analogico&digitale

<In linea generale, la differenza fra analogico e digitale corrisponde alla differenza fra una rappresentazione continua e una rappresentazione discreta di determinate grandezze; una rappresentazione continua o analogica è ad esempio quella fornita da una lancetta che si sposta sul quadrante di uno strumento, una rappresentazione digitale avviene tipicamente attraverso numeri.

Così, un termometro analogico mostra la temperatura attraverso l’altezza della colonnina di mercurio, e quest’altezza varia in modo continuo col variare della temperatura; un termometro digitale mostra invece la temperatura attraverso dei numeri su uno schermo, e la temperatura indicata varia in modo discontinuo (se il termometro ha, ad esempio, la precisione di una cifra decimale, potrà mostrare la differenza fra 37,5 e 37,6 gradi, ma non le temperature intermedie: la cifra sullo schermo ‘scatta’ da 37,5 a 37,6 senza poterle rappresentare). Analogamente, un orologio analogico mostra l’ora attraverso la posizione delle sue lancette, mentre un orologio digitale mostra l’ora attraverso numeri, e una bilancia analogica mostra il peso attraverso il movimento dell’ago sul quadrante, mentre una bilancia digitale mostra il peso attraverso numeri. A prima vista, una rappresentazione analogica sembra rispondere meglio alla natura continua della maggior parte dei fenomeni che vogliamo misurare; d’altro canto, la nostra capacità di discriminare fra rappresentazioni analogiche di valori molto vicini attraverso l’uso di strumentazioni meccaniche convenzionali è in genere minore di quella offerta da uno strumento digitale sufficientemente preciso, e la costruzione di apparecchiature meccaniche in grado di rendere ‘leggibile’ in maniera analogica la differenza fra valori molto vicini è spesso assai complessa. La progressiva sostituzione di strumentazioni elettroniche – che privilegiano la rappresentazione digitale – alle strumentazioni meccaniche, ha permesso quindi in molti casi un progresso nella precisione della misurazione; lo sviluppo del computer, nato per lavorare su informazione in formato digitale, ha ulteriormente favorito il processo di traduzione in termini digitali di grandezze e fenomeni che tradizionalmente non erano rappresentati attraverso numeri.>

<Sullo schermo, ad esempio utilizzando un programma di videoscrittura, l’utente scriverà (e leggerà) la stringa di testo ‘oggi piove’; il computer, dal canto suo, lavorerà invece con la rappresentazione binaria di quella stringa. In generale, tutte le volte che utilizzate un computer per visualizzare un testo scritto o per lavorarvi sopra, lo schermo vi presenterà il testo nella familiare forma alfabetica, ma il computer lavorerà in effetti su quel testo in forma binaria: la tavola di conversione lo aiuterà a ‘tradurre’ i caratteri alfabetici nella relativa codifica binaria, e viceversa>

<In effetti, in questi casi la situazione sembra del tutto diversa. In fondo, il testo scritto è già costruito combinando fra loro unità discrete (i singoli caratteri) scelte all’interno di un alfabeto abbastanza limitato. Ma immagini e suoni sono fenomeni che sembrano intrinsecamente analogici, nei quali cioè abbiamo a che fare con sfumature continue (di colori, di tonalità, di frequenza. Se si ha a che fare con un numero finito, prefissato e non troppo grande di entità discrete, la codifica numerica è in fondo facile: basta contare le diverse entità discrete che possono presentarsi, e attribuire a ciascuna un numero che la rappresenti nella codifica. Ma come la mettiamo con le infinite differenze e sfumature di un’immagine o di un suono?

Per capire in che modo il problema sia stato risolto, partiamo da un’osservazione pratica. Abbiamo tutti familiarità con la televisione, che è uno strumento per visualizzare immagini in movimento (per adesso, mettiamo da parte i suoni). Quando guardiamo la televisione, le immagini che vediamo ci appaiono di norma abbastanza facili da interpretare: possiamo identificare forme e strutture, e ad esempio riconoscere il volto di un attore o di un’attrice. Se ci avviciniamo molto allo schermo, tuttavia, noteremo che quella che a una certa distanza ci era apparsa come un’immagine ben definita e continua si ‘sgrana’ in piccoli puntini luminosi e colorati (i cosiddetti pixel – termine inglese corrispondente alla contrazione di picture elements). L’immagine che vediamo è in realtà il risultato dell’integrazione dei tanti singoli ‘segnali’ luminosi emessi da ciascuno dei singoli pixel. La griglia di pixel è talmente fitta da darci un’impressione di continuità.

Per digitalizzare un’immagine il primo passo è proprio quello di ‘sovrapporre’ all’immagine analogica (ad esempio una fotografia) una griglia fittissima di minuscole cellette. Ogni celletta sarà considerata come un punto dell’immagine, come un pixel. Naturalmente, a parità di immagine, più fitta è la griglia, più piccole saranno le cellette, e migliore sarà l’illusione di un’immagine> continua. In questo modo, abbiamo sostanzialmente ‘scomposto’ l’immagine in tanti puntini. Ma non abbiamo ancora risolto il problema della nostra codifica digitale. Per farlo, occorre un passo ulteriore: rappresentare i puntini attraverso numeri. Come procedere? L’idea di base è semplice: utilizzare anche qui una tavola di corrispondenza, che però questa volta, anziché far corrispondere numeri a caratteri, faccia corrispondere numeri a colori diversi, o a sfumature diverse di colore.

I primi personal computer con capacità grafiche, all’inizio degli anni ’80, utilizzavano griglie molto larghe (i pixel sullo schermo del computer più che a minuscoli puntini corrispondevano a grossi quadrati) e i colori codificati erano molto pochi (solo il bianco e nero, o al più 8 o 16 colori diversi). L’effetto non era un granché (possiamo farcene un’idea guardando le figure 1, 2 e 3), ma i bit utilizzati per rappresentare l’immagine non erano troppo numerosi. Ad esempio, una griglia di 80 colonne per 60 righe (ancora utilizzata in alcuni piccoli videogiochi portatili con schermo a cristalli liquidi) comprende 80×60=4800 pixel, e se ci limitiamo a due colori (bianco e nero) possiamo rappresentare ogni pixel attraverso un solo bit: l”1′ potrà rappresentare il nero e lo ’0′ il bianco. Con 4800 bit avremo dunque codificato un’immagine, anche se solo in bianco e nero, e ben poco definita.

Se abbiamo a disposizione un numero maggiore di bit, potremo rendere più fine la griglia, oppure aumentare il numero dei colori, o magari (se possiamo permettercelo) fare tutte e due le cose insieme. Così, se ad esempio per ogni celletta decidiamo di ‘spendere’ 8 bit (e dunque 1 byte) anziché 1 bit soltanto, anziché usare solo il bianco e nero potremo codificare 256 colori diversi (giacché come abbiamo visto le possibili combinazioni di ’0′ e ’1′ nelle nostre 8 cellette sono proprio 256; quando si parla di immagini ‘a 256 colori’ o ‘a 8 bit’ ci si riferisce proprio a un’immagine la cui palette di colori – ovvero l’insieme dei colori utilizzati – è codificata in questo modo); se di bit ne possiamo spendere 16, avremo a disposizione 65.536 colori diversi, e così via. Certo, con l’aumento della risoluzione e la crescita del numero dei colori codificati, il numero di bit necessario a rappresentare la nostra immagine sale molto: supponiamo di voler utilizzare una griglia di 800 colonne per 600 righe (è una risoluzione assai diffusa per i personal computer), e di destinare a ogni celletta, a ogni pixel, 24 bit (il che ci consentirà di distinguere la bellezza di oltre 16 milioni di sfumature di colore). I bit necessari per rappresentare una singola immagine diventano 800x600x24 = 11.520.000: una cifra di tutto rispetto!

Tuttavia, il progresso tecnologico (che – ricordiamolo – dipende non solo dall’ingegno umano, ma anche dalle altissime risorse economiche investite in un settore evidentemente considerato strategico) ci ha portato da una situazione in cui il risparmio di ogni singolo bit costituiva una priorità essenziale a una situazione in cui i bit sono sempre più ‘economici’. I computer delle nuove generazioni dispongono così di veri e propri ‘sottosistemi’ interamente dedicati alla gestione della grafica, dotati di una memoria indipendente (in modo che la rappresentazione delle immagini non sottragga troppe risorse agli altri compiti nei quali il computer può essere impegnato) e man mano sempre più larga. Inoltre, sono stati fatti molti progressi nelle tecnologie per il ‘risparmio’ dei bit: si tratta delle cosiddette tecniche di compressione, che sfruttano complessi algoritmi matematici, ad esempio considerando la diversa frequenza dei colori in un’immagine, per ridurre il numero di bit necessari alla sua rappresentazione. Come risultato, nella rappresentazione di immagini fisse è ormai possibile arrivare al livello del fotorealismo: griglie talmente fitte, e codifica di una ‘palette’ talmente ampia di colori, da rendere sostanzialmente indistinguibile all’occhio umano l’immagine (digitale) visualizzata attraverso il computer da quella (analogica) risultato di una fotografia tradizionale>.<Armati dei risultati conseguiti con suoni e immagini, possiamo affrontare adesso il problema della digitalizzazione dei filmati, ovvero di immagini in movimento con accompagnamento sonoro. Se pensiamo a come è fatta una vecchia pellicola cinematografica, ci risulterà chiaro che un filmato altro non è se non una successione di fotogrammi (ciascuno dei quali corrisponde a un’immagine statica), accompagnata da una banda sonora. Ma a questo punto sappiamo come digitalizzare tanto le immagini che corrispondono ai singoli fotogrammi, quanto il sonoro che le accompagna. Certo il numero di bit impiegati nell’operazione aumenta vorticosamente. Per essere esatti, aumenta in funzione di almeno cinque fattori: il numero di bit necessari alla codifica sarà infatti tanto maggiore quanto più lungo è il filmato, quanto maggiore è la sua risoluzione grafica (e cioè quanto più fitta è la griglia che usiamo per digitalizzare i singoli fotogrammi), quanto più ampia è la ‘palette’ di colori utilizzata, quanto maggiore è il numero di fotogrammi (o frame) per secondo, e quanto migliore è la qualità del sonoro (ovvero la frequenza di campionatura). Una bassa risoluzione grafica rende il filmato quadrettato e indistinto, una ‘palette’ troppo ristretta rende poco realistici i colori visualizzati, un numero troppo basso di frame per secondo produce un filmato ‘a scatti’ e poco fluido, e una frequenza di campionatura audio troppo bassa pregiudica la qualità del sonoro. Come si vede, i fattori da considerare sono davvero tanti: per quanto la nostra ‘disponibilità di bit’ sia notevolmente aumentata col tempo, e nonostante il fatto che proprio nel campo delle immagini in movimento le tecniche di compressione abbiano fatto passi da gigante, il cosiddetto ‘full motion video’ digitale (la capacità cioè di rappresentare a pieno schermo immagini in movimento, con una risoluzione e con una fluidità simile o migliore rispetto a quelle televisive) è un traguardo raggiunto solo di recente (cf. dispensa 7, scheda “TV digitale”) , e non in tutti i casi. Ad esempio, i video tratti dalle videocassette di questo corso sono presenti anche sul CD-ROM, solo in forma molto compressa e di bassa qualità, altrimenti occuperebbe molto più ‘spazio’, molti più bit, di quello disponibile su un singolo CD. Per quanto riguarda il video digitale, dunque, gli ulteriori prevedibili progressi nelle capacità di memoria e nella velocità di elaborazione dei computer potranno ancora portare a un significativo miglioramento della qualità.

Possiamo dirci soddisfatti: armati solo degli ‘0’ e ‘1’ della codifica digitale abbiamo affrontato tipi di informazione molto diversa – dai numeri al testo scritto, dai suoni alle immagini e al video in movimento – e siamo riusciti a rappresentarli tutti. Possiamo capire – e considerare in certa misura quasi profetico – lo slancio delle parole con le quali all’inizio del ‘700 il filosofo tedesco Gottfried Willhelm Leibniz (vedi scheda), che può essere considerato l’inventore del calcolo binario, parlava della sua scoperta. Leibniz vedeva nella notazione binaria “un’immagine della creazione, ovvero dell’origine delle cose da Dio e dal nulla”, e sosteneva: “il calcolo binario, che utilizza lo ‘0’ e l’’1’, a ricompensa della sua maggiore lunghezza è il più fondamentale per la scienza, ed è all’origine di nuove scoperte (…) la cui ragione è che allorché i numeri sono ridotti ai principi più semplici, e cioè allo ‘0’ e all’’1’, appare ovunque un ordine meraviglioso”

Per rispondere pienamente al compito che ci eravamo proposti, tuttavia, restano ancora da affrontare due punti estremamente importanti. Il primo è forse un po’ tecnico, e ci fa tornare alla definizione di informazione. Ricorderete che abbiamo iniziato il nostro discorso proprio dal tentativo di trovare una definizione rigorosa di questo concetto, pur avendo ben presente che per farlo avremmo dovuto sacrificare alcune fra le molte connotazioni abitualmente associate al nostro uso generico del termine ‘informazione’. Abbiamo poi osservato come in molti casi il concetto di informazione sia collegato al concetto di scelta fra più alternative. Il successo ottenuto nel compito di codificare in formato binario ‘informazioni’ di tipo diverso (testi, suoni, immagini…) è in buona parte dovuto proprio alla applicazione di questo principio. Quando codifichiamo un testo,

Come risulta dalla definizione che ne abbiamo dato, quando diciamo che il bit è una unità di misura della quantità di informazione ci riferiamo proprio a questo senso ‘tecnico’ di informazione, collegato alla scelta fra alternative: più alternative abbiamo a disposizione, più informativa sarà la nostra scelta, e maggiore il numero di bit necessario a esprimerla. Questa idea – formulata in maniera rigorosa nel 1948 dall’americano Claude Shannon (vedi scheda) – è alla base della disciplina scientifica denominata appunto teoria dell’informazione. E c’è una lezione che possiamo trarre dalla nostra capacità di rappresentare attraverso la codifica digitale tipi diversi di informazione: una definizione di informazione basata sull’idea che la quantità di informazione cresca col crescere delle alternative fra le quali possiamo scegliere, può forse aiutarci a comprendere meglio anche altri, più ‘intuitivi’ (ma magari meno chiari) significati che attribuiamo a questo termine. Anche per questo, può essere utile andare a dare un’occhiata un po’ più da vicino al modo in cui il concetto di informazione è definito nell’ambito della teoria dell’informazione: è quello che facciamo in una delle schede di approfondimento.

Il secondo punto sul quale occorre soffermarsi è assolutamente fondamentale, e ha a che fare in fondo con la stessa ragion d’essere di questo corso. Abbiamo visto e – speriamo – capito insieme, almeno per sommi capi, cos’è l’informazione in formato digitale. Ma non abbiamo ancora capito – o almeno, non abbiamo ancora discusso – il primo degli interrogativi posti all’inizio della lezione: perché la trasformazione in formato digitale dell’informazione sia così importante, tanto da rappresentare una delle chiavi di lettura principali di questa fine millennio, e da far parlare di rivoluzione digitale. Per quello che abbiamo detto finora, potrebbe in fondo trattarsi di una tecnica di rappresentazione come un’altra, utile magari per capire come funzionano i computer quando lavorano con testi, suoni o immagini, ma priva di una particolare portata ‘rivoluzionaria’. In sostanza, le nozioni che abbiamo fornito potrebbero sembrare utili solo a soddisfare, almeno in parte, una curiosità tecnica. 

Il seguito di questo corso avrà fra i suoi compiti principali proprio quello di rispondere a questo interrogativo. Ma la più importante delle risposte può essere anticipata subito, almeno nelle sue linee generali. Ci sono infatti due fattori che rendono così potente la rappresentazione in formato digitale delle informazioni.

Innanzitutto, il computer non è solo o principalmente uno strumento per rappresentare in forma statica i nostri dati, la nostra informazione: al contrario, è uno strumento potentissimo per lavorare su questa informazione, conservandola, elaborandola, e, se lo si desidera, trasmettendola a distanza attraverso le reti telematiche. Nella prossima lezione, vedremo più da vicino come è fatto un computer, e in che modo funziona: potremo così capire meglio – cosa che cercheremo di fare nelle lezioni successive – alcuni dei molti modi in cui è possibile utilizzare, concretamente, l’informazione in formato digitale.

In secondo luogo, la disponibilità di un unico linguaggio (la codifica digitale) per rappresentare informazione di molti tipi diversi, associata alla disponibilità di un unico strumento (il computer) per gestire ed elaborare questa informazione, permette un livello di integrazione fra codici diversi totalmente nuovo. Tradizionalmente, i supporti utilizzati per i testi scritti (nel mondo ‘gutenberghiano’ nel quale abbiamo vissuto finora, soprattutto la carta stampata: libri, giornali, riviste…) erano diversi, nelle tecnologie impiegate e nei modi di fruizione, dai supporti utilizzati per i suoni (pensiamo ad esempio a dischi e audiocassette), da alcuni di quelli usati per le immagini (negativo fotografico, diapositive…) o per i filmati (pellicola cinematografica, videocassetta…). L’universo comunicativo era popolato da media tecnologicamente assai diversi (si pensi alle differenze esistenti fra stampa, radio, televisione, cinema…), la cui integrazione poteva risultare – e di fatto spesso risultava – assai difficile, se non del tutto impossibile. 

Con il digitale, questa situazione – sulla quale torneremo anche nella sesta dispensa cercando di definire meglio termini quali ‘comunicazione’ e ‘medium’ – cambia radicalmente. Informazioni di tipo diverso vengono ‘scritte’ attraverso lo stesso linguaggio di base (il linguaggio dei bit, le nostre lunghe catene di ‘0’ e ‘1’) e gestite attraverso lo stesso strumento di base (il computer). Un CD-ROM, o il disco rigido di un computer raggiungibile attraverso la rete Internet, possono così offrire insieme testi, suoni, immagini, video in movimento; un ‘telegiornale digitale’ può essere fatto di servizi filmati, ma anche di testi scritti (da leggere e magari da stampare sulla stampante del nostro computer, e sui quali potremo effettuare ricerche), e potrebbe essere ricevuto attraverso un qualunque canale in grado di trasmettere informazione in formato digitale (cavi, satelliti, onde radio… torneremo su tutto ciò nella terza dispensa; su un CD (e dunque su un unico medium) un brano sonoro può essere accompagnato dal testo che lo descrive e dalle immagini della sua esecuzione; una trasmissione digitale via satellite può contenere immagini, ma anche testi, o magari programmi per computer; assieme alla fotografia di un matrimonio possiamo conservare l’audio del ‘sì’ degli sposi. E, grazie alle capacità che ha il computer di gestire informazione in formato digitale, queste informazioni possono essere fruite in maniera interattiva, ad esempio scegliendo al momento quali informazioni ci interessa ricevere.

Sui concetti di multimedialità e interattività avremo occasione di soffermarci in seguito: ma il dato di fondo che interessa sottolineare è che laconvergenza al digitale (è così che ci si riferisce spesso al progressivo trasferimento verso il formato digitale di tipologie di informazione tradizionalmente collegate a media diversi: anche su questo termine torneremo nella settima dispensa) rende possibile una integrazione strettissima e totalmente inedita fra codici e linguaggi che eravamo abituati a considerare lontani. E, per questa via, rende possibile forme di comunicazione nuove, le cui caratteristiche e potenzialità stiamo appena iniziando ad esplorare. Proprio perché tutto ciò coinvolge direttamente i nostri modi di rappresentare, scambiare e organizzare l’informazione – cioè qualcosa che ha per noi un’immensa importanza culturale, sociale, politica – dobbiamo però guardarci dal considerare questo processo come il frutto quasi automatico di un mero progresso tecnologico. La convergenza al digitale è certo resa possibile dalla disponibilità di certi strumenti tecnologici (e, come abbiamo visto, di certi strumenti teorici), ma non è determinata né dalla tecnologia, né dalla teoria. È piuttosto il frutto di una serie di scelte, ecomporta essa stessa scelte, ad esempio nelle forme di organizzazione dell’informazione. Queste scelte non mancano di avere conseguenze, spesso estremamente rilevanti, e non sempre o necessariamente positive, in molte sfere della nostra vita, sia personale che collettiva. Se ci limitassimo a considerare questo processo come una realizzazione ingegneristica, perderemmo completamente di vista questa dimensione, che è invece essenziale: dopo la ‘rivoluzione digitale’ il nostro universo informativo non sarà semplicemente una riformulazione in un linguaggio nuovo di una realtà preesistente: avrà forme nuove, rese possibili dalla tecnologia, ma frutto di scelte che non saranno né unicamente né principalmente tecnologiche. Anche di questi aspetti, dunque, dovremo tornare a parlare nelle prossime lezioni>.

‘scegliamo’, carattere per carattere, la codifica esatta fra le 256 alternative forniteci dalla nostra tabella di codifica: il ‘peso’ informativo di ogni carattere del nostro testo è così pari a 1 byte, ovvero a 8 bit. Quando codifichiamo un’immagine, il suo ‘peso’ informativo dipende da un lato dalla sua risoluzione (maggiore è la risoluzione, più informativa sarà l’immagine), dall’altro dalla ‘palette’ di colori usata (anche qui, più sfumature di colore siamo in grado di rappresentare, più informativa sarà l’immagine). E, nuovamente, entrambi questi fattori hanno a che fare con delle scelte fra più alternative: col crescere della risoluzione, cresce il numero di pixel che abbiamo a disposizione per rappresentare l’immagine, e col crescere della ‘palette’ cresce il numero di colori fra i quali possiamo scegliere per ogni pixel.

 
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Informazioni su vincegargiulo

Nato a Napoli dove ho studiato arte. Insegno grafica e fotografia nella scuola statale. I miei interessi spaziano dalla comunicazione visiva alla filosofia, fotografia, cinema ...
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