Parte 3
Compressione di immagini fisse (fotografie)
L’attività di ricerca e sviluppo riservata alla compressione delle immagini statiche, è stata centrata soprattutto sulle tecniche lossless, ovvero sulle tecniche di compressione senza perdita di informazione (nessun
degrado sull’immagine, nessuna differenza con un output non compresso anche al controllo strumentale bit a bit), nel senso che lo sforzo prestato da
Eco Controlo SpA sul lossy (compressione con crescente degrado della qualità, al crescere dei livelli di compressione sulle immagini) ha principalmente
riguardato l’ottimizzazione delle architetture allo scopo di migliorare la velocità di decodifica, e al fine di trasferire le nuove tecniche nel campo della
compressione, e della decodifica real time, delle immagini in movimento (video), anche con la creazione di nuove strutture
algoritmiche.
In una situazione, dove tutti i dispositivi mobili (cellulari, fotocamere,
camcorder, ecc.) devono poter trattare consistenti pacchetti d’informazioni, pur potendo contare su disponibilità di memoria relativamente ridotte (non foss’altro, per i limiti fisici dei dispositivi miniaturizzati) e dove tutti i
sistemi di trasmissione devono poter trattare imponenti flussi di immagini, si
determina un progressivo abbattimento dei livelli qualitativi medi, in ragione
del continuo crescere delle esigenze di
storage e di distribuzione.
Nondimeno esistono settori dove tale decadimento non è ammissibile, come a titolo esemplificativo:
Il Settore Scientifico e Sanitario;
Il Comparto delle misurazioni industriali di precisione;
Il Settore Cinematografico, nella produzione dei master originali.
In campo lossless gli algoritmi attuali puntano, in prevalenza, sulla costruzione di vocabolari
dove i caratteri più ricorrenti sono codificati in sequenze più brevi, mentre i caratteri meno frequenti sono codificati in sequenze più lunghe. Appare evidente che tali procedure non possano consentire fattori di
compressione che siano davvero significativi dal punto di vista commerciale
(tanto che sui dispositivi per immagini professionali, si applicano formati
come il Tiff non compresso, piuttosto che programmi di compressione troppo deboli).
La soluzione lossless della Eco Controllo SpA ha invece puntato su nuove diverse procedure tra loro combinate, che muovono da presupposti diversi da quelli che abbiamo introdotto per le immagini in movimento.
Una prima procedura (combinata con le altre) ha riguardato le modalità di acquisizione dei files di immagine, dove la compressione avviene
direttamente sui valori catturati dai sensori CCD del dispositivo di cattura del segnale (fotocamera, scanner).
Una seconda procedura (combinata con la prima) sfrutta alcune proprietà di propagazione della luce e del colore che favoriscono la predizione dei
valori di ogni singolo pixel, sulla base del valore del pixel che precede da
sinistra and so on (parliamo di “predizione” sia in quanto alcune combinazioni sono molto più frequenti di altre, sia in quanto la massima parte delle possibili combinazioni
di pixel, è in concreto estremamente rara sul piano statistico).
Una terza procedura, adopera, infine, successive generiche operazioni di run lenght e/o di data compression dei valori ottenuti in precedenza.
Uno dei punti di forza del sistema, consiste nel fatto che, nel corso della
cosiddetta “seconda procedura” che costituisce il cuore del processo logico-matematico creato dalla Eco Controllo, non si memorizza, di volta in volta, il valore numerico di ciascun pixel, ma
piuttosto il tipo di combinazione che lo lega al precedente e così via.
Da un canto, tutto questo consente una codifica più efficiente e, quindi, più compressa dei valori, dall’altro produce in output un nuovo e diverso file che mantiene ulteriori margini di compressione, in ragione della maggiore o
minore frequenza delle combinazioni così codificate.
Anche per questo, il risultato prestazionale che si determina, in ragione del
peso molto diminuito delle immagini compresse nel nuovo formato proprietario
della Eco Controllo, è la risultante della successione coerente delle tre fasi, qui sommariamente descritte.
Valutazione dei Risultati Conseguiti
Nel periodo, si sono pertanto introdotti nuovi algoritmi di compressione delle immagini statiche e sono stati sviluppati i
relativi programmi (prototipali e assolutamente secretati, da non rivolgere
ancora alle future fasi d’industrializazazione) che confermano le prestazioni attese, come ben risulta dagli eccezionali risultati evidenziati dai test che tuttavia – nel caso – sono da considerarsi all’interno d’una fase molto evolutiva.
Pur fuori dalle attività di Ricerca e Sviluppo del PIA Innovazione (si tratta dunque di un elemento che viene riferito al solo scopo di dar conto
del fermento e dell’attenzione, anche internazionale, che va crescendo intorno all’impegno della Eco Controllo SpA), si sta avviando, a decorrere dal corrente mese di novembre 2008, una collaborazione col CeRICT, consorzio senza scopo di lucro che associa le
Università degli Studi della Campaia, il CINI, CNR e Fondazione Pascale, per operare nei
settori dell’Information Innovation Technology.
Nell’ambito del PIA, i nuovi programmi sono stati comunque sviluppati per poter operare su immagini
in spazio colore RGB a profondità superiori ai 24 bit, così come dichiarato negli obiettivi di cui all’istanza originale di partecipazione al II Bando del PIA Innovazione.
I risultati che si possono rilevare nel corso dei test sono comunque tali, che è opportuno mettere in fila le principali osservazioni, così da chiarire subito vantaggi e limiti dei nuovi sistemi creati dalla Eco
Controllo:
intanto è opportuno ribadire che i risultati conseguiti consentono di ottenere dai dati
grezzi una immagine lossless, e pertanto una immagine della stessa, identica qualità di una Bmp o di una Tiff non compressa;
sul piano pratico, presi i dati grezzi così come registrati dai sensori di una fotocamera, laddove s’intenda ottenere una immagine finale perfetta (e quindi non una Jpeg che determina un diffuso degrado):
• si possono dare in input ai consueti programmi di elaborazione da grezzo che
producono una normale immagine Tiff non compressa
• si possono dare in input al nuovo programma proprietario della Eco Controllo, che andrà a generare una immagine compressa senza perdita d’informazione, di identica qualità ma di peso drasticamente diminuito
il rapporto di peso tra una immagine Tiff non compressa e una identica immagine Tiff sottoposta a una qualsivoglia compressione lossless tradizionale (con una eguaglianza bit a bit, dopo la decodifica, ecc.), è generalmente stimato intorno a un rapporto medio di 1:2; 1:1,5. Le immagini fotografiche sono infatti molto difficili da comprimere senza dover
accettare una qualche tolleranza al degrado.
Col sistema proprietrio creato dalla Eco Controllo SpA, si sono registrati
rapporti di peso ben migliori che raggiungono un valore di 1:12, senza scendere mai sotto valori di 1:5, 1:6. Tali rapporti di peso così favorevoli, sarebbero semplicemente impossibili se fossero determinati dalla
sola potenza del nuovo algoritmo di compressione lossless (la suddetta seconda procedura di cui dicevamo in precedenza) che pure è straordinariamente efficiente.
Non abbiamo pertanto difficoltà a spiegare che concorrono a una prestazione tanto fuori dall’ordinario diversi fattori assemblati all’interno di un sistema complesso che sfrutta a proprio vantaggio persino alcune inefficienze degli attuali modelli di cattura
e memorizzazione dei dati grezzi5.
E’ stata allora progettata e realizzata una apparecchiatura prototipale di cattura
e compressione lossless delle immagini fotografiche, che opera direttamente sui segnali così come sono catturati dal sensore CCD. Detta apparecchiatura, che è composta di una parte HW e di una parte SW, è stata realizzata su progetto della Eco Controllo.
