Perda de geração - Generation loss

Perda de geração digital induzida pela rotação de uma imagem JPEG 90 graus (de cima para baixo) 0, 100, 200, 500, 900 e 2000 vezes (sem usar ferramentas sem perdas)

A perda de geração é a perda de qualidade entre cópias ou transcodificações subsequentes de dados. Qualquer coisa que reduza a qualidade da representação durante a cópia, e que cause uma redução adicional na qualidade ao fazer uma cópia da cópia, pode ser considerada uma forma de perda de geração. Os aumentos no tamanho do arquivo são um resultado comum da perda de geração, pois a introdução de artefatos pode, na verdade, aumentar a entropia dos dados em cada geração.

Perda de geração analógica

Em sistemas analógicos (incluindo sistemas que usam gravação digital, mas fazem a cópia por meio de uma conexão analógica), a perda de geração é principalmente devido a problemas de ruído e largura de banda em cabos , amplificadores , mixers , equipamento de gravação e qualquer outra coisa entre a fonte e o destino. Amplificadores de distribuição mal ajustados e impedâncias incompatíveis podem tornar esses problemas ainda piores. A conversão repetida entre analógico e digital também pode causar perdas.

A perda de geração era uma consideração importante na complexa edição analógica de áudio e vídeo , em que edições em várias camadas eram frequentemente criadas por meio de mixagens intermediárias que eram "rebatidas" de volta para a fita. Foi necessário um planejamento cuidadoso para minimizar a perda de geração, o ruído resultante e a resposta de frequência ruim.

Uma maneira de minimizar o número de gerações necessárias era usar uma suíte de mixagem de áudio ou edição de vídeo capaz de mixar um grande número de canais de uma vez; no caso extremo, por exemplo, com um estúdio de gravação de 48 trilhas, uma mixagem complexa inteira poderia ser feita em uma única geração, embora isso fosse proibitivamente caro para todos, exceto para os projetos mais bem financiados.

A introdução de sistemas profissionais de redução de ruído analógico , como Dolby A, ajudou a reduzir a quantidade de perda de geração audível, mas foram substituídos por sistemas digitais que reduziram amplamente a perda de geração.

De acordo com a ATIS , "a perda de geração é limitada à gravação analógica porque a gravação e a reprodução digital podem ser realizadas de uma maneira essencialmente livre de perda de geração."

Perda de geração digital

Usada corretamente, a tecnologia digital pode eliminar a perda de geração. Isso implica no uso exclusivo de codecs de compressão sem perdas ou dados descompactados desde a gravação ou criação até a codificação final com perdas para distribuição por streaming de internet ou discos ópticos. Copiar um arquivo digital fornece uma cópia exata se o equipamento estiver funcionando corretamente. Esse traço da tecnologia digital deu origem à consciência do risco de cópias não autorizadas. Antes da disseminação da tecnologia digital, uma gravadora , por exemplo, podia se sentir segura sabendo que as cópias não autorizadas de suas faixas musicais nunca eram tão boas quanto as originais.

A perda de geração ainda pode ocorrer ao usar vídeo com perdas ou codecs de compressão de áudio, pois eles introduzem artefatos no material de origem com cada codificação ou recodificação. Codecs de compressão com perdas, como Apple ProRes , Advanced Video Coding e mp3 são amplamente usados, pois permitem reduções dramáticas no tamanho do arquivo, sendo indistinguíveis do original não compactado ou compactado sem perdas para fins de visualização. A única maneira de evitar a perda de geração é usando arquivos compactados descompactados ou compactados sem perdas; o que pode ser caro do ponto de vista de armazenamento, pois exigem grandes quantidades de espaço de armazenamento em memória flash ou discos rígidos por segundo de tempo de execução. O vídeo não compactado requer uma alta taxa de dados; por exemplo, um vídeo 1080p a 30 quadros por segundo pode exigir até 370 megabytes por segundo. Codecs com perdas tornam possível o Blu-rays e streaming de vídeo pela Internet, pois nenhum dos dois pode fornecer a quantidade de dados necessária para vídeo compactado sem perda ou descompactado em taxas de quadro e resoluções aceitáveis. As imagens podem sofrer perda de geração da mesma forma que o vídeo e o áudio.

Processar um arquivo compactado com perdas em vez de um original geralmente resulta em mais perda de qualidade do que gerar a mesma saída de um original não compactado. Por exemplo, uma imagem digital de baixa resolução para uma página da web é melhor se gerada a partir de uma imagem bruta não compactada do que a partir de um arquivo JPEG já compactado de qualidade superior.

Técnicas que causam perda de geração em sistemas digitais

Em sistemas digitais , várias técnicas, utilizadas por outras vantagens, podem causar perda de geração e devem ser utilizadas com cautela. No entanto, copiar um arquivo digital em si não incorre em perda de geração - o arquivo copiado é idêntico ao original, desde que um canal de cópia perfeito seja usado.

Algumas transformações digitais são reversíveis, enquanto outras não. A compressão sem perdas é, por definição, totalmente reversível, enquanto a compressão com perdas elimina alguns dados que não podem ser restaurados. Da mesma forma, muitos processos DSP não são reversíveis.

Portanto, o planejamento cuidadoso de uma cadeia de sinal de áudio ou vídeo do início ao fim e a reorganização para minimizar conversões múltiplas é importante para evitar a perda de geração ao usar codecs de compressão com perdas. Freqüentemente, escolhas arbitrárias de números de pixels e taxas de amostragem para origem, destino e intermediários podem degradar seriamente os sinais digitais, apesar do potencial da tecnologia digital para eliminar completamente a perda de geração.

Da mesma forma, ao usar compactação com perdas, o ideal é que isso seja feito apenas uma vez, no final do fluxo de trabalho envolvendo o arquivo, após todas as alterações necessárias terem sido feitas.

Transcodificação

A conversão entre formatos com perdas - seja decodificação e recodificação para o mesmo formato, entre formatos diferentes ou entre taxas de bits diferentes ou parâmetros do mesmo formato - causa perda de geração.

As aplicações repetidas de compressão e descompressão com perdas podem causar perda de geração, especialmente se os parâmetros usados ​​não forem consistentes ao longo das gerações. Idealmente, um algoritmo será idempotente , o que significa que se o sinal for decodificado e, em seguida, recodificado com configurações idênticas, não há perda e escalável, o que significa que se for recodificado com configurações de qualidade inferior, o resultado será o o mesmo como se tivesse sido codificado a partir do sinal original - consulte Codificação de vídeo escalável . De forma mais geral, a transcodificação entre diferentes parâmetros de uma codificação específica produzirá idealmente a maior qualidade comum compartilhada - por exemplo, a conversão de uma imagem com 4 bits de vermelho e 8 bits de verde para uma com 8 bits de vermelho e 4 bits de verde seria o ideal é produzir apenas uma imagem com 4 bits de profundidade de cor vermelha e 4 bits de profundidade de cor verde sem degradação adicional.

Alguns algoritmos de compressão com perdas são muito piores do que outros nesse aspecto, não sendo nem idempotentes nem escalonáveis, e introduzindo degradação adicional se os parâmetros forem alterados.

Por exemplo, com JPEG , alterar a configuração de qualidade fará com que diferentes constantes de quantização sejam usadas, causando perda adicional. Além disso, como JPEG é dividido em blocos de 16 x 16 (ou 16 x 8, ou 8 x 8, dependendo da subamostragem de croma ), o corte que não cai em um limite de 8 x 8 desloca os blocos de codificação, causando degradação substancial - problemas semelhantes acontecer na rotação. Isso pode ser evitado com o uso de jpegtran ou ferramentas semelhantes para cortar. Degradação semelhante ocorre se os quadros-chave de vídeo não se alinham de geração em geração.

Editando

A reamostragem digital , como dimensionamento de imagem e outras técnicas de DSP , também podem introduzir artefatos ou degradar a relação sinal-ruído ( relação S / N) cada vez que são usados, mesmo se o armazenamento subjacente não tiver perdas.

A reamostragem causa aliasing , desfocando os componentes de baixa frequência e adicionando ruído de alta frequência, causando jaggies , enquanto o arredondamento dos cálculos para caber na precisão finita introduz quantização , causando banding ; se corrigido por dither , em vez disso, torna-se ruído. Em ambos os casos, eles degradam, na melhor das hipóteses, a relação S / R do sinal e podem causar artefatos. A quantização pode ser reduzida usando alta precisão durante a edição (principalmente números de ponto flutuante), reduzindo apenas de volta à precisão fixa no final.

Freqüentemente, implementações particulares ficam aquém dos ideais teóricos.

Fotocópia, fotografia, vídeo e postagens diversas

Gerações sucessivas de fotocópias resultam em distorção e degradação da imagem. Foi documentado que as postagens sucessivas no Instagram resultam em mudanças perceptíveis. Da mesma forma, postagens repetidas no YouTube degradaram o trabalho. Efeitos semelhantes foram documentados na cópia de fitas VHS . Isso ocorre porque ambos os serviços usam codecs com perdas em todos os dados que são carregados para eles, mesmo que os dados sendo carregados sejam uma duplicata dos dados já hospedados no serviço, enquanto o VHS é um meio analógico, onde efeitos como ruído de interferência podem ter um impacto muito mais perceptível nas gravações.

Cultura popular

A perda de gerações tem sido tema de trabalhos artísticos que expõem o fenômeno. O projeto Generation Loss foi inspirado, pelo menos em parte, por um esforço anterior - " I Am Sitting in a Room " (1969), de Alvin Lucier .

Veja também

Notas

links externos