Codifica delle Informazioni: Rappresentazione Digitale di Dati e Testi

INDICE

• 1. La conversione analogico-digitale
• 2. La codifica dei dati
• 3. La codifica dei testi
• 4. La codifica delle immagini
• 5. La codifica dei suoni
• 6. Esercitiamoci

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La conversione analogico-digitale

La conversione analogico-digitale è un procedimento che associa a un segnale analogico (a tempo continuo e a valori continui) un segnale numerico (tempo discreto e a valori discreti).

Digitale Analogico segnale segnale tempo tempo

La codifica dei dati

Ogni giorno scambiamo informazioni che possono essere numeriche o alfabetiche. Le informazioni che vengono gestite nell'elaboratore sono rappresentate come sequenze di 0 e 1. processo attraverso cui si fa corrispondere ad un'informazione una configurazione di bit, prende il nome di codifica dell'informazione.

Esercizio sulla codifica dei dati

Quanti bit occorrono per codificare le 26 lettere dell'alfabeto? · con 1 bit [0,1] potrò codificare solo 21=2 lettere: A=0 e B=1 · con 2 bit potrò codificare 22=4 lettere: A=00, B=01, C=10 e D=11 · con 3 bit potrò codificare 23=8 lettere: A=000, B=001, C=010, D=011, ... Quanti bit serviranno per codificare 26 lettere ?

Soluzione dell'esercizio sui bit

Per codificare le 26 lettere servono 5 bit! 4 bit non sono sufficienti perché otteniamo solo 24 = 16 configurazioni diverse, mentre con 5 bit ne otteniamo 25=32 > 26

Esercizio sulla rappresentazione delle informazioni

Dati 6 bit per la codifica, quante informazioni distinte si possono rappresentare ?

Soluzione dell'esercizio sulla rappresentazione

Dati 6 bit per la codifica, quante informazioni distinte si possono rappresentare ? 26 = 64 informazioni distinte

La codifica dei testi

I testi possono essere considerati come sequenze di caratteri alfanumerici: letteri, numeri e simboli (come $, &, %, @, ecc) memorizzati attraverso sequenze di bit. Il codice ASCII (American Standard Code for Information Interchange) è una tabella che associa ad ogni carattere alfanumerico un codice di 8 bit.

Simbolo Codifica Decimale Simbolo Codifica Decimale 0100 0000 64 0110 0000 96 A 0100 0001 65 a 0110 0001 97 B 0100 0010 66 b 0110 0010 98 C 0100 0011 67 C 0110 0011 99 D 0100 0100 68 d 0110 0100 100 E 0100 0101 69 e 0110 0101 101 F 0100 0110 70 f 0110 0110 102 G 0100 0111 71 g 0110 0111 103 H 0100 1000 72 h 0110 1000 104 Essendo concepita negli Stati Uniti, la tabella ASCII non comprende le lettere accentate.

La codifica delle immagini

Digitalizzare un'immagine significa rappresentarla come una sequenza di 0 e 1. Per fare ciò, le immagini sono suddivise in piccoli puntini detti PIXEL (picture element) disposti in una griglia secondo righe e colonne, associati ciascuno ad un valore numerico che ne indica il colore.

Palette di colori RGB

RGB Additive color mixing La PALETTE di colori RGB (Red-Blue-Green) è la tavolozza cromatica che definisce le tonalità principali di un'immagine digitale.

¥007804 0 Rosso 120 Verse 212

Sistema di riferimento CMYK

Un altro sistema di riferimento per il colore è il metodo CMYK, in cui tutti i colori che possiamo creare si ottengono mescolando quantità diverse di azzurro (nella sua particolare variante del ciano), magenta, giallo e nero. Le quantità si misurano in percentuale: per ciascun canale avremo un valore compreso tra 0 e 100.

CMYK Subtractive color mixing Fa riferimento ai quattro colori e quindi spesso viene chiamato "quadricromia".

CMYK Key black C M Y K

Tipi di immagini digitalizzate

Esistono diversi tipi di immagini digitalizzate in base alla palette usata: · Immagini binarie: ogni pixel può essere solo bianco o nero, per codificare questo tipo di immagini serve solo un bit e per questo occupano meno spazio in memoria. · Immagini in scala di grigio: ogni tonalità di grigio è codificata con un certo numero di bit. · Immagini a pseudocolori: vengono codificati da 4 a 256 differenti colori ma non è possibile ottenere tutte le sfumature. · Immagini a colori: si usano 3 byte per ogni pixel (si possono codificare 16 milioni di colori).

Digitalizzazione di un'immagine su carta

Se andiamo a scansionare questa immagine su carta (utilizzando lo scanner, dispositivo di input che permette la digitalizzazione dell'immagine), l'immagine su carta verrà suddivisa mediante una griglia formata da righe orizzontali e verticali a distanza costante e ogni quadrato sarà un pixel. Successivamente sarà codificato in binario secondo la seguente convenzione: 0 per tutti i pixel in cui è predominante il bianco , 1 per tutti i pixel in cui è predominante il nero.

0 1 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 0 1 1 1 0 0 0 7 8 9 10 11 12 13 0 1 1 1 1 1 0 14 15 16 17 18 19 20 0 0 0 0 0 0 0 21 22 23 24 25 26 27

Risoluzione e dimensione in pixel

La risoluzione è il numero di pixel visualizzati sul monitor, espressi in termini di larghezza x altezza. Maggiore è il numero di pixel, maggiore è la risoluzione e maggiore sarà la qualità di un'immagine. L'unità di misura è il ppi (pixel per inch) o il dpi (dots per inch).

pixel su ciascuna linea 1980 x 1080 PIXEL numero di linee La dimensione in pixel è il numero di pixel che formano l'immagine.

Tecniche di compressione dell'immagine

Le tecniche di compressione dell'immagine riducono il numero di bit necessarie a memorizzare un'immagine e possono essere: · LossLess: non provocano perdita di informazione ed è possibile tornare alla dimensione originale (PNG, GIF) · Lossy: prevedono una perdita di qualità dell'immagine ma senza perdere il contenuto (JPEG) Per codificare un filmato, invece, basta digitalizzare tutti i suoi fotogrammi.

Codifica bitmap o raster

La rappresentazione di un'immagine mediante la codifica dei pixel, viene chiamata codifica bitmap o raster. Ma qual è la differenza tra queste 3 immagini?

Dettagli delle immagini

· La prima immagine a sinistra è a dimensione normale, · la seconda è ingrandita tre volte rispetto al normale e mostra un particolare del centro del fiore, · la terza immagine è ingrandita nove volte e fa vedere Più è alto il numero dei pixel e più dettagliata è l'immagine. Infatti, con pochi pixel a disposizione non è possibile rappresentare fedelmente un'immagine ricca di particolari.

La codifica dei suoni

Fisicamente un suono è rappresentato come un'onda sonora che descrive la variazione della pressione dell'aria nel tempo. Per codificare i suoni si effettuano i campionamenti sull'onda: cioè si misura il valore dell'onda a intervalli di tempi costanti e si codificano in forma digitale le informazioni estratte dai campionamenti.

7 t t t Onda sonora Campionamento di un'onda sonora Codifica digitale di un'onda sonora

Precisione e formati digitali audio

Minore è l'intervallo di tempo in cui l'onda viene campionata, maggiore sarà la precisione della sua rappresentazione digitale. Il numero di bit usati per ogni campionamento (di solito da 8 a 32) è la scala. Invece la frequenza di campionamento è l'intervallo che intercorre tra una misurazione e la successiva e si misura in Hz. I principali formati digitali audio sono: · WAV: permette di creare file di grandi dimensioni · MP3: riduce notevolmente la quantità di dati richiesti basandosi su un algoritmo di compressione · AAC: è un formato digitale di audio avanzato