Komprimering

Hvorfor forteller ikke termen "Full HD" noe om kvaliteten på videomaterialet? Hvorfor har enkelte hjemmekinoer bedre lydkvalitet enn andre? Dette skyldes at digitale medier kan komprimeres på ulike måter, noe som forklares nærmere i dette kapittelet.

Digitale medier blir vanligvis komprimert for at de skal ta mindre plass, noe som gjøres på ulike måter. Komprimeringsteknologiene er inndelt i to hovedgrupper: Tapsfri komprimering og tapende komprimering. Tapsfri komprimering betyr at det komprimerte materialet kan gjenopprettes til opprinnelig tilstand uten at det på noen måte er blitt forvrengt eller svekket. Tapende komprimering betyr at det ikke er mulig å gjenopprette det komprimerte materialet uten defekter.

I språksammenheng benyttes det ofte en slags tapsfri komprimering. Vi komprimerer teksten hver gang vi bruker forkortelser. Følgende setning på 76 tegn kan enkelt komprimeres til 64 tegn:

Jeg kjøper blant annet epler, slik at jeg for eksempel kan bake en eplekake.

Jeg kjøper bl.a. epler, slik at jeg f.eks. kan bake en eplekake.

Vi har dermed komprimert teksten med 16 %. Alle lesere som har riktig "kodek" (dvs. norsk språk), kan uten problemer dekomprimere teksten (lese forkortelsene) og hente opp igjen den opprinnelige teksten uten at den blir forvrengt.

Man pleier å si at en CD-plate "rippes" når den importeres til en datamaskin og hver sang omgjøres til en musikkfil. Når dette skjer, pleier også lyden å komprimeres for at filene skal ta mindre plass. Uten komprimering hadde hver sang fått en størrelse på nesten 50 MB, men ved hjelp av moderne tapskomprimeringsteknologi er det mulig å redusere filstørrelsen til en tiendedel.

Når en sang komprimeres, brukes det en kodek som for eksempel MP3 eller WMA. Termen kodek kommer fra det engelske "codec", som i sin tur er en sammenskrivning av "coder-decoder". For at du skal kunne spille av en komprimert sang må datamaskinen eller enheten som sangen spilles av på, ha tilgang til den samme kodeken som ble brukt ved ripping. Hvis en sang komprimeres med den tapsfrie FLAC-kodeken og deretter flyttes til en datamaskin som ikke har støtte for FLAC, vil ikke filen kunne spilles av.

Prinsipp for koding og dekoding med samme kodek.

Ved ripping av en CD-plate er det mulig å angi hvilken bithastighet sangen skal ha (f.eks. 128 kb/s eller 192 kb/s). Jo høyere bithastighet sangen har, desto bedre blir lyden, men filen blir også større. Dessverre er det fortsatt vanlig å komprimere sanger med MP3 128 kb/s, noe som mange lyttere opplever som altfor hard komprimering. Et veltrent øre klarer å skille mellom 128 kb/s og for eksempel 192 kb/s. En hardt komprimert sang høres vanligvis svært metallaktig ut og mangler dynamikken som gjenskapes i den ukomprimerte versjonen (eller versjonen med tapsfri komprimering).

Den populære musikktjenesten Spotify komprimerer musikken sin med Vorbis-kodeken som gir tapende komprimering (også kalt Ogg Vorbis). Lytteren kan imidlertid selv velge hvor hardt komprimert musikken skal være. Premium-brukere kan velge mellom 96 kb/s (normal kvalitet), 160 kb/s (høy kvalitet) og 320 kb/s (ekstrem kvalitet). Benevnelsene i parentes er de som Spotify benytter i mobilklientene.

Valg av lydkvalitet i Spotifys Android-klient.

Det samme komprimeringsprinsippet brukes for lyd i hjemmekinosammenheng. Fordi det der handler om surroundlyd, benyttes det imidlertid andre kodeker. For tapende komprimering benyttes for eksempel Dolby Digital og DTS. For tapsfri komprimering benyttes Dolby True-HD eller DTS-HD Master Audio. Les mer om dette i Dagens surroundlyd.

I fotosammenheng komprimeres bilder ofte med JPEG, slik at de tar mindre plass. Etter­som JPEG er en tapende komprimering, vil bildekvaliteten bli dårligere. Profesjonelle fotografer lagrer derfor ofte ikke bare et JPEG-bilde, men også en råfil (RAW) som inneholder de rene, ukomprimerte dataene som kameraets bildesensor genererte.

Følgende lille bilde er på 5,3 MB i ukomprimert tilstand. Samme datamengde brukes da for å beskrive hver enkelt piksel i bildet. Ved å komprimere bildet med JPEG reduseres det til 0,74 MB. Siden bildet er så lite, er det umulig å se noen direkte forskjell. Forskjellene ville derimot ha blitt synlige ved forstørrelse av bildet. Grunnen til at bildet kan gjøres så mye mindre rent datamessig, er at JPEG ikke lagrer informasjon om hvordan hver enkelt piksel ser ut, men informasjon om hvordan pikslene endrer seg.

Hvor hardt man kan komprimere et bilde før kvaliteten begynner å forringes, avhenger av bildets motiv. Jo flere endringer det er i bildet, desto vanskeligere er det å komprimere. Se for eksempel for deg en barnetegning som viser et blått hav. I en slik tegning trenger ikke hver enkelt piksel å beskrives, ettersom de fleste pikslene ligner på hverandre. Da er det bedre å bare beskrive hvordan en utgangspiksel ser ut, og deretter hvordan de etterfølgende pikslene endrer seg. På denne måten kan bildet komprimeres til en svært liten fil uten at vi opplever bildekvaliteten som forringet. Et bilde med mange endringer der fargene hele tiden varierer, kan derimot ikke komprimeres like hardt uten tap av bildekvalitet.

Komprimering brukes også i videosammenheng. Dette skyldes at lagring av 24 Full HD-oppløste stillbilder per sekund ville ha krevd en urimelig datamengde. Heldigvis er ikke dette nødvendig, ettersom det vanligvis er ganske små forskjeller mellom de individuelle bilderutene (det er ikke så mye som rekker å bli endret i bildet på et 24-dels sekund). Det blir dermed unødvendig å alltid lagre hele bilderuter. Ved å komprimere filmen lagres bare enkelte hele bilderuter i kombinasjon med de etterfølgende bilderutepartiene der det forekommer endringer.

Ved å komprimere filmen er det ikke nødvendig å lagre alle bilderutene. 

I likhet med stillbilder kan filmer komprimeres i ulik grad, avhengig av hvor mye som endres mellom hver bilderute. En nyhetssending med få endringer i bildet tar liten plass, mens en actionfilm med mye bevegelser krever betydelig mer plass.

Når det gjelder video, har begrepene HD og Full HD blitt en godt etablert beskrivelse av oppløsning. De sier imidlertid ingenting om hvor hardt komprimert en film er. En film i Blu-ray-format kan for eksempel være på 30 GB. Hvis den samme filmen lastes ned fra et fildelingsnettsted, vil den ofte være komprimert til eksempelvis 12 GB. Hvis det lages en strømmings- eller mobiltelefonoptimalisert versjon av den samme filmen, kan den være så liten som 5 til 7 GB. Alle de tre versjonene har samme oppløsning, men de er komprimert i ulik grad. Jo hardere komprimeringen er, desto større er risikoen for artefakter (feil i bildet i form av f.eks. kvadratiske blokker i svarte områder). Dessuten reduseres detaljrikdommen.

Det er imidlertid ikke mulig å vurdere kvaliteten på et videomateriale utelukkende på grunnlag av bithastighet (antall megabit per sekund). Dette skyldes at det finnes flere ulike komprimeringsteknologier av varierende effektivitet.

I dag finnes det flere ulike videostandarder med tilhørende kodeker som kan brukes for å kode og dekode filmfiler. Tidligere var det vanlig å bruke MPEG-2-standarden, som blant annet benyttes på DVD-plater. I moderne sammenheng er bruk av MPEG-4-standarden mer utbredt, og fremfor alt den populære H.264-teknologien, som også er kjent som AVC (Advanced Video Coding).

H.264-teknologien gir effektiv komprimering. Den muliggjør hard komprimering av videomateriale uten at bildekvaliteten reduseres like mye som den ville ha blitt redusert for å oppnå samme resultat ved hjelp av en eldre teknologi. H.264 brukes blant annet på Blu-ray-plater, i HDTV-sendinger, i moderne videokameraer og for filmklipp på Internett.

I skrivende stund er en enda mer effektiv etterfølger til H.264 i ferd med å lanseres. Den kalles H.265 eller HEVC (High Efficiency Video Coding). H.265 kan komprimere video­materiale nesten dobbelt så hardt som H.264 (slik at det krever halvparten så mange megabit per sekund), uten at vi ser forskjell på det. Det er dette som gjør at hardt komprimert Ultra HD-film kan strømmes via Internett med så lite som 15 Mb/s.

Det finnes flere moderne komprimeringsteknologier enn H.264 og H.265. Google har i sitt WebM-prosjekt utviklet VP8-teknologien som funksjonsmessig minner om H.264. Forskjellen er at VP8 utgis som åpen kildekode og kan brukes i programmer uten at utviklerne må betale noen lisensavgift. I dag finnes det støtte for VP8 i flere av de største nettleserne (innbefattet Chrome, Firefox og Opera). VP8 har derfor gode forutsetninger for å bli mye brukt for videokomprimering på Internett.

I skrivende stund forbereder Google VP9, som blir etterfølgeren til VP8. VP9 har funksjonsmessige likhetstrekk med H.265, ettersom VP9 kan komprimere videomateriale dobbelt så hardt som VP8 uten at vi merker noen forringelse. Google har til og med satt seg som mål at VP9 skal bli enda mer effektivt enn H.265⁴!

4. Chrome Media Group, Google. Overview of VP-Next. PowerPoint-presentasjon fra 1. februar 2014.