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Codifica dell’informazione
19/2/2013Informatica applicata alla
comunicazione multimedialeCristina Bosco
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Informatica e informazione
L’informatica è• lo studio degli algoritmi … che
elaborano l’informazione• è la scienza della rappresentazione e
dell’elaborazione dell’informazione• che si occupa anche della
trasmissione dell’informazione
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Supporti e informazione
• L’informazione presuppone la presenza di un supporto (fisico) accessibile su cui essa è mantenuta e/o esibita
• La stessa informazione può essere disponibile su supporti diversi
• Lo stesso supporto può portare informazioni diverse
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Supporti e informazione
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Supporti e informazione
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Supporti e informazione
Non tutti i supporti sono adatti a portare tutte le informazioni
Un supporto può contenere una informazione solo se può assumere configurazioni differenti
Ad ogni configurazione del supporto corrisponde una informazione
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Supporti e informazione
Il rapporto tra supporto ed informazione è complesso e comporta
• CODIFICA, quando l’informazione viene scritta su un supporto
• DECODIFICA, quando l’informazione viene letta da un supporto
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Codifica e decodifica
il numero 10
il numero 10
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Codifica e informazione
Ogni codifica comporta la definizione di 3 cose:
• quali sono i simboli accettabili (alfabeto)
• quali sono le configurazioni di simboli accettabili (sintassi)
• quali sono le convenzioni per l’associazione all’informazione delle configurazioni accettabili (semantica)
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Codifica e informazione
• Simboli: I, V, X, …
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Codifica e informazione
• Simboli: I, V, X, …• Sintassi: IV, I, IIV*, VX*, VIIIIIII*, …
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Codifica e informazione
• Simboli: I, V, X, …• Sintassi: IV, I, IIV*, VX*, VIIIIIII*, … • Semantica:I II III IV V VI …
1 2 3 4 5 6
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Codifica e informazione
Il tipo di una codifica si può definire sulla base del numero di simboli che la codifica utilizza, per questo si dice che una codifica è IN BASE n (dove n = numero di simboli)
es: codifica decimale --> 10 simboli diversicodifica esadecimale --> 16 simboli diversi
…
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Codifica e informazione nel computer
Il computer utilizza una codifica BINARIA, cioè basata su 2 soli simboli diversi:
tutte le informazioni che il computer elabora sono codificate in sequenze in cui compaiono solo ed esclusivamente 2 diversi simboli
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Codifica e informazione nel computer
Le caratteristiche della codifica BINARIA utilizzata dal computer sono:
• Simboli: 0, 1 (dei dispositivi bistabili)• Sintassi: qualunque sequenza dei simboli • Semantica: numeri, lettere, immagini,
suoni associati alle sequenze accettabili tramite CODIFICHE apposite
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Codifica numerica decimale• 10 Simboli: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9• Convenzione:
cn-1 cn-2 … c1 c0
=cn-1x10n-1 + cn-2 x10n-2 … c1 x101 + c0 x100
•Es: 325 = 3x102 + 2x101 + 5x100
= 300 + 20 + 5
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Codifica numerica
Per la codifica dei numeri esiste una REGOLA (algoritmica) che permette di associare un numero ad una sequenza di cifre in base n
Questa regola vale indipendentemente da quale è il valore di n
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Codifica numerica
Ogni numero, codificato in base n, si ottiene applicando 2 operazioni:
1. Moltiplicazione della cifra ci (in posizione i) per la base (n) elevata ad i
2. Somma di tutti i risultati ottenuti al passo precedente
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Regola per la codifica numerica decimale
E’ la regola che abbiamo applicato per decodificare un numero in codifica decimale:
3251. Moltiplicazione della cifra ci (in posizione i)
per la base (n) elevata ad i
= 3x102 + 2x101 + 5x100
1. Somma di tutti i risultati ottenuti al passo precedente
= 300 + 20 + 5
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Codifica numerica binaria• 2 Simboli: 0, 1 (base 2)• Convenzione:
cn-1 cn-2 … c1 c0 =
cn-1x2n-1 + cn-2 x2n-2 … c1 x21 + c0 x20
• Es: 0101 = 0x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20
= 0 + 4 + 0 +1 = 5
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Codifica numerica binaria• Es:
010100011110 = ???
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Codifica numerica binaria• Es:
010100011110 =1.310
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Quantità di informazione
Il numero di diverse configurazioni che un supporto può assumere
determina
quante informazioni diverse sono rappresentabili tramite il supporto
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Quantità di informazione
Il numero di bit utilizzati per rappresentare numeri
determina
il numero di numeri rappresentabili dal computer
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Quantità di informazione
BIT CO. In codifica binaria
1 2 0, 1
2 4 00, 01, 10, 11
3 8 000, 001, 011, 010, 111, 110, 101, 100
…
n 2n
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Qualità di informazioneIl numero di diverse configurazioni che
un supporto può assumere determina quali informazioni diverse sono rappresentate
• Date n cifre decimali si possono rappresentare i numeri da 0 a 10n-1
• Date n cifre binarie si possono rappresentare i numeri da 0 a 2n-1
![Page 27: Codifica dell’informazione 19/2/2013 Informatica applicata alla comunicazione multimediale Cristina Bosco](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070313/5542eb6a497959361e8d67dd/html5/thumbnails/27.jpg)
Qualità di informazione
Il numero di bit determina il numero massimo rappresentabile:
• Con 8 bit rappresentiamo i numeri da 0 a 28-1 (=255)
• Con 4 byte (=32 bit) rappresentiamo i numeri da 0 a 232-1 (=4.294.967.295)
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Codifica di caratteri
Si utilizzano tabelle:• Codice ASCII standard > 7 bit > 128
caratteri• Codice ASCII esteso > 8 bit > 256
caratteri (anche lettere accentate)• Codice UNICODE > 16 bit > 65.536
caratteri (anche lettere di altri alfabeti)
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Codice ASCII
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Codifica digitale
Come è possibile codificare in forma BINARIA immagini e suoni
???
Tramite la DIGITALIZZAZIONE che consiste nel discretizzare i valori
approssimandoli
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Digitalizzazione
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Digitalizzazione
• Si dividono i valori in n sottoinsiemi (X1, X2, … Xn)
• Si codificano nello stesso modo tutti i valori compresi nel sottoinsieme Xi
• Aumentando n si migliora l’approssimazione e si riduce la perdita di informazione (l’informazione originale e quella decodificata sono più simili)
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Codifica di immagini
L’immagine viene digitalizzata:
• Suddivisione dell’immagine tramite griglia > risoluzione = precisione con cui viene effettuata la suddivisione
• Ogni quadratino della griglia corrisponde ad un pixel codificabile in binario
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Codifica di colori
La codifica dei pixel comporta la codifica del colore:
Pixel in bianco/nero > 1 bitPixel in colore >
4 bit = 16 colori 8 bit (1 byte) = 256 colori
24 bit (3 byte) = 16.000.000 di colori
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Codifica di colori
La codifica RGB (red green blue):
Ogni colore è una tripla (x,y,z) dove x = intensità del rossoy = intensità del verdez = intensità del blu
e dove x y e z sono numeri (esadecimali)
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Codifica di immagini e colori
La precisione della codifica
dipende
dal numero di pixel in cui è suddivisa e dal numero di colori
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Codifica di immagini e spazio
BITMAP (.bmp):• Codifica di ogni pixel dell’immagine• Occupa molto spazio di memoria• Lo spazio di memoria occupato da ogni
pixel dipende dal numero di colori che il pixel può assumere
![Page 38: Codifica dell’informazione 19/2/2013 Informatica applicata alla comunicazione multimediale Cristina Bosco](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070313/5542eb6a497959361e8d67dd/html5/thumbnails/38.jpg)
Codifica di immagini e spazio
Quanto spazio occupa una BITMAP (.bmp):
1. Calcolare il numero dei pixel (= risoluzione orizzontale x risoluzione verticale)
2. Moltiplicare il numero dei pixel per il numero di bit necessari a codificare un pixel (in base al numero dei colori)
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Codifica e compressioneLa compressione riduce drasticamente lo
spazio occupato da una immagine
La compressione sfrutta:• Il fatto che punti vicini hanno lo stesso
colore• La percezione umana non percepisce
riduzioni di fedeltà (65.535 ~ 16.000.000)
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Tipi di compressioneLossless compression: • aree contenenti pixel dello stesso colore
sono codificate in modo compatto • Compressione limitata ma reversibile
Lossy compression: • Compressione elevata (riduzione fino a
10 volte) ma parzialmente irreversibile
![Page 41: Codifica dell’informazione 19/2/2013 Informatica applicata alla comunicazione multimediale Cristina Bosco](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070313/5542eb6a497959361e8d67dd/html5/thumbnails/41.jpg)
Tipi di compressioneLossless compression: • aree contenenti pixel dello stesso
colore sono codificate in modo compatto
![Page 42: Codifica dell’informazione 19/2/2013 Informatica applicata alla comunicazione multimediale Cristina Bosco](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070313/5542eb6a497959361e8d67dd/html5/thumbnails/42.jpg)
Formati compressiLossless compression: • RLE (rule length encoding):
PCX, GIF
Lossy compression: • JPG, PNG, TIFF
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Immagini in movimento e spazio
L’immagine in movimento è memorizzata come sequenza di fotogrammi
ES: immagini televisive25/30 fotogrammi/sec576/720 risoluzione del fotogramma16 bit colore di ogni pixel
![Page 44: Codifica dell’informazione 19/2/2013 Informatica applicata alla comunicazione multimediale Cristina Bosco](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070313/5542eb6a497959361e8d67dd/html5/thumbnails/44.jpg)
Compressione di movimento• Applicazione di tecniche per immagini
fisse• Memorizzazione incompleta di
fotogrammi (solo differenze dal fotogramma precedente)
• Formati: AVI, FLI, MOV, MPEG
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Codifica di suoni• Si fanno dei campionamenti dell’onda
sonora (misurazione del valore dell’onda a intervalli regolari di tempo)
• Si codificano in forma digitale i dati campionati (16 bit)
• La maggiore frequenza di campionamento coincide con una maggiore precisione della codifica (10.000-40.000camp/sec)
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Formati di codifica di suoni• WAVE, non compresso• MPEG (lo stesso del video) in versione
MP3 con fattore di compressione 12:1(es. un file Wave di 50.000.000 di byte ne occupa meno di 5.000.000 in MP3)
• MIDI