Informatica per la comunicazione"
- lezione 5 0 1 2 Come si sarà notato, nella tabella che permette la codifica dei colori, non tutte
le sfumature sono presenti. Basta prendere due quadrati adiacenti e
immaginare di prendere il colore intermedio: esso non è chiaramente presente
nella tabella, quindi non è un colore codificato.!
Questo vuole dire che solo una piccola parte dei colori presenti nello spettro
dell’arcobaleno può essere codificato. Numerosissime sfumature (infinite, per
essere precisi) rimangono tagliate fuori dalla codifica. D’altronde non è
pensabile di avere una tabella di dimensioni infinite per accomodare le infinite
sfumature dei colori.!
Questo è il problema della conversione dall’“analogico” al “digitale”: la codifica
di fenomeni fisici comporta sempre una perdita di informazione. Volendo fare
un parallelo con la matematica, i fenomeni fisici sono caratterizzati da
sfumature infinitesimali analoghe ai numeri reali, mentre le codifiche sono
corrispondenze con i numeri naturali, che, pur essendo infiniti, sono
comunque molto minori di quelli reali e non riescono a fungere da riferimenti
alle suddette sfumature.!
Analogico
vs.
Digitale
E’ il discorso delle persone che dicono che guardare una foto non potrà mai
eguagliare la visione del vero.
In realtà, tridimensionalità a parte, le codifiche attuali di colori arrivano a
catturare milioni di sfumature, molte delle quali indistinguibili all’occhio umano.
Quindi, seppur con perdite, le codifiche ci permettono di avere delle
approssimazioni più che buone della realtà. !
Abbiamo menzionato prima che la foto dettagliata dei dolci da luogo a una
sequenza codificata di numeri molto più lunga di quella relativa al disegno
molto semplice di SuperMario.
Le lunghezze delle codifiche naturalmente dipendono da che cosa viene
codificato: maggiore è l’informazione da codificare, più lungo è il risultato, e
infatti la foto dei dolci (con tutti i dettagli e le sfumature dati dai 12 milioni di
pixel) sicuamente occupa più spazio nel computer che il disegno di
SuperMario (che, di fatto, è una sequenza di 16 x 12 pixel).!
Compressione
Vi sono, però, modi diversi di descrivere la sequenza di pixel codificati, e, se
scegliamo in maniera accorta, possiamo ottenere una descrizione più breve
della stessa sequenza, in modo da farle occupare meno spazio sul computer,
e anche risparmiare tempo nel trasmetterla da un computer all’altro.
Chiamiamo “compressione” un modo per ottenere sequenze di simboli che
descrivono una particolare informazione in maniera più breve del semplice
elenco delle codifiche di ciascun elemento che la compone. !
pixel bianco, pixel verde,
pixel verde, pixel giallo,
pixel giallo, pixel giallo,
pixel giallo, pixel verde,
pixel verde, pixel verde,
pixel verde, pixel bianco
"
1 pixel bianco, "
2 pixel verdi, 4 pixel gialli, 4 pixel verdi, 1 pixel bianco
"
La descrizione dell’immagine
di SuperMario, ad esempio,
può essere compressa
descrivendone i pixel come
mostrato nel secondo riquadro
rosso.!
Qualunque tipo di informazione che può essere codificato, può essere compresso.
Il rapporto di compressione, ossia quanto riusciamo a sintetizzarne la descrizione,
dipende dal contenuto dell’informazione. (Immaginate di dover descrivere un
rettangolo 16 x 12 tutto bianco. Come fareste?)!
Vediamo ora come funziona la
codifica che permette di avere
musica sul computer.!
8"
ampiezza / volume"
forma / timbro"
frequenza / altezza"
I suoni, e quindi anche la musica, sono dovuti a vibrazioni
dell’aria (o di un qualsiasi mezzo*) che si propagano sotto
forma di onde e che, colpendo i nostri timpani, danno luogo a
ciò che noi percepiamo con le nostre orecchie. Le onde sonore
sono caratterizzate da un’ampiezza (che determina l’intensità
del suono: più è ampia l’onda più è forte il suono), una
frequenza (che determina l’altezza della nota: note alte
corrispondono a frequenze alte), e da una forma (che
determina il timbro del suono: la mia voce, quella di Giovanna,
pianoforte, violino, piatti…)!
*nel vuoto i suoni non si propagano!
Campionamento
La codifica dei suoni si basa sulla codifica delle onde che li
producono, a sua volta basata su una procedura chiamata
campionamento.!
Il campionamento consiste nel considerare l’onda che costituisce il suono solo in
determinati istanti temporali. Immaginate di descrivere l’onda del suono (con la sua
ampiezza, frequenza, e forma) in un piano cartesiano, e di considerare solo
determinati punti di tal curva.!
A tali punti corrispondono, nel piano cartesiano, delle precise coordinate, il cui valore
numerico viene usato come codifica del suono “campionato”. La sequenza delle
codifiche dei campioni costituisce la codifica dell’intera informazione sonora
rappresentata dall’onda.!
frequenza di campionamento"
Non c’è un criterio universale per stabilire
la distanza tra un campione e l’altro (o il
suo inverso, noto come “frequenza di
campionamento”). E’ facile immaginare
che a campioni più vicini tra di loro
(frequenza di campionamento maggiore)
corrisponda una codifica più lunga, ed
anche una ricostruzione più fedele alla
curva originale. Anche nel caso delle
codifiche di suoni e musica, ci sono
metodi di compressione per sintetizzarne
la descrizione. I famosi file MP3 si
chiamano in questo modo perché
prendono il nome da una specifica
tecnica di codifica dei suoni con
compressione. Anche in questo contesto
vi sono persone che affermano che il
suono di un MP3 su un computer non
eguaglierà mai la qualità di un concerto
dal vivo: è tutta una questione di
approssimazioni.!
La codifica di un suono serve a farlo
elaborare a un computer (ad esempio,
per permettere il trasferimento di un
brano dal negozio online iTunes al nostro
computer). Noi, però, anche nell’era
digitale, continuiamo ad ascoltare con le
nostre orecchie, e per far sì che il nostro
ascolto sia possibile, necessitiamo di
onde sonore che si propagano nell’aria.
Si rende necessaria, dunque, una
riconversione dalla codifica numerica alle
onde sonore: abbiamo cioè bisogno di
altoparlanti che, comandati dai segnali
elettrici prodotti dal computer secondo i
numeri contenuti nella codifica del brano,
fanno vibrare delle membrane che
producono onde che noi percepiamo
come suoni e musica.!
analogico vs. digitale, di nuovo"
Vediamo infine come procedere per
codificare i filmati.!
8"
In realtà, avendo a
disposizione le tecniche
d i c o d i fi c a d e l l e
immagini e dei suoni, è
facile immaginare che
esse si possono
combinare per creare
codifiche di filmati.!
+"
="
Servono solo delle tecniche
aggiuntive per tener conto della
sincronizzazione tra immagini e
suoni, e dell’eventuale
compressione basata sull’idea di
non descrivere tutti i pixel di
ciascuna immagine, ma di
descrivere quella iniziale e poi di
concentrarsi sull differenze tra
un’immagine e la successiva
(compressione migliore con
fotogrammi molto simili,
compressione peggiore con
cambio di scena).!
+ …"
