Codifica dei caratteri

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1 Codifica dei caratteri Alfabeto anglosassone Lettere maiuscole e minuscole Cifre numeriche (0, 1, 2,, 9) Simboli di punteggiatura (,. ; :!? ) Segni matematici (+, -, {, [, >, ) Caratteri nazionali (à, è, ì, ò, ù, ç, ñ, ö, ) può essere codificato usando un byte (220 caratteri circa) Il metodo di codifica più diffuso tra i produttori di hardware e di software prende il nome ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

2 Codifica dei caratteri (ASCII) ASCII Simbolo NUL (spazio bianco) > ? A B C

3 Codifica Alfanumerica Codifica ASCII Come si vede: I caratteri di controllo (non riproducibili) hanno i codici più bassi. Il blank (Spazio) è il primo dei caratteri riproducibili. Le maiuscole/minuscole sono ordinate (codice Progressivo). 123

4 Codifica delle parole Parole sono sequenze di caratteri Codifica della parole cane c a n e Il problema inverso: data una sequenza di bit, il testo che essa codifica può essere ottenuto nel modo seguente: si divide la sequenza in gruppi di otto bit (byte) si determina il carattere corrispondente ad ogni byte

5 Codifica dei caratteri Abbiamo considerato il codice: ASCII: 8 bit per carattere Un altro codice: UNICODE, 16 bit per carattere (ASCII + caratteri etnici: greco, russo, ecc.) Microsoft Windows usa un codice proprietario a 16 bit per carattere, simile ad UNICODE

6 Codifica delle immagini Suddividiamo l immagine mediante una griglia formata da righe orizzontali e verticali a distanza costante

7 Codifica delle immagini Ogni quadratino derivante da tale suddivisione prende il nome di pixel (picture element) e può essere codificato in binario secondo la seguente convenzione: Il simbolo 0 viene utilizzato per la codifica di un pixel corrispondente ad un quadratino in cui il bianco è predominante Il simbolo 1 viene utilizzato per la codifica di un pixel corrispondente ad un quadratino in cui il nero è predominante

8 Codifica delle immagini

9 Codifica delle immagini Poiché una sequenza di bit è lineare, è necessario definire convenzioni per ordinare la griglia dei pixel in una sequenza. Assumiamo che i pixel siano ordinati dal basso verso l alto e da sinistra verso destra

10 Codifica delle immagini Non sempre il contorno della figura coincide con le linee della griglia. Quella che si ottiene nella codifica è un approssimazione della figura originaria Se riconvertiamo la sequenza di stringhe in immagine otteniamo

11 Codifica delle immagini La rappresentazione sarà più fedele all aumentare del numero di pixel, ossia al diminuire delle dimensioni dei quadratini della griglia in cui è suddivisa l immagine

12 Codifica delle immagini Assegnando un bit ad ogni pixel è possibile codificare solo immagini in bianco e nero Per codificare le immagini con diversi livelli di grigio oppure a colori si usa la stessa tecnica: per ogni pixel viene assegnata una sequenza di bit

13 Codifica delle immagini (grigio e colore) Per memorizzare un pixel non è più sufficiente un solo bit Per esempio, se utilizziamo quattro bit possiamo rappresentare 2 4 = 16 livelli di grigio o 16 colori diversi Mentre con otto bit ne possiamo distinguere 2 8 = 256, ecc.

14 L uso del colore Il colore può essere generato componendo 3 colori: red, green, blue (RGB) Ad ogni colore si associa una possibile sfumatura Usando 2 bit per ogni colore si possono ottenere 4 sfumature per il rosso, 4 per il blue e 4 per il verde che, combinate insieme, danno origine a 64 colori diversi Ogni pixel per essere memorizzato richiede 6 bit

15 L uso del colore Usando 8 bit per ogni colore si possono ottenere 256 sfumature per il rosso, 256 per il blu e 256 per il verde che, combinate insieme, danno origine a circa 16,8 milioni di colori diversi (precisamente colori) Ogni pixel per essere memorizzato richiede 3 byte

16 Risoluzione Il numero di pixel presenti sullo schermo (colonne x righe) prende il nome di risoluzione Risoluzione tipiche sono 640 x x x 1024 Esempio: Per distinguere 256 colori sono necessari otto bit per la codifica di ciascun pixel La codifica di un immagine formata da 640 x 480 pixel richiederà bit ( byte)

17 Grafica bitmap Le immagini codificate pixel per pixel sono dette immagini in grafica bitmap Le immagini bitmap occupano parecchio spazio Esistono delle tecniche di compressione che permettono di ridurre le dimensioni Ad esempio, se più punti vicini di un immagine assumono lo stesso colore, si può memorizzare la codifica del colore una sola volta e poi ricordare per quante volte deve essere ripetuta I formati come GIF, JPEG e PNG sono formati compressi Argomento correlato: formati come Postscript e PDF per i documenti

18 Codifica di immagini in movimento Un filmato è una sequenza di immagini statiche (dette fotogrammi o frame) Per codificare un filmato si digitalizzano i suoi fotogrammi Esempio: 30 immagini ad alta risoluzione al secondo 30 imm./sec x bit/imm. = bit/sec Un minuto richiederebbe 60 sec x = bit ( byte) Esempi di formati per il video: AVI, MOV Compressione: MPEG (Moving Picture Expert Group), differenza tra fotogrammi

19 Codifica dei suoni Fisicamente un suono è rappresentato come un onda che descrive la variazione della pressione dell aria nel tempo (onda sonora) t Sull asse delle ascisse viene rappresentato il tempo e sull asse delle ordinate viene rappresentata la variazione di pressione corrispondente al suono stesso

20 Codifica dei suoni Si effettuano dei campionamenti sull onda (cioè si misura il valore dell onda a intervalli di tempo costanti) e si codificano in forma digitale le informazione estratte da tali campionamenti t Quanto più frequentemente il valore di intensità dell onda viene campionato, tanto più precisa sarà la sua rappresentazione Il numero di campioni raccolti per ogni secondo definisce la frequenza di campionamento che si misura in Hertz (Hz)

21 Codifica dei suoni Onde sonore: segnali continui campionamento: scelta di istanti in cui considerare il valore del segnale quantizzazione: codifica dei campioni con un numero predefinito di bit ampiezza del segnale tempo

22 campionamento Codifica dei suoni quantizzazione

23 Codifica dei suoni Il segnale può ora essere codificato in forma numerica mediante una sequenza di bit (nell esempio con tre bit).

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25 Esempio di codifica: segnale vocale telefonico

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28 Dispositivi di codifica (ADC) Suono onda di pressione dell aria Cavo elettrico 1 Trasporta il segnale elettrico analogico fino al ADC Analog to Digital Converter Cavo elettrico 2 Trasporta il segnale elettrico digitale verso il computer Microfono Converte il suono in segnale elettrico Analog to Digital Converter Campionamento Quantizzazione Segnale analogico Segnale campionato Segnale digitale

29 Dispositivi di codifica (DAC) Esiste anche il processo inverso, che trasforma l informazione da digitale ad analogica. Nel caso del suono questo compito è svolto dal D.A.C. (Digital to Analog Converter) che trasforma il segnale digitale in segnale elettrico analogico; tale segnale viene successivamente trasformato in onda sonora dalle casse acustiche. Cavo elettrico 1 Trasporta il segnale elettrico digitale verso il DAC Digital to Analog Converter Cavo elettrico 2 Trasporta il segnale elettrico analogico fino alla cassa Cassa Acustica Trasforma il segnale elettrico analogico in suono Suono onda di pressione dell aria

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34 Codifica dei suoni L accuratezza della ricostruzione dipende : da quanto sono piccoli gli intervalli di campionamento da quanti bit uso per descrivere il suono in ogni campione nella fase di quantizzazione (8, 16,32) al solito maggiore accuratezza significa maggior quantità di memoria occupata! Anche per i suoni si possono utilizzare tecniche di compressione per migliorare l occupazione di memoria della sequenza di campioni

35 Codifica dei suoni Algoritmi lossy per suoni : sfruttano il fatto che per l orecchio umano suoni a basso volume sovrapposti ad altri di volume maggiore sono poco udibili e possono essere eliminati è quello che accade nello standard MPEG Layer 3, detto anche MP3 A titolo informativo, si ricorda che un secondo di segnale musicale digitale non compresso richiede byte. Un modem non digitali ha una velocità massima teorica in ricezione di bit/sec. Ne consegue che la velocità di download è di qualche migliaio di byte al secondo e quindi per scaricare un brano di 4 minuti occorrerebbero quasi 3 ore. - Mp3 è un metodo di compressione che permette di ridurre le dimensioni dei file di un fattore 12 rendendo il download 12 volte più veloce.

36 Codifica dei suoni (esempio) Se volessimo codificare la musica di qualità CD dovremmo: Usare due registrazioni corrispondenti a due microfoni distinti (stereo) Campionare il segnale musicale producendo campioni al secondo Per ogni campione (che è un numero) si usano 16 bit Per cui, il numero di bit che sarebbero necessari per codificare ogni secondo è pari a 2 x campioni x 16 bit/campione = bit

37 Codifica dei suoni Codifiche standard WAV (MS-Windows), AIFF (Audio Interchange File Format, Apple) MIDI MP3 MIDI Codifica le note e gli strumenti che devono eseguirle Efficiente, ma solo musica, non voce MP3 MPEG-3: variante MPEG per suoni Grande diffusione, molto efficiente

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40 Fine