioni comuni sono: 3, 6, 12 dpi. Codifica immagini bimap b/n Scela la risoluzione, si assegna il valore al bianco ed 1 al nero dove il colore è predominane. Es: 5 x 4 pixel Codifica: parendo dal pixel in basso a sinisra e seguendo la numerazione Quanià di memoria necessaria = 2 bi 3 bye uilizzai Codifica immagini bimap a colori Codifica immagini bimap a colori Ogni colore è normalmene oenibile dalla combinazione di 3 colori primari. Le 2 ecniche fondamenali usae sono: Sinesi addiiva: colori Red, Green, Blue (RGB). Nei monior a colori i fosfori colorai dello schermo (RGB), visi da lonano, danno l effeo di miscelazione. Sinesi soraiva: colori Cyan, Magena, Yellow (CMY). Nelle sampani a colore, la luce bianca (foglio di cara) viene filraa araverso le gocce di colore deposiae (CMY). Per ogni pixel si adoano, ad esempio, 8 bi per colore per un oale di 24 bi/pixel. Sono così rappresenabili milioni di colori diversi (codifica rue color) Il numero di bi per colore di un singolo pixel (bi per pixel o bpp) è deo profondià del colore. L esensione più comune di un file bimap rue color è.bmp Esempio immagine (monior PC): Definizione = 124 x 768; profondià di Colore = 24 bi Dimensione approssimaiva = (124 x 768 x 3 ) bye = bye = = ( /124) kb = 234 kb = (234/124) MB = 2.25 MB Pixel con i suoi 3 soo-pixel (uno per ogni colore)

3 Dal video alla cara Aprendo un immagine rue color di 64*48 pixel con un programma di foo riocco scopriamo che le "dimensioni documeno" sono di 22,58x16,93 cm. Come si oengono? Sono il risulao della divisione ra larghezza in pixel (64) e risoluzione del monior (ipicamene 72 dpi). A) Converiamo la risoluzione del monior in pixel/cm: 72 / 2,54 = 28,346 (un pollice è 2,54 cm). B) Dividiamo la larghezza dell immagine per la risoluzione appena calcolaa: 64 / 28,346 = 22,58 cm. Che significa uo queso? se prendo i 64 puni dell'immagine e li sampo su cara piazzando, in ogni cenimero, 28,346 puni, alla fine riesco a coprire 22,58 cenimeri di lao di sampa. Discorso analogo per il lao coro. Dalla cara ai pixel Se il formao della sampa deve essere 1x15 cm e se la qualià deve essere ala (es: 3 dpi), per deerminare i pixel dell immagine dobbiamo fare le segueni operazioni inverse: ( 3 / 2.54 ) * 1 = 1181 pixel ( 3 / 2.54 ) * 15 = 1772 pixel Dalla macchina foografica alla cara Alra codifica immagini bimap La dimensione dei pixel dell immagine dipende dal sensore usao per la ripresa (CCD = Charge Coupled Device), per esempio un sensore da circa 5 megapixel regisrerà in uscia immagini di 256 pixel in larghezza ed 192 pixel in alezza. Nel momeno in cui andremo a visualizzare o a sampare l immagine avremo una risoluzione massima deerminaa dalla quanià di pixel uilizzai. Andiamo ora a calcolare la massima risoluzione per una sampa nel formao 2x27 cm con un immagine di 5 megapixel: 192 / ( 2 / 2.54 ) ) = 24 dpi per l immagine da 5 megapixel Ad ogni pixel è assegnao un valore che individua una riga in una abella conenene la riplea RGB del colore. La abella è chiamaa palee di colori. Ad esempio, uilizzando 8 bi/pixel, sono possibili 256 colori (associai alla palee scela). Rispeo al rue color c'è un evidene risparmio di spazio di memorizzazione. 27 Indice R G B

4 Immagini veoriali È possibile memorizzare un immagine usando le sue proprieà (coordinae dei verici, lunghezza dei lai, colore dell area, ecc.). In queso caso si parla di immagini veoriali. Sono indipendeni dal disposiivo di sampa o visualizzazione, cioè permeono di sfruare sempre la massima risoluzione del disposiivo usao. Tecniche di compressione Le ecniche di compressione permeono di ridurre la dimensione dei dai per poerli manipolare in modo più agevole (memorizzazione o rasmissione) INFORMAZIONE CODIFICA DATI COMPRESSIONE Circle 32 12, 3 (Coordinae del cenro e raggio) 2 Polyline 48, , 88 48, 48 (Coordinae dei 4 verici) 1=4 La memorizzazione avviene normalmene in formao ASCII. Sono immagini ipiche della progeazione meccanica (CAD) es: DXF (Drawing exchange Forma) 3 INFORMAZIONE DECODIFICA DATI DATI COMPRESSI DECOMPRESSION DECOMPRESSIONE E Tecniche di compressione Compressione immagini bimap compressione senza perdia di informazione (loseless) l informazione prima e dopo il processo è la medesima ed i dai prima e dopo la compressione/decompressione sono gli sessi. Migliora l efficienza della codifica basandosi sulla frequenza saisica dei dai compressione con perdia di informazione (lossy) l informazione prima e dopo il processo è quasi la sessa ed i dai dopo la decompressione sono diversi da quelli compressi. Riduce la ridondanza della codifica eliminando i dai che non sono, o sono poco, percepibili ai nosri sensi (essenzialmene visa e udio) La più comune è la compressione JPEG (Join Phoographic Expers Group). Può essere loseless o lossy (la più usaa) Uilizza la DCT (Discree Cosine Transform) dove i valori calcolai rappresenano le variazioni di frequenza della luminanza (inensià luminosa per unià di superficie) o della crominanza (segnale legao al colore). Poiché le variazioni di luminosià e colore dei pixel delle immagini sono lene (pochi valori della DCT a bassa frequenza e quasi nulli ad ala) si possono eliminare quelle a bassa frequenza (a cui l occhio è meno sensibile) con evidene perdia di pare dell informazione iniziale.

5 Codifica segnali audio Il segnale audio è un segnale analogico (coninuo nel empo e nelle ampiezze). Per decodificarlo in maniera digiale deve essere discreizzao nel empo (campionameno) e nelle ampiezze (quanizzazione), senza perdere l'informazione necessaria per poi poerlo riprodurre.co Campionameno: prelievo di valori (campioni o samples) del segnale in deerminai isani di empo. Per deerminare quali siano quesi isani di empo e quindi la frequenza f c con cui campionare si fa ricorso alla rasformaa di Fourier. In generale, la rasformaa di Fourier permee di scomporre e successivamene ricombinare, ramie la formula inversa di anirasformazione, un segnale generico in una somma infinia di sinusoidi con frequenze, ampiezze e fasi diverse. L'insieme di valori in funzione della frequenza, coninuo o discreo, è deo spero di ampiezza e spero di fase. Teorema del campionameno Nella reala', ui i segnali hanno uno spero d'ampiezza (o banda del segnale) limiao, cioè la loro energia è nulla sopra una cera frequenza massima f M Fae quese premesse, per deerminare la frequenza di campionameno si applica il eorema del campionameno o di Nyquis che si applica ai segnali limiai in banda (B). Il eorema del campionameno afferma che: un segnale a banda limiaa può essere univocamene ricosruio a parire dai suoi campioni (cioè da digiale ad analogico) se quesi vengono prelevai ad una frequenza (frequenza di campionameno f c ) maggiore o uguale del doppio della massima frequenza del segnale sesso f M. f c 2f M Quanizzazione Quanizzazione: rappresenazione dei campioni con un numero predefinio di bi. Fase non reversibile in cui l approssimazione inrodoa pora ad una perdia d informazione (errore di quanizzazione). L aumeno del numero di bi uilizzai per la codifica diminuisce il cosiddeo rumore di quanizzazione. Il formao più comune di memorizzazione di un file audio è quello WAVE (.wav) A Campionameno Se non conosco la frequenza massima del segnale, dalla rasformaa di Fourier posso rovarla Campionameno Nel dominio del empo Segnale campionao T c f c >= 2f M T c = 1/f c <= 1/2f M Frequenza massima del segnale

6 I fase di quanizzazione II fase di quanizzazione Segnale campionao I fase quanizzazione: scela numero bi 111 Es. di quanizzazione con 4 bi di codifica val. campione I fase quanizzazione: scela numero bi II fase quanizzazione: approssimazione A(n) Codifica con 4 bi ( ),,,,,, 111,, Come ricosruire il segnale Teorema del campionameno 111 Ricosruzione del segnale: inerpolazione A(n) Â () Il campionameno di un segnale a empo coninuo con frequenza di campionameno fc produce una ripeizione periodica dello spero in frequenza con periodo di ripeizione fc fc > 2f M Spero originale del segnale Spero segnale campionao Per eliminare ue le repliche sperali e rioenere lo spero iniziale è sufficiene moliplicare la rasformaa di Fourier del segnale campionao per un reangolo con banda compresa ra -fc / 2 e +fc / 2 (FILTRO passa-banda o passa-basso se considero solo le frequenze posiive).

7 Alcuni esempi Compressione audio Segnale elefonico B = 34 Hz Fc = 8 khz -> Sample rae > 8 campioni al secondo Quanizzazione = 8 bi/campione Es: memoria uilizzaa -> (8 x 8) khz x bi = 64 kb/s = 8 kb/s -> 1 minuo = 48 kb Musica su CD B = 2 khz Fc = 44.1 khz -> Sample rae = 441 campioni al secondo Quanizzazione = 16 bi/campione per ognuno dei due canali sereo Es memoria uilizzaa -> (44.1 x 2 x 16) khz x bi = 1411 kb/s = kb/s =.17 MB/s -> 5 minui = 51 MB Si uilizzano diverse ecniche (molo complesse), basae su sudi di psicoacusica. In praica si endono ad eliminare quelle informazioni poco udibili dall orecchio umano. MP3 (Moion Picure Exper Group-1/2 Audio Layer 3) è un algorimo lossy con un faore di compressione da 1:1 a 12:1 (rispeo a quello di un CD sandard) ed un birae fino a 32 kbi/s. I file MP3 audio sono suddivisi in seori ("chunks" in inglese) chiamai frames ("foogrammi" in ialiano). Ognuno di quesi seori è provviso di un indicaore del asso di compressione; in queso modo, menre il file audio viene riprodoo, è possibile modificarlo dinamicamene. Quesa ecnica rende possibile uilizzare più bi per la pare del suono ad ala dinamica (suoni più complessi) e meno bi per la pare a bassa dinamica (suoni meno complessi). Immagini video Un video è la successione rapida di immagini, fisse correlae fra loro (foogrammi o frame). Es: cinema = 24 fps Es: TV (PAL) = 25 fps. Il foogramma elevisivo è deo quadro. Per eviare che l occhio umano percepisca la disconinuià di immagini (sfarfallio o flickering) è necessario aumenare la frequenza delle immagini Cinema: ogni foogramma viene proieao 2 vole TV (PAL): ogni quadro è rasmesso in 2 pari (righe pari e dispari). La frequenza è quindi 5 semiquadri al secondo. Codifica digiale video Ogni foogramma è memorizzao con le ecniche vise per le immagini fisse (bimap) Risoluzioni Qualià VHS: 352x288 a 256 colori, 25 fps (circa 2.5 MB/s) Qualià TV (PAL): 72x576 a 256 colori, 25 fps (circa 1 MB/s) Full HD: 192*18 a 256 colori, 25 fps (circa 5 MB/s) Servono ecniche di compressione per poer ridurre la quanià d informazione da memorizzare. Inraframe: elimina i dai duplicai all inerno di uno sesso foogramma Inerframe: elimina i dai ripeui su foogrammi successivi Il formao MPEG (Moion Picure Exper Group) è uno sandard non solo video (es: MPEG layer III o MP3). Il più evoluo (DVD, TV digiale e saelliare) è MPEG-2.