De ingedikte Woody Allen

Met digitale compressie passen er meer televisiekanalen in de kabel. Bij de MPEG-standaard draait alles om voorspellen: hoe sterker de beelden veranderen, des te meer ruimte ze vreten.

Digitale technieken verleggen de grenzen van televisie. Met mooiere, maar ook met méér beelden. Kabelexploitanten kunnen de capaciteit van hun aderen in principe nu al opschroeven van enkele tientallen tot meer dan honderd zenders. Binnen drie jaar kunnen we in Europa uit zo'n 600 digitale satellietstations kiezen. Maar waarmee moeten we al die kanalen in hemelsnaam vullen?

Het antwoord is: met digitale technieken. Rik Rensen, hoofdredacteur van RTL Nieuws, zei het anderhalf jaar geleden al in De Journalist. 'Digitale compressie zal de kosten van reportagereizen reduceren van tonnen tot enkele tienduizenden guldens.' Anderhalf jaar voordat de KNVB de aftrap gaf voor een (voorlopig analoge) voetbalzender, opperde Rensen het idee van één tv-kanaal, uitsluitend voor nieuws. Met spotgoedkope reportages kan zo'n 'Nederlands CNN' realiteit worden. Verslaggevers gaan op pad met professionele digitale camera's, ze filmen hun digitale tape vol en monteren vervolgens de beelden zelf op hun draagbare computer. Via de satelliet belanden de kersverse beelden in Hilversum.

Wat journalisten kunnen, dat kan natuurlijk iedereen. Kabel en schotel pompen sport-, nieuws-, reis- en glamour-zenders de huiskamers binnen. Er komt ruimte voor kunstkanalen en spelletjes-riolen. En de commercie injecteert er zijn doelgroep-gerichte reclames tussendoor. Alles goedkoop gemaakt, met digitale technieken.

Op zich is digitale tv niets nieuws. Camera's in moderne studio's produceren hun beelden al jaren in de vorm van getallen. Men noemt dat digitaal, want die getallen bestaan uit enen en nullen, dezelfde waarmee computers werken. Eén stilstaand beeld digitaal opslaan betekent dat de rode, groene en blauwe tinten van de beeldelementen elk hun eigen getalswaarde krijgen. Met acht bits (enen en nullen) zijn er 256 schakeringen aan elke kleur te geven. Nauwkeuriger coderen hoeft niet. Het menselijk oog kan immers niet meer dan 200 staphelderheid onderscheiden.

Digitaal televisie uitzenden komt neer op het doorgeven van al die getallen. De bits stromen het decoderkastje of de digitale tv binnen en de elektronica berekent daarmee het analoge signaal waarmee de beeldbuis moeten worden aangestuurd.

Digitaal kan zeer nauwkeurig. Als de hele cijfer-brij foutloos wordt doorgegeven, is elke kopie hetzelfde als het origineel. Hilversum doen ze dat ook, via kabels met een capaciteit van 270 miljoen bit per seconde, 270 megabit/s. Een getalsmatig televisiesignaal heeft echter monsterlijke afmetingen. Elk van de drie kleuren in de 720 bij 576 pixels van een beeldbuis (Europese PAL-standaard, uitzendkwaliteit) moet worden aangestuurd met een code van acht enen en nullen, 25 keer per seconde. Zó kan beeld-informatie onmogelijk naar de huiskamer. Daar zouden minstens twee tv-kabels voor nodig zijn, of een paarduizend ISDN-telefoonverbindingen.

Nutteloze informatie

Om deze bitstroom toch op tv te krijgen, moet er flink in worden gesneden. Digitale compressie heet de techniek die de overbodige of nutteloze informatie uit de beelden gooit. Een bekende vergelijking is het vervoeren van tomatenketchup. Om kosten te besparen haalt men in Griekenland zoveel mogelijk vocht uit de vruchtenpulp en in Nederland voegt Heinz er weer water aan toe.

Ook beeldinformatie is af te slanken. Elektronicafabrikanten, omroeporganisaties, telecom-, en computerbedrijven werken al jaren samen aan digitale compressie. Deze Moving Pictures Experts Group (MPEG) wil videosignalen inclusief geluid zoveel mogelijk indikken, zonder de kwaliteit aan te tasten. Ze hebben al twee standaarden afgesproken. MPEG1-video levert ongeveer VHS-kwaliteit. Het heeft VHS-resolutie (320 bij 288 pixels) en geen uitzendkwaliteit (720 bij 576). Met MPEG1 zit bij CDi en CD-ROM opgeslagen. MPEG2 werkt met hogere bitsnelheden en levert uitzendkwaliteit (PAL-resolutie).

Een digitaal tv-signaal is met MPEG ('em-pech') zo'n honderd keer in te dikken. Dezelfde frequentiebanden op kabel en satelliet waarmee analoge signalen worden verzonden kunnen de informatie voor vier of meer digitale kanalen dragen. Fysisch is er geen verschil. Analoge en digitale informatie is in principe op één kabel 'naast elkaar' te verzenden.

Beelden voorspellen is een wezenlijk onderdeel van MPEG-compressie. De MPEG-ontvangstchip geeft de beelden niet één voor één door zoals bij analoge tv. Hij is steeds met een stuk of vier plaatjes tegelijk bezig. Eerst wordt de informatie voor het eerste en het vierde beeld overgezonden. De elektronica vergelijkt daarna blokken van 16 bij 16 pixels en zoekt naar overeenkomstige informatie in de twee 'bevroren' tv-beelden. De chip berekent daarmee een 'bewegingsvector' waarmee de twee tussenliggende beelden worden voorspeld.

De elektronica van de digitale televisie (of van het decoderkastje tussen tv en satellietschotel of kabel) is dus een soort administratiekantoor. Hij houdt bij wat er binnenkomt, kleurt de beelden in, zet ze op volgorde en instrueert pas daarna de beeldbuis.

Op de TU Delft laten kamergenoten Stefan Westen en Patrick van der Meer, verbonden aan de vakgroep informatietheorie van de faculteit Elektrotechniek, zien dat comprimeren kritisch werk is. Op hun werkstations passeren allerlei videobeelden waarmee het helemaal is misgegaan. Vette strepen en blokken misvormen de plaatjes. In deze gevallen is er in een stroom van miljoenen bits per seconde slechts 1 bit 'omgevallen'. Juist omdat de MPEG-decoder het met zo weinig informatie moet doen, raakt hij al van de wijs als een '0' verandert in '1'. Er komt dan een zichtbare streep door het beeld, of erger.

Westen en Van der Meer doen promotoeonderzoek naar het verbeteren van de visuele kwaliteit van MPEG en op het verzenden van zulke informatie. Digitale compressie is geen kwestie van simpelweg veel rekenen, goed nadenken helpt. Als beelden beter te voorspellen zijn, hoeft er minder informatie te worden overgezonden. MPEG is vastgelegd in standaarden, 'maar het is voor bedrijven als Philips en het NOB mogelijk om hun eigen slimmigheden toe te voegen', zegt Van der Meer. Dit zorgt voor een nieuw fenomeen in tv-land: wie dit het slimst aanpakt kan de mooiste beelden leveren.

Pia Dijkstra

Als Pia Dijkstra met haar ogen knippert of als de camera over een landschap zwenkt is bewegingsvoorspelling simpel. Maar bij een basketbalwedstrijd krijgt de elektronica het druk. Ook draaibewegingen en het in- en uitzoomen worden in kaart gebracht. Bij snel veranderende beelden moet ook meer informatie worden overgezonden om verkeerde voorspellingen te corrigeren (zie kader). Daarom vreet Bruce Lee meer bits per seconde dan Woody Allen. Sommige digitale videospelers zullen daarmee rekening houden. Ze zullen de draaisnelheid van film-CD's steeds aanpassen, afhankelijk van de actie op het scherm. Voor videotapes is het aanpassen van de snelheid veel moeilijker. Philips Research in Eindhoven heeft hiervoor echter al een systeem met liniaire magnetische tape ontwikkeld.

Vooral MPEG1-compressie vraagt flink wat rekenwerk. Voor elke seconde video heeft een Onyx-computer (1,2 miljoen gulden) 2 seconden nodig om MPEG1-frames te maken. Het signaal is dan zo'n honderd keer ingedikt tot 1,1 megabit per seconde. Die informatie kan met MPEG1-decompressiechips (50 tot 100 gulden) weer worden omgezet in tv-beelden.

MPEG2 is de standaard waarmee men hogere kwaliteit video en HDTV-signalen wil gaan verzenden. Nu al worden MPEG2-beelden gebruikt voor Digital Satellite News Gathering. In het journaal is terug te zien dat daarvoor veel rekentijd nodig is: in kruisgesprekken wacht een reporter soms 1 seconde. Er is een vertraging van ongeveer 20 beelden en ook het verzenden over satelliet kost tijd.

Ook draagbare camera's zijn steeds beter in staat tot het leveren van een hogere beeldkwaliteit. Matsushita en Sony kwamen in het najaar van 1995 op de markt met digitale camera's voor consumenten. Deze recorders gebruiken compressie-algoritmes die sterk lijken op MPEG. Afgelopen januari demonstreerde JVC op de Consumer Electronic Show in Las Vegas een digitale camera. Hij past in een binnenzak.

    • Rene Raaijmakers