Come Capire la Compressione Video
Se hai mai lavorato con immagini fisse e notato la differenza di dimensioni tra un file BMP non compresso e un JPEG, hai già intuito perché serve la compressione video. Eliminando informazioni ridondanti, la compressione risparmia spazio di archiviazione e larghezza di banda necessaria per la trasmissione. A differenza delle foto, il video negli USA cambia 30 volte al secondo (25 in Europa, 24 in alcuni formati HD). Memorizzare, elaborare e trasmettere tutto senza compressione richiederebbe risorse enormi. Vediamo le basi.
Concetti Fondamentali
Rapporto di Compressione
La compressione converte i dati in un formato che occupa meno bit. Il rapporto tra dimensioni compresse (C) e originali (O) è il rapporto di compressione R = C/O. Quando comprimi file di backup eliminando ridondanze e puoi ripristinarli identici, è compressione lossless. Con immagini e video puoi solo ricreare un'approssimazione: è compressione lossy.
Encoder, Decoder e Codec
L'hardware o software che comprime è l'encoder, quello che decomprime è il decoder. Un codec fa entrambe le cose. Il termine indica anche l'algoritmo matematico usato (es. codec JPEG).
Campionamento Colore (Chroma Subsampling)
Nel video, lo schema di campionamento colore influenza la qualità:
- 4:4:4 (es. conversione film→video, RGB): campionamento pieno per tutti i componenti.
- 4:2:2 (HD Cam, Digital Betacam, DV-50): componenti Blu e Rosso dimezzati.
- 4:1:1 (DV): ulteriore dimezzamento del colore. Per questo il DV soffre con chroma key, colori in movimento veloce e motion graphics.
- MPEG-2 (DVD): usa 4:2:2 o 4:2:0 (più comune per distribuzione). Video DV passato in MPEG-2 diventa effettivamente 4:1:0, perdendo qualità rispetto a DV-50.
Compressione Intra-frame (Spaziale)
La più usata è la DCT (Discrete Cosine Transform): usata in Digital Betacam, DV, D-50, JPEG e M-JPEG. Si basa sul fatto che pixel vicini condividono informazioni. L'immagine viene divisa in blocchi 8×8 pixel, trasformata in coefficienti di frequenza e si scartano dettagli impercettibili all'occhio umano. Funziona meglio con molta ridondanza (es. pallone rosso su cielo blu) che con scene complesse (surfista in azione).
Compressione Inter-frame (Temporale) - MPEG-2
MPEG-2 combina intra e inter-frame. L'inter-frame usa un GOP (Group of Pictures) che si ripete ogni mezzo secondo. Un GOP contiene:
- I-frame: frame completo (dopo compressione colore e intra-frame)
- P-frame (predittivo): anticipa cambiamenti, scarta ridondanze
- B-frame (bi-direzionale): guarda avanti e indietro tra I e P
Sequenza tipica: I B B P B B P... fino al prossimo I-frame. Molto efficiente, ma degrada con molti cambiamenti rapidi nella scena.