Rappresentare l'informazione multimediale: digitalizzazione colori e JPEG

Rappresentare l'informazione multimediale

Digitalizzare i colori

Rappresentazione dei colori RGB un colore è specificato da tre componenti: rosso, verde e blu l'intensità di ogni colore è rappresentata da una quantità (da 0 a 255)

Intensità dei colori

Ogni intensità RGB è rappresentata da un byte l'intensità più bassa è 0000 0000 la più alta è 1111 1111 L'intervallo dei valori va da 0 a 255

Colori nero e bianco

Il nero corrisponde all'assenza di colore 00000000 00000000 00000000 Il bianco corrisponde alla massima intensità di tutti i componenti 11111111 11111111 11111111

Grigi

Un grigio corrisponde alla stessa intensità di tutti i componenti 11011000 11011000 11011000 ogni byte corrisponde (152)10 i colori con componenti RGB uguali sono il nero, il bianco e i grigi

Sintesi dei colori

Red Green Blue (RGB)"RGB illumination" by en: User: Bb3cxv - on.jpg. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RGB_illumi= 1Pixel

Decimale a binario

numero da convertire 365 109 109 45 13 13 5 1 1 valore della posizione 256 128 64 32 16 8 4 2 1 sottrazione 109 45 13 5 1 0 numero binario 1 0 1 1 0 1 1 0 1

Conversione decimale a binario

numero da convertire 365 109 109 45 13 13 5 1 1 valore della posizione 256 128 64 32 16 8 4 2 1 sottrazione 109 45 13 5 1 0 numero binario 1 0 1 1 0 1 1 0 1

365 182 1 91 0 45 1 22 1 11 0 5 1 2 1 1 0 0 1 (365) 10 = (101101101)2

Modificare un colore

Aumentare l'intensità con un'addizione binaria p.e .: per ottenere un grigio più chiaro, incrementare i valori per avvicinarsi al bianco

Addizione binaria

È simile all'addizione decimale da destra a sinistra sommando le cifre nelle colonne La somma di una colonna può essere di una sola cifra: 1+0=1 causare un riporto 1+1=10, 0 con riporto di 1

Schiarire sommando 100

00000000 00000000 00000000 00000000 + 01100100 = 01100100 01100100 01100100 01100100

Schiarire sommando 100 (secondo esempio)

01100100 01100100 01100100 riporto riporto 01100100 + 01100100 = 11001000 11001000 11001000 11001000

Overflow

I computer utilizzano sequenze di bit di dimensioni prefissate Cosa succede quando c'è il riporto del bit più a sinistra?

Errori di overflow

il computer segnala quando il calcolo in esecuzione genera un overflow error; Sta al programmatore prevederlo e gestirlo

Emettere un suono

Un oggetto produce suono vibrando all'interno di un mezzo come l'aria onde di pressione sono emanate dall'oggetto Le vibrazioni si trasmettono nell'aria

Onda sonora

pressione del suono Tono: frequenza dell'onda tempo Volume: ampiezza dell'onda

Da analogico a digitale

Digitalizzare informazioni continue bisogna convertirle in bit Esprimere con un numero l'ampiezza Quando eseguire le misure? non possiamo registrare ogni punto dell'onda

Campionamento

Si prendono le misure a intervalli regolari Frequenza di campionamento il numero di misurazioni al secondo maggiore è la frequenza, più accurata sarà la registrazione

Esempio di campionamento

pressione del suono tempo

Quale frequenza di campionamento?

Frequenza di campionamento legata a quella dell'onda una frequenza troppo bassa potrebbe perdere dettagli che "si infilano" tra un campione e l'altro

Regola di Nyquist

Frequenza di campionamento almeno il doppio di quella dell'onda da registrare l'uomo può percepire suoni fino a 20.000Hz, un campionamento di 40.000Hz è sufficiente la frequenza CD standard è 44.100Hz

Conversioni

Quanti bit per campione? Quanto dev'essere accurato un campione? i bit devono rappresentare i valori sia positivi che negativi più bit ci sono, più è accurato il campione

Campione CD

La rappresentazione digitale dei CD audio utilizza 16 bit registra 65.536 livelli, la metà per i valori positivi e altrettanti per quelli negativi

Accuratezza del campione

pressione del suono tempo pressione del suono - tempo

Accuratezza del campione (secondo esempio)

pressione del suono - tempo pressione del suono tempo

Compressione

Cambiare la rappresentazione usare un numero inferiore di bit Lossless: senza perdita di dati l'originale può essere ricostruito perfettamente Lossy: con perdita di dati l'originale non può essere ricostruito perfettamente

Compressione run-length

Codifica lossless La lunghezza della prima sequenza di pixel con lo stesso colore, seguita dalla lunghezza della prima sequenza di pixel con lo stesso colore, seguita ...

255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0, 0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255, 0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;255,0,0;25 5,0,0;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,2 55;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255 ;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;2 55,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255 ,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;255,255,255;0,255, 0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,25 5,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,2 55,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;0,255,0;colore RGB cod 255,0,0 1 255,255,255 2 0,255,0 3 255,0,0=1;255,255,255=2;0,255,0=3[15×9]45:1,45:2,45:3

colore RGB cod 255,0,0 1 255,255,255 2 0,255,0 3 255,0,0=1;255,255,255=2;0,255,0=3[15x9]5:3,5:2,5:1,5:3,5:2,5:1,5:3,5:2,5:1,5:3,5:2,5:1,5:3,5:2,5:1,5:3,5:2,5:1,5:3,5:2,5:1, 5:3,5:2,5:1,5:3,5:2,5:1

JPEG

Utilizzata per le immagini fisse Fisiologia degli occhi non sono sensibili alle piccole variazioni di colore, sono sensibili alle piccole variazioni di luminosità Descrizione meno accurata del colore Compressione 20:1 senza variazioni percepibili

Dimensioni immagine originale e compressa

originale 400x300 202 KB compressione 10:1 20KB

Compressione 10:1 e 20:1

compressione 10:1 20KB compressione 20:1 10KB

Compressione 20:1 e 25:1

compressione 20:1 10KB compressione 25:1 1KB

Compressione MPEG

La stessa idea di JPEG, ma applicata ai filmati la compressione JPEG, è applicata a "ogni frame"

Compressione MPEG (dettagli)

In genere due immagini consecutive sono molto simili memorizza solo "la differenza" tra due fotogrammi consecutivi un fotogramma completo (JPEG) ogni 5

Problemi del multimedia

Latenza di trasmissione tempo di trasmissione limite minimo: velocità della luce Ampiezza di banda quantità di dati per unità di tempo

Principio del mezzo

universale indifferente I bit non hanno un significato intrinseco: sono dati I bit possono rappresentare tutto ogni sorta di informazione discreta Una volta rappresentato può essere manipolato