Sistemas numéricos e a Representação Interna dos Dados no ...silveira/INE5602/Laminas/INE5602Aula5.pdf · • utilizado em câmeras e gravadores profissionais, imagens geradas

Sistemas numéricos e a Sistemas numéricos e a Representação Interna dos Dados Representação Interna dos Dados no Computadorno Computador

Ricardo Azambuja SilveiraRicardo Azambuja SilveiraINE-CTC-UFSCINE-CTC-UFSCE-Mail: [email protected]: [email protected]: http://www.inf.ufsc.br~silveiraURL: http://www.inf.ufsc.br~silveiraMaterial elaborado pelo prof Roberto WillrichMaterial elaborado pelo prof Roberto Willrich

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Representação Digital de Representação Digital de Áudio, Imagem e VídeoÁudio, Imagem e Vídeo

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Informações Multimídia na Forma Informações Multimídia na Forma AnalógicaAnalógica

• Informações percebidas e variáveis físicasInformações percebidas e variáveis físicas– Informações detectadas pelos sentidos humanos podem ser Informações detectadas pelos sentidos humanos podem ser

descritas como variáveis físicas cujos valores são funções do descritas como variáveis físicas cujos valores são funções do tempo e espaçotempo e espaço

• Descrevendo sons com formas de ondaDescrevendo sons com formas de onda– Som, que atravessa o ar, é uma onda de ar comprimido ou Som, que atravessa o ar, é uma onda de ar comprimido ou

expandido cuja pressão altera no tempo e espaço expandido cuja pressão altera no tempo e espaço • na posição de um locutor (detector), sons podem ser descritos na posição de um locutor (detector), sons podem ser descritos

por valores de pressão que variam no tempopor valores de pressão que variam no tempo

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• Descrevendo sons com formas de ondaDescrevendo sons com formas de onda– Padrão de oscilação é chamado de forma de onda Padrão de oscilação é chamado de forma de onda

((waveformwaveform))• caracterizado por um período e amplitudecaracterizado por um período e amplitude• períodoperíodo é o tempo necessário para a realização de um ciclo é o tempo necessário para a realização de um ciclo• freqüênciafreqüência é definida como o inverso do período é definida como o inverso do período

– representa o número de períodos em um segundorepresenta o número de períodos em um segundo

– medida em Hz (Hertz) ou ciclos por segundo (cps)medida em Hz (Hertz) ou ciclos por segundo (cps)

• amplitudeamplitude do som é define um som leve ou pesado do som é define um som leve ou pesado

períodoperíodo

amplitudeamplitude

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• Descrevendo imagens monocromáticas com variáveis Descrevendo imagens monocromáticas com variáveis físicasfísicas– Imagens refletem radiações eletromagnéticas (luz) Imagens refletem radiações eletromagnéticas (luz)

incidentes que estimulam os olhos do observadorincidentes que estimulam os olhos do observador• imagem pode ser descrita pelo valor de intensidade de luz que imagem pode ser descrita pelo valor de intensidade de luz que

é função de duas coordenadas espaciais (ou três)é função de duas coordenadas espaciais (ou três)

• Descrevendo imagens coloridas com formas de ondaDescrevendo imagens coloridas com formas de onda– Imagem colorida reflete diferentes comprimentos de ondaImagem colorida reflete diferentes comprimentos de onda

• função simples não é suficiente para descrever imagens função simples não é suficiente para descrever imagens coloridascoloridas

– Qualquer sensação de cor pode ser reproduzida pela mistura Qualquer sensação de cor pode ser reproduzida pela mistura em proporções apropriadas de três luzes coloridas básicas: em proporções apropriadas de três luzes coloridas básicas: vermelho, verde e azulvermelho, verde e azul

• uma imagem colorida pode ser representada por um conjunto uma imagem colorida pode ser representada por um conjunto de 3 funções bidimensionaisde 3 funções bidimensionais

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Para que Digitalizar Informações?Para que Digitalizar Informações?

• Digitalização traz várias vantagensDigitalização traz várias vantagens– Universalidade de representaçãoUniversalidade de representação– ProcessamentoProcessamento

• Informações digitais são processadas, analisadas, modificadas, Informações digitais são processadas, analisadas, modificadas, alteradas, ou complementadas por programas de computador alteradas, ou complementadas por programas de computador tal qual outros dadostal qual outros dados

– QualidadeQualidade• Sistemas digitais são mais confiáveis Sistemas digitais são mais confiáveis

– SegurançaSegurança• Criptografia de sinais digitais é possívelCriptografia de sinais digitais é possível

– ArmazenamentoArmazenamento• Dispositivo único de armazenamento para todas as mídiasDispositivo único de armazenamento para todas as mídias

– TransmissãoTransmissão• Qualquer sistema de comunicação de dados podem ser Qualquer sistema de comunicação de dados podem ser

(potencialmente) utilizado para a transmissão de informação (potencialmente) utilizado para a transmissão de informação multimídiamultimídia

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DigitalizaçãoDigitalização: processo envolvido na transformação de sinais : processo envolvido na transformação de sinais analógicos em sinais digitaisanalógicos em sinais digitais

Digitalização, Amostragem e QuantificaçãoDigitalização, Amostragem e Quantificação

• Sinal analógicoSinal analógico– Medida física que varia continuamente com Medida física que varia continuamente com

o tempo e/ou espaço o tempo e/ou espaço– Descritos por s=f(t), s=f(x,y,z), s=f(x,y,z,t) Descritos por s=f(t), s=f(x,y,z), s=f(x,y,z,t) – Em informática:Em informática:

• produzido por um sensor que detectam fenômenos físicos (que produzido por um sensor que detectam fenômenos físicos (que simulam os sensos humanos) e os transformam em uma simulam os sensos humanos) e os transformam em uma medidamedida

– medida toma a forma de uma corrente ou tensão elétricamedida toma a forma de uma corrente ou tensão elétrica

– precisão definida pelas características dos sensoresprecisão definida pelas características dos sensores

• Sinais digitaisSinais digitais– Seqüências de valores dependentes do tempo ou do espaço Seqüências de valores dependentes do tempo ou do espaço

codificados no formato bináriocodificados no formato binário

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Conversão analógico para digitalConversão analógico para digital

• Passos para conversão de sinal analógico em digital:Passos para conversão de sinal analógico em digital:– AmostragemAmostragem

• conjunto discreto de valores (analógicos) é amostrado em conjunto discreto de valores (analógicos) é amostrado em intervalos temporais (para sons) ou espaciais (para imagens) intervalos temporais (para sons) ou espaciais (para imagens) em periodicidade constanteem periodicidade constante

– através de circuitos sampling and hold através de circuitos sampling and hold

AmostragemAmostragem

Freqüência de Freqüência de amostragemamostragem

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• Passos para conversão de sinal analógico em digital:Passos para conversão de sinal analógico em digital:– AmostragemAmostragem

• teorema de Nyquistteorema de Nyquist– se um sinal analógico contem componentes de frequência até f se um sinal analógico contem componentes de frequência até f

Hz, a taxa de amostragem deve ser ao menos 2f HzHz, a taxa de amostragem deve ser ao menos 2f Hz

» para o som: 20 kHz para o som: 20 kHz →→ freqüência de amostragem freqüência de amostragem ≥≥ 40 kHz 40 kHz

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• Passos para conversão de sinal analógico em digital:Passos para conversão de sinal analógico em digital:– QuantificaçãoQuantificação

• o sinal amostrado é quantificado (descontinuidade de valores)o sinal amostrado é quantificado (descontinuidade de valores)

Passo de Passo de quantificaçãoquantificação

887766554433221100



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• Passos para conversão de sinal analógico em digital:Passos para conversão de sinal analógico em digital:– CodificaçãoCodificação

• um conjunto de bits, chamado de code-word, é associado com um conjunto de bits, chamado de code-word, é associado com cada valor quantificadocada valor quantificado


887766554433221100

0011 0110 1000 0101 0010 0011 0110 1000 1000 0110 00110011 0110 1000 0101 0010 0011 0110 1000 1000 0110 0011



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887766554433221100

0011 0110 1000 0101 0010 0011 0110 1000 1000 0110 00110011 0110 1000 0101 0010 0011 0110 1000 1000 0110 0011



Conceito ImportanteConceito Importante

• Taxa de bitsTaxa de bits– Produto entre taxa de amostragem e o número de bits Produto entre taxa de amostragem e o número de bits

• exemplo: telefoniaexemplo: telefonia– supondo uma freqüência de 8 kHz e 8 bits por amostrasupondo uma freqüência de 8 kHz e 8 bits por amostra

– taxa de bits necessária é igual a 8000x8 = 64 kbpstaxa de bits necessária é igual a 8000x8 = 64 kbps

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ConversorConversorA/DA/D

ConversorConversorD/AD/A

(011001101...)(011001101...)

Sinal AnalógicoSinal Analógico Sinal AnalógicoSinal AnalógicoSinal DigitalSinal Digital

Conversão A/D e D/AConversão A/D e D/A

• Todas as informações são representadas Todas as informações são representadas internamente no formato digitalinternamente no formato digital– Humanos reagem a estímulos sensoriais físicosHumanos reagem a estímulos sensoriais físicos– Conversão D/A é necessária na apresentação de certas Conversão D/A é necessária na apresentação de certas

informaçõesinformações

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Problemas da Representação digitalProblemas da Representação digital

• Distorção de codificaçãoDistorção de codificação– Digitalização introduz distorçãoDigitalização introduz distorção

• sinal gerado após a conversão D/A não é idêntico ao originalsinal gerado após a conversão D/A não é idêntico ao original

• aumentando a taxa de amostragem e número de bits usado aumentando a taxa de amostragem e número de bits usado para codificação reduz a distorçãopara codificação reduz a distorção

– problema: capacidade de armazenamento limitadoproblema: capacidade de armazenamento limitado

– Solução: escolher um balanço apropriado entre a precisão Solução: escolher um balanço apropriado entre a precisão da digitalização e a distorção percebida pelo usuárioda digitalização e a distorção percebida pelo usuário

ConversorConversorA/DA/D

ConversorConversorD/AD/A

(011001101...)(011001101...)

Sinal AnalógicoSinal Analógico Sinal AnalógicoSinal Analógicoproduzido com produzido com distorçãodistorção

Sinal DigitalSinal Digital

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Aplicações No de canais

Taxa de amostragem

Bits por amostragem

CD-Audio 2 44.1 kHz 16 DAT 2 48 kHz 16 Telefone Digital 1 8 kHz 8 Rádio digital, long play DAT

2 32 KHz 16

Representação Digital de ÁudioRepresentação Digital de Áudio

• Áudio é causado pelo distúrbio da pressão de ar que Áudio é causado pelo distúrbio da pressão de ar que alcança o tímpanoalcança o tímpano– Faixa de freqüência de som audível: Faixa de freqüência de som audível:

• 20 Hz a 20.000 Hz20 Hz a 20.000 Hz

• Onda sonora é uma onda contínua no tempo e Onda sonora é uma onda contínua no tempo e amplitudeamplitude– Deve ser convertida em um sinal elétrico por um microfoneDeve ser convertida em um sinal elétrico por um microfone

• sinal elétrico deve ser convertido em um sinal digitalsinal elétrico deve ser convertido em um sinal digital

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Representação Digital de ÁudioRepresentação Digital de Áudio

• Para a apresentação do áudio digitalizado Para a apresentação do áudio digitalizado – é necessário realizar a transformação de uma representação é necessário realizar a transformação de uma representação

artificial do som em uma forma de onda física audível pelo artificial do som em uma forma de onda física audível pelo ouvido humanoouvido humano

• utilizados Conversores Digital para Analógico (CDA)utilizados Conversores Digital para Analógico (CDA)

• Placas de áudioPlacas de áudio– Conversores CAD e CDA são implementados em uma única Conversores CAD e CDA são implementados em uma única

placaplaca• Creative Sound Blaster AWE64, possibilitando até 16 bits por Creative Sound Blaster AWE64, possibilitando até 16 bits por

amostras, produzindo áudio qualidade CDamostras, produzindo áudio qualidade CD

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Representação Analógica de ImagensRepresentação Analógica de Imagens

• Descrevendo imagens monocromáticas com variáveis Descrevendo imagens monocromáticas com variáveis físicasfísicas– Imagens refletem radiações eletromagnéticas (luz) Imagens refletem radiações eletromagnéticas (luz)

incidentes que estimulam os olhos do observadorincidentes que estimulam os olhos do observador• imagem pode ser descrita pelo valor de intensidade de luz que imagem pode ser descrita pelo valor de intensidade de luz que

é função de duas coordenadas espaciais (ou três)é função de duas coordenadas espaciais (ou três)

• Descrevendo imagens coloridas com formas de ondaDescrevendo imagens coloridas com formas de onda– Imagem colorida reflete diferentes comprimentos de ondaImagem colorida reflete diferentes comprimentos de onda

• função simples não é suficiente para descrever imagens função simples não é suficiente para descrever imagens coloridascoloridas

– Qualquer sensação de cor pode ser reproduzida pela mistura Qualquer sensação de cor pode ser reproduzida pela mistura em proporções apropriadas de três luzes coloridas básicas: em proporções apropriadas de três luzes coloridas básicas: vermelho, verde e azulvermelho, verde e azul

• uma imagem colorida pode ser representada por um conjunto uma imagem colorida pode ser representada por um conjunto de 3 funções bidimensionaisde 3 funções bidimensionais

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Vídeos ColoridosVídeos Coloridos

• Captura: Teoria TristimulusCaptura: Teoria Tristimulus– Qualquer cor pode ser reproduzida com a mistura das três Qualquer cor pode ser reproduzida com a mistura das três

cores primáriascores primárias• cores primárias padronizadas: vermelho, verde e azulcores primárias padronizadas: vermelho, verde e azul

– Câmera divide luz nos seus componentes vermelho, verde e Câmera divide luz nos seus componentes vermelho, verde e azulazul

• estes componentes de cores são focalizadas em sensores de estes componentes de cores são focalizadas em sensores de vermelho, verde e azulvermelho, verde e azul

• convertido em separados sinais elétricosconvertido em separados sinais elétricos

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Captura de imagens e vídeos analógicosCaptura de imagens e vídeos analógicos

• Processo de conversão de imagens em sinais analógicosProcesso de conversão de imagens em sinais analógicos– Lentes da câmera focam uma imagem de uma cena em uma Lentes da câmera focam uma imagem de uma cena em uma

superfície foto-sensível de sensores CCD (superfície foto-sensível de sensores CCD (Charge-Coupled DeviceCharge-Coupled Device))– Brilho de cada ponto é convertido em uma carga elétrica Brilho de cada ponto é convertido em uma carga elétrica

• cargas são proporcionais ao brilho nos pontoscargas são proporcionais ao brilho nos pontos

– Superfície foto-sensível é rastreada por um feixe de elétrons para Superfície foto-sensível é rastreada por um feixe de elétrons para capturar as cargas elétricascapturar as cargas elétricas

• imagem ou cena é convertida em um sinal elétrico contínuo. imagem ou cena é convertida em um sinal elétrico contínuo.

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Captura de imagens e vídeos analógicosCaptura de imagens e vídeos analógicos

• Captura de vídeos monocromáticosCaptura de vídeos monocromáticos– Apenas um sinal de luminância é produzido Apenas um sinal de luminância é produzido

• apenas a luminosidade é capturada, apenas a luminosidade é capturada,

• produzindo imagens em tons de cinzaproduzindo imagens em tons de cinza

– São usadas São usadas câmeras de Luminânciacâmeras de Luminância• captam a imagem em tons de cinzacaptam a imagem em tons de cinza

• gera um sinal só com a luminância da imagemgera um sinal só com a luminância da imagem– gerado por um CCD monocromático que capta o tom de cinza que gerado por um CCD monocromático que capta o tom de cinza que

incide em cada célula do circuitoincide em cada célula do circuito

• tipo de câmera utilizada para aplicações em visão tipo de câmera utilizada para aplicações em visão computacional e nos casos onde a informação sobre a computacional e nos casos onde a informação sobre a luminosidade da imagem é suficienteluminosidade da imagem é suficiente

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Tipos de CâmerasTipos de Câmeras

• Câmera de crominância (1 passo - 3 CCD) Câmera de crominância (1 passo - 3 CCD) – Capta a imagem em cores, e pode gerar sinal de vídeo Capta a imagem em cores, e pode gerar sinal de vídeo

composto colorido, S-vídeo ou sinal RGBcomposto colorido, S-vídeo ou sinal RGB– Tem uma qualidade de imagem profissionalTem uma qualidade de imagem profissional

• são usados 3 CCDs com filtros separados R, G e B em cada umsão usados 3 CCDs com filtros separados R, G e B em cada um• cada filtro pode ter uma resolução maiorcada filtro pode ter uma resolução maior

– garantindo melhor resolução da imagemgarantindo melhor resolução da imagem

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• Modos de geração do sinal analógicoModos de geração do sinal analógico– Sinal RGB (Red, Green, Blue)Sinal RGB (Red, Green, Blue)

• sinal é separado pelas cores básicassinal é separado pelas cores básicas– é possível ter uma imagem mais puraé possível ter uma imagem mais pura

• utilizado em câmeras e gravadores profissionais, imagens utilizado em câmeras e gravadores profissionais, imagens geradas por computador, etc.geradas por computador, etc.

– Sinal de vídeo composto coloridoSinal de vídeo composto colorido• sinais das cores (RGB) são codificados em um único sinal sinais das cores (RGB) são codificados em um único sinal

seguindo um determinado padrão (NTSC, PAL-M, SECAM, etc)seguindo um determinado padrão (NTSC, PAL-M, SECAM, etc)– Sinal de luminância e crominância ou Y/C (S-video)Sinal de luminância e crominância ou Y/C (S-video)

• sinal é composto por duas partes: luminância e crominânciasinal é composto por duas partes: luminância e crominância– imagem tem uma melhor qualidade do que no vídeo composto imagem tem uma melhor qualidade do que no vídeo composto

• muito usado por vídeos SVHS, laser disc, DVD e outros muito usado por vídeos SVHS, laser disc, DVD e outros aparelhos que geram imagens de boa qualidadeaparelhos que geram imagens de boa qualidade

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• Câmera de crominância (1 passo - 3 CCD) Câmera de crominância (1 passo - 3 CCD) – É utilizada em aplicações profissionaisÉ utilizada em aplicações profissionais

• onde é necessário uma imagem com boa qualidadeonde é necessário uma imagem com boa qualidade

• usada em produtoras e emissoras de TVusada em produtoras e emissoras de TV– U-matic, BetaCAM, SVHS, Hi8, etcU-matic, BetaCAM, SVHS, Hi8, etc

• tem um custo elevadotem um custo elevado

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Reprodução de imagens e vídeos Reprodução de imagens e vídeos analógicosanalógicos

• Dispositivo de apresentação de imagens: tubo de Dispositivo de apresentação de imagens: tubo de raios catódicosraios catódicos– Há uma camada de fósforos fluorescentes no interior da Há uma camada de fósforos fluorescentes no interior da

superfície do CRT superfície do CRT – Camada de fósforo é rastreada por um feixe de elétrons na Camada de fósforo é rastreada por um feixe de elétrons na

mesma forma do processo de captura na câmeramesma forma do processo de captura na câmera• quando tocado pelo feixe, o fósforo emite luz em um curto quando tocado pelo feixe, o fósforo emite luz em um curto

espaço de tempoespaço de tempo

– Quando quadros repetem-se suficientemente rápidos a Quando quadros repetem-se suficientemente rápidos a persistência da visão resulta na reprodução de um vídeo persistência da visão resulta na reprodução de um vídeo

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• ApresentaçãoApresentação– Monitores coloridos tem 3 tipos de fósforos fluorescentes Monitores coloridos tem 3 tipos de fósforos fluorescentes

• emitem luzes vermelha, verde e azul quando tocadas emitem luzes vermelha, verde e azul quando tocadas por 3 feixes de elétrons por 3 feixes de elétrons

– mistura das luzes emitidas produzem pontos de cormistura das luzes emitidas produzem pontos de cor

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• Câmera de crominância (1 passo - 1 CCD) Câmera de crominância (1 passo - 1 CCD) – Capta a imagem em cores, e gera um sinal de vídeo Capta a imagem em cores, e gera um sinal de vídeo

composto colorido, em apenas uma passagemcomposto colorido, em apenas uma passagem– Imagem não é profissional, pois é usado um único CCD com Imagem não é profissional, pois é usado um único CCD com

filtros RGB em cada célulafiltros RGB em cada célula– Tipo de câmera utilizado em aplicações multimídia ou em Tipo de câmera utilizado em aplicações multimídia ou em

casos onde não é necessário uma imagem com muita casos onde não é necessário uma imagem com muita qualidadequalidade

• uma câmera do tipo doméstica (VHS, 8mm, VHS-C, etc) de uma câmera do tipo doméstica (VHS, 8mm, VHS-C, etc) de baixo custobaixo custo

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• Câmera de crominância (3 passos - 1 CCD)Câmera de crominância (3 passos - 1 CCD)– Capta a imagem em cores em um processo a 3 passosCapta a imagem em cores em um processo a 3 passos– É utilizado um único CCD para captar a imagemÉ utilizado um único CCD para captar a imagem

• para gerar uma imagem colorida é colocado um filtro externo para gerar uma imagem colorida é colocado um filtro externo para cada componente R, G e B para cada componente R, G e B

• para cada filtro é feito uma digitalizaçãopara cada filtro é feito uma digitalização– gerando uma imagem coloridagerando uma imagem colorida

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• Câmera de crominância (3 passos - 1 CCD)Câmera de crominância (3 passos - 1 CCD)– Desvantagem: as imagens devem ser estáticasDesvantagem: as imagens devem ser estáticas

• é preciso trocar os filtros e fazer nova captação para os outros é preciso trocar os filtros e fazer nova captação para os outros filtrosfiltros

– Tem uma boa qualidade de imagemTem uma boa qualidade de imagem• CCD pode ter uma boa resoluçãoCCD pode ter uma boa resolução

– Usada para aquisição de imagens de telescópioUsada para aquisição de imagens de telescópio• onde é necessário uma imagem com alta definição e as onde é necessário uma imagem com alta definição e as

imagens são relativamente estáticasimagens são relativamente estáticas

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• Câmera fotográfica digital Câmera fotográfica digital – Funcionamento semelhante a uma câmera fotográfica Funcionamento semelhante a uma câmera fotográfica

tradicionaltradicional• porém a imagem é armazenada de forma digital em memóriaporém a imagem é armazenada de forma digital em memória

– Imagem é digitalizada através de um CCD e armazenada de Imagem é digitalizada através de um CCD e armazenada de forma compactada ou não em um dispositivo de memóriaforma compactada ou não em um dispositivo de memória

– Qualidade da imagem depende da qualidade e resolução do Qualidade da imagem depende da qualidade e resolução do CCD e da compressão utilizada para armazenar a imagem CCD e da compressão utilizada para armazenar a imagem digitalizadadigitalizada

• resolução varia entre 320x240 até 1600x1200 pontos por resolução varia entre 320x240 até 1600x1200 pontos por imagemimagem

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ScannersScanners

• ObjetivoObjetivo– digitaliza imagens a partir de imagens em papeldigitaliza imagens a partir de imagens em papel

• FuncionamentoFuncionamento– imagem é colocada sobre uma superfície transparenteimagem é colocada sobre uma superfície transparente– move em direção ortogonal ao elemento de digitalização de move em direção ortogonal ao elemento de digitalização de

linha linha • fonte de luz e de um sensor que mede a luz refletida linha por fonte de luz e de um sensor que mede a luz refletida linha por

linha, em sincronismo com o deslocamento da imagem ou do linha, em sincronismo com o deslocamento da imagem ou do sensorsensor

– Resolução está situada entre 50dpi a 4000dpi (pontos por Resolução está situada entre 50dpi a 4000dpi (pontos por polegada)polegada)

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ScannersScanners

• Fatores que influenciam na qualidade dos scannersFatores que influenciam na qualidade dos scanners– Resolução ópticaResolução óptica

• resolução via hardware que o scanner pode atingirresolução via hardware que o scanner pode atingir• resoluções acima desta podem ser obtidas com técnicas de resoluções acima desta podem ser obtidas com técnicas de

interpolação (com perda de qualidadeinterpolação (com perda de qualidade• resolução começa de 300dpi até 1200dpi a 2000dpiresolução começa de 300dpi até 1200dpi a 2000dpi

– Quantidade de bits para representar componente de Quantidade de bits para representar componente de corcor

• geralmente cada componente é representado por 8 bitsgeralmente cada componente é representado por 8 bits– 256 níveis de intensidade para cada componente 256 níveis de intensidade para cada componente – total de 24 bits o que corresponde a 16.777.216 corestotal de 24 bits o que corresponde a 16.777.216 cores

• alguns scanners já trabalham com 10 bits, ou seja 30 bits no alguns scanners já trabalham com 10 bits, ou seja 30 bits no total, e podem representar mais de um trilhão de corestotal, e podem representar mais de um trilhão de cores

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ScannersScanners

• Fatores que influenciam na qualidade dos scannersFatores que influenciam na qualidade dos scanners– Tamanho da área de leituraTamanho da área de leitura

• área máxima que pode ser usada para digitalizar uma imagem área máxima que pode ser usada para digitalizar uma imagem ou documentoou documento

• a maioria dos modelos trabalham com os formatos A4 ou a maioria dos modelos trabalham com os formatos A4 ou CARTACARTA

– Velocidade de captação da imagemVelocidade de captação da imagem• tempo para realizar a digitalização de uma imagemtempo para realizar a digitalização de uma imagem• um fator que deve ser levado em conta é a forma como os um fator que deve ser levado em conta é a forma como os

dados são transferidos para o computadordados são transferidos para o computador– geralmente é feito através de interface paralela geralmente é feito através de interface paralela

» velocidade é bastante limitada, mas de fácil instalaçãovelocidade é bastante limitada, mas de fácil instalação

– interface padrão SCSI (Small Computer System Interface)interface padrão SCSI (Small Computer System Interface)

» velocidade pode ser bem maior dependendo da qualidade velocidade pode ser bem maior dependendo da qualidade dos dispositivosdos dispositivos

» mais complicada de instalar, pois caso o computador não mais complicada de instalar, pois caso o computador não possua uma porta SCSI, possua uma porta SCSI,

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Imagens DigitaisImagens Digitais

• FontesFontes– Imagens capturadas do mundo real via Imagens capturadas do mundo real via

scanners, câmeras analógicas e digitais scanners, câmeras analógicas e digitais – Imagens geradas pelo computador Imagens geradas pelo computador

(imagens sintetizadas) via programas (imagens sintetizadas) via programas de paint, captura da tela, etc. de paint, captura da tela, etc.

– Manipuladas com editores de imagens Manipuladas com editores de imagens (Photoshop)(Photoshop)

• Não são revisáveis pois seu formato Não são revisáveis pois seu formato não contêm informações estruturais não contêm informações estruturais

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• Formatos de ImagensFormatos de Imagens– Imagens no computador são representadas Imagens no computador são representadas

por bitmaps por bitmaps• bitmapbitmap = matriz espacial bidimensional de = matriz espacial bidimensional de

elementos de imagem chamados de elementos de imagem chamados de pixelspixels• pixelpixel é o menor elemento de resolução da é o menor elemento de resolução da

imagem imagem

• tem um valor numérico chamado amplitude:tem um valor numérico chamado amplitude:– define ponto preto e branco, nível de cinza, ou atributo de cor (3 define ponto preto e branco, nível de cinza, ou atributo de cor (3

valores)valores)

• profundidade de amplitude (ou de pixel): o números de bits profundidade de amplitude (ou de pixel): o números de bits para codificar um pixel (Resolução de cor)para codificar um pixel (Resolução de cor)

– 1 para imagens P&B, 2, 4, 8, 12, 16 ou 24 bits1 para imagens P&B, 2, 4, 8, 12, 16 ou 24 bits

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• Resolução de ImagemResolução de Imagem– Resolução vertical Resolução vertical

• número de linhas da matriz de pixeis (m) número de linhas da matriz de pixeis (m) – Resolução horizontalResolução horizontal

• número de colunas (n) número de colunas (n) – Resolução espacial (geométrica)Resolução espacial (geométrica)

• produto m x n produto m x n • estabelece a freqüência de amostragem final da imagemestabelece a freqüência de amostragem final da imagem• quanto maior a resolução mais detalhe da imagem podem ser quanto maior a resolução mais detalhe da imagem podem ser

captadas na representação matricialcaptadas na representação matricial• resolução espacial não fornece muita informação sobre a resolução espacial não fornece muita informação sobre a

resolução real da imagem quando realizada em dispositivo resolução real da imagem quando realizada em dispositivo físicofísico

– ficamos na dependência do tamanho físico do pixel do dispositivoficamos na dependência do tamanho físico do pixel do dispositivo

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• Resolução de ImagemResolução de Imagem– Densidade de resolução de imagemDensidade de resolução de imagem

• medida mais confiável de resolução medida mais confiável de resolução

• fornece o número de pixels por unidade linear fornece o número de pixels por unidade linear de medida de medida

• se utiliza o número de pixels por polegadase utiliza o número de pixels por polegada– ppi ("pixels per inch") ou dpi ("dots per inch")ppi ("pixels per inch") ou dpi ("dots per inch")

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Sistema RGBSistema RGB

• Imagens BináriasImagens Binárias– São imagens com dois níveis (como preto e branco)São imagens com dois níveis (como preto e branco)

• muito usadas por dispositivos de impressão e para representar muito usadas por dispositivos de impressão e para representar imagens de documentos monocromáticosimagens de documentos monocromáticos

– Para representar um pixel de uma imagem binária é Para representar um pixel de uma imagem binária é necessário apenas 1 bitnecessário apenas 1 bit

• informação extra sobre a cor de cada informação, a cor para o informação extra sobre a cor de cada informação, a cor para o bit com valor 0 (zero) e a cor para o bit de valor 1bit com valor 0 (zero) e a cor para o bit de valor 1

– informação de cor é geralmente é representada em 24 bits/cor no informação de cor é geralmente é representada em 24 bits/cor no padrão RGBpadrão RGB

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• Imagens em Tons de CinzaImagens em Tons de Cinza– Representação é feita discretizando a informação de Representação é feita discretizando a informação de

luminância de cada ponto da imagemluminância de cada ponto da imagem• cada pixel contém a intensidade de luminosidade representada cada pixel contém a intensidade de luminosidade representada

em um certo número de bitsem um certo número de bits

• uma imagem com resolução de cor de 8 bits, pode representar uma imagem com resolução de cor de 8 bits, pode representar até 256 níveis de cinza (variando do preto ao branco)até 256 níveis de cinza (variando do preto ao branco)

– Padrões mais usados são de 16 (4 bits/pixel) e 256 (8 Padrões mais usados são de 16 (4 bits/pixel) e 256 (8 bits/pixel) tons-de-cinzabits/pixel) tons-de-cinza

• representações com mais que 256 tons-de-cinza não são representações com mais que 256 tons-de-cinza não são percebidas pela vista humanapercebidas pela vista humana

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Especificação da CorEspecificação da Cor

• Propriedades da corPropriedades da cor– luz visível: radiação eletromecânica que tem um luz visível: radiação eletromecânica que tem um

comprimento de onda variando de 400 nm a 780 nmcomprimento de onda variando de 400 nm a 780 nm• propriedades: luminância (brilho), nuança (cor), saturaçãopropriedades: luminância (brilho), nuança (cor), saturação

• Sistema RGBSistema RGB– Cor é representada pela intensidade de três cores primárias: Cor é representada pela intensidade de três cores primárias:

vermelho, verde e azul, com cada valor variando de 0 a 255:vermelho, verde e azul, com cada valor variando de 0 a 255:• Branco = 255,255,255 Vermelho = 255,0,0 Verde = Branco = 255,255,255 Vermelho = 255,0,0 Verde =

0,255,0 0,255,0 • Azul = 0,0,255 Amarelo = 255,255,255 Preto = 0,0,0Azul = 0,0,255 Amarelo = 255,255,255 Preto = 0,0,0

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• Sistema RGBSistema RGB– Tipos de representação de imagens coloridas Tipos de representação de imagens coloridas

• cores por componente (true color), cores indexadas, ou cores cores por componente (true color), cores indexadas, ou cores fixas. fixas.

– Representação vai depender do propósito e dos dispositivos Representação vai depender do propósito e dos dispositivos que vão ser usados para trabalhar com essas imagensque vão ser usados para trabalhar com essas imagens

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• True Color True Color – Cada pixel da imagem é representado por um vetor de 3 Cada pixel da imagem é representado por um vetor de 3

componentes de cores (RGB) com um certo número de bits componentes de cores (RGB) com um certo número de bits para representar cada componente de corpara representar cada componente de cor

• quanto maior for a resolução de cor maior a qualidade quanto maior for a resolução de cor maior a qualidade

– Geralmente o número de bits para cada componente RGB é Geralmente o número de bits para cada componente RGB é igualigual

• ex.: 9 bits/pixel (3-3-3) ex.: 9 bits/pixel (3-3-3)

– Pode ser feito uma representação com diferentes valores Pode ser feito uma representação com diferentes valores para as componentespara as componentes

• ex.: 8 bits/pixel (3-3-2)ex.: 8 bits/pixel (3-3-2)– percepção humana da componente azul é menos sensívelpercepção humana da componente azul é menos sensível

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• True Color True Color – Número de bits por pixel fornece a quantidade de níveis que Número de bits por pixel fornece a quantidade de níveis que

podem ser representadospodem ser representados• se n é a resolução de cor então a quantidade de níveis se n é a resolução de cor então a quantidade de níveis

possíveis é de 2possíveis é de 2nn níveis níveis

Bits/pixelBits/pixel Máximo de CoresMáximo de CoresComponente de Componente de cor RGBcor RGBPadrãoPadrão

15 bits/pixel15 bits/pixel 32.768 cores32.768 cores5 bits/pixel, 5 bits/pixel, 32 níveis por comp.32 níveis por comp.High Color (15 bits)High Color (15 bits)

16 bits/pixel16 bits/pixel 65.535 cores65.535 cores5/6 bits/pixel, 5/6 bits/pixel, 32/64 níveis por comp.32/64 níveis por comp.High Color (16 bits)High Color (16 bits)

24 bits/pixel24 bits/pixel 16.777.216 cores16.777.216 cores8 bits/pixel, 8 bits/pixel, 256 níveis por comp.256 níveis por comp.True Color (24 bits)True Color (24 bits)

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• Cores IndexadasCores Indexadas– Cada pixel é representado por um índice que aponta para Cada pixel é representado por um índice que aponta para

uma tabela de cores (paleta) uma tabela de cores (paleta) • paleta contem as informações sobre as cores paleta contem as informações sobre as cores

– Paleta tem em geral 24 bits para representar cada cor no Paleta tem em geral 24 bits para representar cada cor no formato RGBformato RGB

• pode representar n cores de um conjunto com mais de 16 pode representar n cores de um conjunto com mais de 16 milhões de coresmilhões de cores

– Representação de imagemRepresentação de imagem• informações das cores da paleta devem informações das cores da paleta devem

constar da estrutura além das dimensões constar da estrutura além das dimensões e seqüência de índices e seqüência de índices

11

22

......

nn

CorCor RR

00

1212

......

PaletaPaleta

GG

00

2525

......

BB

00

100100

......

...... ...... ......

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• Cores IndexadasCores Indexadas– número de cores e a resolução de cor da paleta podem número de cores e a resolução de cor da paleta podem

variarvariar

Bits/pixelBits/pixel Resolução de corResolução de corda paletada paletaPadrãoPadrão

4 bits/pixel4 bits/pixel 24 bits/cor24 bits/cor16 cores indexadas16 cores indexadas

8 bits/pixel8 bits/pixel 24 bits/cor24 bits/cor255 cores indexadas255 cores indexadas

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• Cores FixasCores Fixas– Cada pixel é representado por um índice que aponta para Cada pixel é representado por um índice que aponta para

uma tabela de cores fixauma tabela de cores fixa• usado quando o dispositivo não permite a representação de usado quando o dispositivo não permite a representação de

muitas cores (placas de vídeos antigas ou padrões de cores)muitas cores (placas de vídeos antigas ou padrões de cores)

– Número de bits para representar um pixel depende do Número de bits para representar um pixel depende do número de cores fixasnúmero de cores fixas

• para representar 16 cores são necessários 4 bits/pixel.para representar 16 cores são necessários 4 bits/pixel.

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Imagens e Gráficos AnimadosImagens e Gráficos Animados

• Sensação de movimentoSensação de movimento– Imagens e gráficos podem ser apresentados como uma Imagens e gráficos podem ser apresentados como uma

sucessão de imagens/gráficos que criam a sensação de sucessão de imagens/gráficos que criam a sensação de movimentomovimento

– QuadroQuadro (Frame): uma imagem individual uma animação (Frame): uma imagem individual uma animação

• Freqüência de QuadrosFreqüência de Quadros– Números de quadros apresentados por segundo (fps)Números de quadros apresentados por segundo (fps)– Determinado por 3 fatores:Determinado por 3 fatores:

• alta suficiente para produzir a sensação de movimento (alta suficiente para produzir a sensação de movimento (≥≥25 25 fps)fps)

• maior a frequência de quadros mais alto é a largura de banda maior a frequência de quadros mais alto é a largura de banda necessárianecessária

– maior a taxa, maior é o números de quadros que devem ser maior a taxa, maior é o números de quadros que devem ser enviadosenviados

• problema de frequência de restauração (refreshing) de telaproblema de frequência de restauração (refreshing) de tela– a tela deve ser restaurada 50 vezes por segundo para evitar a tela deve ser restaurada 50 vezes por segundo para evitar

tremulaçõestremulações

» uso de vídeos entrelaçados para evitar tremulaçõesuso de vídeos entrelaçados para evitar tremulações

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Fps Comentários <10 Apresentação sucessiva de imagens

10 à 16 Impressão de movimento mas com sensação de arrancos >16 Efeito do movimento começa 24 Cinema

30/25 Padrão de TV americana/européia 60 Padrão HDTV


• Freqüência de QuadrosFreqüência de Quadros

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• Imagens AnimadasImagens Animadas– Cenas são registradas como um sucessão de quadros:Cenas são registradas como um sucessão de quadros:

• capturadas da vida real com câmeras (Vídeo)capturadas da vida real com câmeras (Vídeo)• criadas através do computadorcriadas através do computador

• Gráficos AnimadosGráficos Animados– Apresentação sucessiva de objetos visuais gerados pelo Apresentação sucessiva de objetos visuais gerados pelo

computadorcomputador• numa taxa suficiente para dar a sensação de movimentonuma taxa suficiente para dar a sensação de movimento• são mais compactas: conjunto de objetos com diretivas são mais compactas: conjunto de objetos com diretivas

temporaistemporais• são revisáveissão revisáveis

• Vídeos híbridosVídeos híbridos– Técnicas avançadas permitem formas híbridas combinando Técnicas avançadas permitem formas híbridas combinando

vídeos e animações gráficasvídeos e animações gráficas• modo ao-vivo e off-linemodo ao-vivo e off-line

Documents

Sistemas numéricos e a Representação Interna dos Dados no ...silveira/INE5602/Laminas/INE5602Aula5.pdf · • utilizado em câmeras e gravadores profissionais, imagens geradas