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1.3e: La Codifica
Digitale dei Video
Bibliografia
 Curtin, 10.5 (vecchie edizioni)
 Curtin, 9.5 (nuova edizione)
 CR pag. 20-22
7 dic 2011
 Questi lucidi
2
Codifica dei Video
 Un filmato è rappresentato come sequenza di
immagini fisse (fotogrammi o frames), ciascuno
dei quali corrisponde a un'immagine statica,
accompagnata da un sonoro.
7 dic 2011
 Noi sappiamo come digitalizzare tanto le
immagini che corrispondono ai fotogrammi,
quanto il sonoro.
3
Le dimensioni dei file video
 Ovviamente il numero di bit impiegati
nell'operazione aumenta in funzione di almeno
cinque fattori:
 la lunghezza del filmato,
 la sua risoluzione grafica (cioè la dimensione
della griglia che usiamo per digitalizzare i singoli
fotogrammi),
 L’ampiezza della 'palette' di colori utilizzata (cioè
il numero dei colori),
7 dic 2011
 il numero di fotogrammi (o frame) per secondo
4
 la qualità del sonoro (ovvero la frequenza di
campionatura e la dimensione della
quantizzazione).
Le dimensioni dei file video
 Una bassa risoluzione grafica rende il filmato
quadrettato e indistinto
 una 'palette' troppo ristretta rende poco
realistici i colori visualizzati
7 dic 2011
 un numero troppo basso di frame per secondo
produce un filmato 'a scatti' e poco fluido
5
 una frequenza di campionatura audio troppo
bassa pregiudica la qualità del sonoro.
Le dimensioni dei file video
 Un secondo di filmato
 di dimensione 640x480
 con 30 frames a colori
 e con profondità di colore di 3 bytes (RGB e 16 Milioni di
colori)
occupa complessivamente
7 dic 2011
640 x 480 x 30 x 3 = 27.648.000 bytes
6
L’acquisizione delle immagini
video
7 dic 2011
 Nel caso di un televisore analogico con
formato PAL, delle 625 righe solo 576 righe
rappresentano l’informazione video, mentre altri
contengono i segnali di test, informazioni sul
televideo e sul sincronismo video.
7
 Per questo quando si effettua l’acquisizione di
immagini da un televisore si usa rappresentare il
video in orizzontale in xxx*576, dove xxx è un
valore che è al massimo 768 (un valore
maggiore non porterebbe alcun
miglioramento), anche se non è praticamente
vantaggioso usare più di 720 punti orizzontali.
L’acquisizione delle immagini
video
 Un DVD ha una risoluzione di 720*576
7 dic 2011
 Un normale videoregistratore VHS è in grado di
contenere al massimo 300-320 pixel per ogni
riga, quindi è inutile acquisire video da un VHS
a una risoluzione superiore 352 x 576 perché si
ottiene solo un file più pesante senza alcun
miglioramento qualitativo.
8
 Un 8mm è simile alla soluzione VHS, quindi va
acquisito a 352 x 576.
L’acquisizione delle immagini
video
 Quindi maggiore è il valore in pixel che scelgo
di utilizzare maggiore saranno i dettagli
7 dic 2011
 Se uso una risoluzione inferiore all’originale avrò
meno dettagli e dal punto visivo avrò una riga
più sfocata.
9
 Però se uso più pixel rispetto all’originale ho
semplicemente sprecato bit.
 es. VHS sono max 352*576, e uso la risoluzione
720*576
Bit-rate
 Il bit-rate è misurato in bits/s (bit per secondo) e
indica il numero complessivo di bit impiegati
per descrivere l'immagine,
determinando essenzialmente la qualità.
7 dic 2011
 Ogni frame ha un numero di pixel, e maggiore
è la risoluzione scelta, maggiore sarà il numero
di pixel necessari.
11
 Quindi se vogliamo comunque stare nel bit-rate
prescelto ed aumentiamo la risoluzione,
avremo meno bit per pixel, questo comporterà
perdita di qualità e di definizione,
Bit-rate
 Non esiste il "miglior" bit-rate per un film compresso.
Esiste il bit-rate necessario alle diverse esigenze di
ognuno e a seconda delle caratteristiche del film.
 Come visto, se utilizziamo una risoluzione bassa,
possiamo impostare valori di bit-rate più elevati
 Possiamo utilizzare due tipologie di bit-rate:
 Il parametro VBR (Variable Bit Rate) è il più utilizzato ed
è indicato con un valore minimo a un valore massimo.
 Il parametro CBR (Constant Bit Rate) invece ha un
valore del bit-rate fisso e forza il frame ad utilizzare solo
quel valore
Bit-rate
 Mpeg-2 è in grado di elaborare e migliorare le
scene con un bit-rate da 3 a 7 MB/s, superando
gli 8 MB/s non si ha nessun benificio, anzi...
 Sequenze video con scene in rapido
movimento sono molto più impegnative da
codificare e richiedono un numero di bitrate più elevato, perchè i fotogrammi
adiacenti non sono identici. Al contrario, le
scene statiche presentano minime differenze
tra fotogrammi adiacenti, e quindi si può
utilizzare un basso bit-rate.
Bit-rate
 Molti software usano il bit-rate max di 7 MB/s, in
quanto effettivamente è il limite di crescita sulla
qualità, sino a 8 MB/s si ha un leggerissimo
miglioramento.
 Le Risoluzioni più usate per la compressione nel
formato MPEG sono:
 352 x 288 VCD max bit-rate 2MB/s
7 dic 2011
 352 x 576 VCD max bit-rate 4MB/s
 480 x 576 SVCD max bit-rate 4MB/s
 704 x 576 DVD max bit-rate 8MB/s
 720 x 576 DVD max bit-rate 8MB/s
14
L’acquisizione delle immagini
video
 Videocamera Analogica + Scheda di
acquisizione video (spesso costosa)
7 dic 2011
 Videocamera digitale + interfaccia USB veloce
(2.0) o FireWire
15
 La scheda di acquisizione video ha anche in se
la capacità per l’acquisizione dell’audio. In
caso contrario va utilizzata la scheda audio del
computer
1.3f: Tecniche ed
effetti grafici
Bibliografia
 Curtin, 10.3 (vecchie edizioni)
7 dic 2011
 Curtin, 9.3 (nuova edizione)
17
Grafica Vettoriale Tridimensionale
 La Grafica Vettoriale può essere Bidimensionale
o Tridimensionale.
 I programmi di grafica tridimensionale utilizzano
il processo di modellazione, basato sulla
visualizzazione wire-frame, dove ogni forma è
costituita da una struttura di poligoni.
7 dic 2011
 Per dare alla struttura l’aspetto di un solido si
ricorre al processo dell’ombreggiatura, che può
consistere
18
 nell’aggiunta di un solo colore piatto e uniforme
 in una tecnica sofisticata per creare gradienti di
colore, una superficie ed effetti di ombre e luci.
L’Animazione
 Cartone animato: azione e movimento era
inizialmente dato dalla proiezione di una
successione di 30 immagini fisse (disegnate a
mano) al secondo
 Animazione al computer: stesso principio.
Processo in-betweening (o
tweening)
 Per realizzare un’animazione computerizzata è
possibile utilizzare una tecnica (e i programmi
relativi) detta in-betweening (o tweening).
 Si crea il primo e l’ultimo fotogramma di
un’azione (detti i fotogrammi chiave)
 Si lascia al computer il compito di elaborare i
fotogrammi intermedi segnando le giunture.
Processo in-betweening (o
tweening)
 I calcoli sono basati sulla cinematica (la fisica
che studia il moto)
 La cinematica diretta calcola i fotogrammi
intermedi uno alla volta da quello iniziale a quello
finale
 La cinematica inversa calcola i fotogrammi
intermedi uno alla volta, da quello finale a quello
iniziale
Ombreggiatura
 Creata la struttura wire-frame è necessario
aggiungere una superficie che dia
all’immagine corpo e solidità.
 Questa operazione è effettuata da un tipo di
programma che è detto “ombreggiatore”.
 Un ombreggiatore
 crea le superfici tramite il colore
 Simula materiali diversi, ad esempio il metallo, il
legno, il vetro …
Texture, ray-tracing e Radiosity
 Ad una superficie è possibile applicare un’immagine
bitmap, per renderla più realistica (questo processo è noto
come texture-mapping)
 Una particolare ombreggiatura è il ray-tracing, che
consiste nel disporre una o più sorgenti luminose che
illuminino l’oggetto
 Radiosity è un processo di ombreggiatura più sofisticato: la
luminosità riflessa da un oggetto è calcolata in base alle
 sorgenti di luce e alle
 riflessioni che provengono da tutte le altre superfici presenti
nell’ambiente
Anti-aliasing
 I Pixel che costituiscono il contorno
di un oggetto possono far assumere
all’oggetto un contorno frastagliato
o “a scalini”.
 Per risolvere questo problema si
ricorre al procedimento detto di
anti-aliasing (anti-frastagliamento)
che “arrotonda” i contorni
dell’immagine, alterando
l’ombreggiatura e il colore dei pixel
contigui, in modo da rendere meno
netto il contrasto.
Morphing
 La tecnica del Morphing consiste nel trasformare
un’immagine in una seconda fissando alcuni
punti comuni delle due fotografie.
 Ad esempio, dalla fotografia di una ragazza e da
quella di una donna anziana è possibile creare
una animazione che porti dalla prima alla
seconda.
 Per rendere questo tipo di animazione più
realistica, si fissano alcuni punti in entrambe le
immagini, in modo da mettere in risalto i
cambiamenti delle altre parti rispetto a questi
punti fissi. Ad esempio si fissano gli occhi, il naso,
le labbra e il mento.
1.3g: La
Compressione dei
Dati
Bibliografia
 Curtin, 5.6 (vecchie edizioni)
 Curtin, 4.5 (nuova edizione)
7 dic 2011
 Questi lucidi
27
Compressione dei dati
 Cosa significa comprimere i dati?
 Eliminare l'informazione ridondante, in modo da
poter rappresentare lo stesso documento con
un minor numero di byte.
 Esigenza di memorizzazione aumenta sempre
 Aumentano di dimensione i programmi
 Aumentano di numero i programmi
 Aumentano di dimensione i dati
 Prima o poi ci sarà bisogno di avere altro spazio
su disco
La Compressione
 Metodi applicabili:
 Eliminazione dei files “inutili” (ad esempio i
temporanei)
 Compressione di files/cartelle/dischi
 Inoltre un disco “pieno” rallenta le operazioni di
memorizzazione e di accesso ( Sistemi
Operativi, il SO in sostanza “fatica” a trovare
spazio libero su disco)
La Compressione
 Un file o più file insieme possono essere compressi
 La rappresentazione interna di questi file viene
cambiata in modo da occupare meno spazio: si
può immaginare che i dati vengano “abbreviati”
(tipo sig. per signore)
 Con i file di tipo testo si può arrivare a risparmiare
fino al 50% dello spazio originale
 Un file compresso non è leggibile né modificabile
La Compressione
 Quando serve un file compresso può essere
decompresso in modo da tornare ad essere
utilizzabile
 Comprimere dei file può servire per per fare
spazio a file più utili o per trasferirli più
velocemente (su dischetto, via rete, …)
 Un programma di compressione file molto usato
per Windows è WinZip (i file compressi hanno
estensione .zip) o WinRar (fornisce prestazioni
migliori del precedente)
Tipologie di Compressione
 Compressione di un singolo file
 File di testo si comprime anche del 50%
 File di immagini bitmap si comprime anche del 90%
 Compressione di più files o di un’intera cartella
 Vantaggio: tutti i files verranno inseriti in un unico file
“archivio”
 Possibile decomprimere ed estrarre anche singoli files
 Compressione del disco:
 Tutto il disco viene “compresso” e i nuovi files verranno
memorizzati già in versione “compressa”.
 In fase di “lettura” o di “esecuzione” il file verrà
“decompresso” dal sistema
 Rallentate le operazioni di lettura/scrittura su HD.
Compressione dei testi
 Un esempio di compressione:
Nl mzz dl cmmn d nstr vt
m rtrv pr n slv scr
ch l drtt v r smrrt.
h qnt dr ql r cs dr
st slv slvgg spr frt
ch nl pnsr rnv l pr!
Tnt' mr ch pc p mrt
m pr trttr dl bn ch' v trv,
dr dll'ltr cs ch' v'h scrt...
Nel mezzo del cammin di nostra vita
mi ritrovai per una selva oscura
ché la diritta via era smarrita.
Ah quanto a dir qual era è cosa dura
esta selva selvaggia e aspra e forte
che nel pensier rinova la paura!
Tant'è amara che poco è più morte
ma per trattar del ben ch'io vi trovai,
dirò dell'altre cose ch'io v'ho scorte...
 Questo esempio mostra che in italiano le vocali sono
“quasi ridondanti”, cioè in molti casi è possibile per un
parlante della lingua ricostruirle quando sono state
omesse
Compressione dei testi
 Alcuni tipi di informazione ridondante possono
essere interamente ricostruiti (decompressi)
anche da un computer.
 Si dice in tal caso che la compressione e' senza
perdite ("lossless"): i dati prima della
compressione sono identici a quelli che sono
stati compressi e poi decompressi.
Compressione dei testi
 Per un testo, un esempio è forse quello degli
spazi tra le parole, che possono essere
facilmente tolti e facilmente riaggiunti nei punti
appropriati.
 Nelmezzodelcammindinostravita
miritrovaiperunaselvaoscura
chéladirittaviaerasmarrita.
Ahquantoadirqualeraècosadura
estaselvaselvaggiaeaspraeforte
chenelpensierrinovalapaura!
Tant'èamarachepocoèpiùmorte
mapertrattardelbench'iovitrovai,
diròdell'altrecosech'iov'hoscorte...
Compressione dei testi
 si noti che l'uso generalizzato dello spazio tra le
parole è una invenzione relativamente
moderna.
 Molte lingue antiche non usavano spazi o mezzi
equivalenti per dividere le parole - una
interessante corrispondenza col fatto che, dal
punto di vista acustico, le parole del parlato
naturale non sono affatto separate da pause di
silenzio
Compressione dei testi
 Il modo più intuitivo per diminuire la lunghezza
di un file di testo (una serie di stringhe
alfanumeriche, dove si dice "stringa" una
qualsiasi successione di caratteri, p.es. "cane",
"Abc4fgh6", "wallawalla") è di farlo diventare un
file binario, sfruttando al meglio l' insieme dei
valori (0-255) che possono essere espressi da
ciascun byte
Compressione dei testi
 Esempio: supponiamo di voler codificare la parola
“CAPIVI” e che il numero di sillabe possibili siano 12
(l'italiano ovviamente ne ha di più).
 Si assegni un numero binario lungo 4 bit a ciascuna
sillaba, per mezzo di una tabella come la seguente:
VA = 0000
PA = 0001
CA = 0010
VE = 0011
PE = 0100
CE = 0101
VI = 0110
PI = 0111
CI = 1000
VO = 1001
…
…
PO = 1010
CO = 1011
…
 CAPIVI con la codifica ASCII richiede 48 bit (6 caratteri x
8 bit a carattere)
 CAPIVI con questa tecnica di compressione richiede
solo 12 bit 0010 0111 0110 (con una compressione del
75%)
Compressione delle immagini
 Mentre nei testi si usa solo compressione "lossless" (in
cui cioè, decomprimendo, si ottiene un testo
identico a quello da cui si era partiti), per le figure si
usa anche la compressione "lossy" (con perdita), in
cui la figura compressa e poi decompressa è una
approssimazione più o meno buona della figura
originaria.
 Il modo più semplice di codificare una figura è
quello a bitmap (BMP): per ogni punto della figura
si definisce il colore di quel punto usando un
numero. Più sono i colori possibili per la figura, più
bit si dovranno usare per descriverla.
Compressione delle immagini
 Tipicamente, una figura occupa molto più spazio di un
testo. Si consideri la descrizione:
 "Un cerchio rosso di raggio 1,5 cm sovrapposto al centro ad
un esagono regolare blu di lato 3cm" (la frase è lunga 99
caratteri per cui occuperà 99 byte)
 Questa descrizione può essere usata per creare la
seguente figura:
Compressione delle immagini
 In formato bitmap non compresso questa
figura occupa 15.142 byte: 151 volte più
della sua descrizione!
 Possiamo tuttavia applicare a questa
figura un algoritmo di compressione, che
la salva nel formato Jpeg, di qualità
media. Salvata, la figura occupa 5.030
byte, un terzo della precedente.
Decompressa, la immagine appare così (si
noti la perdita di qualità rispetto al formato
BMP):
Compressione delle immagini
 Possiamo anche comprimere la figura originale
con un Jpeg di qualità cattiva (peggiore la
qualità, migliore il rapporto di compressione),
ottenendo un file di soli 2123 byte.
Decompresso, appare cosi:
Compressione delle immagini
 Si noti che il modo migliore di `comprimere' la
figura in bitmap sarebbe stato `trasformarla'
nella sua descrizione di 99 byte. Ma questo non
è un metodo sufficientemente generale:
mentre funziona con figure geometriche, non
funzionerebbe con immagini molto difficili da
descrivere con esattezza, come:
Compressione delle immagini
 Con il metodo RGB, un’immagine 1024x768
pixel con colori a 24 bit occupa 2.359.296 bytes
 Con particolari accorgimenti si possono
utilizzare un numero minore di colori e ridurre lo
spazio occupato dall’immagine.Esistono formati
compressi (tra i più diffusi vi sono i formati JPEG
e GIF) che consentono attraverso particolari
tecniche numeriche di memorizzare immagini
fotografiche di ottima qualità in uno spazio
molto minore
 Il formato JPEG in realtà non memorizza
fedelmente l’immagine ma sfrutta l’ulteriore
caratteristica che l’occhio umano è in grado di
vedere solo una piccola parte dei circa 17
milioni di colori possibili
Compressione Video
 Per comprimere un filmato si utilizza un codec
(Compressore / Decompressore), cioè un
software che riduce notevolmente le
dimensioni del file.
 Mpeg-1 per il formato VCD
 Mpeg-2 per il formato DVD
 Mpeg-4 per il formato DivX .
 Codec significa Codificatore-Decodificatore e
indica al software di registrazione come
effettuare la compressione e al programma di
visualizzazione come va decompresso il filmato
per una giusta visualizzazione.
Compressione Video
 Esistono formati compressi (tipo MPEG,
QuickTime) che riducono notevolmente lo
spazio necessario sfruttando la caratteristica
che tra un fotogramma ed un altro ci
potrebbero essere relativamente poche
differenze
 I dati duplicati o superflui vengono eliminati o
salvati in formato ridotto
 2 tipi di compressione video: lossless e lossy
Compressione Lossless
 Lossless (senza perdita di informazione), detta
anche compressione reversibile decomprime
nel momento stesso della sua visualizzazione
 La qualità del filmato rispecchia l’originale
digitalizzato.
 Compressione limitata. I files possono
raggiungere anche il 35% della dimensione
originale (ancora troppo grossi).
 Utilizzato solo se i dettagli rivestono importanza
(es: immagini satellitari o raggi X)
Compressione Lossy
 Qualità inferiore a quella del filmato originale
digitalizzato, in quanto alcuni dati, anche se di rilievo
secondario,
vengono
persi
all’atto
della
compressione.
 La qualità complessiva dell’immagine non è granché
pregiudicata. I dettagli non sono di elevata
precisione.
 Permette di ottenere elevati livelli di compressione
(anche 200:1).
 Usata per le immagini televisive satellitari e le
videoconferenze, dove la qualità del dettaglio non è
importante.
Tecnica Intraframe
 La Tecnica Intraframe, detta anche
compressione spaziale, elimina i dati duplicati
interni ad un singolo fotogramma
 Ad esempio, se in un’immagine compaiono
vaste zone dello stesso colore, viene
memorizzato il valore cromatico di un solo pixel
assieme alle coordinate degli altri pixel dello
stesso colore.
Tecnica Interframe
 La Tecnica Interframe, detta anche
compressione temporale, elimina i dati che si
ripetono in fotogrammi successivi
 In una scena di un’ape che vola, se lo sfondo
rimane immutato, basterà memorizzare il primo
fotogramma per intero e poi archiviare solo i
dati dei successivi che differiscono dal
precedente
Formato MPEG
 Un filmato compresso con formato MPEG memorizza un
fotogramma non compresso ogni mezzo secondo
(fotogramma chiave), mentre gli altri vengono compressi.
I fotogrammi intermedi contengono solo le parti
dell’immagine
diverse
rispetto
al
fotogramma
precedente.
 MPEG comprime ogni fotogramma suddividendolo in
“riquadri” di 16x16 pixels (o di 8x8) e rimuove riquadri che
sono quasi identici in fotogrammi consecutivi
 Quando catturate, ridimensionate o comprimente un
video adottate una risoluzione, ovvero un numero di
pixels verticali ed orizzontali che siano un multiplo di 16.
Video e memoria
 Di norma i filmati che vengono visualizzati sullo
schermo del computer presentano
 una profondità di 256 colori
 una risoluzione di 320x240 oppure di 360x240 (SIF,
Standard Image Format)
 Un televisore compone le immagini tracciando
linee su schermo, al contrario del monitor che
illumina pixel.
 Un televisore che trasmette con standard PAL ha
 625 righe orizzontali.
 una velocità di 25 fotogrammi al secondo
1.3g: La
Compressione dei
Dati
Bibliografia
 Curtin, 5.6 (vecchie edizioni)
 Curtin, 4.5 (nuova edizione)
7 dic 2011
 Questi lucidi
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Compressione dei dati
 Cosa significa comprimere i dati?
 Eliminare l'informazione ridondante, in modo da
poter rappresentare lo stesso documento con
un minor numero di byte.
 Esigenza di memorizzazione aumenta sempre
 Aumentano di dimensione i programmi
 Aumentano di numero i programmi
 Aumentano di dimensione i dati
 Prima o poi ci sarà bisogno di avere altro spazio
su disco
La Compressione
 Metodi applicabili:
 Eliminazione dei files “inutili” (ad esempio i
temporanei)
 Compressione di files/cartelle/dischi
 Inoltre un disco “pieno” rallenta le operazioni di
memorizzazione e di accesso ( Sistemi
Operativi, il SO in sostanza “fatica” a trovare
spazio libero su disco)
La Compressione
 Un file o più file insieme possono essere compressi
 La rappresentazione interna di questi file viene
cambiata in modo da occupare meno spazio: si
può immaginare che i dati vengano “abbreviati”
(tipo sig. per signore)
 Con i file di tipo testo si può arrivare a risparmiare
fino al 50% dello spazio originale
 Un file compresso non è leggibile né modificabile
La Compressione
 Quando serve, un file compresso può essere
decompresso in modo da tornare ad essere
utilizzabile
 Comprimere dei file può servire per fare spazio
a file più utili o per trasferirli più velocemente (su
dischetto, via rete, …)
 Un programma di compressione file molto usato
per Windows è WinZip (i file compressi hanno
estensione .zip) o WinRar (fornisce prestazioni
migliori del precedente)
Tipologie di Compressione
 Compressione di un singolo file
 File di testo si comprime anche del 50%
 File di immagini bitmap si comprime anche del 90%
 Compressione di più files o di un’intera cartella
 Vantaggio: tutti i files verranno inseriti in un unico file
“archivio”
 Possibile decomprimere ed estrarre anche singoli files
 Compressione del disco:
 Tutto il disco viene “compresso” e i nuovi files verranno
memorizzati già in versione “compressa”.
 In fase di “lettura” o di “esecuzione” il file verrà
“decompresso” dal sistema
 Rallentate le operazioni di lettura/scrittura su HD.
Compressione dei testi
 Un esempio di compressione:
Nl mzz dl cmmn d nstr vt
m rtrv pr n slv scr
ch l drtt v r smrrt.
h qnt dr ql r cs dr
st slv slvgg spr frt
ch nl pnsr rnv l pr!
Tnt' mr ch pc p mrt
m pr trttr dl bn ch' v trv,
dr dll'ltr cs ch' v'h scrt...
Nel mezzo del cammin di nostra vita
mi ritrovai per una selva oscura
ché la diritta via era smarrita.
Ah quanto a dir qual era è cosa dura
esta selva selvaggia e aspra e forte
che nel pensier rinova la paura!
Tant'è amara che poco è più morte
ma per trattar del ben ch'io vi trovai,
dirò dell'altre cose ch'io v'ho scorte...
 Questo esempio mostra che in italiano le vocali sono
“quasi ridondanti”, cioè in molti casi è possibile per un
parlante della lingua ricostruirle quando sono state
omesse
Compressione dei testi
 Alcuni tipi di informazione ridondante possono
essere interamente ricostruiti (decompressi)
anche da un computer.
 Si dice in tal caso che la compressione e' senza
perdite ("lossless"): i dati prima della
compressione sono identici a quelli che sono
stati compressi e poi decompressi.
Compressione dei testi
 Per un testo, un esempio è forse quello degli
spazi tra le parole, che possono essere
facilmente tolti e facilmente riaggiunti nei punti
appropriati.
 Nelmezzodelcammindinostravita
miritrovaiperunaselvaoscura
chéladirittaviaerasmarrita.
Ahquantoadirqualeraècosadura
estaselvaselvaggiaeaspraeforte
chenelpensierrinovalapaura!
Tant'èamarachepocoèpiùmorte
mapertrattardelbench'iovitrovai,
diròdell'altrecosech'iov'hoscorte...
Compressione dei testi
 si noti che l'uso generalizzato dello spazio tra le
parole è una invenzione relativamente
moderna.
 Molte lingue antiche non usavano spazi o mezzi
equivalenti per dividere le parole - una
interessante corrispondenza col fatto che, dal
punto di vista acustico, le parole del parlato
naturale non sono affatto separate da pause di
silenzio
Compressione dei testi
 Il modo più intuitivo per diminuire la lunghezza
di un file di testo (una serie di stringhe
alfanumeriche, dove si dice "stringa" una
qualsiasi successione di caratteri, p.es. "cane",
"Abc4fgh6", "wallawalla") è di farlo diventare un
file binario, sfruttando al meglio l' insieme dei
valori (0-255) che possono essere espressi da
ciascun byte
Compressione dei testi
 Esempio: supponiamo di voler codificare la parola
“CAPIVI” e che il numero di sillabe possibili siano 12
(l'italiano ovviamente ne ha di più).
 Si assegni un numero binario lungo 4 bit a ciascuna
sillaba, per mezzo di una tabella come la seguente:
VA = 0000
PA = 0001
CA = 0010
VE = 0011
PE = 0100
CE = 0101
VI = 0110
PI = 0111
CI = 1000
VO = 1001
…
…
PO = 1010
CO = 1011
…
 CAPIVI con la codifica ASCII richiede 48 bit (6 caratteri x
8 bit a carattere)
 CAPIVI con questa tecnica di compressione richiede
solo 12 bit 0010 0111 0110 (con una compressione del
75%)
Compressione delle immagini
 Mentre nei testi si usa solo compressione "lossless" (in
cui cioè, decomprimendo, si ottiene un testo
identico a quello da cui si era partiti), per le figure si
usa anche la compressione "lossy" (con perdita), in
cui la figura compressa e poi decompressa è una
approssimazione più o meno buona della figura
originaria.
 Il modo più semplice di codificare una figura è
quello a bitmap (BMP): per ogni punto della figura
si definisce il colore di quel punto usando un
numero. Più sono i colori possibili per la figura, più
bit si dovranno usare per descriverla.
Compressione delle immagini
 Tipicamente, una figura occupa molto più spazio di un
testo. Si consideri la descrizione:
 "Un cerchio rosso di raggio 1,5 cm sovrapposto al centro ad
un esagono regolare blu di lato 3cm" (la frase è lunga 99
caratteri per cui occuperà 99 byte)
 Questa descrizione può essere usata per creare la
seguente figura:
Compressione delle immagini
 In formato bitmap non compresso questa
figura occupa 15.142 byte: 151 volte più
della sua descrizione!
 Possiamo tuttavia applicare a questa
figura un algoritmo di compressione, che
la salva nel formato Jpeg, di qualità
media. Salvata, la figura occupa 5.030
byte, un terzo della precedente.
Decompressa, la immagine appare così (si
noti la perdita di qualità rispetto al formato
BMP):
Compressione delle immagini
 Possiamo anche comprimere la figura originale
con un Jpeg di qualità cattiva (peggiore la
qualità, migliore il rapporto di compressione),
ottenendo un file di soli 2123 byte.
Decompresso, appare cosi:
Compressione delle immagini
 Si noti che il modo migliore di `comprimere' la
figura in bitmap sarebbe stato `trasformarla'
nella sua descrizione di 99 byte. Ma questo non
è un metodo sufficientemente generale:
mentre funziona con figure geometriche, non
funzionerebbe con immagini molto difficili da
descrivere con esattezza, come:
Compressione delle immagini
 Con il metodo RGB, un’immagine 1024x768
pixel con colori a 24 bit occupa 2.359.296 bytes
 Con particolari accorgimenti si possono
utilizzare un numero minore di colori e ridurre lo
spazio occupato dall’immagine.Esistono formati
compressi (tra i più diffusi vi sono i formati JPEG
e GIF) che consentono attraverso particolari
tecniche numeriche di memorizzare immagini
fotografiche di ottima qualità in uno spazio
molto minore
 Il formato JPEG in realtà non memorizza
fedelmente l’immagine ma sfrutta l’ulteriore
caratteristica che l’occhio umano è in grado di
vedere solo una piccola parte dei circa 17
milioni di colori possibili
Compressione Video
 Per comprimere un filmato si utilizza un codec
(Compressore / Decompressore), cioè un
software che riduce notevolmente le
dimensioni del file.
 Mpeg-1 per il formato VCD
 Mpeg-2 per il formato DVD
 Mpeg-4 per il formato DivX .
 Codec significa Codificatore-Decodificatore e
indica al software di registrazione come
effettuare la compressione e al programma di
visualizzazione come va decompresso il filmato
per una giusta visualizzazione.
Compressione Video
 Esistono formati compressi (tipo MPEG,
QuickTime) che riducono notevolmente lo
spazio necessario sfruttando la caratteristica
che tra un fotogramma ed un altro ci
potrebbero essere relativamente poche
differenze
 I dati duplicati o superflui vengono eliminati o
salvati in formato ridotto
 2 tipi di compressione video: lossless e lossy
Compressione Lossless
 Lossless (senza perdita di informazione), detta
anche compressione reversibile decomprime
nel momento stesso della sua visualizzazione
 La qualità del filmato rispecchia l’originale
digitalizzato.
 Compressione limitata. I files possono
raggiungere anche il 35% della dimensione
originale (ancora troppo grossi).
 Utilizzato solo se i dettagli rivestono importanza
(es: immagini satellitari o raggi X)
Compressione Lossy
 Qualità inferiore a quella del filmato originale
digitalizzato, in quanto alcuni dati, anche se di rilievo
secondario,
vengono
persi
all’atto
della
compressione.
 La qualità complessiva dell’immagine non è granché
pregiudicata. I dettagli non sono di elevata
precisione.
 Permette di ottenere elevati livelli di compressione
(anche 200:1).
 Usata per le immagini televisive satellitari e le
videoconferenze, dove la qualità del dettaglio non è
importante.
Tecnica Intraframe
 La Tecnica Intraframe, detta anche
compressione spaziale, elimina i dati duplicati
interni ad un singolo fotogramma
 Ad esempio, se in un’immagine compaiono
vaste zone dello stesso colore, viene
memorizzato il valore cromatico di un solo pixel
assieme alle coordinate degli altri pixel dello
stesso colore.
Tecnica Interframe
 La Tecnica Interframe, detta anche
compressione temporale, elimina i dati che si
ripetono in fotogrammi successivi
 In una scena di un’ape che vola, se lo sfondo
rimane immutato, basterà memorizzare il primo
fotogramma per intero e poi archiviare solo i
dati dei successivi che differiscono dal
precedente
Formato MPEG
 Un filmato compresso con formato MPEG memorizza un
fotogramma non compresso ogni mezzo secondo
(fotogramma chiave), mentre gli altri vengono compressi.
I fotogrammi intermedi contengono solo le parti
dell’immagine
diverse
rispetto
al
fotogramma
precedente.
 MPEG comprime ogni fotogramma suddividendolo in
“riquadri” di 16x16 pixels (o di 8x8) e rimuove riquadri che
sono quasi identici in fotogrammi consecutivi
 Quando catturate, ridimensionate o comprimente un
video adottate una risoluzione, ovvero un numero di
pixels verticali ed orizzontali che siano un multiplo di 16.
Video e memoria
 Di norma i filmati che vengono visualizzati sullo
schermo del computer presentano
 una profondità di 256 colori
 una risoluzione di 320x240 oppure di 360x240 (SIF,
Standard Image Format)
 Un televisore compone le immagini tracciando
linee su schermo, al contrario del monitor che
illumina pixel.
 Un televisore che trasmette con standard PAL ha
 625 righe orizzontali.
 una velocità di 25 fotogrammi al secondo