1aplicações informáticas b. sinal analógico –variação contínua sinal digital –variação...

1Aplicações Informáticas B

Sinal Analógico– Variação Contínua

Sinal Digital– Variação Discreta

– Intervalo de Sinalização


ReceptorReceptorTransmissorTransmissor

Transmissão

T

Intervalos de sinalização

T

Instantes de amostragem

T

Sinal recuperado

““Não é necessário que se preserve o formato preciso do sinal original Não é necessário que se preserve o formato preciso do sinal original para que se possa receber corretamente as informações”para que se possa receber corretamente as informações”


Conversão Analógica – Digital

Sinal analógico original Sinal digital

(010010...)Conversor A/D

Conversor D/A

Sinal analógico recuperado

• Digitalização: Conversão de sinal analógico (onda) para digital (bits)– Ex: “Digitalização” de áudio:

• ADC : Analogic-to-Digital Converter sinal de áudio convertido em amostras digitais (stream de bits)

• DCA: Digital-to-Analogic Converter produção do sinais acústicos (reconstrução do sinal analógico)


Analógico Digital

Composta por duas fases: Amostragem + Quantização

Taxa de Amostragem (Sampling rate)Número de amostras capturadas no sinal contínuo /seg (Hz)

Quantização (bits per sample)Número de bits usado para medir a amplitude do sinal


Distorção no sinal analógico restituído O sinal gerado após a conversão D/A não é idêntico ao original (a informação não é idêntica à capturada no mundo real)

Tamanho dos arquivos Necessidade de meios de armazenamento digital com grandes capacidades

Alta largura de bandaEx: 8 min de som estéreo com qualidade CD = 80 Megabytes!Solução: ganhos tecnológicos e compressão


Amostragem Linear e Quantização

0

.75

-.75

3bits 8 valores

Tempo

Amplitude amostra

Amostra


• Quantização: conversão dos valores amostrados em valores discretos de quantização.

• Erro de quantização relação sinal/ruído, SNR ou S/R (em dB)– Quanto maior, melhor o sinal (S/R >70 dB para evitar ruídos)– Menos bits maior perda perda de qualidade mais ruído


OBJECTOS MÉDIAOBJECTOS MÉDIA


Objetos média

Apesar de existirem outras classificações, o estudo dos objetos média será dividido em:

Texto

Áudio

Imagem

Vídeo ou Imagens em movimento


Mais simples dos objetos média de base

Forma primária de comunicação assíncronaLivros, cartas, jornais, e-mails...

Dois tipos: formatados e não-formatadosNão-formatados: ASCII (utf-8 e utf-16)Formatados: não existe um padrão, apesar do RTF (Rich Text Format) ter ganho espaçooDescrição da estrutura: Tex, Latex, SGML, XMLoDescrição das páginas: PostScript da Adobe


Tipo (typeface): família de caracteres gráficos que incluem vários tamanhos e estilos (ex. Helvetica, Times, Courrier).

Fonte: coleção de caracteres do mesmo tamanho e estilo, pertencentes a uma família de Tipos (ex. Times 12 italic, Courier New 12 bold).

Estilo: negrito, itálico, sublinhado,

Tamanho: tamanho da fonte, expresso em pontos (1 ponto = 1/72 polegada).


Espaço adicional entre linhas para uniformizar o espaçamento entre elas (leading)

lead = chumbo em inglês; tira de chumbo utilizada pelos tipógrafos para separar linhas de texto.

Espaço entre caracteres (tracking): em geral, aplicado manualmente, forçando os caracteres a coexistirem com espaçamentos entre si diferentes do definido na fonte Sem tracking Com tracking negativo Com tracking positivo


kerning: espaço entre pares de caracteres; normalmente, o kerning utiliza informação existente na própria fonte (ex. o espaço entre o V e o A deverá ser menor do que entre o V e o Z).

serif: pequenos “ornamentos” nas extremidades dos traços de um caracter.


Formatados de formas variadas e dependentes de plataforma – denominador comum: ASCII e mais recentemente o Unicode (UTF-8 e UTF-16)

Formatação em tempo de autoria (WYSIWYG) versus formatação pós-edição:

MSWord versus “Latex” ou “XML + XSL”

Fácil compressão: métodos tradicionais de compressão obtém bons resultados (zip)

Praticamente toda a indexação de objetos mídia é feita através de textos (metadados)


“Boa regra” : desacoplamento do conteúdo da formatação de apresentaçãoXML e DTDs/Schemas : teste de conformidade (sintaxe correta)Compactação interna (formato pdf, doc) ou externa (zip, compress, gzip, ...)Apresentações dinâmicas: CSS, scripts, Flash, ...

Na verdade, funcionam como animações... Avanços:

Acentuação em diversas línguas e diferentes caracteresTextos especiais para grupos específicos de trabalho: matemática (MathML), por exemplo...


Acústica é o estudo do somGeração, transmissão e recepção de ondas sonorasOnda sonora - a energia causa perturbação em um meio

compressão

rarefação


SOM: um sinal analógico produzido por um fluxo contínuo de vibrações que provoca variações na pressão do ar

O ouvido percebe variações de pressão e transforma em impulsos elétricos para o cérebro

Transdutores: alto-falantes (sinal elétrico em acústico) e microfones (sinal acústico em elétrico)


SOM onda

oscilação em 1 dimensão

Parâmetros perceptuais:Intensidade: sons fortes e fracos (dB)

Altura: sons graves (menor) e agudos (maior)

Timbre: notas de mesma altura e intensidade tocadas em diferentes instrumentos


A fala é uma forma de onda complexa Vogais e sons graves estão em baixas freqüências Consoantes correspodem a altas freqüências

O ouvido humano é mais sensível a baixas freqüências A região mais importante fica entre 2 kHz e 4 kHz

A audição depende do espaço e do ambiente

O som precebido pode ser mascarado por interferência de outros sons


Áudio digital: uma stream de bytes contendo dados de amplitude

CD: os bytes representam picos de volume

E as freqüências ou timbres?Resultam da “repetição da amplitude” durante um certo intervalo de tempo...

Áudio digital: Combinação de freqüências limitadas pela “quantidade de amplitudes” apresentadas por segundo e o “tamanho” de cada amplitude...


Dispositivos analógicos: pressão mecânica em sinais magnéticos ou elétricos

Dispositivos digitais: sinais representados por seqüência de bits

Sinal original

Filtro Analógico Amostrador

Quantizador Sistema Digital

Sinal digital

Sinal filtrado

Sinal amostradoSinal

digital


Sinal original

Pulsos PAM

7.0

6.0

4.1 4.5

2.5

5.0

2.2

3.0

1.1

5.0 5.0

Pulsos PCM

100 110 011 010 101 010 100 001 101 111 10101234567

Saída PCM 100 110 011 010 101 010 100 001 101 111 101

Esquema da Codificação PCM


MIDI

Fontes: http://www.mozart.co.uk/information/articles/midinote.htm

http://www.borg.com/~jglatt/tech/midispec.htm

http://www.sonicspot.com/guide/midi.html


MIDI: Musical Instrument Digital InterfaceOrigem: padronização da comunicação entre instrumentos musicais eletrônicos

MIDI é a “língua franca” para a música...

Sintetizador MIDI: recupera instruções e sintetiza o som de acordo com elas

Qualidade depende do sintetizador


http://www.mundocor.com.br/cores/ciencia_cor.htm


Imagem: formada pela reflexão da luz incidente sobre um objeto que estimula os receptores sensíveis à intensidade de luz do olhoDescrição de uma imagem monocromática:

Valor da intensidade a de luz como função de duas coordenadas espaciais a(x,y) (2D) ou a(x,y,z) (3D)

Imagens coloridas:Reflexão de diferentes comprimentos de onda (cores)

• Seria necessário um espectro completo para a descrição (Newton)• Mas... O sistema de visão humana tem características que

simplificam este processo.


A córnea do olho funciona como uma lente que focaliza os raios luminosos para dentro da retinaEstes raios estimulam incontáveis nervos especializados chamados bastões (rods) e cones situados na superfície da retinaOs receptores nos cones são sensíveis às cores vermelho, verde e azul; os receptores nos bastões à luminosidadeO olho não responde igualmente a todos os comprimentos de onda da luz...


Espectro da Luz x Espectro Visível


Diferentes distribuições espectrais da luz podem resultar na mesma resposta visual, i.e.:

É possível criar sensações de cores idênticas com diferentes combinações de comprimentos de onda (cores)

Teoria Young/Helmholtz: existem três receptores sensíveis à luz, que reagem ao vermelho, verde e azul, gerando, desse sistema, a visão das demais tonalidades:

Qualquer sensação de cor reproduzida pela combinação de três luzes coloridas monocromáticas (RGB) primárias. Toda imagem colorida plana pode ser representada por três funções 2D, uma para cada componente primária


Lentes da câmera focam uma imagem de uma cena em uma superfície foto-sensível de sensores CCD (Charge-Coupled Device)Brilho de cada ponto é convertido em uma carga elétrica proporcional ao brilho por uma camada foto-sensívelA superfície foto-sensível é rastreada por um feixe de elétrons para capturar as cargas elétricasA imagem ou cena é convertida em um sinal elétrico contínuoPara imagens coloridas, a câmera divide a luz em suas 3 componentes primárias, gerando um sinal elétrico para cada uma delas (para sinal RGB)


Captura de imagens coloridas


Scanners: imagens digitais a partir de papel ou películas fotográficas

Imagem formada pela medida da reflexão gerada a partir de uma fonte de luzCaracterísticas: resolução óptica (dpi), velocidade, número de cores, tamanho do papel, sensores

Máquinas digitais:Princípio semelhante às tradicionais, com armazenagem digital da foto (muitas vezes com compressão)

Fotos para Web ( < 2Mpixels)Fotos profissionais (> 3Mpixels)


IMAGEM DIGITAL


Imagem digital: matriz composta de pixels contendo valores associados a informações de cores e brilho, que vista “a uma certa distância” forma uma imagemDigitalização (imagem monocromática):

Transformação da imagem analógica a(x,y) no espaço 2D contínuo para uma digital a[m,n] no espaço discreto 2D através de um processo de amostragem

Imagem 2D a(x,y) dividida em M linhas e N colunas com {m=0,1,2,...,M-1} e {n=0,1,2,...,N-1} gerando a[m,n]

Representação da amplitude “média” do brilho (escala de cinza) de cada pixel através de quantização


ColunasL

inh

as

Valor = (x,y,z,,t)

MxN = 16x16 a[3,10] = 120 (valor do brilho)

Digitalização


Três tipos básicos:

1. Imagem Vetorial (gráfico ou desenho)

2. Imagem por Modelos Matemáticos

3. Imagem Matricial ou Bitmap (raster)


Imagem vista como um conjunto de primitivas mais complexas: segmentos, elipses, polígonos, ...

As primitivas possuem atributos como espessura, cor, padrões de preenchimento, etc.Imagens técnicas (mapas, diagramas, plantas, ...)

Geradas por editores ou programasPodem ser editadas: objetos podem ser removidos, adicionados, movidos, modificados, etc.Escalamento não altera a qualidade (como no caso do bitmap)Ex. de formatos padrão: PHIGS, GKS, IGS, ...


Imagem por Modelos Matemáticos

• Modelos matemáticos que eliminam redundâncias contidas na informação compressão

• Fractais (fractal - fractional dimension): Qualquer curva ou superfície que é independente da escala

• Propriedade (self-similarity) quando a escala aumenta, a superfície gerada contém porções idênticas ao fractal

• Processo de escalamento iterativo• Cenários virtuais, textura, artes, ...


Imagem Matricial ou Bitmap

• Imagem vista como uma matriz de células, quadradas e de cor única: pixel (picture element)

• Descrita como uma função que retorna o valor da intensidade e cor da luz de cada ponto de uma região plana

• Não contém informações estruturais: objetos que compõem a imagem não podem ser modificados

• Resultam de capturas do mundo real (scanner ou câmeras) ou de síntese (capturas, paints, conversão de gráficos,...)

• Foto-realismo


Especificado por 3 parâmetros principais:Tamanho: Altura x Largura

Resolução espacial: pixels / unidade de comprimentoTela 10.5’’x 8’’ com 800 x 600 pixels 75 pixels/inch

com 1024 x 768 pixels 96 pixels/inch

Profundidade de bits

Tamanho do arquivo de imagem: Altura x Largura x Resolução2 x Profundidade de Bits


Resolução: pixels por unidade linear de medida Em Pixels Per Inch (PPI) ou Dots Per Inch (DPI)

Imagem = matriz de pontos resolução cresce, o tamanho das células diminui aumenta a quantidade de pixels por unidade de distância (PPI)

Achar a resolução ideal envolve:Saber como a imagem foi gerada e onde será utilizada


Escalamento x resolução

cor: 1bit

Resolução: 2000 pixels/pol

cor: 8bits

Resolução: 200 pixels/pol

Imagem 1-bit 2000-ppi

(2 x 2 x 20002 x 1)/8192 = 1953 KB

Imagem 8-bit 200-ppi

(2 x 2 x 2002 x 8)/8192 = 156 KB


A sensação visual do olho humano ao se deparar com uma cor pode ser definida por:

Tom (hue): percepção da nuance (mudança de cor vista ao olhar para o arco-íris); mede a freqüência dominante da onda luminosa;

Saturação (colorfulness): percepção da vivacidade, pureza da cor (ir do azul do céu ao azul escuro)

Luminância (brightness): percepção de uma área com mais ou menos luz ou brilho (clarear ou escurecer uma imagem)


RGB

• Espaço de cores 3D: RGB formam 3 eixos e definem um cubo– Preto = (0,0,0) e branco = (255,255,255) com 24 bits.

• Espaço aditivo: cores formadas pela soma das intensidades de red, green e blue – Uma imagem digital começa sem nenhuma intensidade

(cor = preto) e depois vai se formando!

– Menos energia para o preto que para o branco.


CMYK

• Espaço subtrativo: cores formadas pela subtração dos valores do ciano, magenta, amarelo do branco– Ciano absorve a luz vermelha; magenta, a verde e amarelo, a azul;

preto absorve todas e branco reflete todas as cores

• Usado para definir cores de impressão– A impressão, em geral, começa sobre um papel em branco

• Seja uma cor CMYK = (7,9,5)– Usando preto para as cores que se sobrepõem, faz-se a mesma cor

com 2 unidades de ciano, 4 de magenta e 0 de amarelo!

– Reduziu-se a “quantidade de inks” (elementos de imagem impressa) de 21 para 11 (5 unidades de preto custam menos que 6 de cores)


Espaço de cores


Formatos “Web standards”ARQUIVO CONTEÚDO & MODELO DESCRIÇÃO

GIFGIF Graphics Interchange Format – Matricial com forte compressão sem perdas

Formato “padrão” na Web proposto por CompuServe. Ideal para imagens em 256 cores. Suporta animação

JPGJPEG Joint Photographic Expert Group – Padrão Internacional para compressão com perdas

Aceita todos os tipos de imagens matriciais:PB + color . Vários níveis de qualidade possíveis, de acordo com a compressão (1:10, 1:30, etc. - 1: 20 é normal...). “Padrão” Web

JBIGJBIG Joint Bi-level Image experts Group – Padrão Internacional para compressão sem perdas

Padrão International para compressão de imagem sem perdas da ISO

PNGPNG Portable Network Graphics – Matricial com compressão com perdas desenvolvido como opção ao GIF

Apareceu recentemente como forma de evitar o licenciamento do algoritmo de compressão GIF. PNG-8: 8-bits comparável ao GIFPNG-24: 24-bits comparável ao JPEGSuporte à animação em estudo...

PDFPDF Photoshop Portable Document Format – Vetorial

Desenvolvido pela Adobe, incorpora características para layout de página.Aceita imagens PB e coloridas


JPG, GIF, PNG-8 & PNG-24

8-colour GIF (1292 bytes)

Low-quality JPEG (4089 bytes)


16-colour PNG-8 (6481

bytes

Full-colour PNG-24 (34377

bytes)

High-quality JPEG (17465 bytes) 54Aplicações Informáticas B

16-colour PNG-8 (6481 bytes)


Full-colour PNG-24 (34377 bytes)


Low-quality JPEG (4089 bytes)


High-quality JPEG (17465 bytes)


GIF x JPG

GIF 4 cores 2.3Kbytes

GIF é melhor para tratar bordas (cantos)

(imagens sintéticas)

JPG 256 cores 7.14Kbytes


GIF x JPG

GIF 11.229 bytes256-colorDithered

JPEG 2.583 bytes16.8M-color

PSP Compression: 40

JPG é melhor para mudanças suaves

(foto-realismo)


1aplicações informáticas b. sinal analógico –variação contínua sinal digital –variação...

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