LA CODIFICA DEI DATI MULTIMEDIALI 4 La codifica dei video La codifica dei video avviene quando gli 0 e gli 1 vengono usati per rappresentare immagini in movimento . Il dei filmati viene percepito dall’uomo grazie a una caratteristica biologica dell’occhio: la per un po’ di tempo l’immagine e se, nel frattempo, vengono fatti scorrere altri fotogrammi (   ) singoli, la e l’effetto che si ottiene è quello di un movimento continuo. Il fenomeno, però, si verifica solo con una dei frame superiore a circa , al di sotto della quale l’occhio percepisce discontinuità tra i fotogrammi. movimento rètina memorizza ▶ frame frammentazione non viene percepita velocità di movimento 15 fotogrammi al secondo , o trasmissioni, digitali ad alta risoluzione significa produrre un’elevata quantità di dati. Per poterli memorizzare o trasmettere, occorre applicare le che, nel caso dei video, sono di tipo Produrre file video tecniche di compressione sempre lossy. Gli si dividono in due categorie principali: algoritmi di compressione dei video : lavorano . Ogni fotogramma viene gestito dagli altri e viene considerato come una alla quale possono essere applicate le per le immagini; intraframe all’interno del singolo fotogramma indipendentemente singola immagine statica tecniche di compressione lossy : lavorano . Questi algoritmi identificano le che ci sono tra un fotogramma e il successivo e codificano solo queste, evitando di ripetere, per ogni frame, le porzioni del fotogramma precedente che sono rimaste invariate. interframe fra i fotogrammi differenze L’algoritmo applicato contenuta nel singolo fotogramma in quadratini, ciascuno dei quali contiene un . Nel caso in cui il singolo quadratino rimanga sostanzialmente invariato nel passaggio da un frame al successivo, l’algoritmo non trasmette tutti i dati del quadratino successivo, ma lo ricostruisce riciclando i dati che sono già stati trasmessi per descrivere il quadratino precedente. Trasmettere due volte informazioni identiche introdurrebbe un’inutile . suddivide l’immagine blocco di pixel ridondanza   /  frame  cornice esempio Osserviamo due fotogrammi successivi molto simili, come quelli a lato. La maggior parte dei quadratini resta quasi invariata sia nel frame precedente sia in quello successivo. Cambia sostanzialmente solo un gruppo di quadratini, sarà solo questo a essere trasmesso per comporre l’intero frame successivo. In effetti, osservando attentamente, ogni quadratino potrebbe , tra un frame precedente e il successivo, ma finché la differenza resta sotto a una certa , il cambiamento risulta così piccolo da poter essere e i quadratini possono essere considerati . variare leggermente soglia trascurato identici La tecnica interframe risulta mediamente molto perché nei video, statisticamente, la probabilità di avere poche variazioni tra un fotogramma e il successivo è piuttosto alta. I cambi di inquadratura o di scena, cioè l’introduzione di un , sono eventi che si verificano in un filmato. efficace fotogramma totalmente nuovo raramente Esistono anche algoritmi più complessi che lavorano contemporaneamente su , talvolta cercando di essere nei confronti dei frame . più frame adiacenti predittivi immediatamente successivi In informatica, quasi sono dei , che al loro interno hanno: tutti i formati di file video contenitori un , codificato con uno degli algoritmi specifici; flusso video uno o più , codificati con uno degli algoritmi specifici. La presenza di più flussi audio consente, per esempio, di poter scegliere la lingua di un film. Ovviamente il flusso audio deve essere ben con il relativo flusso video; flussi audio sincronizzato eventuali , per esempio i sottotitoli visualizzati in sovraimpressione durante i film che devono essere con il flusso video/audio; dati aggiuntivi sincronizzati eventuali altri , per esempio le licenze, le immagini di copertina ecc. metadati I più comuni sono: formati standard di file video MP4 (MPEG-4 Part 14), con estensione .mp4; AVI ( ), con estensione .avi; Audio Video Interleave MOV ( ), con estensione .mov; Apple QuickTime MKV ( ), con estensione .mkv. MatrosKa Video attenzione   La codifica interframe trasmette interamente il frame iniziale e ricostruisce quelli successivi in base alle   differenze   che vengono individuate man mano rispetto al   frame immediatamente precedente . Quando cambia la scena, vengono trasmesse tutte le informazioni del fotogramma di inizio scena e i frame successivi vengono ricostruiti in base alle differenze. Per visualizzare un filmato è necessario utilizzare un ; uno dei più diffusi è . software riproduttore VLC Media Player Il software riproduttore prende in input il filmato e, applicando l’algoritmo di decompressione adatto al formato del file (per esempio .MKV, .AVI ecc.), procede alla visualizzazione. Un software riproduttore, quindi, deve contenere , cioè software, in modo da poter richiamare, di volta in volta, quella necessaria al formato del file. Le librerie software prendono il nome di e sono (che implementano, ciascuno, un diverso algoritmo di decompressione) contenuti all’interno del software riproduttore. più algoritmi più librerie codec piccoli programmi Il software VLC, oltre a essere gratuito, è uno fra i più completi software riproduttori perché include quasi tutti i codec audio/video esistenti, consentendo di riprodurre praticamente tutti i formati video senza dover installare altro. La fruizione dei video digitali è, sempre più spesso, legata a che ne consentono la visione    online e, in qualche caso, anche offline. Tra i siti di video streaming, il più popolare è YouTube, ma nel tempo sono aumentate le piattaforme. Per esempio Amazon, attraverso l’account Prime, consente la visione di film e serie TV via web o tramite specifica app, da PC, dispositivo mobile o Smart TV. piattaforme  ▶ cloud ▶ on-demand Anche il sistema cinematografico e quello televisivo, soprattutto per le , stanno iniziando a cedere il passo alle nuove tecnologie, basate sull’informatica e sulla rete Internet. nuove generazioni   Approfondimento – La decompressione dei video   / cloud nuvola / on-demand a richiesta attenzione   Il termine   codec   è l’acronimo per  COmpressore / DECompressore , infatti, queste librerie software implementano sia gli algoritmi per la compressione, sia quelli per la decompressione. icona VLC Media Player Lo sapevi che Le sale cinematografiche che utilizzavano la pellicola proiettavano i film a 24 fotogrammi al secondo, più che sufficienti a dare la sensazione di movimento fluido. Lo sapevi che Il nome degli MKV richiama quello delle matrioske russe, perché l’MKV è un contenitore di altri formati specifici. ApprofondiMENTO   IL FORMATO MPEG MPEG   è l’acronimo di   Moving Picture Experts Group . Questo formato è un classico esempio di standard di compressione che supporta i video con il relativo audio. Esiste in diverse varianti, che nel corso del tempo sono state rilasciate per aumentare l’efficacia della compressione. È applicato anche alle trasmissioni televisive con il digitale terrestre ( ). Digital Video Broadcasting-Terrestrial Il formato H.264 o   ( ) o MPEG-4 Part 10 è uno dei formati di compressione video lossy   in termini di compressione. Altri formati recenti, con fattori di compressione   sono, per esempio,   (HEVC o H.265) e AOMedia Video 1 (AV1). MPEG-4 AVC Advanced Video Codec più performanti ancora migliori High Efficiency Video Coding Alcuni di questi formati sono   e   e supportano funzionalità avanzate. Esistono formati video che supportano la visione a  , il   o la   oltre, ovviamente, ai video ad alta definizione (4K). aperti liberi 360° 3D realtà virtuale Diversi siti web di video streaming e alcuni social network danno ampio supporto anche per tali formati video avanzati.   Approfondimento – Formati 3D, 360 e VR  >> pagina 105  La codifica degli audio La codifica degli audio avviene quando gli 0 e gli 1 vengono usati per rappresentare i suoni . Il flusso di 0 e 1 che rappresenta un (l’audio di una conversazione o di un film, un brano musicale ecc.) può essere per sull’hard disk o per essere su Internet occupando meno banda. dato sonoro compresso risparmiare spazio trasmesso A parità di durata della riproduzione, la quantità di dati da gestire per l’audio è minore rispetto a quella del video; per questo motivo per la degli audio esistono . compressione algoritmi sia lossy sia lossless Gli comprimono di meno, ma consentono di mantenere una dell’audio, perché non perdono alcuna informazione. Fra i più conosciuti citiamo: il FLAC ( ), il WMA Lossless ( in versione lossless) e l’ALAC ( ). algoritmi lossless migliore qualità codec Free Lossless Audio Codec Windows Media Audio Apple Lossless Audio Codec Gli hanno un’efficienza di compressione superiore, a scapito della che è , per la perdita di informazioni, il peggioramento dovuto alla qualità acustica inferiore risulta spesso trascurabile. I più famosi sono l’MP3 (  e successivamente  ), l’OGG ( ) e l’AAC ( ). algoritmi lossy qualità inferiore   codec MPEG-1 Audio Layer III MPEG-2 Audio Layer III Ogg Vorbis Advanced Audio Coding La compressione con perdita viene sviluppata sulla base della   (scienza che studia come i suoni vengono percepiti, soggettivamente, dagli esseri umani). In particolare l’algoritmo   (o  ) solo   (o suoni), come per esempio quelle sopra una certa soglia, che l’orecchio umano tende a non percepire, facendo in modo che la riduzione di qualità non risulti fastidiosa. psicoacustica elimina approssima alcune frequenze I formati standard dei file audio più diffusi supportano anche l’inserimento di   all’interno della codifica. Per esempio nei file   (con estensione .mp3) è possibile aggiungere dei     che si riferiscono al brano: nome dell’artista, titolo del brano, titolo dell’album, immagine della copertina ecc. metadati MP3 ▶ tag I diversi supporti per i flussi audio possono fornire una riproduzione del suono in modalità  , cioè usando 1 canale (auricolari),  , cioè utilizzando 2 canali (cuffie) o    , cioè usando più di 2 canali (per esempio casse Dolby   5.1). mono stereo ▶ surround Surround Per rendere digitale un audio, che è un  , occorre prima  , cioè scegliere un “ritmo temporale” a cui prelevare i campioni (frequenza di campionamento) e individuare il valore delle ampiezze del segnale in corrispondenza di ogni istante di tempo  . Successivamente occorre  , cioè arrotondare l’ampiezza analogica ottenuta al valore digitale che meglio la approssima. segnale analogico campionarlo t i quantizzarlo   tag  / etichetta surround  / circondato attenzione   All’interno dei file audio possono essere memorizzati   uno o più canali . I della codifica e compressione di un file audio sono: parametri di riferimento : con quanti bit viene espresso il valore dell’ampiezza dell’onda sonora (analogica) nell’istante in cui viene campionata e quantizzata. Un buon file audio ha 16 bit/campione; numero di bit per campione : per ascoltare “bene” un brano musicale la codifica deve essere almeno stereofonica (con 2 canali); numero di canali : per scegliere quella ottimale occorre misurare la massima frequenza sonora che si vuole digitalizzare e scegliere una frequenza di campionamento maggiore del doppio. Un buon file audio ha una frequenza di campionamento di 44 kHz circa, perché l’orecchio umano percepisce mediamente frequenze fino a circa 20 kHz; frequenza di campionamento : esprime quanti bit compressi vengono decompressi nell’unità di tempo, poiché i formati audio vengono decompressi “al volo”. Il bitrate può essere fisso o variabile, in base all’algoritmo usato. Per un file MP3 compresso tradizionale, contenente un brano musicale, il bitrate non deve essere inferiore a 128 kbit/s per non compromettere troppo la qualità della riproduzione. bitrate attenzione   La   qualità dell’audio   codificato e compresso dipende da tutti i parametri di riferimento e tipicamente quando uno di questi aumenta, la qualità dell’audio migliora, anche se talvolta in modo non apprezzabile. L’audio può anche essere codificato in forma digitale . I file di questo tipo risultano utili, per esempio, in caso di elaborazioni dell’audio. senza compressione Esempi di formati standard che lavorano in questo modo sono: l’ ( , di Apple); AIFF Audio Interchange File Format il ( , di IBM e Microsoft); WAV WAVeform audio file format i , che contengono musica digitale non compressa. CD-audio A partire dagli anni Duemila quasi tutte le hanno iniziato a trasmettere musica utilizzando i sistemi digitali: l’operatore non usa più dischi o CD, ma software dedicati che riproducono i file audio. stazioni radiofoniche Anche le abitudini di chi ascolta musica sono cambiate: non si comprano quasi più dischi in vinile o CD-audio, ma si acquistano i brani direttamente dalle . piattaforme digitali In questo senso Apple ha fatto la storia con iTunes, dando origine al concetto , ovvero la fruizione di registrazioni o trasmissioni audio da , dopo averle scaricate dalla rete, sui dispositivi. podcasting ascoltare offline Negli ultimi anni la piattaforma di streaming audio Spotify è diventata molto popolare offrendo la possibilità di ascoltare, anche in forma gratuita (con inserti pubblicitari), milioni di brani musicali. prova tu   Rispondi alle seguenti domande. Che cos’è l’MP3? Che cosa significa campionare un segnale analogico? Che cosa significa quantizzare un segnale analogico? ApprofondiMENTO   LO STANDARD MIDI Lo   standard MIDI   ( Musical Instrument Digital Interface ), nato negli anni Ottanta e ancora in uso, viene applicato in molti   sintetizzatori , strumenti musicali elettronici, spesso nei   videogiochi   e nella creazione di suoni per i   siti web . Il   di questi file è   perché lo standard MIDI non codifica i suoni originali, ma i comandi che servono al sintetizzatore per riprodurre artificialmente i suoni originali. In pratica, nel formato MIDI, non vengono memorizzate delle onde sonore digitalizzate, ma un  . L’audio viene ricreato suonandolo ex novo, con istruzioni che indicano al sintetizzatore quale tipo di strumento e di timbro utilizzare, con quale tipo di temporizzazione e quale nota riprodurre. livello di compressione altissimo pentagramma Il formato MIDI consente di codificare un brano da 5 minuti con un file meno di 100 kB, (contro i 6 o 7 MB di un file MP3 di media qualità). Quasi tutti i sistemi utilizzati per il karaoke sono basati sull’utilizzo dei file MIDI, ai quali vengono aggiunti i metadati relativi al testo da visualizzare sullo schermo.