Come funziona la compressione

I filmati nel video digitale sono memorizzati come una sequenza di fotogrammi, 25 per ogni secondo, ciascuno dei quali e' una immagine bitmap.
Ne segue che un tipico film da 1 ora e 40 minuti e' composto da una serie di 150.000 immagini bitmap.
Ognuna di queste ha una risoluzione di 720x576 punti, tipica del formato Pal DVD europeo, ed occupa circa 1,18 MB.
Se il filmato venisse memorizzato in questo modo occuperebbe in totale circa 177 GB. Si capisce bene come una tale occupazione di spazio renderebbe praticamente impossibile la memorizzazione del filmato su qualsiasi tipo di supporto ottico.

Nasce quindi da se che la compressione dei dati, applicata ai fotogrammi, sia praticamente obbligatoria per poter registrare il filmato.

Se convertissimo ognuna delle immagini bitmap nel formato compresso JPEG con compressione 10:1 (detto rateo di compressione) ciascuna di esse occuperebbe circa 0,128 MB (anziche' gli originali 1,18 MB) e si sarebbe gia' ridotto il filmato esaminato in precedenza a 22,6 GB realizzando un filmato di tipo Motion-JPEG. Ma purtroppo le sue dimensioni sono ancora troppo grandi.

Per ridurre ulteriormente le dimensioni, si potrebbe aumentare ulteriormente il rateo di compressione, portandolo a 20:1 ma cosi' facendo la perdita qualitativa dell'immagine contenuta nel singolo fotogramma sarebbe eccessiva.

I formati di compressione cercano infatti di tagliare parte delle informazioni selezionando quelle meno percepibili all'occhio umano, ad esempio quelle che si ripetono di frequente come nello sfondo uniforme del cielo azzurro in una foto. Nel contempo si cerca di mantenere le informazioni sulla struttura che sono piu' importanti nella identificazione dei dettagli dell'immagine.

Le tecniche di compressione

DCT (Discrete Cosine Transform)

La compressione DCT viene applicata suddividendo l'immagine in minuscoli blocchi di 16x16 pixel ciascuno, che vengono poi ridotti a blocchi di 8x8 pixel eliminando un punto ogni due ripetuta fino a quando si raggiunge il rapporto di compressione desiderato.
L'immagine verra' in seguito ricostruita seguendo il percorso inverso. Questo spiega perche' una compressione video elevata forma artefatti e blocchettizzazione nella immagine riprodotta.

MPEG (Motion Pictures Expert Group)

MPEG e' un sistema migliore rispetto a quello DCT precedentemente visto (che si basava sulla compressione dei singoli fotogrammi).

L'innovazione di MPEG si basa sul fatto che non l'intera immagine ma solo quelle parti di essa che variano da un fotogramma a quello successivo vengono mantenute, tutta la restante area dell'immagine (ad esempio il cielo azzurro uniforme) puo' invece essere fortemente compressa.

Questo tipo di compressione viene definita Differenziale.

L'evoluzione di questo standard parte da:

MPEG1, usato per riprodurre filmati su CD con una resa in qualita' simile alle vecchie videocassette VHS caratterizzato da una bassa risoluzione (352x288 pixel) ed un Bitrate di soli 1,2 Mbit/sec; questo si spiega come necessita' di adattamento alle basse capacita' di contenere dati dei supporti CD (700 MB).

MPEG2, usato come standard nella TV digitale, caratterizzato da un Bitrate variabile (da 5 a 9 Mbit/sec) attraverso il quale e' possibile adattare una compressione maggiore alle scene statiche del film ed una minore alle scene dinamiche dopo una pre-analisi del film, e da una risoluzione di 720x576 pixel; questo formato molto si adatta ai supporti DVD che, vista la loro capacita' di contenere dati (da 4,7 GB o 8,5 GB), stanno prendendo sempre di piu' il posto dei CD.

MPEG4, usato soprattutto per il trasferimento di file video nella telefonia mobile ed implementato nei codec DivX ed Xvid per la distribuzione di contenuti video su Internet. Con l'MPEG4, che e' la naturale evoluzione dell'MPEG2, si hanno ulteriori perfezionamenti rispetto all'MPEG2: l'algoritmo GMC (Global Motion Compensation), che cerca di analizzare l'evolvere dell'intera immagine, l'SA-DCT (Shape Adaptive Dct) e Quarter Pel Motion Compensation che consentono una compressione maggiore e meglio mirata su blocchi dell'immagine piu' piccoli.
Alcuni algoritmidi MPEG4 per la ricomposizione delle immagini fanno uso di matematica Frattale.

Formati dei DVD

DVD e' la sigla che identifica il supporto Digital Versatile/Video Disc.
I dischi scrivibili portano una R alla fine della sigla e i riscrivibili le cifre RW.
Le sigle - (Minus) e + (Plus), invece, sono una conseguenza del contrasto che si e' venuto a creare tra i due enti di standardizzazione internazionale rispettivamente il DVD-Forum (www.dvdforum.org) e il DVD-Alliance (www.dvdrw.com).
A livello pratico le differenze per l'utilizzatore finale sono minime in quanto tutti i masterizzatori attuali sono in grado di leggere e scrivere su entrambi gli standard, anche se i DVD- sono probabilmente i piu' compatibili con il resto del mondo, ed in particolare con i lettori da computer e da salotto (specie di vecchia generazione), mentre i DVD+ sono piu' recenti e quindi vantano di alcune migliorie tecnologiche.

DVD5

I DVD5 hanno una capacita' di 4,7 GB binari (4482 MB effettivi). Vista la capacita' di contenere dati piu' modesta rispetto al piu' recente formato DVD9, nella produzione dei vari formati questi coprono solamente il 15% dell'intera produzione dei DVD.
I DVD5 nella tipologia REGISTRABILI si trovano in formato DVD+r e DVD-r, nella tipologia RISCRIVIBILI si trovano in formato DVD+rw e DVD-rw.

DVD9

I DVD9, detti anche a doppio strato o Dual Layer, hanno una capacita' di 8,5 GB binari (8144 MB effettivi) e, proprio per questa capacita' di contenere dati doppia rispetto al formato DVD5 che gli consente di poter ospitare film e contenuti extra di migliore qualita' con un Bitrate piu' alto e quindi con una compressione video inferiore, sono quelli piu' prodotti tra i vari formati di DVD (per circa l'85% del totale).
Questi DVD9 necessitano di lettori e/o masterizzatori particolari, ed hanno un funzionamento semplice: il laser del lettore DVD, dopo aver letto i dati del primo strato, puo' salire a leggere quelli dello strato superiore cambiando focalizzazione all'apposita lente del laser; cio' e' reso possibile dal fatto che il promo strato e' semitrasparente e puo' essere attraversato dalla luce del laser di lettura.
I DVD9 nella tipologia REGISTRABILI si trovano in formato DVD+r DL e DVD-r DL.

DVD10

I DVD10, detti anche a doppia faccia, non sono altro che due DVD5 incollati l'uno sull'altro. Per accedere ai dati dell'altra faccia su questo tipo di supporti il disco deve essere fisicamente estratto dal lettore e girato di 180 gradi. Ovviamente un disco simile e' piu' costoso, estremamente delicato e non puo' ospitare alcuna etichetta; questo spiega il perche' della limitatissima diffusione di questi supporti.

DVD18

I DVD18, detti anche a doppia faccia, non sono altro che due DVD9 incollati l'uno sull'altro. Per accedere ai dati dell'altra faccia su questo tipo di supporti il disco deve essere fisicamente estratto dal lettore e girato di 180 gradi. Ovviamente un disco simile e' piu' costoso, estremamente delicato e non puo' ospitare alcuna etichetta; questo spiega il perche' della limitatissima diffusione di questi supporti.