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MPEG-2 è lo standard più diffuso per le trasmissioni TV in HD ma compaiono all’orizzonte nuovi schemi di codifica video, più efficienti. Di trasmissioni televisive digitali in HD si parla ormai da circa vent’anni. Agli inizi, le difficoltà tecnologiche erano insormontabili. Non era possibile “comprimere” il volume di dati necessari e trasmetterli utilizzando la banda disponibile con i normali canali analogici. Era necessario definire degli algoritmi di compressione per sfruttare al massimo la banda. Per questi motivi, circa una quindicina di anni fa venne definito lo schema di codifica video MPEG-2. Accettato ormai quasi universalmente per le trasmissioni televisive digitali a definizione standard (SD), lo MPEG-2 permette di utilizzare un normale canale analogico terrestre per trasmettere 4-5 canali digitali in SD oppure uno in HD. Da MPEG-2 a H.264 Lo schema di codifica video MPEG-2 è stato a lungo considerato sufficiente, in alcune parti del mondo, anche per le trasmissioni HD. Negli Stati Uniti, per esempio, l’HD è basata quasi esclusivamente su MPEG-2. Oggi, di conseguenza, sono molto diffusi in commercio materiali video che utilizzano il formato MPEG-2: film in DVD, spezzoni di filmati da videocamere amatoriali, programmi televisivi di vario tipo. Dopo il 1995, dopo la finalizzazione degli standard MPEG-4 e H.263, l’evoluzione delle tecniche di comunicazione video digitali e degli algoritmi di compressione ha permesso di introdurre un nuovo standard: H.264, noto anche come MPEG-4 parte 10 o AVC. Molto più efficiente del precedente, raddoppia la “densità” di trasmissione: un normale canale per la trasmissione di segnali televisivi analogici può ora ospitare un paio di canali HD codificati secondo lo schema H.264. Il nuovo standard di compressione è stato subito adottato con entusiasmo in Europa, innanzitutto in Francia, in seguito poi in Gran Bretagna. Anche in Italia, alcuni operatori stanno pensando di utilizzarlo. NEI MEANDRI DELLE TECNICHE DI COMPRESSIONE DIGITALE Nei meandri delle tecniche di compressione digitale Un nuovo standard: VC-1 Ma non è finita. Si stanno facendo strada nuovi schemi di codifica video: VC-1 è certamente uno dei più noti e garantisce una efficienza di compressione ancora più elevata. Altri stanno comparendo all’orizzonte. Già si parla di un prossimo VC-2; certamente i progressi delle tecnologie di elaborazione numerica e della microelettronica permetteranno una rapidissima evoluzione anche in questo settore. Tutti questi standard sono basati su tecnologie video efficienti, scalabili, in grado di produrre video ad alta qualità anche a frequenze di trasmissione dei dati decisamente inferiori rispetto alle soluzioni attuali. Possono essere utilizzati per qualunque tipo di periferica: televisori ad Alta Definizione, DVD, telefoni cellulari 3G (terza generazione) ecc. Gli operatori di broadcasting ne traggono enormi vantaggi: riescono a compattare in modo economico un maggior numero di programmi ad HD nello stesso “spazio”. Circuiti integrati per diversi sistemi di codifica Tutto ciò pone un grosso problema ai fabbricanti di chip che devono tenere il passo con il costante e tumultuoso cambiamento delle normative internazionali. Devono poter offrire, ai produttori di apparecchiature e sistemi, chip completi e flessibili, capaci di adeguarsi immediatamente agli standard emergenti ma che tengano conto dei più “vecchi” algoritmi di compressione senza che l’utente debba preoccuparsene troppo. In questa direzione va una serie di SoC (sistemi completi integrati in un unico chip di silicio) proposti dalla STMicroelectronics. L’approccio è semplice: integrare a bordo del componente le risorse necessarie per tutti gli algoritmi di compressione che hanno una sufficiente diffusione nel mercato, garantendo la flessibilità necessaria per seguire i continui cambiamenti delle normative e le evoluzioni degli standard. 86 I quaderni di
LA TV AD ALTA DEFINIZIONE SUL TRAMPOLINO DI LANCIO Una nuova famiglia di dispositivi della ST Nel mese di gennaio 2005, per esempio, la STMicroelectronics ha presentato la prima soluzione per decoder digitali per TV (set-top box, STB) su un singolo chip rispondente alle specifiche per l’HD H.264/AVC e VC-1. Il nuovo dispositivo, il primo di una serie di componenti di questo tipo, riunisce in un unico circuito integrato tutte le funzioni di un STB e i circuiti per la decodifica multistandard. Non è, quindi, un dispositivo addizionale da aggiungere a un prodotto esistente. Il suo livello di integrazione, reso possibile dall’impiego di una tecnologia di processo da 90 nm, ha permesso di ottenere una soluzione economica e completa. Il dispositivo inoltre contiene le più avanzate tecnologie codec per DVD-Audio e la codifica di sicurezza per DVD. Al suo interno, infine, risiede una potente CPU ST40 che lo rende una piattaforma ideale anche per Car Multimedia Center (centralina multimediale per l’auto) capace di pilotare direttamente applicazioni come il sistema GPS e gestire DVD e audio. L’audio, un fattore troppo spesso trascurato L’audio è, troppo spesso, un elemento trascurato quando si parla di algoritmi per la compressione del segnale televisivo in HD. Nessuno guar- Standard a confronto e requisiti di qualità Per capire l’HDTV di oggi è necessario risalire al 1981, quando l’NHK presentò all’ITU-R il nuovo standard MUSE come standard unico mondiale per la TV in HD, caratterizzato da 30 immagini al secondo su 1035 righe da 1920 punti. Il sistema HDTV proposto in alternativa dai paesi europei (HD-MAC) era caratterizzato invece da 25 immagini al secondo su 1152 righe da 1920 punti. Nel frattempo la delegazione italiana all’ITU propose un formato di immagine di “interscambio” fra MUSE ed HDMAC su 1080 righe da 1920 punti, ovvero un reticolo di immagine caratterizzato da pixel quadrati (poiché il rapporto LUGLIO/AGOSTO 2006 derebbe con soddisfazione immagini bellissime e nitidissime sullo schermo del proprio TV di casa se l’audio non fosse all’altezza delle aspettative. Anche per la codifica e compressione dell’audio, come per le immagini, esistono diversi schemi. E i produttori di chip devono garantire la flessibilità necessaria per adattarsi a tutti quelli che hanno una adeguata diffusione sul mercato. Qual è, quindi, la soluzione per l’interoperabilità delle codifiche? La proposta della STMicroelectronics è semplice: realizzare piattaforme potenti e flessibili, che integrano blocchi hardware capaci di decodificare in modo efficiente gli standard più “vecchi” e abbiano a disposizione la potenza e le risorse necessarie per adattarsi a quelli più nuovi ed emergenti. ST: leader nei chip per set-top box I primi esempi in questa direzione sono i dispositivi della serie STB7100, che hanno ulteriormente riconfermato la leadership che la STMicroelectronics si è conquistata nel mercato dei circuiti integrati per set-top box e che è stata confermata da una ricerca sul mercato dei dispositivi a semiconduttore per la decodifica video per MPEG, effettuata nel giugno 2005 da Instat, una società americana indipendente di ricerche di mercato. Fernando Parisi STMicroelectronics 1920 e 1080 è proprio 16/9). Una tale soluzione che al giorno d’oggi appare “scontata”, rappresentava all’epoca una lungimirante previsione che la TV era destinata ad una sempre maggiore integrazione con il mondo dei computer. Il MUSE rimase confinato in Giappone e l’HD- MAC venne abbandonato nel 1993, ma i vantaggi di questo formato di “interscambio” furono capiti a pieno dagli USA, che inserirono il 1080 righe come livello massimo nel nuovo sistema per la TV digitale (vedi Tabella). Guardando questa tabella si capisce come negli USA ci si fosse preoccupati di proporre una strategia “gerarchica” nel passaggio alla TV 87
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