Codifica - Altervista

Codifica - Altervista

Codifica Codifica dei caratteri Alfabeto anglosassone Lettere maiuscole e minuscole Cifre numeriche (0, 1, 2, , 9)

Simboli di punteggiatura (, . ; : ! ? ) Segni matematici (+, -, {, [, >, ) Caratteri nazionali (, , , , , , , , ) pu essere codificato usando un byte (220 caratteri circa) Il metodo di codifica pi diffuso tra i produttori di hardware e di software prende il nome ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Codifica dei caratteri (ASCII) ASCII

Simbolo 00000000 NUL (spazio bianco) 00111110

> 00111111 ? 01000000 @ 01000001

A 01000010 B 01000011 C

Codifica Alfanumerica Codifica ASCII 32 65 97

125 Come si vede: I caratteri di controllo (non riproducibili) hanno i codici pi bassi. Il blank (Spazio) il primo dei caratteri riproducibili. Le maiuscole/minuscole sono ordinate (codice Progressivo). 123 Codifica delle parole Parole sono sequenze di caratteri Codifica della parole cane

01100011 c 01100001 a 01101110 01100101

n e Il problema inverso: data una sequenza di bit, il testo che essa codifica pu essere ottenuto nel modo seguente: si divide la sequenza in gruppi di otto bit (byte) si determina il carattere corrispondente ad ogni byte Codifica dei caratteri

Abbiamo considerato il codice: ASCII: 8 bit per carattere Unaltro codice: UNICODE, 16 bit per carattere (ASCII + caratteri etnici: greco, russo, ecc.) Microsoft Windows usa un codice proprietario a 16 bit per carattere, simile ad UNICODE Codifica delle immagini Suddividiamo limmagine mediante una griglia formata

da righe orizzontali e verticali a distanza costante Codifica delle immagini Ogni quadratino derivante da tale suddivisione prende il nome di pixel (picture element) e pu essere codificato in binario secondo la seguente convenzione: Il simbolo 0 viene utilizzato per la codifica di un pixel corrispondente ad un quadratino in cui il bianco predominante Il simbolo 1 viene utilizzato per la codifica di un pixel corrispondente ad un quadratino in cui il nero

predominante Codifica delle immagini 0 0 0 0 0 0 0

0 0 1 1 0 1 1 1 0

0 1 1 0 0 0 1 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 Codifica delle immagini 0 0 0 0

0 0 0 0 0 1 1 0 1 1

1 0 0 1 1 0 0 0 1 0

0 0 1 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 Poich una sequenza di bit lineare, necessario definire convenzioni per ordinare la griglia dei pixel in una sequenza. Assumiamo che i pixel siano ordinati dal basso

verso lalto e da sinistra verso destra 0000000000 0011111000 0011100000 0001000000 Codifica delle immagini Non sempre il contorno della figura coincide con le linee della griglia. Quella che si ottiene nella codifica unapprossimazione della figura originaria Se riconvertiamo la sequenza di stringhe 0000000000 0011111000 0011100000 0001000000 in immagine otteniamo Codifica delle immagini

La rappresentazione sar pi fedele allaumentare del numero di pixel, ossia al diminuire delle dimensioni dei quadratini della griglia in cui suddivisa limmagine Codifica delle immagini Assegnando un bit ad ogni pixel possibile codificare solo immagini in bianco e nero Per codificare le immagini con diversi livelli di grigio oppure a colori si usa la stessa tecnica: per ogni pixel viene

assegnata una sequenza di bit Codifica delle immagini (grigio e colore) Per memorizzare un pixel non pi sufficiente un solo bit Per esempio, se utilizziamo quattro bit possiamo rappresentare 24 = 16 livelli di grigio o 16 colori diversi Mentre con otto bit ne possiamo distinguere 28 = 256, ecc.

Luso del colore Il colore pu essere generato componendo 3 colori: red, green, blue (RGB) Ad ogni colore si associa una possibile sfumatura Usando 2 bit per ogni colore si possono ottenere 4 sfumature per il rosso, 4 per il blue e 4 per il verde che, combinate insieme, danno origine a 64 colori diversi Ogni pixel per essere memorizzato richiede 6 bit

Luso del colore Usando 8 bit per ogni colore si possono ottenere 256 sfumature per il rosso, 256 per il blu e 256 per il verde che, combinate insieme, danno origine a circa 16,8 milioni di colori diversi (precisamente 16777216 colori) Ogni pixel per essere memorizzato richiede 3 byte Risoluzione Il numero di pixel presenti sullo schermo

(colonne x righe) prende il nome di risoluzione Risoluzione tipiche sono 640 x 480 1024 x 768 1280 x 1024 Esempio: Per distinguere 256 colori sono necessari otto bit per la codifica di ciascun pixel

La codifica di unimmagine formata da 640 x 480 pixel richieder 2.457.600 bit (307.200 byte) Grafica bitmap Le immagini codificate pixel per pixel sono dette immagini in grafica bitmap Le immagini bitmap occupano parecchio spazio Esistono delle tecniche di compressione che permettono di ridurre le dimensioni Ad esempio, se pi punti vicini di unimmagine assumono lo stesso colore, si pu memorizzare la codifica del colore una

sola volta e poi ricordare per quante volte deve essere ripetuta I formati come GIF, JPEG e PNG sono formati compressi Argomento correlato: formati come Postscript e PDF per i documenti Codifica di immagini in movimento Un filmato una sequenza di immagini statiche (dette fotogrammi o frame) Per codificare un filmato si digitalizzano i suoi

fotogrammi Esempio: 30 immagini al secondo con risoluzione 640x480 8 bit : 30 imm./sec x 2457600 bit/imm. = 73728000 bit/sec Un minuto richiederebbe 60 sec x 73728000 = 4423680000 bit (5529600 byte) circa 5 GByte Esempi di formati per il video: AVI, MOV Compressione: MPEG (Moving Picture Expert Group), differenza tra fotogrammi Codifica dei suoni

Fisicamente un suono rappresentato come unonda che descrive la variazione della pressione dellaria nel tempo (onda sonora) t Sullasse delle ascisse viene rappresentato il tempo e sullasse delle ordinate viene rappresentata la variazione di pressione corrispondente al suono stesso Codifica dei suoni

Si effettuano dei campionamenti sullonda (cio si misura il valore dellonda a intervalli di tempo costanti) e si codificano in forma digitale le informazione estratte da tali campionamenti t Quanto pi frequentemente il valore di intensit dellonda viene campionato, tanto pi precisa sar la sua rappresentazione

Il numero di campioni raccolti per ogni secondo definisce la frequenza di campionamento che si misura in Hertz (Hz) Codifica dei suoni Onde sonore: segnali continui campionamento: scelta di istanti in cui considerare il valore del segnale quantizzazione: codifica dei campioni con un numero predefinito di bit ampiezza del segnale

tempo Codifica dei suoni campionamento quantizzazione 100 011 010 001

Codifica dei suoni 100 011 010 001 Il segnale pu ora essere codificato in forma numerica mediante una sequenza di bit (nellesempio con tre bit). Esempio di codifica: segnale vocale telefonico

Dispositivi di codifica (ADC) Cavo elettrico 1 Trasporta il segnale elettrico analogico fino al ADC Cavo elettrico 2 Trasporta il segnale elettrico digitale verso il computer Analog to

Digital Converter Suono onda di pressione dellaria Microfono Converte il suono in segnale elettrico Analog to Digital Converter

Campionamento Segnale analogico Quantizzazione Segnale campionato 10001001010001 Segnale digitale

Dispositivi di codifica (DAC) Esiste anche il processo inverso, che trasforma linformazione da digitale ad analogica. Nel caso del suono questo compito svolto dal D.A.C. (Digital to Analog Converter) che trasforma il segnale digitale in segnale elettrico analogico; tale segnale viene successivamente trasformato in onda sonora dalle casse acustiche. Cavo elettrico 1 Trasporta il segnale elettrico digitale verso il DAC Digital to

Analog Converter Cavo elettrico 2 Trasporta il segnale elettrico analogico fino alla cassa Cassa Acustica Trasforma il segnale elettrico analogico in suono Suono

onda di pressione dellaria Codifica dei suoni Laccuratezza della ricostruzione dipende : da quanto sono piccoli gli intervalli di campionamento da quanti bit uso per descrivere il suono in ogni campione nella fase di quantizzazione (8, 16,32) al solito maggiore accuratezza significa maggior quantit di memoria occupata! Anche per i suoni si possono utilizzare tecniche di compressione per migliorare loccupazione di memoria della sequenza di campioni

Codifica dei suoni (esempio) Se volessimo codificare la musica di qualit CD dovremmo: Usare due registrazioni corrispondenti a due microfoni distinti (stereo) Campionare il segnale musicale producendo 44100 campioni al secondo Per ogni campione (che un numero) si usano 16 bit Per cui, il numero di bit che sarebbero necessari per codificare ogni secondo pari a 2 x 44100 campioni x 16 bit/campione = 1414200 bit

Codifica dei suoni Codifiche standard WAV (MS-Windows), AIFF (Audio Interchange File Format, Apple) MIDI MP3 MIDI Codifica le note e gli strumenti che devono eseguirle Efficiente, ma solo musica, non voce MP3

MPEG-3: variante MPEG per suoni Grande diffusione, molto efficiente Streaming video Streaming Cosa mi serve ??? Hardware Software Accessori

Come faccio funzionare il tutto ??? Streaming Chi devo raggiungere??? Utenti remoti collegati ad Internet (WAN) Utenti remoti dial-up (ADSL) Utenti in rete locale (LAN)

Utenti remoti mobili (GPRS/UMTS) Streaming Cosa devo trasmettere Qualit della voce Musica hi-fi o voce Qualit del video Film in DVD o riprese con qualit webcam Dimensioni dellimmagine Presentazioni (powerpoint o altro)

Altro Streaming Memorizzare la voce con campionamento a 8 bit e con una frequenza di 6000 Hz per una durata di un minuto sono necessari 6000Hz x 60s x 8 bit = 360 Kbyte circa Memorizzare un minuto di una canzone con un campionamento a 16 bit stereo e con una frequenza di campionamento di 44100 Hz sono necessari 44100 x 60s x 2 byte x 2 = 10 Mbyte circa .

Streaming Perch necessario comprimere un filmato digitale? 720 x 576 x 8 x 3 x 25 = 30MByte/s 720x 576 pixel (PAL) 8 x 3 Quantizzazione a 8 bit per ciascuno dei tre colori 25 fps film 1 ora 108 GB Streaming NTSC 525 righe 30 fps

PAL 625 righe 25 fps interlacciati SECAM 625 righe a 25 fps Formati video analogici VHS Standard pi diffuso e meno qualitativo Video 8

Sony leggermente migliore del VHS S-VHS Migliora la qualit e la risoluzione del VHS Video 8Hi Migliore come qualit a livello consumer Betacam Il pi usato per il broadcast. Eccellente qualit Formati video digitali

MS Video for Windows [.AVI] Apple Quick Time for Windows [.MOV] Formato DV (3.6 MB/sec) Adobe Filmstrip [.FLM]

Autodesk Animation [.FLI/FLC ] RealMedia Audio/Video[.RA/RM/RAM] Microsoft [.ASF e .WMV ] Segnale video Composito (YC) Tutte le informazioni vengono raggruppate in un singolo segnale S-Video 5 fili

RGB Trasporta il segnale in termini di porzione di 3 colori Segnale video RGB pc CMYK stampe

YUV tv Luminanza Intensit luminosa di un punto dellimmagine (Y) Crominanza U e V. Sono i canali che trasportano i colori. Detti anche R-Y e B-Y. Streaming

Trasferire 500KB a 6KBs oltre 90 s Notevole quantit di banda +qualit corrisponde + banda Notevole tempo per scaricare i filmati Le tecniche di "streaming" permettono di ridurre questo tempo ad un piccolo ritardo iniziale, senza richiedere alcuno spazio sul disco locale: il file richiesto viene infatti visualizzato al momento, senza un preventivo download.

Streaming Real time Radio Tv non esiste un vero e proprio file ma piuttosto un flusso continuo (uno stream) di bit Cosa mi serve Una sorgente

File Telecamera/tv/videoregistratore Un encoder PC Software: es. Streamfactory/Stream Genie Un server Un player I protocolli TCP

UDP RTP (Real-Time Protocol) IETF Derivazione dellUDP RTCP (Real Time Control Protocol) RTSP (RealTime Streaming Protocol) Real Networks I protocolli MMS (Microsoft Media Server) Microsoft (wmv, asf)

HTTP Pi lento Trasparente ai firewall client Architettura streaming client Sede Remota

Sede Remota LAN streaming server codec Architettura - CODEC Source

File o Device Codec Coding Decoding software OutPut File o Device Architettura - CODEC Il codec realizza la compressione e la decompressione dei

singoli fotogrammi nel formato e con la qualit necessaria al target del vostro applicativo. Il codec rappresenta il cuore di qualunque applicazione che manipoli o visualizzi flussi video e/o audio. Esso infatti determiner la pesantezza in termini di calcolo di tutta la struttura realizzata Architettura - CODEC In definitiva si pu pensare al codec come un componente di una pipe a cui facciamo giungere un flusso dati uncompressed e questo restituisce il flusso compresso secondo il proprio algoritmo. La performance di un codec si misura in fps e un codec che riesca a

lavorare a 25 fps si definisce RealTime (in PAL, per la CG 30 e per NTSC 29.97) MyApp CODEC Architettura client Media Player

Rimuove il jitter Decomprime Corregge errori Realizza una graphical user interface con controlli per linterattivit Possono essere utilizzati dei Plug-in per incorporare il media player nella finestra del browser

Architettura - BITRATE Altro elemento fondamentale oltre i FPS quanta banda richiesta dal flusso (sia video che audio). Questo un parametro di alta rilevanza se si pensa di far viaggiare i flussi prodotti su reti come internet. In questi casi da ricercare il giusto compromesso tra pesantezza dellencoding, dimensione dei singoli pacchetti e FPS raggiunti MyApp CODEC

NET MyApp CODEC Streaming Internet I file audio/video sono memorizzati sul web server. Il browser richiede il file con un messaggio di HTTP request. Il server web invia il file in un messaggio HTTP response.

La header line content-type indica una codifica audio/video. Il browser lancia un media player e passa il file al media player. Il media player mostra il file. Streaming Internet

Il Browser richiede e riceve un metafile invece di ricevere il file stesso. Il Browser lancia il player passandogli il metafile. Il Player ativa una connessione TCP/HTTP con il server ed effettuia il download del file. Streaming Internet Questo permette di evitare HTTP, d la possibilit di scegliere fra UDP e TCP ed il protocollo dello strato applicazione pu essere meglio adattato allo streaming

constant bit rate video transmission client video reception variable network

delay client playout delay constant bit rate video playout at client buffered video

Cumulative data Streaming: client buffering Il client bufferizza una certa quantit di dati tale da assorbire eventuali ritardi dovuti alla rete. time Streaming: velocit client

1.5 Mbps encoding 28.8 Kbps encoding Come raggiungere client collegati a velocit diverse: 28.8 Kbps dialup 100Mbps Ethernet Il server riceve il filmato e trasmette due stream che sono codificati con diverso bitrate. Componenti fondamentali Telecamera per acquisizione immagini e suoni

Computer con scheda acquisizione audio/video e codec Server per erogare lo streaming Videocamera: la scelta Web Cam Economica. Facile da usare. Registrazione su disco. Videocamera: la scelta

Web Cam Ottica fissa Uso solo in interni Ripresa audio scadente Qualit globale non migliorabile con lediting

Videocamera: la scelta Videocamera DV Massima versatilit Qualit audio e video eccellente Portatilit Archiviazione su nastro

Videocamera: la scelta Videocamera DV Costo iniziale elevato Corredo Tempi di riversamento Interfacciamento FireWire (IEEE1394)

Videocamera: la scelta Cosa deve avere: Formato mini DV Ottiche, CCD DVin, IEEE1394, Firewire, iLink Comandi manualizzabili Ingresso microfonico esterno Videocamera: la scelta Cosa NON serve: Titolatrice interna Effetti digitali interni

Estrema miniaturizzazione Videocamera: la scelta Connessioni analogiche Super Video Video composito Canale sinistro audio Canale destro audio Videocamera: la scelta

Ingresso DVin Riversamento digitale Conservazione dei progetti Copie da videocamere DV Backup dati dal PC Videocamera: la scelta

Nuove frontiere Scrittura in Mpeg2 su DVD-RAM DVD-R da 8cm Risoluzione 704x480 Streaming: le riprese Riprese audio/video

Editing Compressione Distribuzione Soluzioni commerciali per lo streaming Real Networks RealPlayer RealProducer RealServer Microsoft (WMT) WindowsMediaPlayer

WindowsMediaEncoder WindowsMediaServer Apple QuickTimeStreaming Server Darwin OpenSource Apple QuickTime Disegnato per Mac OS X Disponibile come Open Source Darwin Streaming Server Disponibile in formato binario per Linux, Solaris,

WinNT/2000. Progressive download Fast Start Technology Real Time Streaming Apple QuickTime MPEG 4 support Nativo 3GGP support

3GGP streaming per device wireless come telefoni cellulari MP3 support Icecast compatibile protocol over HTTP Apple QuickTime Apple QuickTime Apple QuickTime

Apple QuickTime Standard Delivery Mechanisms RTP/RTSP Unicast e Multicast support Live On demand

Apple QuickTime Volumi di traffico Fino a 4000 connessioni di qualit modem (57.6Kb/s) per CPU Massima scalabilit MAC OS X gira su macchine multiprocessore PowerPC 5 Bilanciamento del carico su diversi servers Supporto del caching Apple QuickTime

Costi Inserito nel sistema operativo Mac OS XServer. Gratuito con la licenza Open Source compilato per Linux, Solaris, WinNT/2000/XP. Compilabile su tutte le altre piattaforme Non necessaria nessuna licenza o tassa per stream o banda Apple QuickTime Gestione Interfaccia Web-based Amministrazione locale o remota

Sono riportati dati relativi al traffico in uscita e le statistiche relative ai client collegati Usa SSL per lamministrazione remota Apple QuickTime Apple QuickTime Log Formato dei log in standard W3C Informazioni disponibili in real time Carico CPU, utenti connessi, banda occupata

Mantenimento dei file di log giornalieri con rotazione automatica Apple QuickTime Autenticazione Digest Authentication Password trasmessa in modo cifrato Basic Authentication Passwortd trasmessa in chiaro Gestione di server multipli

Distribuisce il carico su pi servers Negoziazione tra i servers automatica Apple QuickTime Player Apple QuickTime Player 6.2 Disponibile per MAC Os X, Mac Os9, Win9X/NT/2000/XP Gratuito Producer Apple QuickTime PRO 6.2

Upgrade del player Costo di circa 20/30 $ Windows Media Arriva per ultimo Disegnato per ambiente Windows Distribuito allinterno di alcuni pacchetti SERVER Encoder, Player gratuiti scaricabili dal sito http://www.microsoft.com/windows/windo wsmedia/9series

Windows Media CODEC forniti Microsoft MWV Pro Microsoft dichiara un rapporto di compressione di 3:1 nei confronti del pi utilizzato MPEG2 Microsoft MWA Pro Microsoft dichiara un rapporto di compressione di 1,7/2:1 nei confronti del Dolby Digital 5.1 e del DTS 5.1 Microsoft Media

Codec alternativi Possibilit di inserire altri codec di produttori diversi nel player DViX MPEG2 MPEG4 Windows Media Encoder Windows Media Encoder 9 Gira su Windows2000/XP/2003 Schede acquisizione video/audio

Osprey 220/500 SoudBlaster WinCast TV Windows Media Server Windows server 2003 Real Networks

Nasce nel 1995 Scrive gli standards Leader di mercato nella tecnologia di streaming Installati migliaia di server nel mondo Client gratuito Real Networks Supporto di:

Real Media Windows Media QuickTime MPEG4 Mp3 MPEG4 su 3GPP

Utenti mobili UMTS/GPRS Compatibilit con tutti i codec Microsoft Real Networks Accetta connessioni entranti da Windows Media Encoder. Accetta connessioni entranti da altri encoders MPEG4. Real Networks Possibilit di backup a caldo delle connessioni

dei client (redirect) Miglior rapporto prezzo/prestazioni disponibile oggi sul mercato per i server di streaming ad alte prestazioni. La maggior parte delle radio e tv via internet utilizzano questa soluzione. Real Networks Costi: Media Streaming Starter Kit 2990$

Include content-capture hardware Content-creation tools Helix standard server Linux,Solaris,Win,FreeBSD, AIX, HP-UX PresenterOne Presentazioni sincronizzate con video ed audio Support

Real Networks Componenti specializzati RealMendia Production Bundle 475$ Include Cleaner 5 Support DV RealSystem Edition Helix Real Producer Plus Disponibile WIN9x/NT/2000/XP

Real Networks Server: Helix Universal Server Basic Banda limitata ad 1 Mbit/sec Free (adatto per ambiente di test) Helix Universal Server Banda limitata a 4Mb/sec 1995$ + 800$/year maintenance Real Networks Server

Helix Universal Server Enterprise 5900$ + maintenance Internet 8500$ + maintenance Mobile Chiedere?!?!?! Real Networks Media Creation

Capture Osprey 100 video capture card Osprey 220 audio/video capture card Osprey 500 DV Professional analog and digital video and audio capture card Real Networks

Log Gestione automatica dei log con rotazione giornaliera Possibilit di esportare i log verso server esterni Formato dei log standard Real Networks Player gratuiti Real One Player Linux, Macintosh X e 9, Windows Real One Enterprise Desktop Real One Mobile Media

Nokia Palm OS Pocket PC Real One SuperPass Player per radio e tv a pagamento Real Networks Helix Producer Plus Disponibile per Linux e Windows 200$

Real System Producer Plus 8.51 Disponibile per Macintosh e Solaris $$$$$?????? Helix Producer Basic Disponibile per Windows Free Formati non modificabili Fine

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