Acquisire ed elaborare immagini -

Seconda parteLuca Capisani

Il Sistema Operativo Linux• E’ composto da tantissimi blocchi, i quali sono sviluppati da

gruppi indipendenti di programmatori volontari

• E’ facilmente programmabile per interfacciarsi con la rete– La configurazione della rete è semplice– Ci sono tanti strumenti che aiutano in caso di problemi

• Offre gratuitamente tanti tool per la programmazione:– Compilatore C, C++, Java …– Editor– Librerie per fare qualunque cosa

• Interagire con l’utente• Accedere alla rete• Convertire le immagini• Leggere e Memorizzare i dati sul disco

Linux: componenti fondamentali• Distribuzioni (Chi mette assieme le componenti fondamentali)

• Kernel (il cuore del sistema operativo)• File system (gestisce i files di sistema e utenti)• Utenti e amministratore (Ciascuno ha le proprie regole!)• Interfaccia grafica (NON è parte fondamentale!)• Terminale (è il modo più diretto per accedere al sistema)

• Sistema di rete (Offre tutti gli strumenti indispensabili e oltre!)• I pacchetti software (sono sempre accessori rispetto al “piccolo

kernel”)

Distribuzioni• Dato che Linux è composto da tantissimi piccoli blocchi

programmati indipendentemente– Alcune importanti organizzazioni si occupano di “mettere

assieme” i blocchi– Per rendere più semplice ed immediata l’installazione– Per favorire gli utenti non esperti– Per assicurarsi che il sistema complessivo funzioni bene– Per tener traccia di tutti gli ultimi aggiornamenti sulla

sicurezza• Le più famose:– Mandriva, Ubuntu, Fedora, SuSE, Knoppix, Debian, Gentoo,

Slackware…– Elenco completo: http://www.linux.org/dist/list.html

File system

• E’ l’insieme di tutti i programmi e dello spazio di memoria che servono per– Memorizzare i files– Evitare perdita di dati– Ritrovare velocemente i dati

• Lo spazio di memoria di Linux è tipicamente organizzato in 3 partizioni– root, “/”, mantiene l’albero principale delle directory– /home, mantiene i files dell’utente– swap, mantiene i files temporanei

Gli utenti e l’amministratore• In linux, ogni programma

– Può essere creato solo da alcuni utenti– Può essere installato solo dall’amministratore o da chi ne ha il

permesso– Può essere eseguito solo da chi ne ha il permesso

• In linux, ogni file– Può essere letto solo da chi ne ha il permesso– Può essere scritto/cancellato solo da chi ne ha il permesso– Può essere eseguito (se è un programma) solo da chi ne ha il

permesso• In linux, ogni risorsa (rete, periferiche, audio,video, …)

– Può essere utilizzata solo da chi ne ha il permesso

• L’amministratore (root) ha sempre tutti i permessi e può decidere i permessi degli altri

Gli utenti e l’amministratore (2)• Ogni utente:

– Ha una “user name” denominata login– Ha una password

• Ogni utente può:– Cambiare la propria password– Cambiare i permessi dei propri files, dei propri programmi e delle

proprie risorse

• Gli utenti non possono:– Vedere alcuna password– Utilizzare programmi, files, risorse assegnate ad altri

• L’amministratore (root) può:– Modificare le password di chiunque (non le può vedere)– Utilizzare e modificare qualunque programma, files o risorsa

(rischio!!!)

Il terminale• E’ il modo più diretto per interagire con tutte le funzioni del sistema

operativo• È dotato di un prompt che risponde ai comandi dell’utente

• Il prompt è gestito dalla shell che aiuta l’utente a

– Velocizzare le operazioni noiose

– Ricordare tutti i comandi utilizzati

– Effettuare alcune operazioni automaticamente

– Gestire l’interazione con i programmi

Il comando sudo

• Entrare come amministratore (root) è pericoloso:– Si possono cancellare, distruggere files e configurazioni– Si può resettare la macchina senza autorizzazioni

• Soluzione: è meglio usare l’utente root solo quando è necessario!!!– Solo alcuni comandi richiedono di essere amministratore– Basta scrivere prima del comando desiderato, il comando

sudo e inserire la password:– Esempio:

• enzo@www-server:~$ sudo ifconfig• [sudo] password for enzo: ****• ………

– NB: la password non appare a terminale!!!

Impostare gli indirizzi di rete

• Un Computer (Host IP), per connettersi alla rete, ha bisogno di:– Un Indirizzo IP e una netmask– Un indirizzo per il default gateway– Un indirizzo del server DNS• Tale indirizzo serve per tradurre i nomi degli host con

gli indirizzi IP

• La scheda di rete viene individuata con la sigla eth0

Impostare gli indirizzi di rete (2)

• Indirizzo IP e netmask:– sudo ifconfig eth0 192.168.x.x netmask 255.255.x.x

• Default gateway:– sudo route del default (cancella una route esistente)– sudo route add default gw 192.168.x.x

• Server DNS:– sudo echo nameserver 151.99.x.x > /etc/resolv.conf

I pacchetti software

• Tutte le distribuzioni sono composte da pacchetti software:

• Spesso l’istallazione di alcuni pacchetti rende indispensabile l’installazione di altri pacchetti, struttura gerarchica!!!

Kernel

Glibc(librerie)

Bash(shell)

XORG(amb. Grafico)

netfilter(firewall)

CUPS(stampanti)

OpenOffice(Word, Excel,…)

libjpeg(x le immagini!)

Installare il software da Internet: APT-GET INSTALL

• Scarica da Internet e installa automaticamente uno o più pacchetti software andando a cercare automaticamente le dipendenze

• Esempio: installazione editor GEDIT– sudo apt-get install gedit

• Funziona solo sulle distribuzioni Debian-Ubuntu– Mandriva: urpmi

Visualizzazione di un file con CAT

• E’ il modo più veloce per visualizzare un file da terminale– Comando: cat /home/lab/pippo

• Visualizza il file pippo nella cartella /home/lab

Visualizzazione di un file esadecimale con HEXDUMP

• E’ il modo più veloce per visualizzare un file in esadecimale– Comando: hexdump /home/lab/pippo

• Visualizza il file pippo nella cartella /home/lab

Editing di un file con GEDIT

• E’ un editor che ha funzioni specifiche per programmare.

• Si avvia da terminale con il comando gedit &

HTTP e l’autorizzazione• La telecamera è accessibile da QUALUNQUE computer

connesso alla rete.• Tuttavia solo chi è autorizzato può prelevare le immagini!

• Com’è il meccanismo di autorizzazione?– La telecamera chiede nome utente e password

• root, guaita

– Firefox o Internet explorer macinano nome utente e password e ottengono il digest• cm9vdDpmcmFuY2VzY2E=

– Il digest viene inserito nella richiesta HTTP e la telecamera è in grado di verificare se è giusto!• Non è facile trovare “a caso” il digest giusto, quindi il

meccanismo è abbastanza sicuro. MAH…

Scambio di richieste risposte tra PC (client) e telecamera (server)

• Richiesta:GET /mjpg/image.jpg HTTP/1.1Host: 192.168.121.12User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U;

Windows NT 5.1; it; rv:1.9.0.3) Gecko/2008092417 Firefox/3.0.3

Accept: image/png,image/*;q=0.8,*/*;q=0.5

Accept-Language: it-it,it;q=0.8,en-us;q=0.5,en;q=0.3

Accept-Encoding: gzip,deflateAccept-Charset: ISO-8859-1,utf-

8;q=0.7,*;q=0.7Keep-Alive: 300Connection: keep-aliveReferer:

http://192.168.121.12/view/view.shtml?imagePath=/mjpg/video.mjpg&size=1

Authorization: Basic cm9vdDpmcmFuY2VzY2E=

Nome del file richiesto e vers. HTTP

Indirizzo IP del server

Informazioni sull’applicazione richiedente il servizio

Password di autorizzazioneDIGEST!!!!!!

Scambio di richieste risposte tra PC (client) e telecamera (server)

• Risposta:HTTP/1.0 200 OKCache-Control: no-cachePragma: no-cacheExpires: Thu, 01 Dec 1994 16:00:00 GMTConnection: closeContent-Type: multipart/x-mixed-replace; boundary=--myboundary

--myboundaryContent-Type: image/jpegContent-Length: 29423

......JFIF..

Il server risponde che la richiesta è corretta!

Ci informa che il contenuto richiesto è una immagine JPEG ed è lunga 29423 bytes!!!!

Il JPEG inizia a essere trasmesso!!!!

Possiamo vedere il digest?• Con il programma gratuito wireshark, si può vedere quali informazioni

vengono ricevute e quali vengono spedite dal nostro PC (tra cui il digest!):

Rappresentazione delle immagini

• Ciascuna immagine è rappresentata nel computer per mezzo di numeri (01000101110101101…)

• L’area viene suddivisa in tanti piccoli quadrati colorati

• Ci sono metodi efficienti per la memorizzazione

• Vediamone i dettagli!

Come viene rappresentata una immagine? ZOOM!

• Una immagine è una sequenza di tantissimipuntini coloratidetti pixel (PICture ELement)

Dimensioni dell’immagine

• Una immagine è una grande matrice di pixel:– La dimensione è il numero di pixel orizzontali x il

numero di pixel verticali:– 640x480– 800x600– 102x768– Ecc.

5 colonne

4 rig

he

Colorazione pixel RGB!• Ogni pixel ha un colore unico!

• Il colore del pixel è determinato in base a tre componenti fondamentali:– Rosso – R: 0-255– Verde – G: 0-255– Blu – B: 0-255

• In questo modo si possono ottenere più di 16 milioni di colori diversi (per ciascun pixel dell’immagine)!

• 256*256*256= 16777216

Formati di immagine: cosa sono?

• Considerando il numero di pixels e il numero di colori di ciascun pixel, una immagine occupa tantissimo spazio.

• Una immagine si può memorizzare interamente così com’è– Formato RASTER: occupa molto spazio!– Esempio BMP

• Oppure si può memorizzare in modo da ridurre lo spazio occupato:– Formato lossy. Esempio: JPG

I numeri esadecimali

• Sono rappresentazioni particolari dei numeri binari. • Ogni numero è una cifra da 0 a F che corrisponde ai

numeri da 0 a 15

Rappresentazione RGB esadecimale

• Esempio: il pixel

• È un mix dei colori:• Rosso: 224/255 Verde: 36/255 Blu: 36/255• Si rappresenta su tre bytes RGB.• Una rappresentazione semplice si ha in hex• E02424 (E0 (224), 24 (36), 24(36))

ESEMPIO: Configurare la telecamera in diretta

• 1 coppia alla volta• Accedere alla telecamera con la userid e la

password di default• Impostare un indirizzo IP e una netmask

ammissibile per la rete• Verificare e cambiare le impostazioni

immagine/video• Controllare che le modifiche abbiano effetto• Non cambiare le password

Esempio: GIMP e le immagini esadecimali

• Aprire GIMP con il comando gimp & da terminale

• Creare una immagine nuova 1x1 pixel

• Immettere un pixel di un certo colore RGB

• Salvare l’immagine in uno dei seguenti formati:– PBM PGM XPM PPM BMP

• Verificare con hexdump che cosa è stato scritto su disco

• Ripetere l’esercizio con una immagine 3x3

Creare una immagine di pochi pixel

Impostare un colore

Colorare un pixel con quel colore, gli altri in nero

Salvare l’immagine in uno dei formati RASTER

Fare alcune prove confrontando i vari formati RASTER

• Cosa cambia tra i vari formati raster?

• Cosa cambia tra una immagine di 1 pixel e una di 9?

• Cosa si vede salvando l’immagine come jpg?

La programmazione nel linguaggio C

• Rende semplice interagire con la rete ed elaborare le immagini

• Produce dei programmi estremamente veloci

• Non è indicato per creare programmi con finestre e pulsanti

Cosa serve per poter programmare in C

• Il compilatore GCC

• Le librerie di sistema (per aprire i files, connettersi alla rete, interagire con l’utente, ecc.)

• Alcune librerie aggiuntive per leggere/scrivere files jpeg

• Altre librerie contenenti funzioni già preparate per eseguire i programmi che ci interessano

Linguaggio C: il sistema operativo

• Funzionalità offerte dal sistema operativo

– Interfacciamento con l’utente (terminale ecc)

– Rete

– File system

– Ecc.

Il compilatore C di linux: GCC!

• Il suo funzionamento è semplicissimo:– gcc nomefile.c

• Produce un file eseguibile denominato a.out– Si esegue con il comando ./a.out

• Importante!!! Saper leggere i messaggi di errore di gcc!!!

Librerie di sistema: aiuto alla programmazione

• Ci sono compiti che non dobbiamo risolvere noi programmatori:– Come si invia un dato sulla rete?– Come si scrive un carattere sul video?– Come si scrive un file?

• Risposta?– Non ci interessa!

• Ci sono librerie già fatte per fare queste operazioni, basta saperle usare!

Librerie di sistema: aiuto alla programmazione

• Esempi: – #include <stdio.h>: contiene tutto ciò che ci

serve per gestire la stampa di caratteri a video!

– #include <sys/socket.h>, – include <arpa/inet.h>, – include <netdb.h>: contengono tutto ciò che ci

serve per usare la rete!

– #include <string.h>: contiene tutto ciò che ci serve per usare le stringhe!

Librerie utente: permettono di scrivere il codice una volta per tutte!

• Esempio: Connettersi alla telecamera e richiedere una immagine è un problema ricorrente

• E’ meglio avere un pezzo di codice che lo fa, senza doverci preoccupare ogni volta del problema!

Blocchi fondamentali di un programma C

• Sezione INCLUDE:– Serve per includere le librerie e altri files .c– #include <stdlib.h> • Con le parentesi < e > si includono le librerie di sistema

– #include “mialib.h”• Con le virgolette si includono le librerie dell’utente

(nella stessa cartella dei programmi)– Inlcudere un file significa mettere il file indicato al

posto della parola include!!!– È come scrivere il codice al posto dell’include

Blocchi fondamentali di un programma C (2)

• Sezione DEFINE:– Serve per definire le costanti– #define imgX 640– #define imgY 480– Hanno lo stesso effetto di sostituire il numero al nome

della costante prima di compilare il codice!• Sezione del codice:– Metodi del programma

• Sono le parti del programma– Metodo main()

• Contiene quella parte di programma che viene chiamata non appena il programma parte

• Al suo interno chiama le altre parti (metodi) del codice

Blocchi fondamentali: metodo main()

int main(int argc, const char ** argv){

//Questo è un commento

leggiDati();calcolaQualcosa();scriviLaRisposta();

return 0; //Non ci sono errori}

E’ la prima porzione di codice che il processore elabora quando si esegue il programma!

Blocchi fondamentali: PRINTF()

• La funzione printf()serve per visualizzare qualcosa all’utente

• Comunicare una informazione all’utente. Esempio:

• printf(“Ciao, come va?”);• Visualizza a video:• Ciao, come va?

Blocchi fondamentali: PRINTF() e i numeri

• printf() può essere usata per stampare delle stringhe che contengono un MIX tra lettere e numeri:

• ESEMPIO:int numero = 3; // Dichiarazione di un numero

printf(“Il numero è %d”, numero)

Il simbolo %d indica a printf che in quella posizione ci deve essere sostituito il numero!

Un semplice programma in linguaggio C

Nome file: prova.c

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char ** argv){

printf(“Ciao, come va?”);

return 0;

}

Copiare, salvare, compilare ed eseguire l’esempio

• Copiare l’esempio con l’editor GEDIT

• Salvare il file .c

• Compilare con il comando gcc prova.c

• Eseguire con il comando ./a.out

Modificare l’esempio per scrivere il proprio nome e cognome

• Cosa devo cambiare per fare scrivere il mio nome e cognome?

• L’istruzione PRINTF serve per:– Interagire con l’utente– Comunicare all’utente qualcosa o il risultato

• NOTA: In questo momento noi siamo contemporaneamente programmatori e utenti!– Programmatori quando scriviamo il programma,– Utenti quando eseguiamo il programma e ne verifichiamo

gli output interagendo con esso.

Scrivere nome, cognome ed etàNome file: eta.c

#include <stdio.h>int main(int argc, const char ** argv){

int annoNascita = 1982;int eta = 2008 – 1982;

printf(“Luca Capisani, età %i”, eta);

return 0;}

Scrivere nome, cognome ed età (2)

Nome file: eta.c

#include <stdio.h>int main(int argc, const char ** argv){

int annoNascita = 1982;int eta = 2008 – 1982;

printf(“Luca Capisani, nato nel %i età %i”,annoNascita, eta);

return 0;}

Salvare tutte le informazioni su un file: fprintf()!

#include <stdio.h>int main(int argc, const char ** argv){

FILE *fptr = fopen(“f.txt","w");int annoNascita = 1982;int eta = 2008 – 1982;fprintf(fptr,“Luca Capisani, età %i”, eta);fclose(fptr);return 0;

}

• Per controllare che il file è corretto: cat f.txt dopo aver eseguito il programma

Blocchi fondamentali 2: le strutture di controllo

• Nell’esercizio di prima, ogni istruzione viene eseguita nell’ordine indicato.• A volte è necessario eseguire istruzioni solo se si verificano certe

condizioni– Se piove

• Prendo l’ombrello– Altrimenti

• Esco in bicicletta!• A volte è necessario cambiare l’ordine delle istruzioni o ripetere

l’esecuzione di alcuni blocchi– Per fare una torta

• Aggiungere farina• Aggiungere olio• Aggiungere zucchero• Mescolare il tutto• Se non si amalgama, ricominciare dall’inizio

Istruzione condizionale IF THEN ELSE• Esempio: mi dice se sono maggiorenne

#include <stdio.h>int main(int argc, const char ** argv){

int annoNascita = 1982;int eta = 2008 – 1982;printf(“Luca Capisani, età %i \n”, eta);

if (eta >= 18){printf(“Sei maggiorenne! \n”);

} else {printf(“Sei minorenne! \n”);

}

return 0;}

Cicli FOR• Esempio: comunicare all’utente il conteggio da 1 a 10!!!

• Procedura:– Scrivere 1;– Calcolare 1 + 1 = 2– Scrivere 2;– Calcolare 2 + 1 = 3– Scrivere 3;– Calcolare 3 + 1 = 4– …

• Le istruzioni si ripetono!

• Come possiamo scrivere la stessa cosa più rapidamente???

Cicli FOR• Esempio: comunicare all’utente il conteggio da 1 a 10!!!

• Non voglio ripetere le istruzioni uguali!

• Procedura:

– Imposto a = 0;– Inizio di un ciclo

• a = a + 1• Scrivo (a)

– Mi fermo solo quando ho raggiunto il limite

• Le istruzioni non si ripetono più!

• Come possiamo scrivere la stessa cosa nel linguaggio C???

Esempio: Uso dei cicli#include <stdio.h>int main(int argc, const char ** argv){

int i;

for (i = 0; i<10; ){ i = i+1; printf("i = %d \n" ,i);}

return 0;}

Uso delle librerie di rete

• Richiede di– Includere le librerie di rete

• #include <sys/socket.h>• #include <arpa/inet.h>• #include <stdlib.h>• #include <netdb.h>

– Configurare le impostazioni desiderate per la connesione

– Creare la connessione– Utilizzarla per inviare/ricevere dati– Chiudere la connessione

Configurare la rete…struct sockaddr_in *remote;

int tmpres;

char *ip;

char *get;

char buf[BUFSIZ+1];

char *host;

char *page;

host = "192.168.121.12";

page = PAGE;

sock = create_tcp_socket();

ip = get_ip(host);

remote = (struct sockaddr_in *)malloc(sizeof(struct sockaddr_in *));

remote->sin_family = AF_INET;

tmpres = inet_pton(AF_INET, ip, (void *)(&(remote->sin_addr.s_addr)));

if( tmpres < 0) {

perror("Can't set remote->sin_addr.s_addr");

exit(8);

}else if(tmpres == 0){

fprintf(stderr, "%s is not a valid IP address\n", ip);

exit(7);

}

remote->sin_port = htons(PORT);

if(connect(sock, (struct sockaddr *)remote, sizeof(struct sockaddr)) < 0){

perror("Could not connect");

exit(4);

}

Un semplice programma per richiedere una immagine alla camera

#include <stdio.h>

#include <sys/socket.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <stdlib.h>

#include <netdb.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include "netHTTP.h"

#include "mylib.h"

int PORT=80;

char* HOST = "192.168.121.12";

//char* PAGE = "/mjpg/video.mjpg";

char* PAGE = "/jpg/image.jpg";

int pktCount=0;void dataRec(void *data, unsigned long int l){

pktCount++;printf("Ricevuto pkt %d

len %d\n", pktCount, l);}int main(int argc, char **argv){ tcpConnect(); sendHTTPRequest(); memset(buf,0,sizeof(buf)); while((tmpres = recv(sock, buf, BUFSIZ, 0)) > 0){ dataRec(buf,tmpres); } closeSock(); return 0;}

Librerie!!– Di sistema

#include <stdio.h>#include <sys/socket.h>#include <arpa/inet.h>#include <stdlib.h>#include <netdb.h>#include <string.h>#include <unistd.h>

– Utente#include "netHTTP.h"#include "mylib.h"

Parametri!!

• Configurazione!

int PORT=80;char* HOST = "192.168.121.12";

Voglio ricevere il filmato?//char* PAGE = "/mjpg/video.mjpg";

Voglio vedere solo “una foto”?char* PAGE = "/jpg/image.jpg";

Richiesta HTTP di una immagine• Connessione TCP alla telecamera– Avviene usando – l’indirizzo IP 192.168.x.x– e la Porta 80• tcpConnect();

• Richiesta HTTP di tipo GET alla telecamera– Specifica il file che mi interessa e che cosa sono in

grado di fare (le mie caratteristiche)• sendHTTPRequest();

Arriva l’immagine!!!

• Preparo lo spazio di memoria memset(buf,0,sizeof(buf));• Attendo ciasun “pacchetto” dalla rete e lo

memorizzowhile((tmpres=recv(sock,buf,BUFSIZ,0))> 0){

dataRec(buf,tmpres);

}

Diagramma di flusso di connessione e richiesta

INIZIO

CONNESSIONE TCP

RICHIESTA HTTP

TRASFERIMENTO DI UN PACCHETTO

FINEDATI???

NO!

SI!CHIUSURA

CONNESSIONE

FINE

Dove va a finire la risposta?

• Nel nostro caso la risposta della telecamera va persa!

• Tuttavia vedremo la prossima volta come si può memorizzare su un file

• Alla fine possiamo visualizzare la foto con un comune programma da disegno!

Esercizio

• Fate un programma che:– Si connetta alla telecamera;– Richieda l’invio di una immagine;– Legga l’immagine inviata dalla telecamera;– Sommando tutte le lunghezze dei pacchetti

ricevuti dalla telecamera, vi dica quanto era lunga l’immagine.