DATAREDUCTIE 2
DE KUNST VAN HET WEGLATEN EN TOEVOEGEN Een (deels achterhaalde) inventarisatie uit 1995 De producten van de audiovisuele 'pretelektronica' hardware worden steeds kleiner. De software - de beeld- en geluidsdragers - moeten in overeenstemming daarmee krimpen. Tegelijk wordt gestreefd naar kwaliteitsverbetering met behulp van digitale technieken. Het probleem is nu: hoe breng ik meer informatie op een gelijkblijvende of kleinere drager aan? Gelukkig bestaan er computers, die niet alleen van meer minder kunnen maken, maar ook van minder meer. Een blik in de audiovisuele toekomst. "Die vrouw is te mager en de achtergrond is te bleek," moppert een passant. Geschrokken kijkt de kopiërende schilder op en verdedigt zijn kunstwerk: "Maar mijn Mona Lisa glimlacht toch!"Een vergelijkbare situatie doet zich voor bij de digitale opvolgers van de compact cassette (CC), de FM radio en zelfs de huidige compact disc (cd) en zijn afleidingen cd interactief (cd-i), cd-E (CD Erasable), cd recordable (CD-R), cd ROM (cd Read-only-memory), cd Write once (CD-WO), Photo cd en LD (laserdisc).Als gemeenschappelijke noemer hebben deze nieuwe audiovisuele media om te beginnen de kunst van het weglaten. Waarom die plotselinge zuinigheid? Omdat het bij deze nieuwe speeltjes letterlijk uit de lengte of de breedte moet komen. Verkleining en beweeglijkheid zijn troef. Het succes van de walkman, discman en car-stereo dwingt de industrie tot het ontwikkelen van steeds kleinere apparaten, waarvoor op hun beurt kleinere dragers nodig zijn. De overgang van de 30cm lp naar de 12cm cd, van de 26- of 19cm spoelenband naar de 10x6,5cm compact cassette en de nog kleinere DAT cassette was al zo ingrijpend.Het moest nog kleiner: naar de 6,4cm doorsnee MD. En dat liefst zonder kwaliteitsverlies en zonder de maximale speelduur van ongeveer 75 minuten aan te tasten. Dirigent Herbert von Karajan zei tenslotte al in 1981 bij de verschijning van de cd dat al het voorgaande gaslicht was.De inhoud van de MD- en DCC systemen is te gering om muzieksignalen vast te leggen zoals dat op de cd gebeurt. Daarom wordt de informatie-inhoud van de muziek op DCC samengeperst tot een kwart van de oorspronkelijke omvang en bij de MD zelfs tot een vijfde. Dat heet datareductie of beter: datacompressie. Het door Philips bij DCC toegepaste PASC (Precision Adaptive Subband Coding) en het door Sony bij de MD gebruikte ATRAC (Adaptive Transform Acoustic Coding) vertonen wat onderlinge verschillen, maar zijn in wezen wat de uitkomsten vrijwel gelijk. Temeer daar beide firma's de afgelopen jaren gestaag aan verfijningen en verbeteringen van de tweede- en derde generatie apparatuur werkten.Het succes van de fikse data-vermageringskuur berust op de eigenschappen en beperkingen van het menselijk gehoor. Laten we daarom eerst de werking van ons gehoororgaan eens nader bekijken.De hoorbaarheid van geluid hangt behalve van de conditie van het gehoororgaan af van de sterkte en de toonhoogte van dat geluid. De sterkte waarmee een vanuit stilte langzaam aanzwellende toon door een groep testpersonen net wordt waargenomen, noemen we de 'gehoordrempel', de ondergrens van ons vermogen geluid waar te nemen. Elke toonhoogte heeft een andere drempel, die bij toenemende luidheid ook een iets ander verloop heeft. We spreken van isofonen, lijnen van gelijke luidheid. Zij laten zien, dat het menselijk gehoororgaan het gevoeligst is voor het middentoongebied en dus het ongevoeligst voor de hoogste en laagste tonen. Met de 'loudness' knop op menige versterker kan dat aardig worden gecompenseerd.De bovengrens is de 'pijngrens'. Geluiden die daar bovenuit komen, veroorzaken letterlijk pijn, oorsuizen of letterlijk beschadiging van het gehoororgaan. Het eigenlijke muziekdomein (waarbinnen zich weer het spraakdomein bevindt), dat geldt voor het geluid van onversterkte, akoestische muziekinstrumenten, valt ruim tussen de gehoordrempel en de pijngrens. Het reikt van 28Hz tot 16.000Hz en heeft een dynamiek van zo'n 80dB (het spraakdomein loopt van ongeveer 15-8.000Hz bij een dynamiek van 40dB).Voor gezonde oren ligt de gehoordrempel in het middentonengebied van 2-5kHz rond de 0dB isofoon. Onder de 100Hz neemt het gehoorvermogen in het basgebied snel af, boven de 10kHz geldt hetzelfde voor de hoogste tonen. Naarmate we ouder worden, vermindert de gevoeligheid van het oor: de gehoordrempel schuift naar boven en met name de hoge tonen worden minder goed waargenomen.De gevoeligheid van het menselijk oor is het resultaat van miljoenen jaren evolutie. De mens, aanvankelijk jager en gejaagde, had de beste overlevingskansen wanneer hij snel op het verraderlijk ritselen van blaadjes en het breken van twijgen reageerde. Op duidelijk hoorbare middentonen dus. Zou de oorgevoeligheid echter veel groter zijn, dan was het leven een kwelling, want dan namen we tevens het voortdurende ruisen van de moleculen (Brownse beweging) en de bloedcirculatie weer, net als het 'lawaai', dat loopgeluiden, de wind, kleine trillingen van de aarde en onze spijsvertering veroorzaken.Wat betekent dit voor de nieuwe audiomiddelen? Dat een goede verwerking van hoorbare, dus boven de gehoordrempel uitkomende geluiden voldoende is. Geluiden, die onder die drempel blijven, kunnen gevoeglijk worden weggelaten. Vandaar dat alleen het geluid dat boven de gehoordrempel uitkomt door PASC en ATRAC wordt behandeld. Daartoe wordt het geluid bij binnenkomst continu met een computer analysator op zijn frequentie en luidheid geanalyseerd, waarna meteen het voor ons onhoorbare deel wordt uitgezeefd. Dat spaart opslagruimte.De tweede belangrijke eigenschap achter de werking van datacompressie is het maskeringseffect. Een praktisch voorbeeld daarvan is de onverstaanbaarheid van gefluister op een straathoek met druk verkeer. In een stille huiskamer zou het verstaanbaar zijn, op straat wordt het door verkeerslawaai overstemd. Maskering treedt op als tijdelijke, fluctuerende verhoging van de gehoordrempel in de buurt van krachtig hoorbare geluiden. Omdat de meeste muziek voortdurend hoorbaar geluid bevat, telt bij datacompressie het maskeringseffect zwaarder dan de absolute gehoordrempel.In de derde plaats bepaalt de sterkte van elk hoorbaar geluid bij het coderen volgens PASC en ATRAC hoeveel bits eraan worden toegekend. Technici spreken van 'aangepaste bit-toewijzing'. De bedoeling daarvan is om elk bestanddeel van het geluid met zo min mogelijk bits te coderen. Wanneer bij dat coderen bits overblijven als aan de minimale kwaliteitsvoorwaarden is voldaan, worden deze elders toegekend om vervorming en ruis verder te verminderen.PASC en ATRAC 'verliezen' dus op drie fronten bewust informatie: ze laten toch onhoorbare geluiden geheel weg; ze negeren door luidere tonen gemaskeerde geluiden en ze verwerken de overblijvende, wel hoorbare geluiden met zo min mogelijk bits. Meestal veel minder dan zestien, de huidige cd- den DAT norm.Om een goed werkende codeermethode te krijgen, moet een manier worden gevonden om voortdurend en razendsnel alle geluidselementen te meten, te sorteren en in te delen. Zo is te bepalen, of ze beneden de gehoordrempel vallen, of gemaskeerd zijn en dus kunnen worden weggelaten. Daarna moeten voldoende bits worden toegekend aan de overblijvende hoorbare geluiden.Een nieuwe generatie computerchips kan dergelijke ingewikkelde analyses, berekeningen en aanpassingen vliegensvlug maken. In de praktijk lukt dat na wat geleidelijke verbeteringen aan beide systemen zo goed, dat DCC- en MD weergave van een cd kopie soms nog mooier, warmer, voller klinkt dan het origineel. Aan het MD front moest op dit punt de grootste inhaaloefening worden volbracht, want de eerste MD recorders konden klankmatig nog niet echt imponeren.Voor de nieuwe multi- en videomedia kan ongeveer eenzelfde verhaal worden afgestoken. Het oog laat zich haast nog makkelijker bedotten dan het oor en de datareductie kan daar tot meer dan het tienvoudige gaan, zonder dat we ons ernstig tekort gedaan voelen. Voor de bestaande speeltjes als de cd-i en Video cd van Philips wordt nog de drastische datareductie volgens de mede door de filmwereld bepaalde MPEG I norm gehanteerd; voor de komende nieuwe media als de Super audio cd geldt dadelijk de mildere MPEG II norm, die vrijwel overeenkomt met de huidige PAL TV- en S-VHS videoweergave.Is het geen troostrijke gedachte dat weliswaar een vergevorderde technologie aanzienlijk helpt, maar dat tenslotte het menselijk oor en oog als maat van alle dingen geldt bij de ontwikkeling van nieuwe audiovisuele spullen? Kortom, niets menselijks is Mona Lisa vreemd. Ze blijft in DCC-, MD- of Super Audio cd kopievorm uitdagend en mild glimlachen. Dat de belichting en de achtergrond subtiel veranderen, doet eigenlijk niet zoveel ter zake. Het gaat om haarzelf, of in dit geval om een zo gaaf mogelijke muziek- en filmweergave. MINIATUUR LEXICON VAN DE AUDIOVISUELE MEDIA VAN MORGEN Een nieuw Jungle Book(let) Het verre van monogame huwelijk tussen computer, audio, video en de diverse nevenproducten hiervan leidt onherroepelijk tot een veelvoud van nieuwe AV systemen en formaten of perfectioneringen daarvan. Hier een korte inventarisatie van het komende moois, waarbij we Dolby Surround, Dolby Surround Pro Logic, Dolby THX, DAB (Digital Audio Broadcasting), DSR (Digital Satelite Radio), ADR (Astra Digital Radio), 16:9 TV en PAL-Plus maar als bekend veronderstellen en eraan voorbij gaan. cd (Compact Disc): de bekende voorbespeelde geluidsdrager met een opslagcapaciteit van 0,68 Gigabyte, die op zijn 12cm doorsnee schijfje maximaal 79 minuten ongecomprimeerde audiodata kan herbergen. Vooreerst dè geluidsdrager nummer één. cd-E (CD-Erasable): staat voor de meervoudig bespeelbare cd. Werd aanvankelijk voornamelijk in de data- en computerwereld gebruikt, maar nu ook in de audiowereld en is (nog) relatief kostbaar. cd-i (DD-interactief): Sinds 1986 een Philips standaard. Ook hier kunnen met een maximum capaciteit van 0,68 Gigabyte allerlei audiovisuele data op een cd plaatje worden aangeboden. Videospelletjes, muziek, speelfilms, bladeren in een lexicon op het TV scherm, het is allemaal mogelijk. De beeldkwaliteit is echter matig tengevolge van de MPEG 1 datareductie. De nieuwe Super Audio cd kan dadelijk hetzelfde, maar dan beter; cd-i en Super Audio cd zijn compatibel. cd-Plus: Mengvorm van CD-ROM en de audio cd. Bedoeld voor beeld, geluid en achtergrond informatie. De plaatjes zijn met elke cd speler afspeelbaar, maar de zich erop bevindende multimedia informatie kan alleen met behulp van de PC (Personal Computer) worden genoten. De Super Audio cd zal de cd-plus verdrijven. cd-R (CR-Recordable): de éénmaal bespeelbare cd voor data naar keuze met voorlopig maximaal 60 minuten opnameduur. Muziekopnamen kunnen met elke cd speler worden weergegeven. Een alternatief voor blanco DAT band en qua prijsstelling (¦2.500,- voor een recorder en ¦20,- voor een plaatje) ongeveer vergelijkbaar. cd-ROM (CD-Read Only Memory): universele datadrager, die is gebaseerd op de huidige cd standaard en die in de computerwereld wordt gebruikt. cd-ROMs kunnen alleen worden uitgelezen en niet worden beschreven. Ze worden in de toekomst door de Super Audio cd afgelost. cd-WO (CD Write Once): zie CD-R. DAT (Digital Audio Tape): klein cassetteformaat voor audio-opnamen volgens de cd standaard, maar dankzij hogere (48kHz) zowel als lagere (32kHz) bemonsteringsfrequentie ook in professionele of juist DAB radio kwaliteit. Ononderbroken opnameduren tot 240 minuten zijn mogelijk. Het systeem is normaal voorzien van kopieerbeveiliging om massaal kopiëren van cd's te verhinderen. D-VHS (Data VHS): Tot datarecorder opgewaardeerde VHS recorder, die de MPEG-II datastroom van digitale TV signalen zonder omwegen kan opslaan. Verwachte introductieprijs ca. ¦3.500. VHS- en S-VHS banden kunnen zonder meer worden afgespeeld met deze logische aanvulling op de VHS standaard met fascinerende mogelijkheden voor de geluidsregistratie: 24 sporen digitale recorder met cd kwaliteit. JVC en Thomson nemen het voortouw. DCC (Digitale Compact Cassette): Door Philips ingevoerde digitale geluidsregistratie mogelijkheid, gebaseerd op de bestaande Compact Cassette (die gewoon met behulp van DCC recorders kunnen worden weergegeven). Uitgekiende PASC datareductie en efficiënte codering maken het mogelijk om de in principe aangehouden cd kwaliteit met een hoger oplossend vermogen te overtreffen. Nadeel blijft de operationele traagheid, die inherent is aan het bandmedium. Veel toekomst lijkt DCC niet te hebben. Intussen (1999) is hij geheel van het toneel verdwenen. DVC, de digitale videocassetteDigitaal, incompatibel voor het beeld datagereduceerd video registratiesysteem op basis van DAT-achtige cassettes. De geluidskwaliteit komt ongeveer ook met DAT overeen. Niet alleen de beeld- en geluidskwaliteit ondergaan verbetering, ook de montage kan veel zuiverder dan bij de analoge videonorm. Kopieerverliezen zijn alleen tengevolge van de datareductie te vrezen. De nieuwe camcorders gaan ca. ¦6.000 kosten bij introductie.De DVC techniek belooft het einde van veel videofrustratie. Camcorders komen het eerst aan bod, later ook stationaire recorders. Systeem is vooral van belang voor videofilmers. Voor opname en weergave van TV programma's is het voorlopig te goed en te duur.Aanbieders: Sony, Panasonic en JVC. HDCD (High Definition Compatible Digital): High End variant van de audio cd. Opnamen met een groter oplossend vermogen dankzij hogere bit-rate en bemonsteringsfrequentie kunnen alleen op speciale cd spelers worden afgespeeld. Het formaat heeft weinig steun van de industrie en er is nog nauwelijks software voor (afgezien van bv. Neil Youngs "Mirror Ball" op WEA/Warner). LD (laserdisc): De video cd op 30cm en 25cm formaat. Was tot voor een paar jaar hèt High End weergave medium voor speelfilms, opera, ballet, documentaires en concertreportages. Levert digitale stereo geluidsweergave en analoge beeldweergave. Kan met Surround Sound en eventueel AC-3 functioneren. In de V.S. en Japan aardig populair, in Europa niet. De knock-out door DVD en de Super Audio cd is een kwestie van tijd. Hopelijk worden de belangrijkste en mooiste programma's dan overgezet. MD (Mini Disc): magneto-optische geluidsdrager met een doorsnee van 6,4cm. Geschikt voor opname en weergave. Dankzij ATRAC datareductie is een speelduur van 74 minuten haalbaar in bijna cd kwaliteit. De inmiddels heel populaire MD kan herhaald worden bespeeld, maar is niet uitwisselbaar met de gewone cd. MM-CD (Multimedia cd): Een techniek van Philips en Sony voor de Super Audio cd. De MM-cd is principieel aan één kant bespeeld, maar er zijn twee varianten. De ene bevat een enkele informatielaag van 3,7 Gigabyte, de andere heeft twee lagen met dubbele capaciteit. Genoeg voor 270 minuten speelfilm in S-VHS kwaliteit (volgens de MPEG II norm), acht synchroontalen, 32 talen voor ondertitels en zeskanaals geluid (zoals voor het uit de V.S. komende volledig digitale Dolby AC-3 Surround). Delen van deze ontwikkeling vinden toepassing in de nieuwe Super Audio cd. Photo-cd: het foto-album op cd van Kodak. Een cd die plaats biedt aan ca. 100 dia's voor weergave via het TV scherm of een TV projector. Straks zal de Super Audio cd met een tenminste zevenvoudige capaciteit deze vorm verdringen. SD-DVD (Super Density Digital Video Disc): Voorstel van de SD alliantie rond Time Warner, Toshiba, Pioneer en ruim twintig andere firma's voor een nieuwe Super Audio cd. De nieuwe cd zou in twee vormen verschijnen: als enkelzijdige en dubbelzijdige, waarbij elke kant twee informatielagen kan hebben. Dat biedt maximaal een capaciteit van 18 Gigabyte voor speelfilms in MPEG II kwaliteit en t.o.v. cd mooiere, langere geluidsopnamen. De voorstellen worden deels voor de Super Audio cd overgenomen. Video cd: Door Philips ingevoerde cd standaard, uitsluitend voor speelfilms. Datareductie volgens MPEG I degradeert de beeldkwaliteit enigszins en vervelend is ook, dat een normale speelfilm met 90-120 minuten speelduur altijd over twee plaatjes moet worden verdeeld. Ook hier wacht de Super Audio cd als betere opvolger. Super Audio cd: Het gaat om een high-density formaat op basis van het bekende 1,2mm dikke, 12cm diameter schijfje, dat de beste eigenschappen van beide formaten MM-cd van Philips/Sony en SD/DVD (of de Multimedia cd) van Toshiba/Pioneer/Warner combineert De nieuwe schijf blijft voorlopig enkelvoudig (en dus niet dubbel gelijmd) met 0,6mm substraat dikte en 4,7GB datacapaciteit per laag. Goed voor bijvoorbeeld een 130 minuten durende film in MPEG II standaard. Voor later rekent men ten behoeve in interactieve speelfilms en AC-3 toch nog op de tweelaags versie met 9,4 Gigabyte capaciteit.Technisch gezien gaat het om een lekkernij, die eind 1996 in de handel moet zijn.Opvolger van de beeldplaat, tevens bruikbaar als High-End audio cd met 20 of 24 bit oplossend vermogen. Beeldweergave met MPEG-II datareductie, geluid met AC 3 Surround.Potentieel betere beeldkwaliteit dan Laserdisc en aanzienlijk betere dan (S)VHS. Geluidskwaliteit dankzij AC-3 techniek beter dan Dolby Surround. Voor zuivere audio doeleinden dankzij hogere bit- en bemonsteringswaarden ook duidelijk boven de cd norm.Verwacht prijsniveau: ¦1.250 voor een speler, ca. ¦40,- voor een speelfilm.Compatibiliteit: beide formaten zijn niet alleen incompatibel met gewone cd spelers, maar ook onderling. De nieuwe spelers zijn wel backward compatible en kunnen cd- en cd-i platen weergeven. Ze worden in 1996 op de markt verwacht. Als P.S. is het wellicht nuttig om ook melding te maken van: Digitale TVDigitale, weliswaar volgens MPEG-II datagereduceerde TV uitzendingen via kabel en satelliet. Meer programma's in zeer goede beeldkwaliteit als aanvulling op het PAL (+) aanbod. Een "Set Box" black box gaat waarschijnlijk zo'n ¦690,- kosten, afhankelijk van auteursrechten en abonneekosten. Antennevoorziening vergt ca. ¦800,-.Het nieuwe systeem is incompatibel als Pay TV met o.a. hardware van Grundig, Nokia, Philips, Pioneer, Sony, Thomson. Digitale luidsprekersGedigitaliseerde actieve luidsprekers van o.a. Philips, Celestion en Canton corrigeren met behulp van DSP chips fouten en tekortkomingen op het gebied van frequentieverloop, vervorming, verkleuring, impulsweergave e.d. en maken het bovendien mogelijk om meer en betere bassen aan een kleine kast te ontlokken. Het prijsscala is breed en reikt van ¦3.500,-tot ¦16.000,-. Hoogoplossende cd en DATcd's met een beter benut 16-bit raster en DAT band met dubbele aftastfrequentie (96kHz) alles met als doel een betere klank. Het gaat om HCDC van Enlightened Audio K2 (¦1.900) en JVC en om super DAT van Pioneer en Onkyo (¦1.600,- tot ¦ 4.000,-). HDCD is compatibel met het gewone cd formaat, 96kHz DAT banden vergen een daarvoor geschikte machine en zijn zinvol bij eigen High-End opnamen. AC-3Digitaal, datagereduceerd meerkanaals filmgeluid met quadrafonie mogelijkheid. Doel: met behulp van meer audiokanalen een betere ruimtelijke afbeelding (en illusie) verkrijgen. Een eerste digitale recorder van Yamaha gaat ca. ¦1.000,- kosten. Ook Pioneer en Kenwood doen mee. AC-3 is een aanvulling op en verbetering van Dolby Surround en kan voorlopig alleen met speciale NTSC formaat Laserdiscs en de komende MM-CD/SD-D cd's worden gebruikt. In de filmwereld zijn al tenminste 175 actuele bioscoopfilms is AC-3 geproduceerd. Dolby Surround hoofdtelefoonBevat vier kapsels of DSP processors om het Surround materiaal weer te geven terwille van een betere ruimtelijke afbeelding en -illusie. Prijzen rond de ¦750,- voor de eerste AKG en Sony modellen. Een fraaie oplossing voor wanneer de buren geen Dolby Surround tolereren of de kamerafmetingen luidsprekergebruik onmogelijk maken.