Riassunto Esame Abilità informatiche, 3cfu

Abilità informatiche

Algoritmo

Un algoritmo è un sistema finito di regole e procedure di calcolo definite che portano alla soluzione di un problema con un numero finito di operazioni.

Risoluzione di un problema tramite elaboratore

• Formulazione precisa del problema
• Ricerca dell’algoritmo per la soluzione
• Formulazione testuale dell’algoritmo in un linguaggio accessibile all’elaboratore (linguaggio di programmazione)
• Esecuzione del programma

Codifica

Una codifica è l’assegnazione di un codice univoco a tutti gli oggetti compresi in un insieme predefinito. Gli elementi della codifica sono: l’alfabeto, la sintassi, la semantica.

Codifica binaria

La codifica binaria si basa su un alfabeto binario, ovvero dispositivi in grado di assumere due soli stati (es. acceso/spento). Il simbolo o cifra binaria si indica con bit (binary digit) ovvero la quantità di informazioni che si ottiene selezionando una configurazione da un insieme di due configurazioni equiparabili. Con 1 bit si possono ottenere 2 valori distinti e dunque si possono codificare al massimo due informazioni. Con sequenze di 2 bit si possono ottenere 4 valori distinti. Con 3 bit si ottengono 8 valori.

Se passiamo da una parola binaria (k bit) ad una k+1 bit si raddoppia il numero di oggetti che si possono rappresentare: si aggiunge il prefisso 0 (e poi il prefisso 1) a ciascuna delle disposizioni dei restanti k bit.

Un gruppo di 8 bit prende il nome di byte. Con 1 byte si possono codificare 256 informazioni.

Sistema metrico decimale

Nel sistema metrico decimale aggiungere un prefisso ad un’unità di misura indica una moltiplicazione:

• K Kilo 1000 unità
• M Mega 1000 Kilo
• G Giga 1000 Mega
• T Tera 1000 Giga
• P Peta 1000 Tera
• E Exa 1000 Peta
• Z Zetta 1000 Exa
• Y Yotta 1000 Zetta

Esiste un megabit? Sì e si usa per esprimere la velocità di trasferimenti di dati in rete. (megabit/s) multiplo del byte.

Codifica dei caratteri

Attraverso la codifica dei caratteri ciascun carattere è codificato da un byte e corrisponde ad un valore numerico. La codifica ASCII è la corrispondenza tra i numeri dell’intervallo 0-255 e i simboli.

Codifica dei suoni

Input → Convertitore analogico/digitale → Elaborazione → Convertitore digitale/analogico

Per codificare si fa un campionamento dell’onda sonora ovvero una misurazione del valore dell’onda sonora a intervalli regolari di tempo. Un campionamento con una frequenza maggiore consente di rappresentare i segnali analogici con maggiore fedeltà.

Per segnali audio di tipo vocale la frequenza di campionamento è tipicamente di 8kHz. Per audio musicale è tipicamente di 44.1 kHz. Brano musicale: frequenza di campionamento 44100 MHz (16 bit/campione * 2 canali dx e sx * 44100 = 4411200 bit/s = 176 kbyte/s).

Formati di codifica dei suoni

• WAV (non compresso)
• MP3
• OGG
• ACC

Immagini quantizzazione e discretizzazione

Codifica di ogni immagine in un reticolo di pixel. Si sovrappone una griglia all’immagine di cui ogni quadratino si chiama pixel. Può essere codificato in binario:

• Predominante nero nell’immagine: valore 0
• Predominante bianco: valore 1

La risoluzione dell’immagine è la dimensione della griglia utilizzata per discretizzare l’immagine (es. 640x768 o 1920x1080). A ciascun pixel va associato un numero che ne codifica i colori.

La figura che si ottiene è un’approssimazione della figura originaria. Quest’approssimazione sarà tanto più fedele quanto più elevato è il numero di pixel, ovvero quanto più piccole sono le dimensioni dei quadratini della griglia.

• Pixel in colore 4 bit = 16 colori
• 8 bit = 256 colori (scala di grigi)
• 24 bit (3 byte) = 16,000,000 colori

Codifica RGB

Il colore può essere generato attraverso la sintesi additiva dei tre colori fondamentali: red, green, blue. Profondità del colore numero di bit per ogni pixel (di norma 24). Usando 8 bit per ogni colore si possono ottenere 256 gradazioni per il rosso, 256 per il blu e 256 per il verde. Combinate insieme danno origine a 16.7 milioni di colori diversi.

Dimensione di un’immagine

20 pxl x 8 pxl = 160 Pixel (20*8)(2 colori = 1 bit per pxl = 160 bit che in byte = 160/8 = 20 byte. Risoluzione e profondità del colore determinano il numero di byte necessari per l’immagine.

Compressione

Lossless

Trasformazione matematica reversibile.

Lossy

Sfrutta anche caratteristiche della percezione umana (tassi di compressione superiori).

La compressione sfrutta:

1. Il fatto che i punti vicini hanno lo stesso colore
2. La percezione umana non percepisce riduzioni di fedeltà

Formati per immagini

• BMP (Bit Map – non compresso)
• PNG
• JPEG
• TIFF

Le immagini raster possono essere ingrandite senza perdere qualità. Il fattore di compressione è il rapporto tra la dimensione originale e la dimensione compressa.

Video

Un video (frame) è una successione di immagini fisse trasmesse in sequenza. La persistenza delle immagini sulla retina fa sì che l’occhio umano percepisca movimento continuo.

Video progressivo e interlacciato

Interlacciato (segnale video tipo televisivo): ogni frame è costituito sia da righe pari che dispari. Prima vengono generate le righe pari, poi le dispari. 50 semiquadri al secondo. 1 minuto di video, se non compresso, occupa 210 Mbyte.

Codifica video

In linea di principio si potrebbe codificare separatamente ogni fotogramma come immagine fissa. Si è in grado di ottenere rapporti di compressione dell’ordine di 10-20 senza eccessiva perdita di qualità. Per ottenere rapporti di compressione più alti è necessario sfruttare la ridondanza temporale. Frame consecutivi in una sequenza di immagini sono quasi sempre simili l’uno all’altro. Si codificano solo le differenze tra i frame successivi.

Standard di codifica video

• MPEG – Moving Picture Expert Group
• MPEG 1 Video CD
• MPEG 2 TV Digitale, DVD
• MPEG 3 DIVX
• TTU-T (H.264 HD DVD, BluRay DVD)
• AVI (formato contenitore, può contenere audio video compressi con formati diversi)