Komprimering

Komprimering

Varför berättar inte termen ”Full HD” något om kvaliteten på videomaterialet? Varför låter visst hembioljud bättre än annat? Det beror på att digital media kan komprimeras på olika sätt, vilket förklaras närmare i detta kapitel.

Förstörande eller förlustfri?

Digital media brukar komprimeras för att den ska ta mindre plats, vilket kan göras på olika sätt. Komprimeringsteknikerna delas upp i två huvudgrupper: förlustfri komprimering och förstörande komprimering. Förlustfri komprimering innebär att det komp­rimerade materialet går att återställa till ursprungsskicket utan att det på något sätt blivit förvrängt eller försämrat. Förstörande komprimering innebär att det inte går att återställa det komprimerade materialet helt perfekt.

Språkkomprimering (liknelse)

I språksammanhang används ofta en typ av förlustfri komprimering. Vi komprimerar texten varje gång vi använder förkortningar. Följande mening på 74 tecken kan med lätthet komprimeras till 61 tecken:

Originaltext:
Jag köper bland annat äpplen för att kunna baka till exempel en äppelkaka.

Komprimerad text:
Jag köper bl.a. äpplen för att kunna baka t.ex. en äppelkaka.

Vi har därmed komprimerat texten med 18 %. Alla läsare som har rätt ”kodek” (d.v.s. svenska språket) kan utan problem dekomprimera texten (läsa ut förkortningarna) och få tillbaka originaltexten helt oförvrängd.

Ljudkomprimering

Det brukar kallas att en CD-skiva ”rippas” när den importeras till en dator och varje låt görs om till en musikfil. I samband med detta brukar ljudet också komprimeras för att filerna ska ta mindre plats. Utan komprimering hade varje låt varit nästan 50 MB stor, men med hjälp av moderna förstörande komprimeringstekniker går det att få ner filstorleken till en tiondel.

När en låt komprimeras används en kodek såsom MP3 eller WMA. Ordet kodek ­kommer från engelskans codec, vilket i sin tur är en sammanskrivning av coder-decoder. För att kunna spela upp en komprimerad låt måste datorn eller enheten som spelar upp den ha tillgång till samma kodek som användes vid rippningen. Om en låt komprimeras med den förlustfria FLAC-kodeken och sedan flyttas till en dator som saknar FLAC-stöd, kommer inte filen att kunna spelas upp.

Princip för kodning och avkodning med samma kodek.

Vid rippning av en CD-skiva går det att ställa in vilken så kallad bitrate som låten ska hålla (t.ex. 128 kb/s eller 192 kb/s). Ju högre bitrate låten har desto bättre blir ljudet, men samtidigt blir filen också större. Det är tyvärr fortfarande vanligt att låtar kompri­meras med MP3 128 kb/s, något som många lyssnare upplever alltför hårt kompri­merat. Ett vältränat öra hör klar skillnad mellan 128 kb/s och exempelvis 192 kb/s. En hårt komprimerad låt låter oftast väldigt burkig och saknar dynamiken som återfinns i den okomprimerade (eller förlustfritt komprimerade) versionen.

Den populära musiktjänsten Spotify komprimerar sin musik med den förstörande ­kodeken Vorbis (även kallad Ogg Vorbis). Lyssnaren får dock möjlighet att själv välja hur hårt komprimerad musiken ska vara. Premiumanvändare får välja mellan 96 kb/s (Normal kvalitet), 160 kb/s (Hög kvalitet) och 320 kb/s (Extrem kvalitet). Benämn­ingarna inom parantes är de som Spotify använder i mobilklienterna.

Val av ljudkvalitet i Spotifys Android-klient.

Samma komprimeringsprincip används för ljud i hembiosammanhang. Eftersom det där handlar om surroundljud används dock andra kodekar. För förstörande komprimering används exempelvis Dolby Digital och DTS. För förlustfri komprimering används Dolby True-HD eller DTS-HD Master Audio. Läs mer om detta i Hembio 8.

Bildkomprimering

I fotosammanhang komprimeras bilder ofta med JPEG, som gör att de tar mindre plats. Eftersom JPEG är en förstörande komprimering blir bildkvaliteten samtidigt sämre. Professionella fotografer sparar därför oftast inte bara en JPEG-bild utan även en rå-fil (raw) som innehåller den rena okomprimerade datan kamerans bildsensor genererade.

Följande lilla bild är 5,3 megabyte stor när den är okomprimerad. Då används lika mycket data för att beskriva varje enskild pixel i bilden. Genom att komprimera den med JPEG blir den 0,74 megabyte istället. Eftersom bilden är så liten går det inte att se någon direkt skillnad. Det hade däremot synts vid en uppförstoring. Anledningen till att bilden kan göras så mycket mindre rent datamässigt är att JPEG inte sparar information om hur varje enskild pixel ser ut, utan istället information om hur pixlarna förändras.

Hur hårt en bild går att komprimera innan den börjar se försämrad ut beror på vilket motiv den har. Ju fler förändringar det är i bilden, desto svårare är den att komprimera. Tänk exempelvis på en barnteckning som visar ett blått hav. I den behöver inte varje pixel beskrivas eftersom de flesta pixlarna liknar varandra. Då är det bättre att enbart beskriva hur en utgångspixel ser ut och sedan hur de efterföljande pixlarna förändras. På så sätt kan den bilden komprimeras till en mycket liten fil utan att vi upplever bildkvaliteten som försämrad. En bild med många förändringar där färgerna hela tiden varierar går däremot inte att komprimera lika hårt med bibehållen bildkvalitet.

Videokomprimering

I videosammanhang används också komprimering. Detta eftersom det hade krävts orimligt mycket data för att lagra 24 Full HD-upplösta stillbilder per sekund. Som tur är behövs inte det, eftersom det oftast är ganska små skillnader mellan de enskilda bildrutorna (det hinner inte förändras så mycket i bilden på en 24-dels sekund). Det gör det onödigt att alltid spara hela bildrutor. Genom att komprimera filmen sparas endast vissa hela bildrutor i kombination med de efterföljande bildrutepartierna där det sker förändringar.

Genom att komprimera filmen behöver inte alla bildrutor sparas.

Precis som med stillbilder kan filmer komprimeras olika hårt beroende på hur mycket som förändras mellan varje bildruta. Ett nyhetsprogram med få förändringar i bild tar lite utrymme, medan en actionfilm med mycket rörelser tar betydligt mer.

Full HD säger inget om kvaliteten

När det gäller film har begreppen HD och Full HD blivit väletablerade för att beskriva upplösning. De säger dock ingenting om hur pass hårt komprimerad en film är. En film i blu-ray-format kan till exempel vara 30 gigabyte stor. Om samma film laddas ned från en fildelningssajt har den ofta komprimerats till exempelvis 12 gigabyte. Görs en streaming- eller mobiltelefonsoptimerad version av samma film kan den vara nere på 5-7 gigabyte. Alla de tre versionerna har samma upplösning, men de är olika hårt komprimerade. Ju hårdare komprimeringen är, desto större är risken för artefakter (fel i bilden i form av t.ex. fyrkantsblock i svarta områden). Dessutom minskar detaljrikedomen.

Det går dock inte att uteslutande bedöma videomaterials kvalitet utifrån dess ­bitrate (antalet megabit per sekund). Detta eftersom det finns flera olika komprimerings­tekniker som är olika effektiva.

Videokomprimeringstekniker

Idag finns det flera olika videostandarder med tillhörande kodekar som kan användas för att koda och avkoda filmfiler. Tidigare var det vanligt att använda MPEG-2-standarden, vilken bland annat används på DVD-skivor. I moderna sammanhang är det ­vanligare att MPEG-4-standarden används och framförallt den populära tekniken H.264, även känd som AVC (Advanced Video Coding).

H.264-tekniken är effektiv i sin komprimering. Med den går det att komprimera video­material hårt utan att försämra bildkvaliteten lika mycket som äldre tekniker hade ­behövt göra för att åstadkomma samma resultat. H.264 används på bland annat blu-rayskivor, i HDTV-sändningar, till moderna videokameror och för filmklipp på internet.

I skrivande stund håller en ännu effektivare efterföljare till H.264 på att rullas ut. Den kallas H.265 eller HEVC (High Efficiency Video Coding). H.265 kan komprimera video­material nästan dubbelt så hårt som H.264 (så att det tar hälften så många megabit per sekund i anspråk) utan att vi kan se skillnad på det. Det är detta som möjliggör att hårt komprimerad Ultra HD-film kommer att kunna strömmas över internet med så lite som 15 Mb/s. Teracom, som ansvarar för TV-sändningarna i marknätet, testar just nu också hur det med hjälp av H.265 skulle kunna gå att sända Ultra HD-upplöst TV till alla som tar emot TV med en vanlig antenn4.

Det finns fler moderna komprimeringstekniker än H.264 och H.265. Google har i sitt Web M-projekt utvecklat VP8-tekniken som funktionsmässigt påminner om H.264. Skillnaden är att VP8 är släppt som öppen källkod och får användas i program utan att utvecklarna behöver betala några licensavgifter. Idag finns det stöd för VP8 i flera av de största webbläsarna (däribland Chrome, Firefox och Opera). VP8 har därför goda förutsättningar att bli välanvänt för videokomprimering på internet.

I skrivande stund förbereder Google VP9 som blir efterföljaren till VP8. VP9 påminner funktionsmässigt om H.265, då VP9 kan komprimera videomaterial dubbelt så hårt som VP8 utan att vi märker någon försämring. Google har till och med stuckit ut hakan och satt som mål att VP9 ska bli ännu effektivare än H.2655

Referenser

4. Teracom (2014). Boxer och Teracom testsänder Ultra HD i marknätet.
Pressmeddelande från 2014-01-23

5. Chrome Media Group, Google. Overview of VP-Next. Powerpoint-presentation hämtad 2014-02-01.

Senast ändrad: 2016-08-09