La codifica delle immagini

La digitalizzazione

Con digitalizzazione si intende rappresentare un immagine analogica con una sequenza di 0 e 1, ovvero con il sistema numerico binario. Vediamo come accade ciò: l’immagine analogica che è composta da linee colori e sfumature viene suddivisa in pixel (Picture Elements) , con pixel si intende il più piccolo elemento di cui è composta una immagine, i quali vengono disposti in una griglia in modo ordinato secondo righe e colonne.

Lo scanner viene utilizzato per digitalizzare foto, documenti, ecc. Per digitalizzare l’immagine lo scanner è dotato di un sensore ottico sensibile alla luce.

La rappresentazione digitale del colore:

Stabilendo il numero di bit da usare si definisce quanti possibili colori diversi potremmo avere; in base alla risoluzione della palette o della scala di grigi usata ci sono diversi tipi di immagini, di seguito i tipi più comuni:

Immagini binarie: immagine digitale che ha 2 possibilità di valore per ogni pixel, in genere i colori usati per questa modalità sono il bianco e il nero, ma è possibile usare qualsiasi altro colore; le mezze tinte vengono quindi trascurate, e vengono trasformate in base a un valore di soglia in punti bianchi o neri. Con questa modalità ogni pixel occupa un solo bit, risulta quindi utile nei casi in cui si voglia ridurre l’occupazione di memoria.

Immagini in scala di grigio: ogni tonalità di grigio viene codificata (ovvero rappresentare dati secondo un sistema simbolico, che consenta di esprimerli in forma convenzionale), con un certo numero di bit (generalmente da 2 a 8) permettendo così la realizzazione di differenti sfumature di grigio (da 4 a 256); Si può facilmente capire che le immagini in scala di grigio sono un sinonimo delle cosiddette immagini in bianco e nero.

Nonostante l’evoluzione tecnologica ci abbia portato sempre più a dispositivi performanti e dettagliati nella qualità delle immagini, per esempio con le smart TV 4k, le immagini in scala di grigio hanno fatto la storia della fotografia o ad esempio della televisione, di fatti le prime televisioni supportavano solo questa tecnologia; in Italia furono avviate ufficialmente le trasmissioni a colori solo agli inizi del 1977, nonostante la RAI fosse stata già adeguata tecnologicamente alla nascita del secondo canale (RAI 2) nel 4 novembre 1961.

Immagini a pseudocolori: simili alle immagini in scala di grigio, in questo caso vengono codificati da 4 a 256 differenti colori, ma non è possibile ottenere tutte le sfumature.

Immagini a colori: generalmente questa modalità occupa 3 byte (uno per ogni colore fondamentale) per ogni pixel, quindi 24 bit per pixel (1 byte= 8 bit); con questa modalità è possibile codificare oltre 16 milioni di colori, si riesce quindi a rappresentare con buona fedeltà qualunque tipo di fotografia o di disegno.

Questa modalità è lo standard per le trasmissioni televisive, le pubblicità, i video sul web ecc; anche se a volte ci si può trovare di fronte ad esempio ad un vecchio film trasmesso in onda in scala di grigio, pubblicità volute con questa modalità per “attirare” di più l’occhio ecc.

Smart TV dotata di tecnologia di immagini a colori.

Risoluzione e dimensione delle immagini

La risoluzione in parole semplici esprime la densità in pixel, misurata in ppi (pixel per inch) o dpi (dots per inch); ovviamente maggiore è la risoluzione e maggiore sarà la qualità, perchè aumenta il numero di dettagli rappresentabili. Ad esempio un video in 4k (2160p) ha una qualità di gran lunga maggiore ad un video in 144p.

La dimensione in pixel in parole semplici è il numero totale di pixel che costituiscono l’immagine, all’aumentare della dimensione in pixel, aumenta anche ovviamente la dimensione in byte del file che la contiene; per esempio se ho un film in qualità SD a 480p l’occupazione si aggirerà intorno ai 1500MB mentre se ho lo stesso film in qualità full hd l’occupazione sarà intorno ai 4000MB.

La dimensione fisica parlando sempre in parole semplici sarebbe la dimensione che assume sul supporto di visualizzazione, ad esempio un monitor;

Esempio di una immagine con differenti risoluzioni.

Modalità video

Il monitor può essere usato con modalità video ovvero combinazioni di risoluzione e di profondità di colore diverse.

La risoluzione è il numero di pixel che vengono visualizzati sul monitor;

La profondità di colore indica il numero di colori diversi che si possono usare.

Le informazioni per realizzare l’immagine sullo schermo sono memorizzate nella memoria RAM (Random Access Memory in italiano Memoria ad accesso casuale) della scheda video, che controlla il funzionamento del monitor. In base alla quantità di memoria RAM della scheda video, che controlla il funzionamento del monitor. In base alla quantità di memoria disponibile sulla scheda alcune modalità video potrebbero non essere utilizzabili. Ad esempio per visualizzare 16,8 milioni di colori a una risoluzione di 1024×768 servono circa 2,3MB.

Scheda video: in parole povere una scheda video è un componente hardware del computer sotto forma di scheda elettronica che ha lo scopo di elaborazione del segnale video, ovvero generare a partire da un segnale elettrico in input dal processore un determinato segnale elettrico in output che possa poi essere inviato in input a video (display o monitor) per essere tradotto da quest’ultimo in segnale ottico visivo e mostrato all’utente.

Immagine di una scheda video.

Compressione e formato delle immagini

Maggiore è la definizione delle immagini e maggiore è il numero di byte necessari per memorizzarle. Per ridurre le dimensioni in byte dell’immagine, questa deve essere compressa. Un semplice esempio di modalità di compressione è la compattazione dei simboli ripetuti.

Esistono molte altre tecniche per la compressione dei dati, dobbiamo però distinguere tra tecniche LOSSLESS e tecniche LOSSY. Nelle prime la riduzione di spazio non provoca perdita di informazione ed è possibile tornare alla dimensione originale dell’immagine. Un esempio di questa tecnica è PNG (Portable Network Graphics).

Le tecniche Lossy invece prevedono una perdita del contenuto dell’immagine, ma tale da non creare perdita del significato edll’immagine stessa. Il formato più diffuso è il JPEG (Joint Photographic Expert Group), molto usato nel mondo internet. Va ricordato che con compressioni troppo spinte (quindi non ad esempio il JPEG) si può verificare un’eccessiva perdita di definizione o di fedeltà dei colori.

Un filmato è una sequenza di immagini statiche (dette fotogrammi o frame). Per codificare un filmato basta quindi digitalizzare i suoi fotogrammi, il che ci riconduce alle problematiche precedenti.

Esempio di un immagine JPEG.