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Questo documento illustra gli standard di codifica utilizzati per la elaborazione di informazioni multimediali, con un focus su MIDI e la codifica audio e testuale. Viene tracciata la storia di MIDI, dalla sua origine agli standard attuali, e il funzionamento del protocollo. Inoltre, vengono descritte le codifiche audio come PCM e la codifica testuale come ASCII e Unicode.
Tipologia: Dispense
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Dispensa UD CODIFICA DI MUSICA, TESTI E VOCE
In questa unità didattica viene trattata la codifica di informazioni musicali, della voce umana e dei testi. Vengono illustrati gli standard di codifica più utilizzati i quali costituiscono le basi per una elaborazione computerizzata di questa tipologia di informazioni multimediali.
Il protocollo MIDI nacque all'inizio degli anni ottanta: il prototipo fu presentato da due progettisti della Sequential Circuit (SCi), Dave Smith e Chet Wood, che nel 1981 proposero le prime specifiche del MIDI in un documento pubblicato sotto il nome di The complete SCI MIDI. Esso era la risposta all'esigenza di far comunicare tra loro diversi strumenti musicali elettronici, tenendo conto delle caratteristiche di ognuno. Diversi costruttori, ad esempio Oberheim e Roland, offrivano già sui propri strumenti alcuni sistemi di interfacciamento. Queste interfacce, però, basate su algoritmi proprietari, garantivano il funzionamento solo su strumenti dello stesso costruttore. Il protocollo di Smith e Wood si presentava, invece, come un sistema in grado di garantire il funzionamento su strumenti di costruttori diversi. Per garantire la compatibilità tra strumenti, di case produttrici diverse, ogni costruttore fu invitato a partecipare alla stesura delle prime specifiche MIDI. SCI, Roland, Yamaha e Kawai furono i primi produttori di strumenti digitali ad aderire alla definizione e alla diffusione del MIDI. Il progetto terminato apparve solo due anni dopo: nell'agosto del 1983 le specifiche MIDI furono presentate al pubblico alla fiera del National Association of Music Merchants – NAMM , tenutasi a Los Angeles. L'immediata popolarità dello standard creò divisioni all'interno del comitato fondatore: i produttori americani si unirono nella MMA ( MIDI Manufactures Association ), mentre quelli giapponesi fondarono la JMA ( Japan MIDI Association ). Benché lavorassero su un terreno comune, i due consorzi svilupparono delle caratteristiche non sempre pienamente compatibili tra loro. Queste divergenze furono risolte nel 1985 , quando la IMA ( International MIDI Association ) pubblicò la versione 1.0 delle specifiche MIDI, istituendo di fatto lo standard del protocollo. I costruttori che supportano il protocollo MIDI sono perciò riuniti in due associazioni: MMA (costruttori Americani ed Europei) e JMSC (costruttori Giapponesi). Le modifiche da apportare allo standard MIDI vengono discusse e approvate da queste due associazioni. La diffusione delle specifiche MIDI spetta all'IMA (International Midi Association). Il primo synth dotato di interfaccia MIDI fu presentato nel 1983 , nella tastiera PROPHET 600 della SCi (Sequential Circuits inc.) di San Francisco , e costruita su licenza in Italia dalla SIEL di Acquaviva Picena in provincia di Ascoli
OUT con informazioni distribuite tramite la catena a margherita sopra menzionata. Di seguito viene mostrata una semplice rete MIDI in Figura 1. Figura 1 : Un esempio di catena MIDI. Negli ultimi anni, le interfacce sono diventate più elaborate e ora forniscono più ingressi e uscite MIDI per reti più complesse e flessibili, possibilità di unire più dispositivi di input contemporaneamente, instradamento codificato dei dati su cavi specificati e generazione e / o conversione della sincronizzazione temporale codici per l’uso con apparecchiature audio video e multi-traccia. Alcune interfacce sono anche in grado di filtrare e / o rimappare selettivamente i dati MIDI. Ad esempio, nella Figura 2 viene illustrato il MIDI TImepiece AV di MOTU che fornisce 8 MIDI IN e 8 OUT, oltre a timecode e altre porte. Figura 2 : un HUB MIDI.
In questo paragrafo si espongono le tecniche e gli standard per la codifica della voce umana.
La modulazione del codice di impulso (PCM) è una rappresentazione digitale di un segnale analogico che prende campioni dell'ampiezza del segnale analogico a intervalli regolari. I dati analogici campionati vengono modificati e quindi rappresentati da dati binari. PCM richiede un orologio molto preciso. Il numero di campioni al secondo, compreso tra 8.000 e 192.000, è in genere più volte la frequenza massima della forma d'onda analogica in Hertz (Hz), o cicli al secondo, che varia da 8 a 192 KHz. L'impulso di parola si riferisce agli impulsi trovati nelle linee di trasmissione, che sono una conseguenza naturale di altri due metodi analogici quasi simultaneamente evoluti: modulazione dell'ampiezza dell'impulso e modulazione della posizione dell'impulso, dove ciascuno utilizza impulsi di segnale discreti di ampiezze o posizioni diverse. Altrimenti, il PCM ha poche somiglianze con queste altre forme di codifica del segnale. Queste metodologie furono introdotte negli Stati Uniti all'inizio degli anni '60, quando le compagnie telefoniche iniziarono a convertire segnali vocali in segnali digitali per facilitare la trasmissione tra le città. Ogni campione in un PCM è quantizzato, approssimando un insieme molto grande di valori possibili con un insieme relativamente piccolo di valori, che possono essere numeri interi o anche simboli discreti. Non importa quanto siano complessi, tutti i dati analogici possono essere digitalizzati. Questo include dati analogici come video full- motion, audio, telemetria e realtà virtuale. I dati PCM sono in realtà campioni audio digitali grezzi. I file audio, in formati come MP3 e AAC, vengono prima convertiti in dati PCM. Quindi, i dati PCM vengono convertiti in segnali analogici per gli altoparlanti. L'ulteriore elaborazione da parte dei processori di segnali digitali può creare molti flussi di dati. Questi flussi, a loro volta, possono essere multiplexati in flussi di dati più grandi trasmessi molto rapidamente su lunghe distanze da processi come multiplexing a divisione di tempo, multiplexing a divisione di frequenza e altri. TDM è usato più ampiamente a causa della sua naturale
Un testo si può definire come una sequenza di caratteri. Quindi codificare un testo significa codificare i caratteri che lo compongono. Le due codifiche standard che vengono utilizzate sono: ASCII, a 8 bit e UNICODE a 16 bit.
ASCII è l'acronimo di American Standard Code for Information Interchange. È un codice che rappresenta 128 caratteri inglesi come lettere e numeri, così come illustrato in Figura 3. Ad ogni lettera è assegnato un numero compreso tra 0 e 127. Ad esempio, il codice ASCII per la lettera maiuscola M è 77. La maggior parte dei computer utilizza codici ASCII per rappresentare il testo, il che rende possibile il trasferimento dati da un computer all'altro. I file di testo memorizzati in formato ASCII sono talvolta chiamati file ASCII. Gli editor di testo e i word processor sono solitamente in grado di memorizzare dati in formato ASCII, sebbene il formato ASCII non sia sempre il formato di archiviazione predefinito. La maggior parte dei file di dati, in particolare se contengono dati numerici, non sono archiviati in formato ASCII. I programmi eseguibili non vengono mai archiviati in formato ASCII. Diverse aziende e organizzazioni hanno proposto estensioni per questi 128 caratteri. Il sistema operativo DOS utilizza un superset di ASCII chiamato ASCII esteso o ASCII alto. Uno standard più universale è il set di caratteri ISO Latin 1, che viene utilizzato da molti sistemi operativi e dai browser Web. Un altro insieme di codici che viene utilizzato su computer IBM di grandi dimensioni è EBCDIC.
Figura 3 : La codifica ASCII.
Una nuova codifica chiamata Unicode fu sviluppata nel 1991 per poter codificare più caratteri in modo standard e permettere di utilizzare più set di caratteri estesi (es. greco e cirillico) in un unico documento; questo set di caratteri è oggi largamente diffuso. Inizialmente prevedeva 65.536 caratteri (code points) ed è stato in seguito esteso a 1.114.112 (= 2^20 + 2^16 ) e finora ne sono stati assegnati circa 101.000. I primi 256 code point ricalcano esattamente quelli dell'ISO 8859-1. La maggior parte dei codici sono usati per codificare lingue come il cinese, il giapponese ed il coreano. L'elenco completo delle tabelle unicode è raggiungibile al seguente link: http://www.unicode.org/charts/. Unicode è un sistema di codifica che assegna un numero univoco ad ogni carattere usato per la scrittura di testi, in maniera indipendente dalla lingua, dalla piattaforma informatica e dal programma utilizzato. È stato compilato e viene aggiornato e pubblicizzato dall' Unicode Consortium , un consorzio internazionale di aziende interessate alla interoperabilità nel trattamento informatico dei testi in lingue
Curtin, P.,D., Foley, K., Sen, K., Morin, C. (2016). Informatica di base. McGraw-Hill Education. Mezzalama, M. and Piccolo, E. (2010). Capire l’informatica. CittàStudi Edizioni. Walter Maraschini e Mauro Palma (2014). Enciclopedia della Matematica. In Le Garzantine, A-L, Edizione speciale per il Corriere della Sera, Garzanti,
https://it.wikipedia.org/wiki/Immagine_digitale https://it.wikipedia.org/wiki/Codec_video
