To dzięki Polce dr Marcie Karczewicz nazywanej „królową kompresji wideo” możemy oglądać filmy w serwisach streamingowych

Większość materiałów wideo jest dziś przesyłana nie pomiędzy ludźmi, a między maszynami – powiedziała w rozmowie z PAP polska wynalazczyni dr Marta Karczewicz. Jej programy do kompresji materiałów wideo, umożliwiające np. oglądanie filmów w serwisach streamingowych, służą ludziom na całym świecie.

Za każdym razem, kiedy oglądamy film w serwisie streamingowym lub smartfonie, gdy gramy w gry komputerowe online albo rozmawiamy z kimś za pomocą połączenia wideo w komunikatorze, korzystamy z rozwiązań umożliwiających transmisję danych wideo. Odpowiadają za nią tzw. kodeki, a znakomita większość z nich to dzieło dr Marty Karczewicz, wiceprezeski ds. technologii w amerykańskiej firmie Qualcomm.

Marta Karczewicz pochodzi ze Szczecina. Od zawsze pasjonowała się matematyką. Po znalezieniu się w pierwszej dziesiątce zwycięzców polskiej olimpiady matematycznej (w roku szkolnym 1988/89) początkowo studiowała na ówczesnej Politechnice Szczecińskiej, a potem przyjęła grant od firmy Nokia na badania w zakresie przetwarzania sygnału i obrazu na Uniwersytecie Tampere w Finlandii. Tam zainteresowało ją zagadnienie kompresji danych. Podczas późniejszej pracy dla Nokii, Polka opracowała kluczowe komponenty kodeka AVC.

Po kilku latach pracy w Nokii i ukończeniu studiów doktoranckich Karczewicz przeniosła się do San Diego (USA), gdzie w 2006 r. podjęła pracę w firmie Qualcomm. Tam kontynuowała prace nad kodekami i przyczyniła się do rozwoju najnowszych standardów kodowania plików wideo, w tym High Efficiency Video Coding (HEVC) – następcy AVC, umożliwiającego szybszy streaming na urządzeniach mobilnych.

W 2019 r. polska matematyczka była nominowana do Europejskiej Nagrody Wynalazcy (European Inventor Award) przyznawanej przez Europejski Urząd Patentowy (EPO) w kategorii „osiągnięcia życia”. W tegorocznej edycji nagrody, w której triumfowała dr Olga Malinkiewicz, zasiadała w jury.

PAP: Co pani – autorka prawie 700 zgłoszeń patentowych i właścicielka 130 europejskich patentów wartych w sumie miliard dolarów – poradziłaby początkującym wynalazcom?

Marta Karczewicz: Żeby byli cierpliwi. Trzeba lubić rozwiązywać problemy i znaleźć swoją niszę. Potrzebna jest wytrwałość, żeby robić swoje, nawet kiedy inni uważają, że się nie uda. Kiedy człowiek skupi się na rozwiązaniu problemu, wynalazek sam się pojawi.

PAP: Podobno nie uwierzyła pani, kiedy w 2019 r. dostała nominację do Europejskiej Nagrody Wynalazcy?

M.K.: Kiedy przyszedł mail z tą informacją, myślałam, że ktoś robi sobie ze mnie żarty. Zaczęłam sprawdzać, czy to nie jest oszustwo. Zanim uznałam, że wszystko wygląda wiarygodnie, sprawdziłam nadawcę i poszukałam informacji o nagrodzie przyznawanej przez EPO. Zaskoczyło mnie też, że ktoś chce mi przyznać europejską nagrodę, chociaż od dawna nie mieszkam w Europie, tylko w San Diego w Stanach Zjednoczonych.

Nominacja ta sprawiła, że stałam się rozpoznawalna na świecie, chociaż w 2012 r. dostałam już prestiżową nagrodę od mojej obecnej firmy, Qualcomm Excellence Award. Jednak to dzięki wywiadom, których udzieliłam po udziale w europejskim konkursie, mogłam szerzej naświetlić moją pracę. Także w Polsce, gdzie ukazało się kilka artykułów na temat kompresji wideo. Sprawiło mi to dużą przyjemność i satysfakcję.

Równie ważne dla mnie było, że mogę zwrócić uwagę, jak niewiele kobiet jest wciąż w dziedzinach technicznych i naukach ścisłych. W każdym zespole, którym do tej pory zarządzałam, 90 proc. stanowili mężczyźni. Kiedy jeszcze chodziłam do szkoły w Szczecinie, nie czułam dyskryminacji ze względu na płeć, a w moim liceum chłopców i dziewcząt interesujących się naukami ścisłymi było mniej więcej po równo. Ale już w Ogólnopolskiej Olimpiadzie Matematycznej (w roku szkolnym 1988/1989 – przyp. PAP), byłam jedyną dziewczyną w pierwszej dziesiątce.

Dlatego tak cieszy mnie zwycięstwo Olgi Malinkiewicz w tegorocznej edycji European Inventor Award. Zresztą w ogóle w tym roku EPO nominował więcej kobiet. Wreszcie się coś zmienia, a im więcej mówimy o kobietach w nauce i inżynierii, tym lepiej.

PAP: Pani domena to materiały wideo.

M.K.: Tak. Teraz wideo jest praktycznie wszędzie. Większość wideo jest obecnie przesyłana nie pomiędzy ludźmi, a między maszynami. Wszędzie są kamery, które stale obserwują otoczenie – na ulicach, w zakładach pracy, na lotniskach i w zakładach przemysłowych. Wideo przez nie rejestrowane trafia do chmury, a sztuczna inteligencja analizuje te obrazy. Na ich podstawie może wysyłać informacje o zagrożeniach i wypadkach, o tym, że w magazynie brakuje jakiegoś produktu albo że są jakieś kłopoty na linii produkcyjnej w fabryce. Ludzie nie zdają sobie nawet sprawy, ile materiałów wideo w każdej chwili jest rejestrowanych, a potem przesyłanych.

PAP: Wtedy do akcji wkraczają pani wynalazki?

M.K.: Właśnie. Nie można przesyłać surowych danych wideo. Obraz wideo to 24 do 120 klatek na sekundę, a w popularnych teraz rozdzielczościach Ultra HD albo 4K każda klatka ma rozmiar około dwa tysiące na cztery tysiące pikseli. Wystarczy pomnożyć liczbę klatek przez liczbę pikseli i jeszcze przez liczbę bitów przypadających na każdy piksel, żeby stwierdzić, że do przesłania takiego pliku bez żadnej kompresji potrzebowalibyśmy jakieś 30 gigabajtów na sekundę. Takiego internetu jeszcze nie ma. Dlatego potrzebna jest kompresja danych, czyli metoda zmniejszania informacji – klatka po klatce.

Uzyskuje się to za pomocą kodeków – programów do przekształcania sygnału lub strumienia danych w formę zakodowaną i do ich odkodowania np. na smartfonie lub w telewizorze.

PAP: To nowe wynalazki?

M.K.: Kiedy zaczynałam karierę w roku 1996 albo 1997, czyli w czasie, gdy robiłam doktorat w Tampere w Finlandii i pracowałam dla Nokii, na świecie używano tylko jednego kodeka. Od tego czasu pojawiło się wiele innych. Ja i zespoły, którymi kierowałam, mamy na koncie wiele technologii, które zaakceptowano w standardach kompresowania wideo i które wprowadziły w nich znaczące zmiany.

Standard AVC, nad którym pracowałam jeszcze w Nokii, to dziś powszechnie używany na świecie kodek. Teraz już trochę zanika, bo zaczyna go wypierać następny, AGVC, który opracowałam później dla innej firmy. Prawie wszyscy producenci elektroniki je wykorzystują, są niemal w każdym telefonie i telewizorze. Kolejny kodek, który ostatnio zrobiliśmy, VVC, będzie lada moment wchodził na rynek.

Tworzymy też aneksy do istniejących już kodeków, żeby dostosować kompresję danych do zupełnie nowych rozwiązań, takich jak gogle VR albo Multi View Video. Pracujemy też nad technologiami, które pozwalają na lepszą kompresję obrazu z wieloma grafikami – na przykład wtedy, gdy prezentujemy pokaz slajdów albo udostępniamy swój monitor podczas połączenia na Teamsach.

Moja firma produkuje również chipy dla telefonów, więc wraz z zespołem zajmuję się także implementacją algorytmów w sprzęcie komputerowym i elektronicznym. A jakość kompresji zależy też od implementacji kodeków.

PAP: Jaką zmianę przyniosły te standardy?

M.K.: Teraz potrzebujemy tylko około 15 procent przepustowości łącza sieciowego lub urządzenia, którą musieliśmy zapewnić do wysyłania plików mpeg 2. Wideo możemy kompresować od stu do tysiąca razy. Bez tego nie byłoby dzisiejszej telewizji, aplikacji, gier. Kiedyś ludzie oglądali wideo w jakości Standard Definition w małych telewizorkach, dziś na ogromnych ekranach mają 4K.

PAP: Ciągle rośnie apetyt na wyższą jakość i szybsze przesyłanie danych?

M.K.: To trochę zamknięte koło. Zapotrzebowanie rzeczywiście ciągle rośnie, bo powstaje coraz więcej wideo i potrzeba coraz większej przepustowości łączy. A z kolei przesyłanie tak ogromnych ilości danych nie byłoby możliwe, gdyby nie było kompresowania na obecnym poziomie. Bez tego na przykład nowoczesna telemedycyna nie miałaby racji bytu.

Bo trzeba zaznaczyć, że wideo pojawia się nie tylko, kiedy oglądamy serial w streamingu albo gramy w sieci. Owszem, rozrywka ważna rzecz, ale oraz częściej z wideo korzystamy w innych dziedzinach życia codziennego i w pracy – podczas połączeń konferencyjnych i rozmów z bliskimi na komunikatorach, w przemyśle, medycynie. Wideo i kompresja danych są ważniejsze, niż się wydaje na pierwszy rzut oka.

Muszę przyznać, że z przyjemnością myślę o tym, że wszystko, nad czym pracowałam, trafiło na rynek i służy tylu ludziom na świecie.

Rozmawiała Anna Bugajska (PAP)