CulturaDigitale

“ma tu ce l’hai il digitale terrestre?”
“il mio orologio è analogico”
“tutta la documentazione deve essere fornita in formato digitale”
“ho comprato una nuova fotocamera digitale”
“il suono analogico dei vecchi dischi in vinile è superiore al suono digitale dei CD”
Si potrebbe continuare a lungo, vero?

Queste due parole chiave, analogico e, soprattutto, digitale, sono ormai sulla bocca di tutti, fanno parte della vita quotidiana di molte persone.
Ma quanti saprebbero dire qual è la differenza?
E quanti sono convinti che siano aggettivi legati alla qualità? E fanno magari queste implicite equivalenze:
analogico = vecchio = scarsa qualità
digitale = nuovo = alta qualità
Cerchiamo allora di spiegare gli elementi fondamentali (i link ipertestuali rimandano ad approfondimenti, per la maggior parte riferiti a Wikipedia, o a precedenti post)

• Analogico significa “continuo”. Il tachimetro dell’automobile (se a lancetta), l’orologio a lancette (se queste non si muovono a scatti), la manopola del volume di uno stereo (se non ha gli scatti), un termometro a mercurio: sono tutti esempi di strumenti analogici. Il problema è che i segnali analogici non si possono rappresentare direttamente con numeri ma solo con grandezze (angoli per le lancette, segnali elettrici, l’altezza del mercurio) e, purtroppo, queste grandezze a loro volta non possono essere trattate ed elaborate da un computer!
• Digitale. Digitale significa avere a che fare con numeri. Se l’analogico è il regno del continuo, nel mondo digitale domina il discreto. In un orologio digitale che visualizza solo i minuti, in un determinato istante sono le 15.30, dopo un minuto sono le 15.31: non è possibile visualizzare gli infiniti attimi intermedi che sono invece rappresentati nell’orologio analogico dall’impercettibile ma (attenzione al termine!) continuo movimento delle lancette!
  Il “successo” del digitale è dovuto al fatto che i computer sono perfettamente in grado di trattare ed elaborare numeri (anzi, non sanno fare altro!!). Il punto fondamentale è questo: i computer possono manipolare esclusivamente informazioni digitali. Dal momento che i computer moderni sono in grado di elaborare diversi tipi di informazioni, si pone il problema di come renderle tutte di tipo digitale o, con un verbo piuttosto utilizzato, come digitalizzarle. Non è quindi questione di qualità o di modernità ma soltanto di una esigenza pratica, legata al mondo dell’informatica.

Quali sono i diversi tipi di informazione che devono essere digitalizzati per essere elaborati da un computer? Non è difficile, di base sono soltanto 3!!

• Testo
• Immagini
• Suono

E il video? Beh, si può considerare come una sequenza di immagini e di suoni, no?

E i numeri? I computer non li usano per fare calcoli? Certo, ma i numeri sono già …digitali (anche se alcuni numeri, come gli irrazionali, pongono qualche problema…ma per ora possiamo lasciar perdere queste sofisticazioni da matematici )

Allora, per capire come sia possibile memorizzare in un computer un libro, una fotografia, una canzone o un film, dobbiamo comprendere in che modo le informazioni possono essere digitalizzate.

• Testo. In un certo senso il testo è già informazione discreta, dal momento che si basa su un numero finito di simboli (le lettere e gli altri elementi come punteggiatura ecc.). La digitalizzazione del testo è quindi piuttosto facile, non a caso già i primi computer erano in grado di memorizzare testi: è sufficiente una tabella di conversione con la quale assegnare ad ogni lettera un numero corrispondente, come nei “codici segreti” con i quali si giocava da bambini. Una volta stabilito che la lettera “A” corrisponde al numero 41 (è un esempio!!), ogni volta che chiunque preme il tasto con la “A” sulla tastiera, da qualche parte nella memoria del computer viene inserito questo numero. Certo, le cose non sono proprio così semplici: ad esempio bisogna trovare un sistema di codifica che vada bene per tutte le lingue del mondo (pensiamo al cinese!!!). In ogni modo, la logica è elementare: una lettera = un numero formato da un certo numero di cifre. Attualmente si usano codici formati da 7/8 cifre (ad esempio il codice ASCII) o da 16 cifre (UNICODE). Ovviamente parliamo di cifre binarie (solo 0 e 1, i cosiddetti bit) perché, come sappiamo, i computer possono operare soltanto con questo sistema! In sintesi, ad ogni carattere (spazio incluso!) corrisponde generalmente un byte (due o più nel caso di codifica UNICODE).

• Immagini. Le cose si complicano: le immagini non sono nativamente formate da elementi di base discreti come le lettere! Per risolvere il problema sono state escogitate due strategie, alle quali ci si riferisce normalmente con i seguenti termini:
• bitmap o raster: con questa tecnica si immagina di sovrapporre ad una qualsiasi immagine una griglia il più possibile fitta. Ogni elemento della griglia (come se fosse un tabellone della battaglia navale) prende il nome di pixel e può essere considerato un punto del quale si può rilevare il colore. Ecco che spunta l’elemento di base, simile alle lettere per il testo! Basta assegnare un codice numerico ad ogni diverso colore e..il gioco è fatto. Una immagine diventa così memorizzabile sotto forma di una sequenza di numeri. Da qui il nome bitmap=mappa di bit, ovvero numeri. Già, ma quanti numeri? La dimensione dipende dalla grandezza dell’immagine, dalla griglia più o meno fitta (si chiama anche risoluzione) e da quanti bit si usano per codificare il colore (si chiama anche profondità del colore). Più questi valori sono elevati (griglia molto fitta=alta risoluzione e molti bit utilizzati=grande profondità di colore) è più l’immagine digitalizzata sarà simile all’originale. Il risultato finale è generalmente un file di dimensioni piuttosto consistenti, in gergo si dice che le immagini pesano più del testo. Questa modalità di digitalizzazione è molto efficace per digitalizzare fotografie, meno per schemi e disegni tecnici. Le fotografie che si trovano sul Web e le foto scattate dalle fotocamere e dai telefonini sono tutte di tipo bitmap.
• vettoriale: la grafica vettoriale si basa su un’idea semplice: ogni immagine può essere considerata un insieme di luoghi geometrici (punti, linee, ecc.). Ebbene, memorizzando soltanto le coordinate spaziali di questi elementi. Il risultato è una dimensione molto ridotta del file. Questo tipo di digitalizzazione non è però assolutamente adatto a memorizzare fotografie ma è molto utilizzata per schemi, diagrammi, disegni tecnici. Tra l’altro le immagini vettoriali possono essere rimpicciolite e ingrandite a piacimento, cosa che non avviene altrettanto bene con le immagini bitmap. Un esempio: le cartine geografiche che si trovano sul Web o sui navigatori GPS da automobile sono tutte realizzate con grafica vettoriale.

• Suoni. Con testi e immagini ce la siamo cavata abbastanza bene: siamo riusciti a rcondurre gli uni e le altre sono ad elementi di base (lettere, pixel, punti, linee) rappresentabili numericamente. I suoni presentano problemi diversi; intanto un suono è immateriale: tutti sappiamo che si tratta di vibrazioni propagate nell’aria o in altro mezzo, inoltre esso si prolunga nel tempo, invece che nello spazio (come le immagini). E’ abbastanza noto come un suono possa essere rappresentato graficamente come un’onda (si parla spesso di onde sonore). Come per le immagini, anche la rappresentazione numerica delle onde sonore può avvenire attraverso due modalità:
• campionamento: è paragonabile alla tecnica bitmap vista per le immagini. Anche in questo caso si tratta di “sovrapporre una griglia” ma, dal momento che si tratta di suoni, sarà una griglia che si estende nel tempo e non nello spazio! Il suono viene infatti “analizzato” molte volte per secondo (fino a 44.100 volte, come nel caso dei comuni CD musicali, e allora si dice che la frequenza di campionamento è di 44.100hz o 44,1Khz). Ognuno di questi “campioni” (da cui “campionamento”) costituisce dunque l’ormai consueto “elemento base” al quale si può finalmente assegnare un numero. In questo caso il numero rappresenta l’ampiezza del suono nell’istante considerato. Anche per i suoni è importante la profondità ovvero il numero di bit utilizzati per esprimere il valore dell’ampiezza del suono. E’ facile intuire come il peso di un file audio (come vengono spesso chiamati i suoni digitalizzati) sia ancora più elevato di quello, già rilevante, delle immagini. Il suono campionato è quello che ascoltiamo normalmente quando inseriamo un CD nello stereo di casa (a proposito, la capacità di un CD, circa 650Megabyte è proprio quella minima necessaria a contenere circa 74 minuti di musica campionata a 44Khz e con 16bit di profondita (il campionamento alla cosiddetta qualità-CD)! Non ci credete? Basta fare qualche moltiplicazione, provateci voi, vedi gli esercizi in fondo alla lezione)
• spartito o MIDI: questa tecnica è simile alla grafica vettoriale. Invece di campionare il suono si codificano, come se si trattasse di uno spartito, le istruzioni necessarie per riprodurlo con un sintetizzatore di suoni elettronico che, guarda caso, è presente in tutte le schede audio di cui sono dotati i computer! In questo caso il file risultante è di dimensioni molto ridotte ma questa tecnica presenta l’enorme svantaggio di …dipendere dall’esecutore!! I sintetizzatori infatti producono un suono di scarsa qualità e non sono in grado di riprodurre la profondità del suono reale degli strumenti musicali e, soprattutto, della voce umana!! Per questo motivo, i MIDI sono usati soltanto per particolari scopi, ad esempio come basi per i karaoke o per piccoli pezzi musicali.

• Video: si è detto prima che il video può essere ricondotto ad una sequenza di immagini fisse (i fotogrammi) con una colonna sonora sincronizzata. Per la digitalizzazione dei video, ovvero di “immagini in movimento con sonoro” si usa pertanto una combinazione delle tecniche bitmap e campionamento viste in precedenza, con le intuibili complicazioni che ne derivano, in primo luogo la estrema pesantezza dei file risultanti, non a caso sono stati inventati i DVD, di capacità ben superiore ai CD audio!

E’ tutto? Non proprio: ad esempio non abbiamo neanche accennato ad una tecnica di estrema importanza che rende “sopportabile” il problema assillante della dimensione dei file digitalizzati, ovvero la compressione. Le tecniche che abbiamo descritto sono infatti praticamente sempre integrate da particolari algoritmi di compressione che rendono i file risultanti molto più piccoli, a seconda del formato utilizzato. Ma di questo, e di cosa sia un algoritmo, ne parleremo nelle prossime nanolezioni!
Inutile dire che, dal punto di vista strettamente tecnico, le cose sono molto più complesse, soprattutto per quanto riguarda audio, immagini e video ma, insomma, non siamo in una facoltà di ingegneria
Esercizi:

1. in Windows, aprite il programma Blocco Note (dal menu Accessori) e scrivete una parola di quattro lettere. Salvate il file e uscite da Blocco Note. Selezionate il file salvato, cliccate con il pulsante destro e scegliete la voce Proprietà. Cosa c’è scritto alla voce “Dimensioni”? Provate a riaprirlo, aggiungere un’altra parola e ripetere la verifica delle dimensioni.
2. in Windows, aprite il programma Paint (dal menu Accessori). Fate un disegno a piacere e salvatelo. Nella finestra di dialogo del salvataggio, aprite la tendina “Salva come” e provate a salvare il file nei diversi formati disponibili. Verificate poi le dimensioni del file, come nell’esercizio precedente.
3. Provate a calcolare il numero di byte necessari a memorizzare un album musicale della durata complessiva di 74 minuti campionati in qualità CD. Ricordate: 44.100 campioni al secondo, 16bit per ogni campione, 1byte=bit.