Codifica dell’informazione
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Codifica dell’informazione
11/2/2014Informatica 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 informazioneNon tutti i supporti sono adatti a portare
tutte le informazioni. Es. un pallottoliere non può rappresentare delle lettere.
Un supporto può contenere delle informazioni diverse solo se può assumere più configurazioni. Un pallottoliere con una sola pallina potrebbe rappresentare solo un numero.
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Supporti e informazione
Un supporto può contenere tante informazioni differenti, quante sono le diverse configurazioni che può assumere.
Ad ogni diversa configurazione del supporto corrisponde una diversa 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 decodificaScrivo il numero 10
Leggo il numero 10
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Codifica e decodifica
Scrivere una informazione significa inevitabilmente codificare tale informazione, farla passare dalla forma astratta che ha nella nostra mente ad una forma concreta e ben precisa.
Ad es. scrivere il numero 10 significa esprimere l’idea del 10 in forma di decimale oppure numero romano.
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Codifica e decodifica
Leggere una informazione significa inevitabilmente decodificare tale informazione, farla passare dalla forma concreta che gli è stata data a quella astratta che assume nella nostra mente.
Ad es. leggere il numero 10 significa interpretare la forma decimale in cui è scritto per ottenere l’idea del 10.
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Codifica e informazioneOgni 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
• Alfabeto: I, V, X, …
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Codifica e informazione
• Alfabeto: I, V, X, …• Sintassi: IV, I, IIV*, VX*, VIIIIIII*, …
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Codifica e informazione
• Alfabeto: 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 compongono l’alfabeto della codifica, 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 un alfabeto che contiene 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
Perché il computer utilizza una codifica BINARIA?
La memoria di un computer è una collezione di (moltissimi) dispositivi bistabili, cioè dispositivi in grado di assumere solo due stati alternativi (acceso e spento).
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Codifica e informazione nel computer
Attraverso un singolo dispositivo bistabile che assume 2 stati è possibile memorizzare 2 diverse informazioni, che per convenzione si definiscono 0 e 1.
Questa quantità minima di informazione si chiama bit.
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Codifica e informazione nel computer
Ma le informazioni che si vogliono memorizzare sono più di due, quindi si usano più bit, e li si raggruppa in gruppi di 8 bit = 1 byte.
1 bit -> 2 diversi stati (0, 1)2 bit -> 4 diversi stati (00, 01, 11, 10)3 bit -> 8 diversi stati (000, 001, 011,
010, 111, 110, 100, 101)…
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Codifica e informazione nel computer
Le caratteristiche della codifica BINARIA utilizzata dal computer sono:
• Alfabeto: 0, 1• Sintassi: qualunque sequenza dei simboli • Semantica: numeri, lettere, immagini,
suoni associati alle sequenze accettabili tramite CODIFICHE apposite
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Codifica e informazione nel computer
Qualunque sia la natura dell’informazione che vogliamo mettere dentro il computer, la dobbiamo ridurre ad una sequenza di 0 e 1 per poterla memorizzare sulla collezione di dispositivi bistabili (che è la memoria del computer).
Per fare ciò si utilizzano delle codifiche algoritmiche (nel caso sei numeri) o convenzionali (nel caso dei caratteri).
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Codifica dei numeri
Per codificare dei numeri dentro un computer si applica una REGOLA (algoritmica) che permette di associare un numero ad una sequenza di 0 e 1.
Perché qualunque sia il numero, per poter stare dentro un computer, deve essere ridotto ad una serie di 0 e 1.
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Codifica dei numeri
La codifica dei numeri che usa il computer può apparire difficile e poco intuitiva, MA in realtà funziona proprio come quella che gli esseri umani sono soliti utilizzare tutte le volte che utilizzano i numeri: la codifica decimale.
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Codifica numerica decimale
• Alfabeto di 10 Simboli: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9• Algoritmo:
cn-1 cn-2 … c1 c0
=(cn-1x10n-1)+(cn-2 x10n-2)+… +
(c1 x101) +(c0 x100)
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Codifica numerica decimale
• esempio:
325 =
(3x102) + (2x101) + (5x100)= 300 + 20 + 5
c0c2 c1
c2 c0c1base base base
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Codifica numerica
Ogni numero, codificato in base n, si ottiene applicando 2 operazioni:
1. Moltiplicazione della cifra ci (che si trova 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 decodificare un numero decimale
È la regola che si applica 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
• Alfabeto di 2 Simboli: 0, 1
• Algoritmo: cn-1 cn-2 … c1 c0 =
(cn-1x10n-1)+(cn-2 x10n-2)+… +
(c1 x101) +(c0 x100)
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Codifica numerica binaria
• Esempio:
0101 =
(0x23) + (1x22) + (0x21) + (1x20)
= 0 + 4 + 0 +1 = 5
c0c3c1
c3 c0c1 base
c2
basebasebase c2
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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
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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
Mentre per i numeri esiste un algoritmo che ci consente di passare dalla codifica a numero e viceversa, per i caratteri viene utilizzata una codifica puramente convenzionale, in cui ad ogni carattere è attribuito un codice.
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Codifica di caratteri
Per codifica dei caratteri si intende la codifica del testo con lettere maiuscole e minuscole ed accentate, punteggiatura, cifre, simboli aritmetici …
E altro? Ad es. emoticon
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Codifica di caratteri
Si utilizzano tabelle di corrispondenza convenzionale tra sequenze di 0 e 1 e caratteri
Codice ASCII (American Standard Code for Information Interchange) standard > 7 bit > 128 caratteri
codifica SOLO i caratteri della lingua inglese (mancano le accentate)
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Codifica di caratteri
Codice ASCII esteso > 8 bit > 256 caratteri
• codifica i caratteri di tutte le lingue occidentali e la loro punteggiatura
• si chiama ISO-8859-1 o Latin-1• compatibile con ASCII
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Codifica di caratteriCodice UNICODE > 16 bit > 65.536
caratteri • codifica i caratteri di tutti i linguaggi
esistenti• UTF-8 (Unicode Translation Format)
utilizza 1 byte per rappresentare i simboli di ASCII con cui è quindi compatibile (è oggi lo standard)
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Codifica di caratteri
Riassumendo:• 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
![Page 46: Codifica dell’informazione](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062803/56814645550346895db35086/html5/thumbnails/46.jpg)
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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Analogico e digitalePer analogico si intende un sistema in cui
una quantità fisica continuamente variabile (es. l'intensità di un'onda audio) viene rappresentata da un'altra (es. la tensione di un segnale elettrico) nel modo più fedele possibile. Un sistema analogico tende ad evidenziare il legame che esiste tra i fenomeni, secondo grandezze continue che subiscono progressive trasformazioni.
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Analogico e digitale
Per digitale si intende un sistema o dispositivo che sfrutta segnali discreti per rappresentare e riprodurre segnali continui sotto forma di numeri o altri caratteri, come stringhe di 0 e 1, attivo/inattivo, discreti e discontinui, senza possibilità di rappresentare sfumature.
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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 memoria
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
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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 compressionearee contenenti pixel dello stesso colore
sono codificate in modo compatto
Lossless compression: Compressione limitata ma reversibile
Lossy compression: Compressione elevata (riduzione fino a 10 volte) ma parzialmente irreversibile
![Page 57: Codifica dell’informazione](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062803/56814645550346895db35086/html5/thumbnails/57.jpg)
CompressioneAree contenenti pixel dello stesso colore
sono codificate in modo compatto
![Page 58: Codifica dell’informazione](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062803/56814645550346895db35086/html5/thumbnails/58.jpg)
Formati compressi
Lossless compression: • RLE (rule length encoding):
PCX, GIF
Lossy compression: • JPG, PNG, TIFF
![Page 59: Codifica dell’informazione](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062803/56814645550346895db35086/html5/thumbnails/59.jpg)
Immagini in movimento e memoria
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 60: Codifica dell’informazione](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062803/56814645550346895db35086/html5/thumbnails/60.jpg)
Compressione di immagini in movimento
• Applicazione di tecniche per immagini fisse
• Memorizzazione incompleta di fotogrammi (solo differenze dal fotogramma precedente)
• Formati: AVI, FLI, MOV, MPEG
![Page 61: Codifica dell’informazione](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062803/56814645550346895db35086/html5/thumbnails/61.jpg)
Codifica di suoni• Si fanno dei campionamenti dell’onda
sonora (misurazione del valore dell’onda a intervalli regolari di tempo) per digitalizzarla
• 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)
![Page 62: Codifica dell’informazione](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062803/56814645550346895db35086/html5/thumbnails/62.jpg)
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