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4K e HDTV

Tutti i segreti dell’Ultra HD e del 4K

Ora che l’alta definizione è diventata una realtà commerciale, i centri di ricerca e l’industria del Broadcasting si interrogano su come sarà la televisione del futuro e sperimentano nuovi formati di ripresa per rendere più coinvolgente e realistica l’esperienza di fruizione degli utenti.

Con Ultra High Definition Television si vuole indicare uno standard che prevede una risoluzione di 3840 x 2160 pixel (8,2 milioni di pixel), formato detto anche “4k” perché ha una risoluzione 4 volte maggiore di quella prevista dal formato a 1920 × 1080 pixel. Lo standard UHDTV prevede anche un livello di risoluzione maggiore che arriva fino a 7.680 × 4.320 pixel (circa 33 milioni di pixel, formato conosciuto anche come “8k” o Super Hi-Vision). 

La tecnologia UHDTV è un’idea di cui si parla già da qualche anno, ma nel 2008 è stata proposta in via sperimentale dall’azienda giapponese NHK in collaborazione con alcuni partner tra cui BBC, RAI e Eutelsat la prima diffusione satellitare. Il primo filmato UHDTV è stato presentato dalla NHK nel lontano 2005. Era un filmato di circa 20 minuti appena, ma molto importante: dimostrava l’effettiva possibilità di effettuare filmati a questa risoluzione; tale filmato occupava ben 3.5 TB (terabyte, ovvero 3.5 migliaia di gigabye). Il che vuol dire che per un film di circa 2 ore erano necessari più o meno 20 TB.

Dal 2005, la tecnologia ha fatto passi da gigante e in particolar modo l’UHDTV ne ha giovato non poco. Soprattutto negli ultimi 2 anni sono stati registrati la maggior parte di tali progressi. Messa da parte la tecnologia 3D, i televisori UHD hanno assorbito per intero le attenzioni (e le fatiche) dei maggiori produttori di televisori del mondo. Sono stati presentati nuovi modelli di televisori sia nel formato 4K che nel formato 8K, sono state migliorate le tecniche di ripresa e realizzato un primo sensore CMOS con definizione 8K che permette di registrare immagini a 33 megapixel. La NHK realizza praticamente ogni mese delle prove di messa in onda di programmi registrati in 4K, mentre alcune piazze della Gran Bretagna hanno ospitato degli schermi giganti ad Ultra Alta Definizione che hanno trasmesso le immagini delle Olimpiadi di Londra. Ciò che rende possibile riprendere immagini a queste risoluzioni da 3840 x 2160 pixel è il fatto che ormai esistono già CCD (Dispositivo ad accoppiamento di carica) abbastanza capienti e processori in grado di elaborare velocemente questa immensa mole di dati.

Il Centro Ricerche Rai ed il Centro di Produzione Rai di Torino, hanno avviato nel 2009 una sperimentazione per verificare l’utilizzabilità di questo formato di ripresa nella produzione televisiva e la possibilità in un futuro prossimo di realizzare anche servizi verso l’utente grazie alla evoluzione degli standard di trasmissione/modulazione che consentono di raggiungere l’utente televisivo con un bit-rate adeguato alla trasmissione di 4 flussi HD 1920x1080 e di fatto equivalenti ad una risoluzione aggregata di 3840x2160 pixel. Per la sperimentazione del formato 4K è stata utilizzata una camera RedOne che dispone di un sensore da 12 Megapixel in grado di memorizzare il formato 4096x2304 in formato compresso utilizzando lo standard JPEG2000.

I produttori di elettronica di consumo già all’ultimo CES di Las Vegas hanno deciso: sarà l’Ultra HD il prossimo trend nel mondo dei Televisori. Dati questi due formati 4k e 8k, la Consumer Electronics Association (CEA) ha stabilito nel febbraio del 2012 che un UHD-TV deve avere un rapporto di 16:9 e una risoluzione minima di 3840x2160. Tutti i produttori, fatta eccezione per Sony, si sono adeguati a questa nomenclatura e definiscono i loro TV 4K come Ultra HD. Sony ha scelto di continuare con la definizione più “cinematografica” di 4K, espressione che si riferisce però a un formato standardizzato dalla DCI (Digital Cinema Initiative) che implica una risoluzione orizzontale di 4.096 pixel. In realtà, il formato della DCI è solo un riferimento, e in effetti i TV Sony sono TV Ultra HD a tutti gli effetti. Non ci sono infatti TV con un pannello da 4.096 x 2.160 pixel: per i produttori sarebbe troppo costoso realizzare un pannello con questa risoluzione perché implicherebbe un cambio radicale nei metodi di produzione. Realizzare invece un pannello Ultra HD da 3.840 x 2.160 è più semplice: sono 4 TV da 1.920 x 1.080 affiancate.

I contenuti con risoluzione 4K ad oggi sono molto pochi, e il motivo è intuibile: i Content Provider sono molto restii a concedere materiale video che ha una risoluzione praticamente identica a quella del master di partenza, e per di più senza sistemi di protezione all’altezza. Sony, che insieme ai TV 4K ha iniziato a distribuire un lettore 4K (negli States) lo ha dotato di sistemi di protezione impressionanti, e questo per contenuti nemmeno tanto recenti. Con un TV Ultra HD oggi si possono vedere pochissimi contenuti a risoluzione nativa: trailer e video dimostrativi su YouTube, ma serve un computer con hardware adeguato, qualche cortometraggio, fotografie tramite chiavetta USB e giochi per PC.

I TV Ultra HD, attraverso la connessione HDMI 1.4 possono gestire solo contenuti con una risoluzione massima di 3840 x 2160 a 30 frame al secondo. Una limitazione che non è assolutamente un ostacolo per vedere film in formato Ultra HD e in 2 dimensioni. I problemi nascono se si vuole vedere un film a 3.840 x 2.160 e in 3D a piena risoluzione: l’attuale HDMI 1.4 non riuscirebbe a gestire tale flusso di dati così come non riuscirebbe a gestire un computer collegato a 60 Hz. Ecco perché l’HDMI Group sta lavorando alle specifiche dell'HDMI 2.0 che, con una banda passante molto più ampia, eliminerà queste limitazioni. La versione 2.0 dell’HDMI era prevista a inizio anno ma è stata rimandata a fine 2013, e questo vuol dire anche che i primi chip compatibili con il nuovo standard non usciranno prima di qualche mese dal rilascio. I primi prodotti HDMI 2.0 vedranno la luce verosimilmente a metà 2014. Il passaggio da HDMI 1.4 a HDMI 2.0 comporterà, ovviamente, un cambio del controller quindi non sarà possibile un aggiornamento software. Tutto l’hardware andrà rinnovato. 

L’HEVC, High Efficiency Video Coding (o H.265) è il nuovo codec creato appositamente per gestire i segnali Ultra HD e lo streaming video di prossima generazione. Così come l’H.264 è stato il codec del Full HD e del HD, HEVC diventerà il codec dell’Ultra HD: questo promette una riduzione di circa il 50% di bitrate rispetto all’H.264, ma al momento è ancora una tecnologia in sviluppo. La bozza dello standard è stata approvata a fine gennaio 2013 e l’ITU ha approvato l’HEVC come standard il 13 aprile 2013. Ma il risparmio di banda sarà ovviamente a tutti i livelli. La necessità di una nuova tipologia di codifica specifica per l'UHD è strettamente connessa anche con l'esplosione della fruizione di contenuti multimediali su mobile. Sarà così possibile usufruire di contenuti alla massima qualità su smartphone e tablet con un risparmio di banda consistente.  Ad oggi non esistono ancora sul mercato encoder o decoder HEVC software da scaricare e utilizzare liberamente, così come non ci sono chip di decodifica hardware. L’unico produttore che ha annunciato un upgrade software all’HEVC è Samsung.                                                     

I Satelliti sono una naturale piattaforma per la diffusione di contenuti Ultra HD grazie alla loro disponibilità di banda e di copertura. L’Ultra HD richiede capacità di trasmissione significativa, che alcuni sistemi terrestri non saranno in grado di fornire ovunque ed immediatamente.  La capacità delle trasmissioni via satellite è completamente trasparente e non richiede nessuna modifica per accogliere le trasmissioni Ultra HD. Su satellite esistono già canali sperimentali che trasmettono segnali Ultra HD, ma non visibili agli utenti. Su Eutelsat 10° EST viene trasmesso un segnale Ultra HD su quattro diversi canali Full HD e per visualizzarlo serve un decoder apposito in grado di unire il “puzzle” in un unico segnale 4K. Su Astra, invece, sono iniziate trasmissioni sperimentali in DVB-S2 e HEVC, ma anche in questo caso servono decoder che ancora sono prototipi. Situazione analoga anche per il digitale terrestre: in Corea sono state fatte prove di trasmissione di segnali Ultra HD su digitale terrestre con DVB-T2 e HEVC, ma si tratta sempre di sperimentazioni. Nel 2014, i mondiali di calcio del Brasile verranno registrati e trasmessi da Sony in 4K, tuttavia saranno visibili solo nei cinema o in aree ristrette. Ci vorrà qualche anno prima di vedere un evento live trasmesso in Ultra HD, e la piattaforma candidata dovrebbe essere il satellite.

Sarà il 4K il futuro delle trasmissioni broadcasting e dei Televisori? Il consorzio DVB  ad Amsterdam mostrerà al proprio stand un esempio di broadcasting 4K con codifica HEVC trasmesso in un bouquet DVB - T2, utilizzando un unico canale 8 MHz .

 


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