 |
||||||
Ontspanning door compressie 13 december 2008 Kun je een uur film in 4 kilobyte stoppen? Nee, natuurlijk niet. Maar hoeveel geheugen heb je dan nodig? Om die vraag te beantwoorden richten we ons naar de informatietheorie. Deze theorie behandelt onder meer de condities waarin foutvrije communicatie kan optreden en wat er gebeurt bij niet ideale condities, zoals ruis op een communicatiekanaal. Een bekende wet, het Nyquist-Shannon- samplingtheorema, zegt bijvoorbeeld het volgende: als je een analoog signaal hebt, bijvoorbeeld voor tv, met een hoogste frequentie van f, dan moet je van dat signaal met een tenminste twee maal zo hoge frequentie (2f) monsters nemen (‘samplen’ op z’n goed Nederlands) om een getrouwe weergave van het oorspronkelijke signaal te kunnen garanderen. Neem bijvoorbeeld een Pal-videosignaal met een resolutie van 576 bij 720 pixels. Dat zijn 414.720 pixels per beeld. Een beeld wordt vierentwintig maal per seconde ververst, dus dat geeft bijna tien miljoen pixels per seconde. Met hoeveel bits moeten we een pixel coderen? Het oog kan onderscheid maken tussen een miljard lichtniveaus en ongeveer honderdtwintig kleurgradaties. Dat vertaalt zich in respectievelijk 23 en 7 bits, totaal 30 bits per pixel (ik heb even buiten beschouwing gelaten dat de kleurgevoeligheid van het oog afhankelijk is van de hoeveelheid licht). In ons voorbeeld betekent dat zo’n 300 miljoen bits per seconde. In de praktijk gebruiken we veel minder. Stel dat we 15 bits gebruiken, dan levert dat nog altijd 150 miljoen bits per seconde. Een beeld bevat redundantie. Daardoor kunnen we met minder informatie uit door op een speciale manier te coderen en we dus bijvoorbeeld een gekleurd vlak dat in tien achtereenvolgende beeldjes wordt weergegeven, kunnen aangeven door het kleurniveau te coderen en de coördinaten van het betreffende vlak in de tien beeldjes. Bekende technieken zijn MPeg-2 met een compressieverhouding in de ordegrootte van 30:1 en H.264 met een verhouding van 50:1. In dat laatste geval levert ons voorbeeld een totale benodigde opslagcapaciteit van 1,3 Gigabyte voor een film van 1 uur. Voor een HD-tv-beeld (1920 bij 1180 beeldpunten) levert bovengenoemde redenering een benodigde opslag capaciteit op van 7,3 Gigabyte. Hoever kunnen we met compressie gaan? In een artikel in De Ingenieur van augustus dit jaar stond een verhelderend verhaal over De Broncode, een boek dat gaat over uitvinder Jan Sloot en zijn compressiemethode. De schrijver legt daarin uit hoe die uitvinding volgens hem (en ook volgens mij) werkt. De methode maakt gebruik van een geheugen met voorbeeldpixels. Een beeld wordt dan gecodeerd door een tabel met getallen die naar de voorbeeldpixels wijzen. Uit de combinatie van verwijstabel en voorbeeldpixelgeheugen kan dan het oorspronkelijke beeld worden gereconstrueerd. Die verwijstabel kan daarmee veel kleiner worden en volgens de auteur namen anderen dat geheugen als maat voor de compressieverhouding. In dat geval kom je dan op een compressiefactor van een miljoen. Maar in werkelijkheid komt die benadering ruwweg meer overeen met een techniek zoals MPeg-2. Wat zou een factor miljoen hebben betekend? Laten we weer uitgaan van bovenstaand voorbeeld. Dan zou een beeld van 1920 bij 1180 HD-beeldpunten na compressie met deze factor een resolutie hebben overeenkomend met nog maar een of twee HD-beeldpunten. En dat zou natuurlijk onzin zijn. En bij een compressiefactor van 50 (H.264) is de resolutie equivalent met zo’n 45.000 HD- beeldpunten. Natuurlijk is er altijd ruimte voor verbetering, maar elke bit die we uit een beeldelement verwijderen, komt overeen met een 6 dB verslechtering van de signaal-ruisverhouding. Die ruis wordt voor het grootste deel gevormd door de compressiefactor. Dus meer compressie en deze ruis begint te overheersen tot er niets meer van een film zichtbaar is. Misschien is dat ook wel zo rustig. Cees Jan Koomen |
|
|||||
|
|
||||||
