Elaborazione digitale di immagini e suoni (2007/2008)

Corso a esaurimento

Codice insegnamento
4S00047
Crediti
10
Coordinatore
Vittorio Murino
L'insegnamento è organizzato come segue:
Modulo Crediti Settore disciplinare Periodo Docenti
Immagini 4 INF/01-INFORMATICA 2° Q Vittorio Murino
Suoni 4 INF/01-INFORMATICA 1° Q Federico Fontana
Laboratorio Immagini 1 INF/01-INFORMATICA 2° Q Vittorio Murino
Laboratorio Suoni 1 INF/01-INFORMATICA 1° Q Federico Fontana

Obiettivi formativi

Modulo: Suoni
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Il corso intende fornire i fondamenti teorici di base e le metodologie relative alla formazione ed elaborazione dei suoni.
L'elaborazione di suoni è fondamentale per la progettazione e per la costruzione di sistemi multimediali. Il sistema uditivo è un canale sempre aperto in grado di discriminare o integrare eventi acustici. Viceversa, il sistema visivo è atto al rilevamento e all'organizzazione delle informazioni spaziali. Questo spiega l'importanza della comunicazione audiovisiva nell'informatica contemporanea.
Dopo una breve introduzione alla psicoacustica, vengono presentate le principali tecniche per la analisi, l'elaborazione, e la sintesi dei suoni medianti ausili informatici.
Il corso intende fornire gli strumenti e le tecniche di base per la comprensione e il trattamento dei suoni allo scopo di affrontare applicazioni quali lo sviluppo di interfacce, la compressione e trasmissione di informazioni, l'analisi di scene, etc..


Modulo: Laboratorio Immagini
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Si veda la descrizione nella parte Immagini.


Modulo: Laboratorio Suoni
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Il corso intende fornire un complemento sperimentale ai fondamenti teorici di base relativi alla formazione ed elaborazione dei suoni.


Modulo: Immagini
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Il corso intende fornire i fondamenti teorici di base e le metodologie relative alla formazione ed elaborazione delle immagini e suoni, aspetti fondamentali per la progettazione e per la costruzione di sistemi multimediali. L'importanza della comunicazione audiovisiva nell'informatica è dovuta al fatto che il sistema uditivo è un canale in grado di discriminare o integrare eventi acustici, mentre il sistema visivo è atto al rilevamento e all'organizzazione delle informazioni spaziali.
Il corso e' suddiviso in due parti. Nella prima parte, vengono presentate le principali tecniche per la analisi, l'elaborazione, e la sintesi dei suoni medianti ausili informatici.
Nella seconda parte, vengono descritte le tecniche per il trattamento e l’analisi di immagini volte al miglioramento della qualità, al restauro e all'estrazione di informazioni.
Il corso intende fornire gli strumenti e le tecniche di base per la comprensione e il trattamento di immagini e suoni, allo scopo di affrontare svariate applicazioni.

Programma

Modulo: Suoni
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Modulo Suoni

* Elementi di psicoacustica e percezione uditiva.
* Discretizzazione di segnali e sistemi a tempo continuo.
* Trasformate di segnali: Laplace, Fourier, Zeta.
* Analisi del suono: Short-Time Fourier Transform, Correlogrammi.
* Filtri numerici: filtri del primo e secondo ordine. Filtri allpass. Filtri complementari. Banchi di filtri. Frequency warping.
* Tecniche di sintesi del suono: Tecniche classiche. Sintesi per modelli fisici. Sintesi basata su analisi.
* Effetti audio digitali: Elaborazione nei domini del tempo e della frequenza. Spazializzazione del suono e riverberazione artificiale.
* Estrazione di immagini da scene acustiche complesse: computational auditory scene analysis.
* Linguaggi e standard per l'elaborazione del suono: I linguaggi della famiglia Music V. Lo standard MPEG audio.

Il corso è coordinato con il successivo modulo di Immagini. Nel primo dei due moduli vengono affrontati i segnali monodimensionali (suoni), mentre nel secondo si trattano i segnali bidimensionali (immagini). In totale, nei due quadrimestri il corso viene svolto in 64 ore di lezione frontale e 24 ore di laboratorio. L'attività di laboratorio prevede la risoluzione al calcolatore di esercizi proposti dai docenti, mediante strumenti informatici (e.g., MATLAB/Octave).


Modulo: Laboratorio Immagini
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Si veda la descrizione nella parte Immagini.


Modulo: Laboratorio Suoni
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L'attività di laboratorio prevede la risoluzione al calcolatore di esercizi proposti dal docente nell'ambito dell'elaborazione del segnale audio, mediante strumenti informatici (e.g., MATLAB/Octave).


Modulo: Immagini
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Modulo immagini

* Acquisizione di immagini: modelli matematici, campionamento e quantizzazione.
* Trasformate di immagini: Fourier (ed eventualmente coseno, seno, Hadamard, Karhunen-Loewe, Wavelet).
* Filtraggio: istogramma, modellazione del rumore, operatori puntuali, locali e operazioni geometriche, filtri passa-basso, -alto, -banda, , filtri ottimi, filtri non lineari.
* Estrazione e caratterizzazione dei contorni.
* Estrazione e caratterizzazione delle regioni.
* Cenni di analisi di immagini.

Il corso è organizzato su due quadrimestri (primo e secondo) del Corso di Laurea in Informatica Multimediale (ex Tecnologie dell'Informazione: Multimedia).
Nel primo dei due quadrimestri vengono affrontati i segnali monodimensionali (suoni), mentre nel secondo quadrimestre si trattano i segnali bidimensionali (immagini).
In totale, il corso viene svolto in 64 ore di lezione frontale e 24 ore di laboratorio (il singolo modulo è quindi composto da 32 ore di lezione frontale e 12 di laboratorio). L'attività di laboratorio prevede la risoluzione al calcolatore di esercizi proposti dai docenti, mediante strumenti informatici (e.g., MATLAB/Octave).

Modalità d'esame

Modulo: Suoni
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La verifica del profitto in ciascuna delle due parti del corso sarà fatta mediante esercitazione scritta, contenente quesiti atti a verificare l'acquisizione dei concetti teorici, nonché la padronanza degli strumenti matematici e informatici (es., MATLAB/Octave).
Per gli studenti particolarmente interessati agli argomenti del corso è possibile effettuare l'esame mediante lo svolgimento di un progetto e una prova integrativa, da concordare coi docenti.


Modulo: Laboratorio Immagini
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Si veda la descrizione nella parte Immagini.


Modulo: Laboratorio Suoni
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L'esame di Laboratorio non sarà distinto da quello del corso base.


Modulo: Immagini
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La verifica del profitto in ciascuna delle due parti del corso sarà fatta mediante esercitazione scritta, contenente quesiti atti a verificare l'acquisizione dei concetti teorici, nonché la padronanza degli strumenti matematici e informatici (es., MATLAB/Octave).
Per gli studenti particolarmente interessati agli argomenti del corso è possibile effettuare l'esame mediante lo svolgimento di un progetto e una prova integrativa, da concordare coi docenti.
Il superamento della prova porta all'acquisizione di 10 crediti in totale, ovvero 8 crediti del corso più 2 crediti di laboratorio. L'esame di Laboratorio non sarà distinto da quello del corso base.

Testi di riferimento
Autore Titolo Casa editrice Anno ISBN Note
Davide Rocchesso Introduction to Sound Processing (http://www.mondo-estremo.com/) Mondo Estremo 2003 8890112611