A Evolução dos Ruídos: do Satanismo digital ao que somos

“Abra a última imagem JPEG baixada e salve-a como uma nova imagem JPEG, com um pouco mais de compressão. Repita 600 vezes“. O resultado, ilustrado em Generation Loss, é claro: ao final a imagem se torna irreconhecível, enquanto uma espécie de ruído toma conta de tudo. Um “ruído digital”.

O formato de imagem JPEG, utilizado em todo lugar desde as imagens que você confere pela rede até as câmeras digitais, é um formato de compressão “lossy“, com perdas. Ao contrário das propagandas (que, surpresa, não vendem sempre a verdade), “digital” não é necessariamente sinônimo de precisão e fidelidade absolutas.

Em troca de reduzir o tamanho do arquivo, muita informação é descartada em uma imagem JPEG, jogada fora mesmo, embora isso seja comumente difícil de notar. Afinal, o formato foi definido justamente para descartar as partes da imagem que menos nos chamam a atenção – por exemplo, temos uma sensibilidade maior a contrastes de brilho do que de cor, e a  compressão JPEG costuma simplesmente descartar metade das informações de cor de uma imagem.

A lição é clara e elementar. Nunca “re-salve” uma imagem no formato JPEG, se você a recebeu como JPEG, copie ou transfira o arquivo, mas evite salvá-lo novamente neste formato com perdas. Embora os efeitos sejam muito menos destacados que os exibidos na imagem – sem aumentar a compressão, e re-salvando uma imagem 2000 vezes, os resultados não são tão drásticos – eles estão lá.

Talvez tão disseminado quantos as milhares de imagens JPEG que você deva ter em seu computador são os arquivos MP3. Este formato fabuloso que permitiu reduzir o tamanho de um arquivo de música e revolucionou toda uma indústria de entretenimento também é… lossy. Ao saber disto você já deve ter adivinhado para onde vamos.

O que acontece se você abrir um arquivo MP3 e reconvertê-lo 600 vezes? Ocorre algo assim:

A música é inconfundível (como não?), mas os ruídos e sons estridentes dominam quase tudo, uma tortura auditiva. Melhor (ou pior) que isso, só reconverter “The Number of the Beast” do Iron Maiden… 666 vezes, em uma espécie de satanismo digital. Clique abaixo para conferir:

666.gif

Você pode escutar os sussurros do capeta? Provavelmente não, mas todos estes ruídos e experiências podem significar muito mais do que imagina. “Read on” para continuar conosco.

ARTIFACTS

O som metalizado dos MP3s satânicos pode ter soado familiar. Em ligações de celulares ou internacionais de má qualidade, em conversas via Skype, MSN e afins, você já pode ter ouvido ruídos similares. Embora não usem a compressão MP3, essas ligações também passam por uma compressão lossy, com efeitos, ou “artifacts”, não muito diferentes.

Caso você já tenha aumentado uma imagem JPEG e observado seus contornos com atenção, principalmente aqueles com alto contraste, também pode ter notado certa familiaridade com os ruídos que foram dominando Generation Loss, no começo deste post.

Estes artifacts digitais, fruto do processo de compressão com perdas, vão se acumulando e acentuando ao longo das sucessivas gerações, até que passam a predominar. Você pode ler mais, em inglês, em Data Compression: A little introduction for beginners. O detalhe imensamente importante é que não são puro ruído, ou ruído aleatório: são um ruído bem determinado, um ruído digital. Se você re-salvar o mesmo arquivo de MP3, através do mesmo processo, obterá exatamente o mesmo “ruído”.

Não que a degradação por cópia recursiva seja exclusividade de equipamentos digitais. Patrick Andrews “re-xerocou” uma imagem de si mesmo 100 vezes, e o que obteve foi:

photocopyloss.jpg

Se você já observou de perto fotocópias, essa aparência também deve ser familiar. Os grânulos e aglomerados em contraste que o toner forma acabaram por dominar a imagem.

Em 1970, o compositor Alvin Lucier compôs uma obra de arte fantástica. Intitulada “I Am Sitting In A Room“, consiste da voz de Lucier recitando o seguinte texto auto-explicativo:

Eu estou sentado em uma sala diferente daquela em que você está agora. Estou gravando o som de minha voz e irei reproduzir a gravação nesta sala várias vezes até que as frequências ressonantes da sala reforcem a si mesmas até que qualquer vestígio de minha voz, exceto talvez de seu ritmo, seja destruído. O que você ouvirá, então, serão as frequências ressonantes naturais da sala articulada pela fala. Considero esta atividade não tanto uma demonstração de um fato físico, mas mais como uma forma de suavizar quaisquer irregularidades que minha fala tenha”.

Várias vezes. O resultado:

Tenebroso não? E também fascinante. Tenho minhas dúvidas sobre se o que se ouve ao final sejam mesmo as frequências ressonantes da sala – os sons me lembraram muito da microfonia, e imagino se mais importante do que a sala, seja o equipamento de áudio e a microfonia que acaba reforçando a si mesma.

Seja como for, o experimento, a arte de Lucier se tornou um clássico. E Evan Borman realizou esta versão incluindo vídeo:

Note como o vídeo, reproduzido em monitor de TV e então gravado novamente por uma câmera, repetidamente, acaba se degradando para os padrões de rebatimento e (falta de) sincronia entre a imagem formada na tela e a taxa de captura da câmera.

Tudo muito complicado? Pois há algo muito simples, e extremamente importante em todos estes exemplos de cópias recursivas. Perceba como todas elas acabam por degenerar nos ruídos e defeitos particulares, e inicialmente imperceptíveis, dos sistemas de reprodução.

Pequenos artifacts JPEG ao redor de contornos se tornam uma série de padrões abstratos por toda a imagem. Ruídos e blips metalizados em MP3s se tornam uma série longa e excruciante de sons. Aglomerados de toner se tornam grandes aglomerados pelo papel. Ecos ou microfonias tomam conta de um áudio, enquanto barras de rebatimento tomam conta de um vídeo.

O ruído tomou conta das cópias. Por que isto é importante?

O QUE SOMOS

Recursão é o processo pelo qual um processo é aplicado sobre ele mesmo, repetidas vezes. Cópia recursiva é assim a cópia da cópia (da cópia, da cópia…). Ao invés de cópia, no entanto, poderia ter usado o sinônimo…

Reprodução. Reprodução recursiva. E reprodução deve lembrar você de algo.

Nós nos reproduzimos. Os animais se reproduzem. Plantas se reproduzem. Seres vivos, comumente, se reproduzem. E as reproduções também se reproduzem. São reproduções recursivas.

A reprodução biológica dificilmente é, se é que é alguma vez, “perfeita”. Não apenas porque seus filhos podem puxar seu cabelo ruim e a alergia a gatos de sua cara-metade, mas porque eles não são exatamente a mescla de genes onde toda informação genética da reprodução pode ser traçada de volta a um dos dois pais. Sempre acabam ocorrendo erros na cópia, mutações, embora elas sejam quase sempre inócuas. Mas elas ocorrem.

Há sempre ruídos, ou melhor, “artifacts”, no processo de reprodução. E você agora já sabe, depois de tantos exemplos, o que costuma acontecer em cópias, ou reproduções recursivas depois de muitas gerações. Os “ruídos” tomam conta das reproduções.

E isto é o que somos. Somos o “ruído” da reprodução recursiva. Somos uma cópia de zilionésima geração de uma forma de vida extremamente simples que surgiu há bilhões de anos.

Se a reprodução através do DNA fosse perfeita, ainda seríamos exatamente a mesma forma de vida. Mas a reprodução nunca foi “perfeita”. As cópias sempre eram um pouco diferentes das originais. Sempre houve algum ruído. E este ruído rapidamente passou a dominar o que era esta forma de vida. Como vimos, é praticamente inevitável. Pouco, ou quase nada do que ela era foi preservado, quase tudo que somos é “ruído”. No sentido de que não temos quase nada da forma de vida original, somos uma cópia degenerada de zilionésima geração. Somos ruído.

Somos contudo um ruído muito especial. Não se engane: assim como o “ruído” de imagens JPEG, MP3s, fotocópias e afins não são completamente aleatórios – eles dependem dos mecanismos que geram o ruído -, nós também não somos um ruído sem qualquer sentido, fruto do mero acaso.

Somos um “ruído” que reflete toda a história das zilhões de cópias pelas quais esta forma de vida passou, preservando alguns aspectos e excluindo outros, tendo como fio comum o próprio mecanismo de reprodução.

Assim como o pouco que se pode saber sobre a imagem JPEG original é que ela foi salva no formato JPEG, o papel passou por uma fotocopiadora e Alvin Luscious usou um gravador de som, podemos saber que a forma de vida original da qual todos descendemos também possuía um DNA que devia funcionar basicamente como o que está presente em cada uma de nossas bilhões de células.

O resto do que somos é… “ruído”. Uma simples máquina de xerox e 100 cópias já são suficientes para uma demonstração muito clara do conceito central à teoria da evolução. E através dela, ao descobrir o que somos também entendemos de onde viemos.

– – – [via BoingBoing, Reddit, Microsiervos and with thanks to girino]

Quer mais 100nexos? A recursão é um fenômeno poderosíssimo, e filmar uma tela de TV alimentando a tela com a imagem capturada, de forma recursiva, não só produz videoarte, como esta arte pode incluir fractais (não perca: The Ultimate Video Feedback Page) e mesmo autômatos celulares, ou em outras palavras, sistemas de computação. Alguns dizem que serve até de porta de comunicação para os espíritos. Mas estes são outros 100nexos que ainda devem render um novo post.

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Discussão - 23 comentários

  1. Patola disse:

    Você não pode chamar nosso DNA de ruído, realmente, pois a analogia não se aplica: em cada iteração da reprodução de seres vivos temos a seleção natural atuando, de forma a descaracterizar todo o processo. Se fôssemos mesmo um ruído do DNA primordial, teríamos como código genético filamentos totalmente aleatórios, com informação perdida. Mas a seleção faz a quantidade de informação nos filamentos aumentar.

  2. Mori disse:

    Patola, por isso escrevi que não somos ruído *aleatório*, fruto de mero acaso. Somos “ruído”, determinado pelas características do processo de reprodução. No contexto aqui, a seleção natural é parte do processo de reprodução! Os organismos selecionados são aqueles que se reproduzem!
    Quando percebi que estes experimentos em degeneração de cópias recursivas são uma metáfora para a evolução, hoje (ontem) de manhã, fiquei todo animado.
    Claro que “degeneração” ou “progresso” são conceitos arbitrários. Alguns podem achar o xerox geração 100 bem mais interessante que o original. Isso também é uma boa metáfora e analogia para a evolução.
    Na evolução, ou mudança, por que passamos, houve sim aumento de complexidade de informação genética. Mas isso porque o processo de reprodução acabou tendo como “artifact”, ou ruído, tais características. Talvez como uma microfonia. Que é bem alta, aliás!

  3. Blog Mallmal disse:

    Pôxa… Fazia tempo que eu não lia um texto tão interessante, informativo e, de certa forma, poético.
    Parabéns!

  4. Luís Brudna disse:

    Ruth lendo o texto:
    Mas isso eu JÁ sabia!
    Nietzsche lendo:
    Mas isso é o meu eterno retorno!

    Gostei da cópia ´xerox´, o padrão da imagem lembra aglomerados de gotas sobre uma placa de vidro.

  5. Atila disse:

    Muito bom!! No trecho final comecei a lembrar que enquanto as mulheres já nasce com os óvulos formados, enquanto os homens continuam dividindo os espermatozóides pela vida toda. Isso deve gerar bastante ruído na coisa toda.

  6. Kentaro,
    Acho que o processo de compressao do JPEG e do XEROX são basicamente deterministas. Vc deveria introduzir ruido de verdade (mutações biologicas são induzidas por interação comraios cósmicos e decaimento radiativo afetando o DNA, e esses são eventos quanticos puramente aleatorios).
    Ou seja, vc deveria introduzir um elemento realmente estocastico a cada compressao do JPEG, e nao apenas usar o compressor. Pois a mesma imagem daria a mesma imagem final apos 100 geracoes.
    Alem disso, comprimir informaçao significa diminuir redundancia, ou seja, aumentar entropia. Um arquivo puramente conprimido é indistinguivel de uma serie de bits aleatorios. Nao é claro que a evolução comprima informação, pelo contrario, o exemplo dos genes duplicados (de onde surgirao genes variantes) parece indicar que na evolução ocorre o contrario, um aumento de redundancia (mesmo induzida aleatoriamente), e portanto, diminuição de entropia (a entropia organismo + radiação atomica aumentou, claro, mas a entropia do organismo sozinho diminuiu).
    Bom, começe a fazer os xerox de figuras tipo Rorsarch (com uma linha de simetria vertical), derramando de vez em quando umas gotas aleatorias de tinta sobre o papel, ou gotas de corretivo branco. De 10 copias, elimine as 5 piores (por algum criterio estético – que será nossa função de fitness – nosso senso estético será o análogo ao meio ambiente seletivo).
    De vez em quando, corte duas figuras numa linha transversal à linha de simetria (ou seja, um corte horizontal) e as una formando uma nova figura de Rorssarch (processo de crossover genetico).
    De vez em quando incorpore outra figuras (mecanismo simbiotico de Margulis).
    Eu acho que vc vai acabar com figuras nada triviais, com padroes interessantes e baixa entropia.
    Assim, não somos apenas ruido, mas ruido selecionado pelo Universo…
    Faça isso 100 vezes.

  7. Mori disse:

    Estimado Osame,
    Concordo que a compressão JPEG é determinista… e escrevi isto no post!
    “não são puro ruído, ou ruído aleatório: são um ruído bem determinado, um ruído digital. Se você re-salvar o mesmo arquivo de MP3, através do mesmo processo, obterá exatamente o mesmo “ruído”.”
    Já a copia xerox eu não sei se seria tão determinista assim. Quanto à evolução comprimir informação, eu achei interessante que embora o tamanho dos arquivos JPEG ou MP3 após centenas de gerações praticamente não aumente, parece haver, pelo menos superficialmente, um aumento na quantidade de informação na imagem ou no som. E suspeito que essa impressão seja acertada, já que os artifacts vão sendo constantemente adicionados, mesmo nas áreas que não teriam tanta informação original. Se tentássemos comprimir os arquivos finais com outros algoritmos de compressão, aposto que seriam arquivos maiores, e se analisássemos a entropia dos arquivos finais seria maior do que os iniciais (embora, para os algortimos de compressão usados no processo recursivo seja uma entropia que se ajusta perfeitamente a tais algoritmos, fazendo com que os arquivos tenham o mesmo tamanho).
    Não sei se é possível entender o que esbocei, mas se deu, espero que o paralelo com a evolução biológica também esteja mais claro.
    Ainda mais porque também concordo que não somos apenas ruído, ou pelo menos, ruído aleatório! Também escrevi no texto que:
    “Somos um “ruído” que reflete toda a história das zilhões de cópias pelas quais esta forma de vida passou, preservando alguns aspectos e excluindo outros, tendo como fio comum o próprio mecanismo de reprodução”.
    Talvez devesse ter deixado mais claro que a seleção natural, neste contexto, é parte do mecanismo de reprodução. Porque o que não é selecionado não se reproduz.
    Também estou comentando e discutindo o texto no Sedentário:
    http://www.sedentario.org/colunas/duvida-razoavel/a-evolucao-dos-ruidos-do-satanismo-digital-ao-que-somos-14184
    (Não percam, alguém mencionou… HOMEOPATIA! huahahaha grande sacada. Maligna, mas grande sacada. Se apenas homeopatia funcionasse…)

  8. Victor Bogado da Silva Lins disse:

    O digital é uma garantia de cópia precisa e absoluta, a informação que está na jpg que eu vejo aqui é exatamente a mesma que você ou qualquer outro estão vendo(*). Esta garantia não existe nos métodos ditos analógicos e cada cópia implica em uma redução de qualidade, exatamente como no seu exemplo acima, por isso nos idos tempos de gravação analogica existia a figura do “master” a partir do qual todas as cópias eram feitas.
    Mas ao contrário do que a propaganda nos diz isso nada nos diz sobre a qualidade e fidelidade do conteúdo, todo o processo de digitalização implica em perda de informações, isso mesmo sem contar os processos de compressão que comummente são aplicados posteriormente, como o jpeg que é feito por 99% das câmeras digitais disponíveis aos consumidores. A quantidade de informação perdida depende é claro do tipo de equipamento usado. :-)
    *) Claro que alguns passos analógicos estão envolvidos, o monitor e os olhos dos diversos observadores são diferentes e produzem certamente um resultado final diferente.

  9. Ricbit disse:

    A analogia foi bacana, mas eu acho que uma analogia superior seria o envelhecimento, onde também há cópia recursiva de dna, e existe uma degeneração explícita.

  10. Mori disse:

    É verdade, a analogia com envelhecimento é mais clara e explícita, e agora me lembro que na série “Corpo Humano” o apresentador faz esta analogia com cópias VHS recursivas.
    Mas como analogia ao processo de evolução também me pareceu fabulosa, porque mostra a inevitabilidade da evolução. A menos que as cópias sejam sempre perfeitas, “ruídos” irão sempre se acumular e a evolução é uma certeza. Também no aspecto de que complexidade e em diversos outros aspectos a analogia se mantém.
    Apenas na interpretação do ruído, da degeneração, a analogia tem seu problema, mas mesmo aqui, como tentei chamar a atenção, a degeneração da cópia é subjetiva se você abandonar o critério de que a cópia deva ser idêntica ao original.

  11. Samanta disse:

    Ótimo artigo.
    Vou até salvar o link para enviar aos novatos quando me perguntarem porque prefiro formatos de compressão estranhos como png e flac.

  12. Nilson disse:

    “Não apenas porque seus filhos podem puxar seu cabelo ruim e a alergia a gatos … ”
    O que seria um cabelo ruim?
    Em termos de teoria da evolução este termo não faz sentido. Parece um termo meio preconceituoso…

  13. Luís Brudna disse:

    O comentário do Osame fez lembrar o
    Mutating Pictures
    http://mutatingpictures.com/
    ..

  14. Algueem Sabe como é o nome dessa Musica que Vocês Reconverteram 600 vezes?.. muuutio boa.. =)

  15. Mori disse:

    Fabio, a música é “Never Gonna Give You Up” de Rick Astley.
    http://en.wikipedia.org/wiki/Never_Gonna_Give_You_Up
    You’ve been Rickrolled.

  16. Kentaro, eu nao tenho certeza de que “a degenerescencia da cópia é subjetiva” porque me parece que haverá um aumento de entropia.
    Comece com a Mona Lisa e vá xerocando, até chegar a um monte de pingos de tinta espalhados ao acaso. O processo é irreversível, não dá para inverter a flecha do tempo do processo e reobter a Mona Lisa. Não que ela seja mais perfeita ou o padrão comparativo, mas apenas que ela possui menos entropia do que a figura do final do processo.
    Na verdade, estou usando entropia em um sentido nao tecnico, talvez fosse melhor falar de informação algoritmica de Chaitin (IAC). A Mona Lisa possui menor IAC que a figura final (um programa para pintar todos os pingos de tinta do final precisa ser maior ou ter mais dados do que na figura original, onde existe redundância).
    Em todo caso, nao sei se deu para entender: o processo é irreversível e nesse sentido a entropia da figura sempre aumenta, em vez de haver uma tendencia a diminuir como no caso da evolução biológica (compensada pelo aumento da entropia do Universo, claro!)
    Esse assunto é meio confuso!

  17. Rafael [RNAm] disse:

    Kentaro,
    Gostei da analogia. E o que explode minha cabeça é pensar no equilíbrio fino que deve existir entre mutações e os mecanismos de correção de DNA. muita mutação, decai informação demais, num ritmo que a seleção nao consegue agir. Mas se corrigir tudo, como você fala em cópia perfeita, ainda estaríamos boiando no caldo primordial.
    Por isso um sistema de correção que NÃO é infalível foi selecionado: corrige, pero no mucho.

  18. Kentaro Mori disse:

    Maravilha, Osame! Eu (acho que) entendi (alguma coisa de) seu comentário. :-)
    Muito a sério, realmente, dizer que somos “ruído” e utilizar esta analogia para ilustrar a evolução tem muitos problemas… que a degeneração seja objetiva, quantificável, e contrária à evolução biológica deve ser o maior. Do contrário, também, educadores e divulgadores de ciência com certeza já teriam explorado a idéia…
    Apesar de tudo, e com todas as ressalvas que o pessoal apontou, ainda acho um… paralelo (paralelo, vai…) interessante! :-)

  19. Kentaro Mori disse:

    Obrigado, Rafael! Exatamente… apesar de todos os problemas, há certos insights que a analogia, paralelo, permite sobre a evolução que são muito interessantes. Não que quem já não saiba algo a respeito da evolução já não tivesse tal compreensão, e infelizmente, como descobri, não que quem não entenda a evolução vá passar a entendê-la com esta analogia.
    Mas, com as devidas ressalvas, é food for thought. :-)

  20. franbogado disse:

    Vale acrescentar um ponto a essa questão:
    As copias, normalmente querem parecer “melhores” do que a original!
    Tem até uma propaganda comercial não lembro de que, mas que diz “onde o original morre de inveja”;
    Lembro tambem de uma fala no filme Xequemate #Lucky number Slevin# em que Bruce Willis conta que “num concurso de sósias de Charles Chaplin, o próprio ficou em terceiro lugar”[…]

  21. […] “A Evolução dos Ruídos: do Satanismo digital ao que somos” […]

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