4.3: La Codifica dei Suoni e dei Video

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1 Rappresentazione dei Dati Multimediali Prof. Alberto Postiglione Università degli Studi di Salerno Dipartimento di Scienze Aziendali - Management & Innovation Systems 4.3: La Codifica dei Suoni e dei Video Fondamenti di Informatica Dia 2 Testi di base Curtin, Foley, Sen, Morin "Informatica di Base", V edizione Mc Graw Hill, 2012 La digitalizzazione del suono: questi lucidi I dati audio digitali e i dispositivi MIDI: Cap La codifica dei Video e compressione: Cap I multimedia in rete, lo streaming: Cap Fondamenti di Informatica Dia 3 Il Suono Un suono è prodotto da un corpo che vibra, la sorgente del suono (es la corda di una chitarra) Tale vibrazione si propaga nell ambiente circostante sotto forma di un onda di pressione. Un suono è, quindi, rappresentabile da un onda (onda sonora) che descrive la variazione della pressione dell aria nel tempo Sulle ascisse è rappresentato il tempo Sulle ordinate è rappresentata la variazione di pressione 1

2 Fondamenti di Informatica Dia 4 Un onda sonora è analogica e come tale non è direttamente rappresentabile in un computer. Bisogna trasformare l onda sonora in binario. Preliminarmente, tramite un microfono, si trasforma l onda sonora in un segnale analogico. Successivamente, tale segnale andrà convertito in una sequenza di numeri binari attraverso le fasi di Campionamento Quantizzazione Fondamenti di Informatica Dia 5 CAMPIONAMENTO Suddivisione del segnale sonoro in tanti piccoli sotto-segnali, tutti della stessa durata QUANTIZZAZIONE Misurazione del valore del suono di ognuno di questi intervalli e sua trasformazione in un numero binario. Fondamenti di Informatica Dia 6 2

3 Fondamenti di Informatica Dia 7 Fondamenti di Informatica Dia 8 Errore di Quantizzazione Ricordiamo che la digitalizzazione è un processo che introduce inevitabilmente errori di rappresentazione del segnale analogico originale In particolare, la quantizzazione introduce due errori di approssimazione: Approssimazione di tutti i suoni presenti in un intervallino ad un unico valore, la loro media rappresentativa Approssimazione di tale media al più vicino valore conosciuto (dal computer). Fondamenti di Informatica Dia 9 Suono di qualità CD Ad esempio, un CD audio presenta Campionamento con misurazioni al secondo Quantizzazione con segnali sonori elementari Cioè il valore di ogni intervallino è uno tra possibili suoni Ogni suono che non è esattamente uno di questi valori, viene approssimata al suono più vicino. Ogni secondo di un CD audio è quindi composto da numeri binari ognuno compreso tra 0 e (16 bit) Per cui un minuto di musica su CD in modalità stereo (cioè su 2 canali) occupa: 44100*60*4= bytes. Per cui un CD (~ 747 MB) contiene fino a 74 minuti Infatti 747 MB = 747*1024*1024 bytes= bytes e quindi / = 74 minuti e 0,4 secondi. 3

4 Fondamenti di Informatica Dia 10 I dispositivi MIDI I file MIDI non memorizzano suoni ma comandi da inviare al computer per riprodurre i suoni Necessitano di un insieme di suoni di base presenti sulla scheda audio. Utilizzati per standardizzare le comunicazioni tra gli elaboratori e gli strumenti musicali elettronici Fondamenti di Informatica Dia 11 Principali formati dei suoni WAV (non compresso): circa 10MB per ogni minuto di musica MP3 (compresso): che consente di ridurre fino ad 1/12 lo spazio necessario alla memorizzazione senza apprezzabili perdite di qualità del suono MIDI (Musical Instrument Digital Interface). Fondamenti di Informatica Dia 12 Codifica dei Video Un filmato è una sequenza di immagini fisse (frames) accompagnate da un sonoro. Noi sappiamo come digitalizzare le immagini che corrispondono ai fotogrammi, il suono. Problema: un filmato è molto ingombrante. Infatti, un secondo di filmato, senza audio con risoluzione 640x480 pixel (cioè complessivamente ) con profondità di colore RGB (3 bytes per pixel) con 30 fotogrammi al secondo occupa complessivamente 640 x 480 x 3 x 30 = bytes ( bits) 4

5 Fondamenti di Informatica Dia 13 Ridurre le dimensioni dei video Lo spazio occupato da un filmato è funzione di più fattori, nessuno dei quali è però ridimensionabile senza rinunciare alla qualità complessiva del video: lunghezza del filmato, numero dei colori risoluzione grafica (cioè dimensione dei singoli frames) Diminuendo la risoluzione grafica il filmato sarà "piccolo" e risulterà quadrettato se visionato ad una risoluzione ingrandita numero di fotogrammi (o frames) per secondo Diminuendo i frames/sec il filmato sarà a scatti e poco fluido qualità del suono. Fondamenti di Informatica Dia 14 Compressione dei Video L unico modo, quindi, per ridimensionare i filmati è di operare sulla compressione. Per gestire un filmato compresso si utilizza un codec, (Codificatore-Decodificatore), che indica al programma di memorizzazione come comprimere al programma di visualizzazione come decomprimere Fondamenti di Informatica Dia 15 Compressione dei Video Lossless (senza perdita di informazione), La Qualità è integra. La Compressione è limitata. Fino al 35% dell'originale (rapporto 3:1) (poco ). Utilizzato se i dettagli sono importanti (es: immagini mediche) Lossy (con perdita di informazione), La Qualità è inferiore a quella dell'originale, ma la qualità complessiva non è pregiudicata perché una buona tecnica di compressione taglia solo parti di scarsa importanza. Elevati livelli di compressione Fino allo 0,5% dell'originale (rapporto 200:1). Immagini televisive satellitari e le videoconferenze 5

6 Fondamenti di Informatica Dia 16 Compressione dei Video: Intraframe La Tecnica Intraframe, o compressione spaziale, elimina i dati duplicati in un singolo frame 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. Fondamenti di Informatica Dia 17 Compressione dei Video: Interframe Esistono formati compressi che sfruttano la caratteristica che tra un fotogramma ed un altro ci sono poche differenze La Tecnica Interframe, o compressione temporale, elimina i dati che si ripetono in frames successivi In una scena di un ape che vola, se lo sfondo rimane immutato, basterà memorizzare il primo frame per intero e poi archiviare solo le parti dei frames successivi che differiscono dal precedente Fondamenti di Informatica Dia 18 Streaming 6