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Glossario informatico
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Glossario informatico: Digitalizzare

Glossario informatico: una raccolta di tutti i termini informatici riguardanti Internet, l'informatica e i PC.

Autore della definizione: maxmula

Trasformare un informazione da formato analogico a formato digitale in modo che possa essere letta da un computer.

Il processo della digitalizzazione (o acquisizione) passa attraverso 2 fasi:


Campionamento
Per Campionamento si intende la registrazione del valore (l'ampiezza, ad esempio) del segnale analogico sotto osservazione, ad intervalli di tempo regolari.

Il procedimento comporta una perdita d'informazioni, dal momento che ne risulta una serie di valori puntuali: nulla è dato conoscere sull'andamento del segnale tra un campione ed il succesivo.
E' stato però dimostrato che, se la risoluzione di campionamento è sufficientemente elevata (i valori puntuali sono abbastanza ravvicinati), è possibile riprodurre un segnale non troppo difforme dall'originale.

Per avere un'idea di "quanto veloce" dovrebbe essere il campionamento per non avere perdite apprezzabili di qualità, bisogna considerare la massima velocità con cui il segnale varia (frequenza): nota questa, è sufficiente acquisire i dati con frequenza almeno doppia ("Teorema di Nyquist").

Va considerata, a questo punto, la qualità minima richiesta per il segnale riprodotto, che dipende fortemente dal tipo di applicazione cui è destinato.
Si consideri, ad esempio, il caso della voce umana: perché una normale conversazione sia intelligibile è sufficiente un campionamento a 11 KHz (11000 volte al secondo); se però desideriamo apprezzare senza distorsione la voce della nostra cantante preferita (la voce femminile è più acuta di quella maschile) l'acquisizione dovrà avvenire ad almeno 44 KHz (la cosiddetta "qualità CD")


Quantizzazione
Il campionamento restituisce valori coerenti alla grandezza misurata. Se si campiona un segnale elettrico il risultato sarà una successione di valori di tensione che oscillano tra due estremi e dipendono dallo strumento utilizzato (il microfono), ad esempio tra -100 mV e +100 mV (1 mV = 0.001 Volt).

Occorre, pertanto, trasformare la scala del segnale in un'altra che un elaboratore digitale sia in grado di manipolare più agevolmente, ad esempio gruppi di bit.

Fissati dunque un valore di segnale registrato corrispondente allo Zero (-100 mV) ed uno "di fondo scala" (+100 mV), si procede a suddividere quest'intervallo in tante parti (categorie) quanti sono gli stati rappresentabili col numero di bit scelto:
com'è naturale immaginare, quanti più sono i bit utilizzabili per la quantizzazione, tanto più precisa sarà la rappresentazione digitale.

Con 4 bit si potranno rappresentare solo 16 stati (il che non ha molta utilità), con 8 bit (campionamento voce a bassa qualità) ci saranno 256 categorie disponibili, con 16 bit (voce ad alta qualità) 65536.
Ogni campione acquisito, ricadendo in una ben precisa categoria, sarà associabile univocamente ad una sequenza di simboli "0" e "1" e quindi ad un numero.

Come avveniva per il campionamento, anche in fase di quantizzazione il numero di bit minimo da utilizzare dipende dal tipo di applicazione: se registrando una conversazione possiamo accontentarci di 8 bit, qualora si tratti di un brano musicale ad alta fedeltà, solo una codifica a 16 o 32 bit garantisce un'adeguata "profondità".

La combinazione campionamento e quantizzazione ci porta a parlare di una grandezza che si sente spesso nominare: il Bit Rate (che si può trovare anche scritto come "Bit-Rate" o "Bitrate"), che altro non è se non il numero (minimo) di bit che occorre gestire nell'unità di tempo (1 secondo).

Problema:
Dato un brano musicale campionato a 44 KHz con profondità di 16 bit, quanti bit richiederà un secondo di registrazione digitale?

Soluzione:

44000 [Hz] x 16 [bit] = 704000 bit]



Va però considerato che solitamente la traccia musicale è sterofonica (!), per cui bisogna considerare l'utilizzo di 2 canali (almeno). Quindi:

44000 x 16 x 2 = 1408000 bit, pari a (circa) 1,4 Megabit



L'apparato incaricato di riprodurre questa registrazione dovrà quindi essere in grado di elaborare almeno 1,4 Megabit ogni secondo; parimenti, volendo inviare ad un altro computer, "in tempo reale", il segnale così digitalizzato (il cosiddetto "Streaming"), sarà necessario disporre di una connessione di rete che garantisca una velocità di trasferimento *effettiva* (non nominale) di almeno_ 1,4 Mbit/s.


Quanto detto riguardo la registrazione di segnali audio vale anche per le immagini: in questo caso la frequenza di campionamento non sarà nel tempo bensì nello spazio (la "risoluzione dello scanner", espressa in punti per pollice); La quantizzazione richiederà anche qui un numero di bit tanto più grande quanto migliore dovrà essere la definizione dell'immagine digitale, e, nel caso di una figura a colori, si dovranno acquisire 3 canali (uno per colore fondamentale: rosso, verde e blu)


Memorizzazione dei dati digitali
Come si è visto nell'esempio poco sopra, la digitalizzazione produce grandi quantità di dati, il che comporta diversi problemi, tra cui lo spazio richiesto per la memorizzazione e la banda necessaria per il loro trasferimento.

Viene naturale, quindi, domandarsi se non sia possibile contenere in qualche maniera l'ingombro dei file generati dall'acquisizione: sono pertanto stati sviluppati diversi "codec", che implementano tecniche di compressione in grado di ridurre le dimensioni dei file generati dall'acquisizione.

Esistono due tipi di compressione: senza perdita d'informazioni ("Lossless") e con perdita d'informazioni ("Lossy");
Gli algoritmi di compressione lossy sono i più efficaci nel produrre file di dimensioni relativamente piccole).
Quanto più la compressione è "spinta", però, tanto più deteriorato sarà il prodotto finale: occorre pertanto cercare un buon compromesso tra spazio occupato e qualità "percepita" dall'utente.

Alcuni esempi di formati con perdita d'informazione sono l'MP3 per l'audio ed il JPEG per le immagini.

A fronte di file più ingombranti, invece, le codifiche lossless garantiscono una maggiore fedeltà all'originale e sono più adatte nel caso in cui si intenda sottoporre i dati digitali ad ulteriori elaborazioni che introducono perdite (fotoritocco, aggiunta di effetti speciali al canale audio, ecc.).
Alcuni esempi di formati senza perdite sono il FLAC per l'audio ed il TIF per le immagini.

Qualora si tratti di garantire l'assoluta mancanza di manipolazioni di quanto acquisito, però, non ci sono alternative; In questo caso i dati andranno salvati nella forma esatta con cui sono giunti dal convertitore: il formato "grezzo" (RAW per le immagini, WAV per i suoni).


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