Aplicações Informáticas B

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1 Aplicações Informáticas B
DIGITALIZAÇÃO Aplicações Informáticas B

2 Sinais Analógicos e Digitais
Sinal Analógico Variação Contínua Sinal Digital Variação Discreta Intervalo de Sinalização Aplicações Informáticas B

3 Recuperação do Sinal Digital
Receptor Transmissor Transmissão T Intervalos de sinalização Instantes de amostragem Sinal recuperado “Não é necessário que se preserve o formato preciso do sinal original para que se possa receber corretamente as informações” Aplicações Informáticas B

4 Conversão Analógica – Digital
Sinal analógico original Sinal analógico recuperado Sinal digital ( ) Conversor A/D Conversor D/A 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) Aplicações Informáticas B

5 Aplicações Informáticas B
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 Aplicações Informáticas B

6 Problemas com a digitalização
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 banda Ex: 8 min de som estéreo com qualidade CD = 80 Megabytes! Solução: ganhos tecnológicos e compressão Aplicações Informáticas B

7 Amostragem Linear e Quantização
.75 - 3bits 8 valores amostra Amostra Aplicações Informáticas B

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Quantização 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 Aplicações Informáticas B

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OBJECTOS MÉDIA Aplicações Informáticas B

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Objetos média Apesar de existirem outras classificações, o estudo dos objetos média será dividido em: Texto Áudio Imagem Vídeo ou Imagens em movimento Aplicações Informáticas B

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TEXTO Aplicações Informáticas B

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Texto Mais simples dos objetos média de base Forma primária de comunicação assíncrona Livros, cartas, jornais, s... Dois tipos: formatados e não-formatados Não-formatados: ASCII (utf-8 e utf-16) Formatados: não existe um padrão, apesar do RTF (Rich Text Format) ter ganho espaço Descrição da estrutura: Tex, Latex, SGML, XML Descrição das páginas: PostScript da Adobe Aplicações Informáticas B

13 Características Típicas de Formatação
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). Aplicações Informáticas B

14 Características Típicas de Formatação
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                      Aplicações Informáticas B

15 Características Típicas de Formatação
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. Aplicações Informáticas B

16 Textos em Aplicações Multimédia
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) Aplicações Informáticas B

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Texto na Web “Boa regra” : desacoplamento do conteúdo da formatação de apresentação XML 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 caracteres Textos especiais para grupos específicos de trabalho: matemática (MathML), por exemplo... Aplicações Informáticas B

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ÁUDIO Aplicações Informáticas B

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Fundamentos de Áudio Acústica é o estudo do som Geração, transmissão e recepção de ondas sonoras Onda sonora - a energia causa perturbação em um meio compressão rarefação Aplicações Informáticas B

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Som: Definição 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) Aplicações Informáticas B

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Som: Definição 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 Aplicações Informáticas B

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Som e percepção humana 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 Aplicações Informáticas B

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ÁUDIO DIGITAL Aplicações Informáticas B

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Áudio Digital 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... Aplicações Informáticas B

25 Apresentação de Áudio no Computador
Dispositivos analógicos: pressão mecânica em sinais magnéticos ou elétricos Dispositivos digitais: sinais representados por seqüência de bits Sinal filtrado Sinal original Filtro Analógico Amostrador Sinal amostrado Sinal digital Sinal digital Sistema Digital Quantizador Aplicações Informáticas B

26 Esquema da Codificação PCM
Sinal original Pulsos PAM 7.0 6.0 4.1 4.5 2.5 5.0 2.2 3.0 1.1 Pulsos PCM 100 110 011 010 101 001 111 1 2 3 4 5 6 7 Saída PCM Aplicações Informáticas B

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MIDI Fontes: Aplicações Informáticas B

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Fundamentos de MIDI MIDI: Musical Instrument Digital Interface Origem: 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 Aplicações Informáticas B

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IMAGEM Aplicações Informáticas B

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31 Imagens e variáveis físicas
Imagem: formada pela reflexão da luz incidente sobre um objeto que estimula os receptores sensíveis à intensidade de luz do olho Descrição 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. Aplicações Informáticas B

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Retina Aplicações Informáticas B

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Visão e Cor (1) A córnea do olho funciona como uma lente que focaliza os raios luminosos para dentro da retina Estes raios estimulam incontáveis nervos especializados chamados bastões (rods) e cones situados na superfície da retina Os receptores nos cones são sensíveis às cores vermelho, verde e azul; os receptores nos bastões à luminosidade O olho não responde igualmente a todos os comprimentos de onda da luz... Aplicações Informáticas B

34 Espectro da Luz x Espectro Visível
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35 Imagens coloridas e visão humana
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 Aplicações Informáticas B

36 Captura de Imagens Analógicas
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-sensível A superfície foto-sensível é rastreada por um feixe de elétrons para capturar as cargas elétricas A imagem ou cena é convertida em um sinal elétrico contínuo Para imagens coloridas, a câmera divide a luz em suas 3 componentes primárias, gerando um sinal elétrico para cada uma delas (para sinal RGB) Aplicações Informáticas B

37 Captura de imagens coloridas
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38 Scanners e Máquinas Digitais
Scanners: imagens digitais a partir de papel ou películas fotográficas Imagem formada pela medida da reflexão gerada a partir de uma fonte de luz Características: 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) Aplicações Informáticas B

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IMAGEM DIGITAL Aplicações Informáticas B

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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 imagem Digitalização (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 Aplicações Informáticas B

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Digitalização Colunas Linhas Valor =  (x,y,z,,t) MxN = 16x16 a[3,10] = 120 (valor do brilho) Aplicações Informáticas B

42 Representação de Imagem Digital
Três tipos básicos: Imagem Vetorial (gráfico ou desenho) Imagem por Modelos Matemáticos Imagem Matricial ou Bitmap (raster) Aplicações Informáticas B

43 Aplicações Informáticas B
Imagem Vetorial 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 programas Podem 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, ... Aplicações Informáticas B

44 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, ... Aplicações Informáticas B

45 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 Aplicações Informáticas B

46 Formato de uma Imagem Digital
Especificado por 3 parâmetros principais: Tamanho: Altura x Largura Resolução espacial: pixels / unidade de comprimento Tela 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 Aplicações Informáticas B

47 Resolução de Imagens Digitais
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 Aplicações Informáticas B

48 Escalamento x resolução
cor: 1bit Resolução: 2000 pixels/pol cor: 8bits Resolução: 200 pixels/pol Imagem 1-bit 2000-ppi (2 x 2 x x 1)/8192 = 1953 KB Imagem 8-bit 200-ppi (2 x 2 x 2002 x 8)/8192 = 156 KB Aplicações Informáticas B

49 Aplicações Informáticas B
Cor e visão humana 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) Aplicações Informáticas B

50 Aplicações Informáticas B
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. Aplicações Informáticas B

51 Aplicações Informáticas B
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) Aplicações Informáticas B

52 Aplicações Informáticas B
Espaço de cores Aplicações Informáticas B

53 Formatos “Web standards”
ARQUIVO CONTEÚDO & MODELO DESCRIÇÃO GIF GIF Graphics Interchange Format – Matricial com forte compressão sem perdas Formato “padrão” na Web proposto por CompuServe. Ideal para imagens em 256 cores. Suporta animação JPG JPEG 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 JBIG JBIG Joint Bi-level Image experts Group – Padrão Internacional para compressão sem perdas Padrão International para compressão de imagem sem perdas da ISO PNG PNG 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 GIF PNG-24: 24-bits comparável ao JPEG Suporte à animação em estudo... PDF PDF Photoshop Portable Document Format – Vetorial Desenvolvido pela Adobe, incorpora características para layout de página. Aceita imagens PB e coloridas Aplicações Informáticas B

54 JPG, GIF, PNG-8 & PNG-24 8-colour GIF (1292 bytes)
16-colour PNG-8 (6481 bytes Full-colour PNG-24 (34377 bytes) Low-quality JPEG (4089 bytes) High-quality JPEG (17465 bytes) Aplicações Informáticas B

55 Aplicações Informáticas B
8-colour GIF (1292 bytes) Aplicações Informáticas B

56 Aplicações Informáticas B
64-colour GIF (2940 bytes) Aplicações Informáticas B

57 Aplicações Informáticas B
16-colour PNG-8 (6481 bytes) Aplicações Informáticas B

58 Full-colour PNG-24 (34377 bytes)
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59 Low-quality JPEG (4089 bytes)
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60 High-quality JPEG (17465 bytes)
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61 GIF é melhor para tratar bordas (cantos)
GIF x JPG GIF é melhor para tratar bordas (cantos) (imagens sintéticas) GIF 4 cores 2.3Kbytes JPG 256 cores 7.14Kbytes Aplicações Informáticas B

62 GIF x JPG JPG é melhor para mudanças suaves (foto-realismo)
GIF bytes 256-color Dithered JPEG bytes 16.8M-color PSP Compression: 40 Aplicações Informáticas B