Sistemi Multimediali PDF

Sistemi multimediali La digitalizzazione delle immagini, dei suoni e dei video La digitalizzazione delle immagini 2 La codifica delle immagini Le applicazioni multimediali utilizzano ed elaborano informazioni contenenti immagini, suoni, filmati. Per codificare...

Sistemi multimediali La digitalizzazione delle immagini, dei suoni e dei video La digitalizzazione delle immagini 2 La codifica delle immagini Le applicazioni multimediali utilizzano ed elaborano informazioni contenenti immagini, suoni, filmati. Per codificare le immagini in bianco e nero o a colori come informazioni digitali, bisogna individuare un certo numero di sfumature, gradazione colore differenti e di codificare ognuna mediante un'opportuna sequenza di bit. Il testo scritto è costruito accostando caratteri alfanumerici scelti da un opportuno alfabeto limitato (codifica ASCII), ma per le immagini, costituite da un insieme continuo di informazioni, non esiste un’unità minima di riferimento. Il problema è rendere digitale un'informazione prettamente analogica. 3 La codifica delle immagini Un’immagine è un’informazione continua in tre dimensioni, caratterizzate da: ★ due dimensioni spaziali ★ una dimensione colorimetrica La codifica di un’immagine necessita di tre discretizzazioni: ★ due discretizzazioni spaziali che riducono l’immagine a una matrice di punti ★ una discretizzazione colorimetrica che limita l’insieme di colori che ogni punto può assumere L’immagine digitale è quindi una matrice bidimensionale di numeri, ognuno dei quali rappresenta la misura di una proprietà fisica (il colore) di un’area elementare della scena rappresentata. 4 La generazione delle immagini Un’immagine digitale può essere generata mediante le seguenti modalità: ❖ acquisizioni tramite scanner di immagini analogiche, come le fotografie o le diapositive; ❖ fotografie digitali; ❖ applicazioni di grafica. Esistono numerose tecniche per la memorizzazione digitale e l’elaborazione di un’immagine: ❖ una prevede la scomposizione dell’immagine in una griglia di tanti elementi (punti o pixel) che sono l’unità minima di memorizzazione - immagini bitmap o raster; ❖ la seconda prevede la presenza di strutture elementari quali linee, circonferenze, archi, ecc.. - immagini vettoriali. 5 La definizione di un’immagine digitale Le immagini digitali o bitmap o raster sono formate da una griglia di piastrelle elettroniche colorate di forma quadrata o rettangolare di grandezza indefinita, detti pixel. La loro composizione, come un mosaico, ci restituisce l’immagine digitale. Il numero delle tessere può variare e la loro quantità si misura moltiplicando il numero di pixel orizzontali per il numero di pixel verticali. La definizione di un’immagine digitale è il numero dei pixel che la compongono, espressi in base per altezza. Le destinazioni di un’immagine digitale sono fondamentalmente due: lo schermo di un computer (o di un device mobile) oppure la stampa su supporto cartaceo. 6 La risoluzione di un’immagine digitale Il rapporto tra il numero di pixel o punti per unità di misura fissa (in genere il pollice), è la risoluzione dell’immagine. La risoluzione è quindi una misura della nitidezza dell’immagine e si misura in: ★ DPI o Dots Per Inch (punti per pollice): numero di punti stampati da una stampante su una linea lunga un pollice (2,54 cm). ★ PPI o Pixel Per Inch (pixel per pollice): numero di pixel contenuti in un singolo pollice di un'immagine visualizzata nel monitor di un computer. DPI (punti per pollice) e PPI sono la stessa cosa se si parla di schermi, mentre se si parla di stampa bisogna parlare sempre di DPI. 7 La risoluzione dello schermo Parlando di schermi, la risoluzione è misurata dal numero di pixel che questo è in grado di visualizzare. Un telefono, una TV o un monitor "grande", può avere la stessa risoluzione di uno piccolo. Ad esempio uno smartphone da 5” può avere la risoluzione di uno da 3” così anche se lo schermo è grande, le icone e lo spazio in cui muoverle sarà lo stesso di quello piccolo. La grafica in uno spazio più grande, a parità di risoluzione, è meno dettagliata perchè i pixel più distanti tra loro. La risoluzione, in relazione a qualsiasi tipo di immagine e di schermo, significa la capacità di risolvere i dettagli. La risoluzione dello schermo è molto diversa dalla dimensione dello schermo. Un computer portatile con dimensioni dello schermo 15.6" può avere numero di pixel 1366 x 768 HD (High Definition) oppure 1600 x 900 HD+ (High Definition +) o ancora 1920 x 1080 FHD (Full High Definition). A parità di dimensioni, una risoluzione più alta fa sembrare l'immagine dello schermo più piccola o più lontana, ma nello stesso tempo più nitida e più ricca di dettagli. 8 La profondità di un’immagine La profondità di un’immagine o profondità di colore indica sia il numero di bit necessari a rappresentare un singolo pixel di un’immagine bitmap sia il numero di bit usati per ogni componente di colore di un singolo pixel: ★ Se si fa riferimento a un pixel: la profondità è il numero di bit impiegati per pixel (bpp); ★ Se si fa riferimento a una componente di colore: la profondità è il numero di bit per componente, bit per canale di colore (tutte grandezze abbreviate con bpc). 9 La profondità: le tavolozze di colore Con le profondità di colore più basse, il valore memorizzato per ciascun bit è generalmente un indice in una mappa di colori, detta tavolozza o palette. I diversi tipi di profondità sono: 1 bpp (21 = 2 colori): grafica monocromatica, spesso in bianco e nero 2 bpp (22 = 4 colori): grafica CGA 4 bpp (24 = 16 colori): grafica EGA o VGA standard a bassa risoluzione 8 bpp (28 = 256 colori): grafica VGA ad alta risoluzione, Super VGA 10 La profondità dei canale di colore Con l'aumentare del numero di bit per pixel aumenta anche la quantità di colori possibili, rendendo sempre più scomodo l'uso delle tavolozze. Per le profondità più alte si codificano i colori direttamente nei valori corrispondenti alla luminosità relativa dei canali rosso, verde e blu secondo il modello RGB. ★ highcolor a 15 bpp utilizza 5 bit per canale di colore e quindi 25 = 32 livelli di luminosità che generano un totale di 32.768 colori possibili; highcolor a 16 bpp utilizza 5 bit per canale di colore rosso e blu e 6 bit per il verde, quindi 25 x 25 x26 = 65.536 colori possibili. ★ truecolor a 24 bit utilizza 8 bit per colore quindi può rappresentare più di 16,7 milioni di colori. permette di riprodurre immagini in modo molto fedele alla realtà arrivando a rappresentare 16,8 milioni di colori distinti. ★ colore a 32 bit corrisponde al truecolor con l'aggiunta di 8 bit che possono servire alla codifica del canale alfa, canale aggiuntivo che descrive il grado di trasparenza/opacità di ogni determinato pixel. ★ oltre il truecolor 11 Il metodo di colore Il metodo di colore o metodo di immagine determina il modo con cui colori si uniscono in base al numero di canali in un modello di colore. Diversi metodi di colore generano diversi livelli di dettaglio colore e dimensione del file: Metodo di colore RGB (milioni di colori) Metodo di colore CMYK (a quattro colori stampati) Metodo Scala di colore (256 colori) Metodo Scala di grigio (256 grigi) Metodo Bitmap (2 colori) Per i metodi di colore in Photoshop, consultare: https://helpx.adobe.com/it/photoshop/using/color-modes.html 12 Il metodo di colore RGB Il modello RGB assegna un valore di intensità a ogni pixel. Nelle immagini a 8 bit per canale i valori di intensità sono compresi tra 0 (nero) e 255 (bianco) per ogni componente RGB (rosso, verde, blu) di un’immagine a colori. Ad esempio, un colore rosso acceso ha un valore R di 246, un valore G di 20 e un valore B di 50. Quando i valori di tutti e tre le componenti sono uguali, il risultato è una tonalità di grigio neutro. Quando il valore di tutti e tre le componenti è 255, si ottiene il bianco puro; quando il valore delle tre componenti è 0, il nero puro. Le immagini RGB usano tre colori o canali per riprodurre i colori sullo schermo. Nelle immagini a 8 bit per canale, i tre canali generano 24 bit di informazioni sui colori per pixel (8 bit x 3 canali) e consentono di riprodurre fino a 16,7 milioni di colori per pixel. Nelle immagini a 48 bit (16 bit per canale) e a 96 bit (32 bit per canale) è possibile riprodurre un numero di colori per pixel addirittura superiore. Il modello RGB è il metodo predefinito per le nuove immagini di Photoshop e il metodo usato per la visualizzazione dei colori sui monitor. La gamma esatta di colori rappresentata dal modello RGB può variare a seconda dell’applicazione o del monitor in uso. 13 Il metodo di colore CMYK Con il metodo CMYK a ogni pixel viene assegnato un valore percentuale per ognuno degli inchiostri di quadricromia. Ai colori più chiari (luci) vengono assegnate percentuali basse dei colori degli inchiostri di quadricromia, mentre ai colori più scuri (ombre) vengono assegnate percentuali alte. Un rosso acceso, ad esempio, può contenere 2% di cyan, 93% di magenta, 90% di giallo e 0% di nero. Nelle immagini CMYK il bianco puro si ottiene assegnando il valore 0% a tutte e quattro le componenti Si ricorre al metodo CMYK per preparare un’immagine da stampare in quadricromia. Se un’immagine è inizialmente in RGB, è bene effettuare tutte le modifiche in RGB e convertirla in CMYK solo al termine del lavoro. Si può anche usare il metodo CMYK per lavorare direttamente con le immagini CMYK digitalizzate o importate da sistemi di fascia alta. Anche se è un modello di colore standard, la gamma esatta di colori rappresentati può variare a seconda delle condizioni di stampa e della macchina usata. 14 Il metodo Scala di colore Il metodo Scala di colore produce file di immagini a 8 bit con al massimo 256 colori. Quando converte un’immagine in Scala di colore, Photoshop crea una tavola di consultazione del colore (CLUT, Color LookUp Table), nella quale vengono memorizzati e indicizzati i colori dell’immagine. Se un colore usato nell’immagine originale non è incluso nella tavola, viene selezionato il colore più simile, oppure il colore viene simulato tramite dithering usando i colori disponibili. Nonostante la palette dei colori sia limitata, il metodo Scala di colore può ridurre le dimensioni dei file mantenendo la qualità visiva necessaria per presentazioni multimediali, pagine Web e simili utilizzi delle immagini. Tuttavia, questo metodo limita anche il numero di modifiche che si possono apportare all’immagine. 15 Il metodo Scala di grigio Il metodo Scala di grigio usa diverse sfumature di grigio in un’immagine. Le immagini a 8 bit possono avere fino a 256 sfumature di grigio. Ogni pixel di un’immagine in scala di grigio ha un valore di luminosità compreso tra 0 (nero) e 255 (bianco). Nelle immagini a 16 e 32 bit, il numero di sfumature è molto più elevato rispetto a quello delle immagini a 8 bit. I valori della scala di grigio possono anche essere calcolati come percentuale di copertura di inchiostro nero (0% corrisponde al bianco, 100% al nero). 16 Il metodo Bitmap Il metodo Bitmap usa uno di due valori cromatici (bianco o nero) per rappresentare i pixel di un’immagine. Nel metodo Bitmap le immagini sono a 1 bit, in quanto hanno una profondità di bit pari a 1. 17 La grafica raster Le immagini raster o bitmap sono formate da un insieme di pixel caratterizzati da una posizione, un colore e un'intensità del colore stesso. Durante l’elaborazione delle immagini bitmap, vengono modificati gruppi di pixel e non interi oggetti o forme: le immagini bitmap dipendono dalla risoluzione, in quanto contengono un numero finito di pixel. Per questo motivo possono perdere dettaglio e apparire dentellate (o pixelate o sgranate) se ingrandite eccessivamente sullo schermo o se stampate con una scarsa risoluzione. Alcuni formati di file bitmap sono: ❏.jpg, o jpeg (Joint Photographic Experts Group) ❏.gif (Graphics Interchange Format) ❏.tiff (Tagged Image File Format) ❏.png (Portable Network Graphics) 18 La grafica vettoriale Le immagini vettoriali sono formate da linee e curve e definite da entità matematiche chiamate vettori. Essendo descritte come equazioni e operazioni matematiche, queste immagini hanno un'occupazione di memoria molto minore delle immagini bitmap. Le immagini vettoriali sono indipendenti dalla risoluzione: possono essere scalate a qualsiasi dimensione e visualizzate o stampate su qualsiasi periferica di output a qualsiasi risoluzione, senza perdere precisione e chiarezza. Perciò le immagini vettoriali sono la scelta migliore per i caratteri (in particolare di piccole dimensioni) e per immagini come i loghi, che richiedono linee nitide rappresentabili in scale di diverse dimensioni. Poiché i monitor dei computer rappresentano le immagini visualizzandole su una griglia, sia le immagini vettoriali, sia le immagini raster sono rappresentate a video come pixel. 19 I formati di file nella grafica vettoriale La grafica vettoriale fornisce la possibilità di esprimere i dati in una forma direttamente comprensibile ad essere umano, ad esempio lo standard SVG (Scalable Vector Graphics), una tecnologia in grado di visualizzare oggetti di grafica vettoriale e di gestire immagini scalabili dimensionalmente. SVG è un linguaggio derivato dall’XML, il metalinguaggio posto dal W3C alla base dei linguaggi del Web, che si pone l’obiettivo di descrivere figure bidimensionali statiche e animate. Possibili formati di file vettoriali sono: ★.cdr (Corel Draw) ★.swf (Shock Wave Flash) ★.svg (Scalable Vector Graphics) ★.ai (Adobe Illustrator) ★.dxf (Drawing eXchange Format) 20 I formati ibridi Esistono formati ibridi, raster e vettoriali, tra cui i più importanti sono: ★.pdf (Portable Document Format) possono contenere sia immagini raster, sia immagini vettoriali e funzioni per la ricerca e la navigazione. Il formato pdf supporta i metodi di colore RGB, scale di colore, CMYK, scala di grigio e può essere compresso in jpg e in zip ★.eps (Encapsulated Post Script) può contenere sia immagini raster, sia immagini vettoriali ed è supportato da quasi tutti i programmi di grafica, di illustrazione e impaginazione. ★.psd (Photoshop Document) formato nativo di Adobe Photoshop per la memorizzazione e la gestione di immagini 21 I sistemi di compressione Le immagini digitali in alta definizione richiedono una quantità molto grande di byte per essere memorizzate. Per ridurre lo spazio occupato in memoria, l’unica soluzione è comprimere i dati e decomprimerli prima del loro utilizzo. La compressione è indispensabile o quasi, in particolar modo lo è per le immagini destinate al Web per ridurre la quantità di dati che devono essere trasmessi. Comprimere i dati occupati significa ridurre il numero di bit ad essa associato eliminando le ridondanze, cioè i bit relativi a informazioni non indispensabili o esprimibili in forma più sintetica. La compressione è molto utilizzata per i dati, per le immagini statiche, in ambito audio e in ambito video. Il processo attraverso il quale si comprimono i file prende il nome di codifica, mentre quello attraverso il quale si decomprimono assume il nome di decodifica. L’insieme dei processi di codifica e decodifica prende il nome di algoritmo di compressione. 22 I sistemi di compressione Per quantificare le caratteristiche di un processo di conversione si utilizzano essenzialmente due parametri: il bit-rate, il numero di di bit necessari a riprodurre un secondo di informazione digitale audio o video; il rapporto (o tasso) di compressione, definito come il rapporto tra il numero di bit del file originario e il numero di bit del file compresso 23 I formati di file grafico Sono stati ideati molteplici protocolli di compressione e alcuni di essi, che con l’uso si sono rivelati più efficaci, sono diventati degli standard. Sigle come tiff, gif e jpeg sono entrate a far parte del linguaggio comune e rappresentano specifici formati di file grafico e indicano anche, in alcuni casi, un algoritmo di compressione. Si definisce formato di file grafico il modo in cui i dati grafici vengono memorizzati in un file dal programma. Gli algoritmi di compressione vengono divisi in tre categorie, ognuna delle quali permette di utilizzare specifiche tecniche di compressione (CODEC): ✭ algoritmi a codifica entropica (compressione lossless) ✭ algoritmi a codifica sorgente o tecnica (compressione loss) ✭ algoritmi a codifica ibrida (compressione ibrida) 24 La compressione lossless La compressione lossless è un processo mediante il quale il file viene compresso assicurando l’integrità del suo contenuto. Con la sua espansione, infatti, viene garantito il ritorno al file originale, identico in tutto per tutto, senza perdita di informazioni. Questi algoritmi garantiscono una codifica fedele, completamente reversibile e applicabile a qualunque tipo di dato. Non essendoci perdita di dati originali in fase di compressione, questa tecnica trova largo utilizzo nel trattamento di immagini nelle quali non è accettabile nessun perdita di informazioni e si vuole ottenere fedeltà assoluta del file trasportato, ad esempio per le radiografie mediche. Un algoritmo lossless è tanto migliore quanto più riesce a comprimere; molti programmi di compressione lossless utilizzano un metodo conosciuto come algoritmo LZW. L’algoritmo ricerca all’interno del file da comprimere, dei sottoinsiemi di dati ridondanti e tenta di convertirli in blocchi di caratteri di lunghezza inferiore; il processo viene eseguito in modo inverso in fase di decompressione. 25 La compressione lossy La compressione lossy è un processo che non assicura la conservazione integrale del contenuto del file, nel senso che i dati che devono essere compressi non possono essere poi di nuovo espansi in modo da ottenere un file esattamente uguale a quello originale. Si tratta quindi di una codifica non fedele e specifica per determinati tipi di dati. Un algoritmo di compressione lossy provoca una perdita di dati, scartando i particolari meno importanti. Se si comprime un file con un algoritmo lossy e poi lo si decomprime si otterrà un file simile all’originale ma non identico. 26 La compressione ibrida La compressione ibrida è una combinazione di tecniche lossless e lossy: la loro interazione consente di ottenere il maggior grado di compressione e efficienza. Un algoritmo che rientra in questa categoria è lo standard di compressione delle immagini jpeg. Attualmente esistono sul mercato svariati algoritmi che offrono un’ottima compressione dei dati per tutte le piattaforme: basti ricordare Winzip per Windows e Gzip per Linux. Questi programmi in genere non utilizzano un solo metodo di compressione, ma ne combinano due o tre per ottenere un risultato migliore. 27 Il formato JPEG JPEG (Joint Photographic Expert Group) è un comitato dell’ente normativo internazionale ISO/CCITT, ideatore dell’omonimo standard internazionale per la compressione di immagini fisse a tono continuo, sia a livelli di grigio sia a colori. Il JPEG è quindi uno standard industriale e non va confuso con il formato di file JPG, che rappresenta di volta in volta, a seconda della software house che lo implementa, un sottoinsieme variabile e non sempre universalmente compatibile dello standard di riferimento. Il valore del rapporto di compressione di JPEG non è fisso, può essere determinato dall’utente attraverso l’uso di specifici sw e si può aggiungere anche a 50:1. Con un rapporto di compressione di 15:1 non si altera visibilmente la qualità dell’immagina originaria. JPEG riesce a comprimere una foto a colori con un tasso di compressione di 20:1. 28 Il formato JPEG Il JPEG è stato progettato per memorizzare immagini a colori o a grigi di scene fotografiche naturali in modo compresso e con profondità 8 bit, quindi memorizza le immagini a colori con 24 colori per pixel, per un totale di 16,8 milioni di colori. E’ molto utile per fotografie, quadri naturalistici e simili; non funziona bene sui fumetti, disegni al tratto, loghi e, in genere, con le immagini con pochi colori distribuiti ciascuno su una grossa area. La compressione del JPEG sfrutta la scarsa sensibilità dell’occhio umano alle piccole variazioni di colore, per cui in presenza di due pixel di colore quasi uguale, ne memorizza uno solo. Sfrutta inoltre il fatto che l’occhio umano è in grado di rilevare bene piccole differenze di luminosità su una superficie relativamente grande, ma è meno sensibile a variazioni di luminosità ad alta frequenza spaziale, cioè in aree di dimensioni ridotte. Questo standard definisce due algoritmi di compressione, uno lossy e uno lossless. 29 Il formato JPEG2000 Un perfezionamento del JPEG è rappresentato dal JPEG2000 che: ✭ permette di comprimere immagini più adeguatamente con una minima perdita di qualità ✭ consente di applicare alla stessa immagine compressioni diverse da una zona all’altra; ✭ permette di associare metadati (condizioni di illuminazione ed esposizione) ad un’immagine; L’ottenimento di questi risultati deriva dal fatto che questo formato si basa su un diverso strumento matematico inerente la compressione. Nel file compresso risultante, l’eventuale degrado dell’immagine è decisamente inferiore a quello ottenibile, a parità di compressione, con il JPEG tradizionale. Inoltre la perdità di qualità non si manifesta più con i classici blocchi quadrettati, ma con un aspetto più o meno sfocato dei contorni degli oggetti presenti nell’immagine, JPEG2000 utilizza tecniche di compressione sia lossy che lossless. Nonostante queste innovative caratteristiche di superiorità rispetto al formato JPEG, la sua diffusione è stata piuttosto limitata causa compatibilità con i browser. 30 Il formato GIF Il formato GIF (Graphic Interchange Format) fu diffuso negli anni Ottanta come metodo efficiente di trasmissione delle immagini su reti di dati. Insieme al JPEG, rappresenta una dei formati immagine più utilizzati in Internet per rappresentare elementi grafici quali pulsanti, scritte e loghi. Le immagini GIF sono in scala di colore, la profondità dei colori è 8 bit, cui corrisponde una palette di 256 colori. Un’immagine GIF non può quindi avere più di 256 colori: meno colori si usano e maggiori saranno le possibilità di compressione e minori le dimensioni del file. A differenza del formato JPEG, il formato GIF utilizza l’algoritmo di compressione LZW che riduce le dimensioni del file conservando la qualità dell’immagine. Lo schema di compressione LZW permette di ridurre le dimensioni delle immagini GIF riducendo il numero di colori dell’immagine al minimo indispensabile ed eliminando i colori isolati non necessari per la rappresentazione dell’immagine. Il formato GIF è quindi più adatto a comprimere immagini con grosse zone di colore omogeneo, sia in bianco e nero sia a colori. 31 Il formato GIF: la trasparenza La particolarità del formato GIF è quella di consentire lo scontorno o trasparenza. Una volta convertita l’immagine in modalità scala di colore, il formato GIF offre la possibilità di selezionare o impostare uno o più colori utilizzando appositi programmi, in modo che nella visualizzazione risultino trasparenti. Sul Web, nelle aree di colore contrassegnato come trasparente verrà visualizzato il colore di sfondo della pagina. Purtroppo la proprietà trasparente non è selettiva: se si rende trasparente un colore, ogni pixel dell’immagine caratterizzato da tale colore diventerà a sua volta trasparente e questo può portare a risultati imprevisti. L’aggiunta di trasparenza a un’immagine GIF può anche produrre risultati deludenti, ad esempio quando l’immagine contiene smussature. 32 Le GIF interlacciate Un altro motivo che ha contribuito ad accrescere la popolarità del formato GIF è rappresentato dalla caratteristica di interlacciamento, ossia la memorizzazione delle linee in un ordine tale da rendere riconoscibile un’immagine solo parzialmente scaricata, permettendo agli utilizzatori di riconoscere prima della formazione completa dell’immagine, gli scaricamenti sbagliati. Grazie a questa tecnica si può avere un’anteprima dell’intera area dell’immagine mentre l’immagine viene scaricata sul browser, senza che normalmente si produca un incremento significativo delle dimensioni del file d’immagine. L’interlacciamento è particolarmente adatto a immagini GIF di grandi dimensioni, come le illustrazioni e le fotografie, mentre lo è molto meno per piccole immagini, come ad esempio le icone che vengono caricate su schermo molto più velocemente se mantenute nel formato non interlacciato. L’interlacciamento è una caratteristica del formato GIF. 33 Le GIF animate Il formato GIF permette di memorizzare all’interno di un unico file più immagini cui sono associate delle informazioni di temporizzazione. In questo modo è possibile costruire semplici animazioni costituite da una successione di immagini statiche: la loro presentazione in sequenza produce l’illusione del movimento. Questa tecnica è la stessa utilizzata nell’animazione a fotogrammi. Appositi software dediti alla creazione di questa tipologia di GIF permettono di fissare l’intervallo temporale che deve intercorrere fra la visualizzazione di due immagini successive e il numero di volte che deve essere riprodotta l’animazione (anche all’infinito). Con questa tecnica risulta semplice realizzare testi scorrevoli, alternanza di colori, icone animate e piccole presentazioni. 34 L’algoritmo RLE RLE (Run Length Encoding, codifica della lunghezza di stringa) è il primo algoritmo realizzato per la compressione delle immagini. E’ un algoritmo di tipo lossless e si basa sulla ripetizione di elementi consecutivi: ogni serie ripetuta di caratteri (ad esempio una zona caratterizzata da colore uniforme, cioè una zona a campitura piatta) viene codificata usando solo due byte. il primo è il contatore e serve per memorizzare quanto è lunga la stringa; il secondo contiene invece l’elemento ripetitivo che costituisce la stringa. Ad esempio, in un’immagine avente una riga formata da tremila pixel azzurri, l’algoritmo RLE memorizzerà il primo pixel azzurro, poi introdurrà il carattere speciale e infine memorizzerà il numero 3000. In questo modo la riga occuperà solo 3 locazioni di memoria e non 3000. Questo algoritmo è utilizzato per comprimere immagini caratterizzate da pochi colori molto uniformi. 35 Il formato PNG PNG (Portable Network Graphics) nasce in contrapposizione al formato GIF come formato compresso e gratuito. La contrapposizione si riferisce al fatto che PNG presenta analogie con GIF ma lo supera in prestazioni e versatilità. PNG punta tutto sulla compressione non distruttiva, non esistono opzioni per salvare un file PNG in modo non compresso ne’ opzioni per salvarlo con una compressione distruttiva. I risultati che si ottengono sono in genere del 20% migliori di quelli ottenibili con la compressione GIF. Lo strumento di compressione è zlib ed è di tipo lossless. Le immagini PNG non sono limitate ad un massimo di 256 colori come accade per il file GIF, ma supportano anche la modalità RGB. Inoltre supporta l’interlacciamento in maniera più efficiente rispetto al GIF. 36 Il formato PNG E’ possibile memorizzare nei file PNG: ❏ colori con 8, 24 o 48 bit per pixel; ❏ scale di grigi con 1, 2, 4, 8 o 16 bit per pixel; ❏ un valore alfa per ogni pixel che consente di specificare il livello di fusione del colore di tale pixel con il colore dello sfondo. Il formato PNG integra un sistema di correzione di gamma, che permette di compensare, sia pure solo approssimativamente, le differenze di visualizzazione di un’immagine nel passaggio da una piattaforma ad un’altra. PNG è stato pensato e sviluppato solo per il trattamento delle immagini e non consente le animazioni. Inoltre consente di impostare una trasparenza variabile su 256 livelli di opacità. 37 Il formato BMP Il formato BMP è uno dei formati più semplici, sviluppato da Microsoft e IBM e utilizzato per le immagini raster su sistemi operativi Microsoft Windows e OS2. Un file bmp è un file bitmap, ossia un file di immagine grafica che memorizza i pixel sotto forma di tabella di punti e che gestisce i colori con una profondità di 1, 4, 8, 16, 24 o 32 bit. Supporta una compressione lossless con algoritmo RLE. Generalmente viene usato in forma non compressa; in questo caso occupa un grosso spazio di memoria. Tuttavia è un file molto veloce ad essere caricato/salvato e in caso di necessità si può archiviare con buoni risultati tramite i più comuni programmi di archiviazione, riducendo le dimensioni occupate del 50-55%. 38 Il formato TIFF Il formato TIFF (Tagged Image File Format) è un vecchio formato di file grafico di tipo bitmap realizzato nel 1987 dalla società Aldus, ora Adobe, che può usare diversi algoritmi di compressione sia lossy che lossless. E’ molto usato per la digitalizzazione di documenti cartacei perché permette di salvare documenti in bassa definizione e alta leggibilità. E’ usato anche per le immagini perchè a differenza del PNG e del GIF non comprime il contenuto. Le immagini generate hanno delle dimensioni importanti, ma possono essere compresse in formato ZIP o LZW mantenendo inalterata la qualità. Come il formato BMP dispone della proprietà DIB (Device Independent Bitmap), ciò significa che può memorizzare immagini di notevoli dimensioni senza perdere qualità e indipendentemente dalle piattaforme usate. Non si prestano all’utilizzo sul Web, mentre sono ottimali per la pubblicazione su rivista. All’interno di un file.tiff si possono inserire più immagini. 39 Il formato RAW Una delle modalità con cui è possibile generare un'immagine digitale è scattare una foto con una fotocamera digitale. Il formato raw è uno dei formati con cui la fotocamera può salvare le immagini su una scheda di memoria. Raw in inglese significa "allo stato grezzo": il raw contiene tutti i dati provenienti dal sensore, senza esclusioni, senza cioè nessuna compressione. Il file raw racchiude anche le impostazioni della macchina (contrasto, saturazione, temperatura colore, nitidezza, ecc.): per ogni raw infatti la fotocamera crea un file di intestazione contenente le impostazioni della macchina, ma la cosa importante è che questi parametri non cambiano l’immagine essendo delle pure istruzioni allegate ai dati del file grezzo. Con lo stesso principio vengono salvati anche i metadati, ossia i dati EXIF relativi alle impostazioni di scatto (ad esempio l’apertura del diaframma utilizzata, la lunghezza focale, eccetera). 40 Il formato RAW Il formato Raw salva le immagini con profondità 12 o 14 bit, quindi le dimensioni di un file sono notevoli, in genere 3 o 4 volte il file jpg corrispondente. La conversione dei file raw in altri formati è una fase obbligatoria del procedimento di creazione dell’immagine. Per lavorare su un raw occorre un software adatto (ad esempio Photoshop) in grado non solo di convertirlo ma anche di sfruttarne tutte le potenzialità. Senza acquistare software di terze parti, generalmente i costruttori forniscono i programmi dedicati al proprio formato raw, in quanto il raw non è uno standard: ogni marca ha elaborato un formato proprietario, ottimizzato sulle proprie specifiche costruttive. 41 La digitalizzazione del suono 42 Il suono Quando un qualsiasi corpo (sorgente del suono) inizia a vibrare, produce onde sonore. Per rappresentare un suono si utilizza il grafico della sua onda. L’altezza della cresta prende il nome di ampiezza. La sua unità di misura è il decibel (dB). Il numero di oscillazioni delle onde in 1 secondo prende il nome di frequenza e la sua unità di misura è l’hertz (Hz). Ad esempio 100Hz significa che ci sono 100 oscillazioni in 1 secondo. Il periodo (T) è l’intervallo necessario per compiere un’oscillazione completa e si misura in secondi. 43 Il suono: da analogico a digitale Un suono analogico è caratterizzato da un numero infinito di valori che si susseguono senza interruzione di tempo. Dovendo rappresentare il suono all’interno del computer non si possono considerare tutti i valori di cui l’onda analogica è composta, ma ne vengono scelti solo alcuni. Tali valori vengono approssimati e memorizzati nel computer come sequenze di bit. Quest’ultima rappresentazione del suono prende il nome di onda digitale o discreta, il processo di trasformazione prende il nome di digitalizzazione o acquisizione. I punti che compongono l’onda discreta si chiamano campioni. 44 Le periferiche di acquisizione Per acquisire un suono si utilizza il microfono interno del computer oppure uno esterno collegato all’ingresso audio per microfono esterno o collegato su porta USB ad una scheda di acquisizione audio. Ogni scheda di acquisizione audio è caratterizzata da: ★ una risoluzione misurata in bit, che corrisponde alla precisione con cui si misura l’ampiezza dell’onda analogica sonora; ★ una frequenza di campionamento misurata in kHz, ovvero il numero di volte che l’onda sonora analogica viene letta in un secondo. Entrambe contribuiscono alla qualità del suono digitale registrato: maggiori sono, maggiore è la somiglianza tra l’onda digitale e quella analogica. Ad una migliore qualità del suono, corrisponde una maggior dimensione del file audio corrispondente. 45 La qualità del suono La qualità del brano digitale audio e di conseguenza la sua dimensione dipendono quindi da tre fattori: ★ il numero di campioni per secondo ★ la risoluzione ★ i canali. La combinazione di questi tre fattori determina il bitrate del brano. Poiché un brano audio digitale è per sua natura connesso al tempo che scorre, per bitrate si intende il numero di cifre binarie impiegate per immagazzinare 1 secondo di suono. Il bitrate si misura in bit/secondo (bps) o bit/s. 46 Gli standard I file audio si classificano in: ★ file che descrivono i contenuti musicali, detti file MIDI (Musical Instruments Digital Interface) o Midi file: non contengono musica, ma una descrizione che informa il programma su quali note suonare, in quali istante e con quale strumento musicale. E’ uno standard ★ file che contengono effettivamente musica, detti file WAVE: contengono la rappresentazione digitale di un evento sonoro 47 Gli standard audio compressi ◄ MP3 (MPEG Audio Layer 3) si tratta di uno standard di compressione che riesce a comprimere fino a 12 volte basandosi sulla teoria della psicoacustica, cioè di come orecchio e cervello umano riescono a percepire i suoni ◄ MP4 considerato uno dei migliori formati lossy, di qualità elevata e con tempi di compressione abbastanza lunghi 48 Il video digitale 49 Il video digitale Nella digitalizzazione dei filmati, ovvero di immagini in movimento con eventuale accompagnamento sonoro, il numero di bit necessari aumenta in maniera straordinaria. Il numero di bit necessari alla codifica di un filmato sarà infatti tanto maggiore: quanto più lungo è il filmato; quanto maggiore è la risoluzione grafica, cioè quanto è più fitta la griglia utilizzata per convertire in digitale in fotogrammi (frame) che compongono il filmato; quanto è più ricca la palette di colori impiegata; quanto è maggiore il numero di fotogrammi per secondo; quanto migliore è la qualità dell’audio (frequenza di campionamento). 50 I CODEC Il CODEC (COmpressore-DEcompressore) è un software che indica al computer con quali operazioni matematiche deve manipolare l’informazione audio-video per comprimerla e quali operazioni eseguire per leggere l’informazione compresa. Il CODEC effettua due operazioni, una diversa dall’altra: codifica digitalmente e comprime un’informazione analogica affinché possa essere salvata su un supporto di memorizzazione, per poter essere successivamente letta o riprodotta o trasmessa a distanza su un canale di comunicazione; decodifica e decomprime l’informazione digitale Il CODEC può: essere installato su un pc o apparecchiature multimediali predisposte; essere integrato in un componente hw dedicato 51 I formati video Un file video digitale è costituito da: 1. un contenitore di file, che raggruppa dati diversi: un flusso video, un flusso audio e altri metadati come i sottotitoli e 2. un codec, che comprime i dati contenuti nel contenitore, espressi in un formato video. 52 MPEG4 Il formato video MP4 (o MPEG-4 | Moving Pictures Expert Group 4) è uno dei più popolari per l’uso online poiché comprime video di alta qualità in dimensioni relativamente ridotte. Tutte le principali piattaforme di condivisione supportano MP4 ed è anche ampiamente accettata dai software di editing e programmi offline. Nota bene: anche le presentazioni di PowerPoint riproduocono video MP4. Questo formato è stato introdotto dallo stesso team che definisce gli standard per la compressione audio e video: il Moving Pictures Experts Group. 53 AVI e MOV L’AVI (Audio Video Interleave), sviluppato da Microsoft, è in circolazione da molto tempo ed è compatibile con un’ampia varietà di lettori multimediali prima e dopo la sua introduzione nel 1992. Dato che presenta un’ampia varietà di codec e può essere eseguito su diversi sistemi come Windows, Macintosh e Linux, AVI è solitamente l’impostazione predefinita per la memorizzazione di video in un computer. Dall’altro lato della medaglia, la sua alta qualità può rendere difficile la compressione dei video AVI e questo formato potrebbe non essere l’ideale per lo streaming. Il MOV è stato creato da Apple per QuickTime Player. E’ scaricabile per gli utenti Microsoft ed è considerato uno dei formati video più belli in circolazione e può archiviare effetti audio, di testo e video. Come l’AVI, può essere riprodotto sulla maggior parte dei televisori compatibili con USB, ma le sue caratteristiche e qualità occupano molto spazio. Dall’altro lato, però, questo formato è compatibile con un buon numero di piattaforme di condivisione online. 54 AV1 AV1 (AOMedia Video Codec 1.0) è un codec video appositamente progettato per lo streaming online, il che significa che ha ottime capacità di compressione. Da non confondere con AVI, AV1 è stato rilasciato solo nel 2018. Quando codificato, promette una qualità video esente da royalty, ultra HD. Poiché lo sviluppo di AV1 è supportato da grandi operatori del settore come Google, Apple, Netflix, Amazon e altri, ci si aspetta che nei prossimi anni verrà supportato da dispositivi e piattaforme attraverso la catena di contenuti. Al momento, AV1 è supportato dalle ultime versioni di Chrome e Firefox. 55