Lo streaming video è diventato una parte così normale della nostra vita che raramente ci fermiamo a pensare: come è possibile trasmettere video di alta qualità in tempo reale su internet? La risposta sta in una tecnologia potente: la compressione video.
Perché la compressione è importante?
Consideriamo un tipico video 1080p:
- Risoluzione: 1920 x 1080 pixel
- Profondità di colore: 24 bit per pixel
- Frame rate: 30 fotogrammi al secondo
Non compresso, questo equivale a quasi 1,5 gigabit al secondo, troppo grande per essere archiviato, condiviso o trasmesso in streaming in modo efficiente. È qui che entra in gioco la compressione.
Cosa sono i codec?
La base della compressione video è il codec (abbreviazione di coder-decoder).
- Codifica: comprime i dati per renderli più facili da archiviare e trasmettere.
- Decodifica: li decomprime, ricostruendo il video il più vicino possibile all'originale.
I codec non si limitano al video: vengono usati anche per audio, immagini e altri segnali digitali. In questo articolo, però, ci concentriamo su come rendono il video utilizzabile nella pratica.
Due modi in cui il video viene compresso
1. Codifica intra-frame (compressione spaziale)
È simile a come vengono compressi i singoli immagini:
- I dettagli ridondanti o meno visibili vengono ridotti.
- I dati rimanenti vengono memorizzati in modo più efficiente.
Ogni fotogramma video viene trattato come un'immagine indipendente. Questo da solo fa risparmiare molto spazio.
2. Codifica inter-frame (compressione temporale)
La maggior parte dei video ha molti fotogrammi che cambiano appena l'uno rispetto all'altro. Invece di salvare ogni fotogramma per intero, i codec cercano le somiglianze:
- Fotogrammi identici: se non cambia nulla, il codificatore salva un fotogramma e lo ripete.
- Compressione basata su blocchi: i fotogrammi vengono divisi in blocchi. I blocchi che non cambiano vengono riutilizzati.
- Stima e compensazione del moto: quando i blocchi si spostano leggermente, i codec registrano vettori di movimento che mostrano come si muovono. Invece di salvare un nuovo blocco, il codec salva le istruzioni su come spostarlo.
- Fotogrammi residuali: tutte le differenze rimanenti vengono memorizzate come piccoli fotogrammi "residuali", che sono più facili da comprimere rispetto alle immagini complete.
Il risultato: una sequenza di fotogrammi di riferimento più fotogrammi residuali che riduce enormemente le dimensioni del video.
Mettere tutto insieme
La compressione video tradizionale combina entrambi i metodi:
- Codifica intra-frame per ridurre la ridondanza all'interno dei fotogrammi.
- Codifica inter-frame per ridurre la ridondanza tra i fotogrammi.
Questo approccio ibrido è utilizzato da standard popolari come H.264 (MPEG-4 AVC), H.265 (HEVC) e VP9. Questi codec bilanciano efficienza di compressione e qualità visiva, mantenendo ragionevoli i requisiti di elaborazione.
Il futuro della compressione video
Sebbene i codec attuali siano molto maturi, la ricerca continua. Gli approcci basati su machine learning e AI mostrano il potenziale di superare i metodi tradizionali basati su blocchi. L'obiettivo: massimizzare la qualità percepita riducendo al minimo la dimensione del file.
Anche se gli standard attuali sono difficili da superare, molti ritengono che i codec AI end-to-end addestrabili stabiliranno in futuro un nuovo punto di riferimento per la tecnologia di compressione.
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In conclusione
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