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DIGITALIZZAZIONE di AUDIO, IMMAGINI e VIDEO
Novembre 2012 1ing Roberto SPEDICATO
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Digitalizzazione
Qualunque immagine, suono o filmato deve essere in formato digitale per poterlo visualizzare o modificare con un pc o per inserirlo in pagine web.
Novembre 2012 2ing Roberto SPEDICATO
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Audio digitale
Novembre 2012 3ing Roberto SPEDICATO
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Rappresentazione del Suono
Novembre 2012 4ing Roberto SPEDICATO
Il suono, trasformato in segnale digitale, occorre che:
Sia verosimile al suono originale (che è analogico);
Garantisca la possibilità di elaborarlo in modo efficiente con un pc.
Vediamo come si passa dal suono (analogico) al
segnale digitale
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Rappresentazione analogica
Novembre 2012 5ing Roberto SPEDICATO
Un suono, attraverso un microfono, si trasforma in segnale elettrico visualizzabile con dei segnali continui nel tempo di forma sinusoidale con ampiezza e frequenza variabile
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Rappresentazione digitale
Novembre 2012 6ing Roberto SPEDICATO
Occorre allora trasformare questo segnale in sequenze di bit che conservano l’informazione del suono. Tale operazione si fa attraverso 3 fasi: - Campionamento – Quantizzazione - Codifica.
Campionamento Quantizzazione
Codifica binaria
10001001010001
Segnale analogico Segnale campionato
Segnale digitale
Segnale quantizzato
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Dal suono al segnale digitale
Novembre 2012 7ing Roberto SPEDICATO
Suonoonda dipressionedell’aria Microfono
Converte il suono in segnale elettrico
Cavo elettrico 1Trasporta il segnale elettrico analogico fino al ADC
Analog toDigitalConverter
Cavo elettrico 2Trasporta il segnale elettrico digitale verso il computer
Scheda audio PCConverte il segnale elet. in segnale digitale
Il convertitore Analogico/Digitale (ADC) alloggiato nella scheda audio consente digitalizzare il segnale proveniente dal microfono
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Campionamento
Novembre 2012 8ing Roberto SPEDICATO
Il campionamento consiste nel prelevare, ad istanti regolari, un campione dell’ampiezza della curva che rappresenta il suono.
Maggiore è il n. di campioni in 1 secondo, più fedele sarà il suono.
Si definisce Sampling Rate (SR) la frequenza di campionamento
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Campionamento
Novembre 2012 9ing Roberto SPEDICATO
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Quantizzazione
Novembre 2012 10ing Roberto SPEDICATO
Quantizzare significa suddividere le ampiezze del segnale (sull’asse Y) in un certo n. di valori, a seconda del n. di bit utilizzati per la codifica (è detta anche profondità di bit).
- a 8 bit si hanno 28 = 256 valori,
- a 16 bit si hanno 216 = 65356 valori da assegnare alla forma d’onda.
Avere un suono stereo richiede, poi, di digitalizzare 2 canali (destro e sinistro).
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Il BIT-RATE indica il numero di bit per secondo (Kbps) che vengono prodotti dalla digitalizzazione del suono. È anche il flusso di bit che vengono letti dalla scheda audio in 1 sec.
Bit-rate=N. di campioni/s * profondità di bit * n. di canali
es. di Bit –rate per CD Audio 44.100 campioni * 16 bit * 2 canali = 1,41 Mbps
BIT - RATE
Novembre 2012 11ing Roberto SPEDICATO
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Riproduzione del Suono
Novembre 2012 12ing Roberto SPEDICATO
Suonoonda dipressionedell’aria
Cavo elettrico 2Trasporta il segnale elettrico analogico fino alla cassa
Digital toAnalogConverter
Cavo elettrico 1Trasporta il segnale elettrico digitale verso il DAC della scheda audio
Cassa AcusticaTrasforma il segnale elettrico analogico in suono
Il processo inverso, che trasforma l’informazione (cioè il segnale elettrico) da digitale ad analogica è svolto dal D.A.C. (Digital to Analog Converter), posto nella scheda audio; tale segnale viene successivamente trasformato in onda sonora dalle casse acustiche.
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L’orecchio umano riesce a udire suoni da 20 Hz a 20KHz con una sensibilità maggiore nell’intervallo tra 2 e 4 KHz
(la voce umana in genere varia da 500 Hz a 2KHz) Per il teorema di Shannon-Nyquist la frequenza di
campionamento di un’onda sonora deve essere almeno doppia rispetto alla massima frequenza da riprodurre.
Campionamento CD Audio
Novembre 2012 13ing Roberto SPEDICATO
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Per la voce un campionamento accettabile è di 8 bit a 22 KHz
1 minuto di audio digitale stereo a 44.100 Hz equivalgono a circa 10 Mbyte per questo motivo in un Cd audio trovano posto circa 70 min. di musica.
Produzione del Suono
Novembre 2012 14ing Roberto SPEDICATO
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Esempi di Digitalizzazioni
Novembre 2012 15ing Roberto SPEDICATO
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SW per editing audio
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Immagini digitali
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LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Anche le immagini possono essere memorizzate in forma numerica (digitale) suddividendole in milioni di punti, per ognuno dei quali si definisce il colore in termini numerici.
Ogni quadratino di questa griglia prende il nome di pixel (picture
element). Ad ogni pixel può essere assegnato un valore binario ad es. 0 se nel quadratino prevale il bianco e 1 se nel quadratino prevale il grigio.
Novembre 2012 19ing Roberto SPEDICATO
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LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Contando i quadratini dalla riga in basso e da sinistra, si può assegnare a questa figura geometrica la seguente serie di bit: 0000000000 0111111110 011110000 0110000000 0000000000
Che si memorizza in un file con nome ed estensione, es. rettangolo.bmp
0000000000
0111111110
0000111110
0000000110
0000000000
Novembre 2012 20ing Roberto SPEDICATO
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LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
0000000000 0111111110 011110000 0110000000 0000000000
0000000000
0111111110
0000111110
0000000110
0000000000
Novembre 2012 21ing Roberto SPEDICATO
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LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Aumentando il numero dei quadratini, (pixel) in cui scompongo l’immagine la digitalizzazione sarebbe più precisa
11111111111111111111
1111111111
111
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LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Quindi con 1 bit per pixel potrei codificare assenza o presenza di nero. Ma anche le immagini in bianco e nero hanno diverse sfumature (livelli di grigio).
Novembre 2012 23ing Roberto SPEDICATO
Quindi, se usassi 2 bit per descrivere ogni pixel avrei la possibilità di diversificare 4 tonalità di grigio diverse
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LA CODIFICA DELLE IMMAGINI
Assegnando 8 bit (un byte) ad ogni pixel posso differenziare 256 livelli di grigio.
E per le immagini a colori?
Novembre 2012 24ing Roberto SPEDICATO
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DEFINIZIONE DEI COLORI
In ogni punto, per rappresentare un qualsiasi colore dello spettro, è sufficiente definire l’intensità dei 3 colori fondamentali.
Il numero di bit utilizzati per rappresentareil colore di un singolo pixel si chiama PROFONDITA’ DEL COLORE
Disponendo di un byte per ogni componente di colore, potremo rappresentare 256*256*256 = 16.777.216 colori.
Novembre 2012 25ing Roberto SPEDICATO
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Bitmap o Raster
Ciascun pixel contenuto in una immagine bitmap (mappa di bit) o raster (linee orizzontali tracciate elettronicamente) possiede 4 proprietà fondamentali:
Dimensione (Risoluzione)
Tonalità
Profondità di colore
Posizione
Novembre 2012 26ing Roberto SPEDICATO
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Dimensione-Risoluzione
tutti i pixel contenuti in una immagine digitale hanno dimensioni identiche. La loro dimensione è determinata dalla risoluzione alla quale l’immagine viene digitalizzata
Es. 600 ppi (points per inch=punti per pollice) indica che ciascun pixel misura 1/600 di pollice
(1 pollice = 2,54 cm)
Novembre 2012 27ing Roberto SPEDICATO
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Risoluzione
Risoluzione
La 1a immagine vista a differenti risoluzioni
Novembre 2012 28ing Roberto SPEDICATO
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Alta e Bassa Risoluzione
Novembre 2012 29ing Roberto SPEDICATO
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Alta e Bassa Risoluzione
Novembre 2012 30ing Roberto SPEDICATO
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Tonalità
I dispositivi di digitalizzazione assegnano un solo colore o valore di grigio a ciascun pixel, l’illusione dei toni continui si ottiene quando i pixel sono piccoli e quelli adiacenti variano leggermente l’uno dall’altro
Novembre 2012 31ing Roberto SPEDICATO
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Profondità di colore
È il numero di bit che viene assegnato a ciascun canale RGB del pixel, ciò determina quanti valori diversi può assumere il colore in quel pixel.
Es. con 8 bit per oguno dei colori: Rosso, Verde e Blu si ottengono 224=oltre 16 milioni di colori
2 bit 4 bit 8 bit 24 bit
Novembre 2012 32ing Roberto SPEDICATO
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Posizione
Sono le coordinate di riga
e colonna che ne
stabiliscono la posizione
all’interno della griglia in cui
è stata suddivisa l’immagine
Novembre 2012 33ing Roberto SPEDICATO
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DEFINIZIONE DEI COLORI
Novembre 2012 34ing Roberto SPEDICATO
Il colore è un’importante informazione per la rappresentazione di una immagine
Per poter rappresentare un colore esistono diversi modelli.
Indipendentemente dalla natura fisica del colore esistono diversi metodi per la definizione dei colori:
HSB (Hue, Saturation, Brightness = Tinta, Saturazione, Brillantezza) RGB (Red, Green, Blue) CMYK (Cyan, Magenta,Yellow e Black)
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Combinazioni di colori-RGB
Il più diffuso è il modello RGB, acronimo di Red Green Blue.
Tale modello è detto additivo, in quanto sfrutta il fatto che ogni colore è rappresentabile come somma di una certa quantità di rosso, di verde e di blu.
I colori fondamentali Red Green Blue sono usati per produrre luminosità, come nell’immagine accanto, dalla cui massima combinazione deriva il bianco (usato, ad es., per i colori su monitor)
Novembre 2012 35ing Roberto SPEDICATO
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Grigio scuro303030
Blu25500
Verde02550
Rosso00255
Nero000
Bianco255255255
Colori risultanti
3°byte
blu
2° byte
verde
1° byte
Rosso
Novembre 2012 36ing Roberto SPEDICATO
Combinazioni di colori-RGB
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Combinazioni di colori-CMYK
Oppure i colori utilizzati possono essere il Ciano Magenta e Giallo (CMY) usati per
sottrarre luminosità, come nel caso della combinazione, dalla cui massima combinazione deriva il nero (usato, ad esempio, per produrre delle stampe su carta).
Per esaltare il colore nero, alle stampanti si aggiunge una cartuccia di colore nero=BlaK a ciano, magenta e giallo, da cui lo standard CMYK
Novembre 2012 37ing Roberto SPEDICATO
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Il modello HSB
Novembre 2012 38ing Roberto SPEDICATO
Nel modello HSB ogni colore è espresso da 3 numeri che indicano: tinta, saturazione e luminosità. La Tinta (Hue, pronnucia=hiu), esempio: rosso, giallo, verde, blu,
viola, ecc... , viene espressa in valori compresi tra 0° e 360° misurato sulla ruota dei colori, partendo dal rosso a 0° e 360°, il giallo a 120° e cosi via.
La Saturazione è la quantità di colore: - saturazione bassa = colori pastello, - saturazione alta = colori accesi. - Viene compresa fra 0 (assenza di colore) e 255 (colore pieno). La Luminosità è la quantità di bianco presente nel colore. Può essere aumentata aggiungendo più bianco oppure diminuita aggiungendo più nero. I valori della luminosità vanno da 255 (bianco) a 0 (nero).
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DEFINIZIONE DEI COLORI
Poiché si utilizzano 3 byte per rappresentare ogni pixel, queste immagini vengono definite a 24 bit.
Una immagine a colori di 100x100 pixel avrà bisogno di
100 x 100 x 3 byte = 30.000 byte di memoria.
Novembre 2012 39ing Roberto SPEDICATO
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B/N
1 canale
1 bit per canale
b/n
81 kbyte
Scala di grigi
1 canale
8 bit
256 toni di grigio
638 Kbyte
Scala di colore
1 canale
8 bit
256 colori
638 Kb
RGB
3 canali
8 bit
16 mil. Di colori 1870 Kb
CMYK
4 canali,
8 bit per canale
2490 Kb
Novembre 2012 40ing Roberto SPEDICATO
Differenti scale di colori
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Risoluzione delle immagini
La Risoluzione di un’immagine rappresenta il numero di punti, calcolato come Numero Colonne x Numero Righe, la (es. 640x480).La risoluzione può venire espressa, però, anche in:- ppi (point per pollice) o- dpi (dot per inch) (es. 300 dpi)
Novembre 2012 41ing Roberto SPEDICATO
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Bitmap e Risoluzione
Il formato di rappresentazione per punti che
abbiamo visto è definito BITMAP (o RASTER).
È particolarmente adatto per riprodurre
fotografie, dipinti e tutte le immagini per le quali
ogni punto è significativo e deve essere descritto
da un singolo elemento indipendente.
Novembre 2012 42ing Roberto SPEDICATO
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Immagini Vettoriali
Per immagini più simili a disegni che a
fotografie, è possibile definire la figura intermini matematici: oggetti geometrici dibase, quali curve, cerchi, ellissi, rettangoli,linee, ecc..
Tale tipo di rappresentazione
d’immagini si definisce vettoriale.
In tale formato è presente tutta l’informazione necessaria a riprodurre l’immagine, a prescindere dalle dimensioni, pertanto si elimina il problema legato al rapporto tra risoluzione e definizione (per ingrandire o ridurre si agisce sulle coordinate).
In più avrà un minor ingombro di memoria.
Il formato vettoriale non si presta per rappresentare immagini composte da continue variazioni di colore, quali ad esempio le fotografie.
Novembre 2012 43ing Roberto SPEDICATO
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Formati dei File Grafici
I principali “formati” dei file grafici suddivisi in 2 categorie fondamentali:
I formati adatti alla stampa (.tif o .tiff, .eps, )
I formati per la multimedialità e la visione in rete (.jpg o .jpeg, .gif, .bmp)
Novembre 2012 44ing Roberto SPEDICATO
http://www.fileinfo.com/filetypes/raster_image
http://www.fileinfo.com/filetypes/vector_image
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Formati per la stampa - TIFF
TIFF (.tif) Tagged Image File Format
Si tratta di un formato molto versatile che permette di salvare le immagini in varie modalità: bianco e nero, scala di grigio, colori RGB, colori CMYK.
Si può inoltre usare un sistema di compressione non distruttiva, che non elimina alcuna informazione né degrada la qualità dell’immagine chiamato LZW (Lempel-Ziv-Welch) e che riduce le dimensioni del file di circa il 50%
Novembre 2012 45ing Roberto SPEDICATO
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Formati per la stampa-EPS
EPS (.eps) Encapsulated PostScript File
Impiegato inizialmente per i disegni vettoriali si è poi diffuso come standard anche per le immagini raster.
Deriva dal linguaggio per stampanti PostScript
Include nel file una anteprima, che può essere utile ma ne aumenta le dimensioni.
Novembre 2012 46ing Roberto SPEDICATO
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Formati per Internet e la multimedialità:
JPEG (.jpg, .jpeg) Joint Photographic Expert Group
Ha una compressione con ”perdita di dati”
La sua principale caratteristica è quella di poter scegliere il livello di compressione e di modulare quindi il rapporto tra qualità dell’immagine e dimensioni del file.
Novembre 2012 47ing Roberto SPEDICATO
Formati dei File Grafici- JPG
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Formati dei File Grafici- JPEG
Compressione distruttiva significa che ad ogni nuovo salvataggio del file si produce una ulteriore compressione, e un ulteriore deterioramento dell’immagine.
È riconosciuto dalla maggioranza dei sw di elaborazione e costituisce uno standard web per le immagini fotografiche.Per le sue caratteristiche viene utilizzato come formato finale e non si presta a successive elaborazioni.
L’algoritmo che adotta, opera per differenze su aree, quindi può riprodurre fedelmente, con ottimi rapporti di compressione, immagini con gradazioni e sfumature di colore, o ad “alto rumore” mentre risulta particolarmente distruttivo ed inadeguato nella rappresentazione di campiture uniformi.
le scritte sono inadatte al jpeg
1°
Salv
ata
gg
io2°
Salv
ata
gg
io3°
Salv
ata
gg
io
Novembre 2012 48ing Roberto SPEDICATO
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Formati dei File Grafici- GIF
Formati per Internet e la multimedialità:
GIF (.gif) - Graphics Interchange Format
È un formato relativamente povero, in quanto riduce a 256 la gamma dei colori, utilizzando una codifica che si basa sul’uso di una PALETTE
Trova largo uso in Internet per la rappresentazione di elementi grafici come pulsanti, scritte, logo e animazioni. Permette inoltre di rendere gli oggetti “trasparenti” e di poterli quindi integrare con gli sfondi di una pagina web.
Novembre 2012 49ing Roberto SPEDICATO
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Formati per Internet e la multimedialità:
BMP (.bmp) - Bitmap
Sviluppato per essere compatibile con tutte le applicazioni Windows.
Può salvare in b/n , in scala di grigi, in scala di colore e in RGB, ma non in CMYK.
Non essendo dotato di compressione produce file di dimensioni consistenti.
Novembre 2012 50ing Roberto SPEDICATO
Formati dei File Grafici- BMP
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VIDEO E ANIMAZIONI
Per rappresentare una sequenza di immagini si possono memorizzare tutti i fotogrammi uno dietro l’altro.
Oppure, per ridurre la quantità di informazioni del filmato, si può memorizzare il primo fotogramma e poi registrare solo le modifiche rispetto ai fotogrammi precedenti.
È inoltre possibile comprimere le informazioni residue ignorando le variazioni di colore così piccole da non poter essere colte dall’occhio umano in un’immagine in movimento.
Ma tutto questo verrà approfondito in altra occasione
Novembre 2012 51ing Roberto SPEDICATO
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Novembre 2012 52ing Roberto SPEDICATO
FineGrazie per la cortese
attenzione !!!