Marta Karczewicz. Naukowczyni przyszłości i życia codziennego

Jest mnóstwo osób, które nie osiągnęły niczego szczególnego, a mimo to są na ustach wszystkich. Jest też druga grupa, prawdopodobnie liczniejsza, choć trudno to oszacować – tych, którzy szerokiej publiczności znani nie są, a powinni być. Nazwisko Marty Karczewicz przewijało się w mediach w okolicach 2019 roku, gdy została ona nominowana do prestiżowej Nagrody Europejskiego Wynalazcy (European Inventor Award) jako jedna z trójki finalistów w kategorii „Lifetime Achievement”, za pracę nad kompresją wideo. Wtedy dowiedzieliśmy się, że to urodzonej w Szczecinie naukowczyni zawdzięczamy możliwość korzystania z Netflixa, Teamsa czy Zooma. Dzięki jej dokonaniom jesteśmy w stanie przesyłać filmy i dane, a także kontaktować się przy pomocy połączeń wideo z osobami w dowolnej lokalizacji.

Wszystko, co wymaga przesyłu ogromnej ilości danych powiązane jest z pracą i odkryciami Marty Karczewicz. Miliardy ludzi korzystają z nich codziennie. Miliardy, nie miliony. Imponujące, prawda?

Żelazny upór i kurtyna

Marta Karczewicz urodziła się w 1970 roku w Szczecinie, mieście oddalonym od epicentrum polskich wydarzeń zarówno wówczas, jak i niestety dziś. Dorastała w czasach ustroju komunistycznego. Rozmowy międzymiastowe trzeba było wtedy z wyprzedzeniem zamawiać, a potem czekać przy telefonie na połączenie. Podróże zagraniczne nie były dostępne dla zwykłych zjadaczy chleba. Kto chciał wyjechać, musiał szczegółowo opisywać cel podróży i datę powrotu, rodzice rzadko mogli podróżować z dziećmi – wspólny wyjazd zwiększał ryzyko dezercji z kraju. W takiej rzeczywistości funkcjonowała przyszła naukowczyni, córka lekarki i inżyniera. Uczęszczała do Liceum Ogólnokształcącego imienia Adama Asnyka, ale poza matematyką i fizyką nauka nie wydawała jej się atrakcyjna. Największy problem stanowiła konieczność zapamiętywania. Marta Karczewicz nie miała do tego cierpliwości i do dziś uważa, że nie sprawdziłaby się w żadnym innym zawodzie, poza tym, który wykonuje.

Forma olimpijska?

Matematyka to jednak zupełnie inna dyscyplina. Wystarczy myśleć logicznie, to właściwie jedyna niezbędna umiejętność. A to przychodziło Karczewicz z łatwością. W roku szkolnym 1988/1989 wzięła udział w Ogólnopolskiej Olimpiadzie Matematycznej i znalazła się w gronie 25 nagrodzonych – przyznano jej wyróżnienie. Ułatwiło jej to zdobycie miejsca na studiach, przyciągnęła też uwagę firmy Nokia, która zaoferowała zdolnej uczennicy zagraniczny grant.

Jest rok 1989, komunizm upada, żelazna kurtyna się unosi. Jedną z pierwszych osób, które korzystają ze swobody podróżowania i możliwości podjęcia nauki w innym kraju, jest właśnie młoda Marta. Studia rozpoczyna co prawda w rodzinnym mieście, na Politechnice Szczecińskiej, ale wkrótce ląduje w Finlandii, na uniwersytecie w Tampere. Grant od Nokii obejmuje badania w zakresie przetwarzania sygnału i obrazu. Na miejscu szybko wciąga Martę zagadnienie kompresji danych. Analizowanie dużych ilości danych i doszukiwanie się wzorców zawsze sprawiało jej przyjemność. Podobnie jak oglądanie filmów akcji, najchętniej ze spektakularnymi efektami specjalnymi. Jeszcze wtedy nie wie, jak wiele kino będzie jej w przyszłości zawdzięczać.

Szczecin – Tampere – San Diego

Na razie kończy studia i pisze doktorat, zawodowo jest już jednak związana z fundatorem grantu. Po zdobyciu kwalifikacji naukowych matematyczka wyrusza za ocean, do Dallas, gdzie prowadzi dla Nokii jedno z centrów badawczych. W 2006 roku, po wielu latach satysfakcjonującej dla obu stron współpracy, dołącza do zespołu Qualcomm Inc, amerykańskiego przedsiębiorstwa informatycznego specjalizującego się w komunikacji bezprzewodowej. Zmiana firmy nie oznacza zmiany zainteresowań. Karczewicz kontynuuje w San Diego prace dotyczące zagadnienia kompresji, przyczyniając się do rozwoju High Efficiency Video Coding (HEVC) czy Versatile Video Coding (VVC), umożliwiających szybki streaming na urządzeniach mobilnych.

Jednym z najważniejszych wynalazków Polki w zakresie AVC jest opatentowany przez nią filtr deblokujący, który znalazł zastosowanie w dekoderach telewizyjnych. Wygładza on piksele pojawiające się wzdłuż ostrych konturów oraz plamy i aureole w obrazie. AVC upraszcza obraz na potrzeby transmisji, dzieląc go na prostsze bloki informacji. Nie tylko zmniejsza to rozmiar pliku, ale również poprawia kontrast pomiędzy sąsiadującymi blokami.

Kompresja, czyli co konkretnie?

Proces kompresji doskonale i jasno opisał w Kwartalniku UPRP Zbigniew Biskupski: „Na obraz wideo składa się od 24 do 120 klatek na sekundę. W rozdzielczości HD każda z tych klatek składa się z 1920 na 1080 pikseli, czyli około dwóch milionów punktów na ekranie. Każdy piksel zawiera informacje o jasności i kolorze. W ten sposób powstaje ogromna ilość surowych danych – sekunda po sekundzie. Kompresja danych jest sztuką zmniejszania tego ogromu informacji – klatka po klatce. Środkiem do osiągnięcia tego celu jest kodek. Jest to zestaw modułów i algorytmów, które wykonują to zadanie na naszych urządzeniach końcowych.

Kodeki redukują informacje o obrazie do minimum i przekształcają je w zera i jedynki. Dane te są następnie przesyłane przez linie teleinformatyczne. W miejscu przeznaczenia kodek odtwarza obraz na podstawie ograniczonych informacji. Podstawowe metody kompresji danych opierają się na następujących zasadach. Różnice kolorystyczne, których nie dostrzegają nasze oczy są pomijane.

Na przykład na filmiku pokazującym spacer plażą, niebo i plaża pozostają niezmienione. Nie trzeba ich ponownie kodować klatka po klatce. Ruchy pomiędzy ramkami referencyjnymi nie są dokładnie opisywane, ale tylko szacowane w sposób pozwalający zaoszczędzić dane”.

Królowa patentów

O ile sam proces kompresji może wydawać się skomplikowany, o tyle każdy człowiek błyskawicznie dostrzeże te momenty, gdy nie przebiega on właściwie. Marta Karczewicz opracowała mechanizm zwany „petlą korekcyjną”, który takim zaburzeniom zapobiega. Matematyczka jest zresztą autorką ponad 400 zgłoszeń patentów, których wartość rynkową szacuje się na ponad miliard dolarów. 130 z tych zgłoszeń otrzymało patenty europejskie. To oszałamiająca liczba, wynikająca także z tego, że postępy prac nie są z reguły spektakularne, za każdym razem są to ulepszenia rzędu 1% – 2%. Karczewska, być może ze względu na swój naukowy background, wierzy w wymianę:

– Przedsiębiorstwa muszą chronić swój autorski dorobek, muszą jednak również współpracować, jeżeli dążą do postępu – twierdzi. – Przy opracowywaniu nowych kodeków udostępniamy je natychmiast międzynarodowym grupom projektowym. Celem jest inspirowanie innych i inicjowanie nowych projektów standaryzacyjnych. Jestem wielką zwolenniczką standaryzacji, która jest najlepszym sposobem na rozwój nowych technologii, ponieważ promuje zarówno współpracę, jak i konkurencję. Ujawniamy nasze wynalazki, aby inni mogli je dalej rozwijać i czerpać z nich inspirację. Kiedy tak się dzieje, jest to dla mnie jeszcze większe wyróżnienie – podkreśla w rozmowie ze Zbigniewem Biskupskim.

Oprócz Marty Karczewicz i Qualcomm nad nowym, lepszym VVC pracowały wszystkie kluczowe w branży firmy: Apple, Huawei, Intel, Microsoft czy Sony. Wspólne wysiłki prowadzą do stałego zmniejszania rozmiarów plików względem HEVC. To ważne, bo transmitowanie strumieniowe odpowiada za 80% całego ruchu w internecie.

Zmniejszenie przestrzeni dyskowej zajmowanej przez dane w sieci jest istotne nie tylko z uwagi na wygodę użytkowania. Szacuje się, że serwery z danymi generują niemal dwukrotnie większy ślad węglowy niż transport lotniczy. Jest więc o co walczyć.

Przyszłość jest teraz

Duża część ewolucji technologii to będzie dążenie do tego, żeby to, co widzimy było coraz lepsze. Problemem jest osiągnięcie dobrych efektów przy masowym przesyłaniu i kompresji, chodzi więc o to, żeby ten „efekt wow” z początkowych demonstracji nowych technologii dało się odczuć również w domu – przewidywała Polka w 2019 roku.  

Od tamtego czasu nie pojawia się w mediach często. Jest osobą ceniącą prywatność. Zarządza w San Diego ogromnym zespołem i sprawia jej to wielką przyjemność. Ma możliwość prowadzenia badań, poszukiwania, stawiania pytań. Nie jest w Qualcomm poddawana presji natychmiastowych rezultatów, co wielce sobie ceni. Oprócz dyscypliny, stałym i nieodłącznym elementem każdego jej dnia jest też czas na relaks, na swobodne przejażdżki autem i wizyty w przypadkowych restauracjach. Rozwiązania skomplikowanych zagadnień pojawiają się często w najmniej oczekiwanych sytuacjach.

Jeśli już zdarzy jej się udzielić wywiadu, nie może w nim zabraknąć pytania o pozycję kobiet w branży nowych technologii. Szczecinianka zapewnia, że nigdy nie doświadczyła dyskryminacji ze względu na płeć i szybko pięła się po szczeblach kariery, bo kryterium oceny były jej wyjątkowe umiejętności. Przyznaje jednak, że każdy z zespołów, jakimi do tej pory zarządzała, składał się w 90% z mężczyzn. W jednym z udzielonych amerykańskiej prasie wywiadów Marta Karczewicz powiedziała, że w Polsce nie odczuła żadnej dysproporcji pomiędzy ilością uczniów i uczennic interesujących się naukami ścisłymi. Mimo to w olimpiadzie, w której zdobyła wyróżnienie, była jedyną kobietą w gronie laureatów. Warto pisać o takich naukowczyniach po to, by więcej kobiet odważyło się na karierę w branży technologicznej. Wszyscy na tym skorzystamy.