1.2a: Analogico/Digitale. Dott.ssa Rossella Aiello Dipartimento di Informatica

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1 1.2a: Analogico/Digitale Dott.ssa Rossella Aiello Dipartimento di Informatica

2 2 10 ott 2011 Bibliografia Curtin, 3.4 (fino alla III edizione) Curtin, 2.3 (IV edizione) CR pag. 15 Questi lucidi

3 3 10 ott 2011 Informazione in formato Digitale Il computer è un Elaboratore Elettronico DIGITALE Cioè elabora informazioni in formato digitale DIGITALE è uno dei concetti-chiave della società dell informazione Quali sono le caratteristiche delle Informazioni Digitali? E in che rapporto sono con il nostro mondo (che è analogico)? Questa UD e la prossima (Convergenza al digitale) Come è possibile trasformare un messaggio da analogico a digitale (e viceversa)? Rappresentazione digitale dell informazione (da 1.2c a 1.2f) Rappresentazione digitale dei dati multimediali (da 1.4a a 1.4g)

4 4 Informazione Analogica Il corpo umano è in grado di percepire e interpretare segnali analogici rappresentabili come onde. Le grandezze in natura sono analogiche: Quando parliamo, il messaggio è trasportato da onde sonore Quando vediamo, il messaggio è trasportato da onde luminose 10 ott 2011

5 5 10 ott 2011 Informazione Analogica Noi percepiamo tutti gli infiniti valori intermedi di queste onde, non solo i loro punti iniziali e finali (oppure massimi e minimi) Ogni parte dell onda trasporta informazioni

6 6 10 ott 2011 Grandezze Analogiche Le grandezze analogiche presentano un insieme continuo di valori cioè dati due valori (es. A=4,2 e B=6,4) esiste sempre un valore C intermedio fra i due C = (A + B) / 2 = (4,2 + 6,4) / 2 = 5,3 non esiste una `unità minima'; in una mappa teoricamente perfetta, qualsiasi distanza sul territorio, per quanto piccola, troverebbe una corrispondenza.

7 7 10 ott 2011 Grandezze Analogiche A similarità tra grandezze rappresentate corrisponde similarità tra grandezze rappresentanti. Nell'esempio della mappa, presi due punti qualsiasi sul territorio, la loro distanza è proporzionale a quella tra i punti della mappa che li rappresentano. Dividendo a metà una mappa si ottiene una rappresentazione di metà del territorio.

8 8 10 ott 2011 Informazione Digitale Digitale è il modo con il quale è rappresentata l informazione perché possa essere trattata con le moderne tecnologie dell informazione Le grandezze introdotte dall uomo sono spesso digitali: alfabeto

9 10 ott 2011 Grandezze Digitali Le grandezze digitali presentano un insieme discreto (finito) di valori, ad esempio gli interi a 3 cifre: 124, 125 E più semplice identificare, senza commettere errore, uno tra un numero finito di valori che non uno tra infiniti. 9 Questo implica che le interferenze influiscono molto meno che non nel caso analogico.

10 10 ott 2011 Grandezze Digitali Mancanza di somiglianza tra grandezze vicine tra gli anni "1999" e "2000" c'è tanta distanza quanto tra gli anni "2000" e "2001", ma la prima coppia di simboli differisce completamente, la seconda solo su una cifra. 10 Dividendo un simbolo digitale non si ottengono due simboli digitali Tagliando a metà una moneta da 1 euro non si ottengono due monete più piccole dal valore di 50 centesimi l una. Dividendo a metà la parola "cane" non si ottengono due parole ("ca e ne ) che denotano "la metà (anteriore/posteriore) di un cane".

11 10 ott 2011 Orologio Grandezze analogiche e digitali un orologio analogico mostra l'ora attraverso la posizione delle sue lancette; un orologio digitale mostra l'ora attraverso numeri Digitale le cifre che compongono l'ora e i minuti indicano solo uno dei possibili momenti in cui può essere suddiviso, in minuti, un giorno Se anche mostrasse i secondi non mostrerebbe i valori compresi tra un secondo e il successivo Più preciso il calcolo delle differenze di tempo Analogica Ogni lancetta (ore, minuti, secondi) si muove con continuità e può indicare uno qualsiasi degli infiniti punti che formano la circonferenza del quadrante 11 Più precisa la valutazione del tempo

12 12 10 ott 2011 Grandezze analogiche e digitali Termometro un termometro digitale mostra la temperatura attraverso dei numeri su uno schermo, e la temperatura indicata varia in modo discontinuo (il termometro non mostra i valori intermedi fra due misure successive, ad esempio tra 37,5 e 37,6 gradi) un termometro analogico mostra la temperatura attraverso l'altezza della colonnina di mercurio, che varia in modo continuo al variare della temperatura la misura è data da una grandezza (l'altezza della colonnina) e non da un insieme di numeri. Questa grandezza, che varia continuamente al variare della temperatura, può teoricamente indicare infiniti valori.

13 13 10 ott 2011 Grandezze analogiche e digitali Bilancia una bilancia analogica mostra il peso attraverso il movimento dell'ago sul quadrante, una bilancia digitale mostra il peso attraverso numeri

14 14 10 ott 2011 Digitalizzazione di un segnale analogico Il nostro è un mondo ANALOGICO Quello del computer è un mondo DIGITALE Tutti i dati (musica, film, fotografie, ecc.), per poter essere trattati da un computer, devono essere TRASFORMATI dal formato ANALOGICO a quello DIGITALE Questa operazione è detta DIGITALIZZAZIONE

15 15 10 ott 2011 Digitalizzazione di un segnale analogico Un segnale analogico è digitalizzato in 2 passi: CAMPIONAMENTO QUANTIZZAZIONE

16 10 ott 2011 CAMPIONAMENTO Campionamento: suddivisione del segnale in parti o intervalli discreti, tutti della stessa grandezza (Immagini) Risoluzione: numero di punti (pixel) in un intervallo di spazio (Suoni) Sampling rate: numero di rilevamenti in un intervallo di tempo

17 17 10 ott 2011 QUANTIZZAZIONE Quantizzazione: misurazione del valore del segnale nel singolo sottointervallo e approssimazione del valore dell intero sottointervallo ad un unico valore rappresentativo (iniziale finale - minimo massimo valore mediano ) Il numero dei valori è fissato (Livello di quantizzazione) Si passa dall analogico al digitale (num. finito di valori) E adesso facile trasformare i segnali in binario

18 Esempio

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20 10 ott 2011 Rappresentazione Analogica vs Digitale una rappresentazione analogica sembrerebbe rispondere meglio alla natura continua della maggior parte dei fenomeni che ci circondano In realtà non è sempre così (anzi, non lo è quasi mai) Le grandezze digitali sono utilizzate dalle ICT, ma a volte anche in ambito umano una misurazione digitale è da preferire ad una analogica Ad esempio nelle competizioni sportive quando a noi interessa misurare con esattezza i due istanti nei quali sono arrivati al traguardo due atleti, ma non ci interessa conoscere cosa e avvenuto tra questi due istanti!

21 21 10 ott 2011 Rappresentazione Analogica vs Digitale Volendo semplificare, almeno 2 sono i vantaggi di una rappresentazione digitale dell informazione rispetto all analogica: Maggiore resistenza alle interferenze precisione di misurazione praticamente illimitata

22 10 ott 2011 Rappresentazione Analogica vs Digitale La seconda affermazione va chiarita un po meglio Una rappresentazione analogica dell informazione è certamente completa (sono compresi tutti i punti di un segnale), ma la limitazione maggiore è data dai nostri sensi la nostra capacità di discriminare fra rappresentazioni analogiche di valori prossimi è, in genere, minore di quella offerta da uno strumento digitale sufficientemente preciso In natura esistono infiniti colori, ma noi ne percepiamo non più di qualche milione. Con il computer si potrebbe, volendo, rappresentare miliardi di differenti colori Tempi dell ordine del miliardesimo di secondo sono difficilmente percepiti da un essere umano Oltre un certo livello di dettaglio e di profondità, il nostro occhio non può andare (non riusciamo a distinguere una formica su un campo di calcio, durante una partita).

23 10 ott 2011 Rappresentazione Analogica vs Digitale In una rappresentazione digitale dell informazione, essa viene campionata (quindi viene rappresentata con discontinuità ) ma, agendo sul livello di quantizzazione è possibile scendere a livelli di dettaglio praticamente illimitati. Una rappresentazione digitale di un quadro permetterebbe di rappresentare anche miliardi di colori diversi (basta aumentare il livello di quantizzazione) Tramite cronometri elettronici è possibile misurare e distinguere tempi quanto si vuole piccoli (si pensi alle gare di atletica leggera dove la misurazione manuale è completamente stata sostituita da quella elettronica, in grado di percepire differenze di millesimi di secondo) Tramite i microscopi elettronici è possibile vedere dentro la materia con ingrandimenti dell ordine di miliardi di volte.

24 10 ott 2011 Rappresentazione Analogica vs Digitale Quando il campionamento è molto elevato, i nostri sensi vengono in un certo senso tratti in inganno e percepiscono il segnale come analogico e non come digitale. Infatti, il suono di un CD sembra addirittura più fedele di quello di un disco in vinile. In realtà ogni secondo di musica non sono altro che segnali sonori discontinui, In questo caso, il nostro orecchio però non percepisce il fatto che ogni secondo di musica è diviso in intervalli discontinui.

25 10 ott 2011 TRASFORMAZIONE IN BINARIO All interno dei computer, l informazione digitale è presente nel suo formato più elementare, cioè il BINARIO Un segnale Digitale Binario può assumere solo uno tra due stati, acceso e spento.

26 10 ott 2011 TRASFORMAZIONE IN BINARIO Perché un dato sia utilizzabile da un computer, quindi, il processo di quantizzazione deve essere seguito da un processo di trasformazione del segnale digitale in segnale digitale binario Cioè ogni misurazione, rappresentativa di un intervallino, deve essere trasformata in una successione di simboli binari.

27 10 ott 2011 TRASFORMAZIONE IN BINARIO Ad esempio, un CD audio presenta Campionamento di misurazioni al secondo Quantizzazione di segnali sonori elementari Cioè il valore di ogni singolo intervallino è uno tra possibili valori di suono. Ogni misurazione che non è esattamente tra questi valori, viene approssimata al valore di suono più vicino. Quindi, ogni secondo di un CD audio è composto da numeri Ognuno compreso tra 0 e Ma, all interno del CD, ognuna delle misurazioni è rappresentata in binario (vedremo che sono sufficienti 16 bit per rappresentare ogni singolo valore). Quindi, in definitiva, ogni secondo di un CD audio è composto da numeri binari ognuno lungo 16 bit