HDTV: La televisione ad alta definizione
In questo articolo cercheremo di spiegare il concetto di HDTV.
Prima di tutto, daremo un'occhiata alla tecnologia della TV analogica e successivamente spiegheremo che cos'è l'HDTV
Riassumiamo brevemente il metodo di ricezione del segnale TV.
Una immagine TV analogica è costituita da 625 linee e viene ripetuta 25 volte in un secondo. Le 625 linee TV non vengono impiegate totalmente per descrivere l'immagine. Infatti oltre alle informazioni sul contenuto di luminanza e crominanza dell'immagine sono necessarie quelle di sincronizzazione che richiedono un periodo di pausa di ben 49 linee. Le linee attive dell'immagine sono quindi 576.
La risoluzione massima di una TV analogica standard è di 720 x 576 pixel.
L'HDTV è parte della DTV (Televisone Digitale), che offre diverse risoluzioni video.
Gli standard presenti sul mercato sono attualmente gestiti dalla ATSC, un'associazione che raccoglie alcuni tra i più importanti enti americani ed internazionali del settore. I principali standard proposti da questa associazione per l'HDTV (High Definition Television) sono i seguenti:
la "i" significa interlacciato e la "p" significa "progressivo"
Con rapporto d'aspetto di 16:9 e frequenza di quadro da 24 a 60 Hz.
Le linee totali di scansione sono 1125 (1250 con frame rate a 25 Hz) per il primo e 750 per il secondo, dalle quali vanno escluse le linee di servizio.
Il formato progressivo fornisce immagini più stabili ma meno definite, quello interlacciato può essere affetto da sfarfallio ma è più definito.
In tabella vengono rapprentati i principali formati video ed i loro parametri
| STANDARD | TV-PAL | HDTV 720p | HDTV 1080i | VGA | SVGA | XGA | SXGA | UXGA |
| Risoluzione orizzontale (TV Line) | 403 | 504 | 756 | 336 | 420 | 538 | 717 | 840 |
| Numero totale dei pixels orizzontali attivi | 538 | 1280 | 1920 | 640 | 800 | 1024 | 1280 | 1600 |
| Numero totale di linee di scansione attive | 576 | 720 | 1050 | 307 | 480 | 768 | 1024 | 1200 |
| Aspect Ratio | 1,33 | 1,78 | 1,78 | 1,33 | 1,33 | 1,33 | 1,33 | 1,33 |
| Numero totale di pixels orizzontali | 650 | 1650 | 2200 | 800 | 1056 | 1328 | 1720 | 2160 |
| Numero totale di linee di scansione | 625 | 750 | 1250 | 504 | 625 | 806 | 1057 | 1242 |
| Interlacciato (I) Progressivo (P) | I | P | I | P | P | P | P | P |
| Frame rate (Hz) | 25 | 50 | 25 | 76 | 76 | 76 | 76 | 76 |
I segnali HDTV utilizzano una compressione MPEG-2
La compressione MPEG
Un filmato video è composto da un certo numero di immagini fisse, presentate sullo schermo con una data cadenza, quindi, oltre alla compressione spaziale dei singoli fotogrammi, si possono sfruttare le correlazioni temporali presenti tra i fotogrammi successivi, dovute al fatto che, porzioni di immagine presenti in un fotogramma, possono essere presenti anche in un fotogramma successivo, anche se traslate o lievemente modificate. La compressione si ottiene codificando in questi casi soltanto le differenze con i fotogrammi precedenti e/o futuri.
Vediamo in dettaglio come l'MPEG sfrutta la ridondanza spaziale e temporale presente in un video.
L'MPEG suddivide i fotogrammi di un video in 2 tipi: i fotogrammi di tipo
I (Intra Frame) che sono codificati e decodificati in maniera autonoma, cioè
indipendente da fotogrammi successivi o precedenti. Per tale motivo i frame di
tipo I non sfruttano la ridondanza temporale ma solo quella spaziale. La
compressione di questi fotogrammi avviene tramite una suddivisione in riquadri
composti da 8 pixels per lato e l'analisi di ognuno di essi. La ridondanza nel
contenuto dei pixel consente di ridurre la quantità di dati necessari alla
creazione dell'immagine.
Se ad esempio l'immagine fosse composta da un soggetto di colore uniforme, il
risultato dell'analisi produrrebbe il medesimo valore per tutti i riquadri (8 x
8 pixels) dell'intera superficie, quindi la compressione opera copiando il
valore di un riquadro e ripetendolo per tutti gli altri.
Il secondo tipo di fotogrammi sono quelli di tipo P (Predictive Frame) e
di tipo B (Bidirectional Frame) che contengono informazioni relative alla
differenza tra frame successivi e precedenti sfruttando la ridondanza temporale
del video, cioè il fatto che fotogrammi vicini hanno spesso molta informazione
video in comune.
La maniera con cui i frame I, P, B sono disposti prende il nome di GOP (Group of Pictures). Normalmente il GOP lo si sceglie "IBBPBBPBBPBBP" e prevede una lunghezza massima di 12 frame. In questo modo si possono ottenere alti livelli di compressione ed una buona qualità d'immagine.
Tipi di connessioni utilizzate nei prodotti HDTV
Ingressi Video Component
Permettono il trasferimento di segnali video a larga banda di alta qualità,
esenti da disturbi da un lettore DVD, dal set-top box (decoder) HDTV, da decoder
DTV o da videoregistratori digitali.
E' uno standard che deriva dal mercato professionale, ed è pure un concetto non
molto semplice da spiegare visto la quantità di sigle che vengono usate per
identificare la medesima cosa. YUV, Y-Cb-Cr (Interlacciato), Y-Pb-Pr
(progressivo) sono tutti nomi che indicano la stessa cosa, in altre parole un
segnale a componenti separate.
Per questo collegamento si usa un cavo dotato di 3 connettori da ogni lato; uno (Y) porta le informazioni di luminosità e dei sincronismi orizzontali e verticali, uno (Cb) porta un segnale di differenza colore (B-Y), ed il terzo (Cr) dedicato al segnale di differenza colore (R-Y).
Il sistema di connessione component è in grado di trasportare e far visualizzare ai TV HD o HD Ready l'immagine in alta definizione.
DVI-I e DVI-D
DVI è il nuovo standard per la trasmissione di segnali video che prevede la presenza di due canali di trasmissione capaci di una risoluzione massima di 1280x1024 pixels con un refresh di 85Hz; L'attivazione del secondo canale avviene solo nel momento in cui il monitor utilizzato è in grado di visualizzare immagini con risoluzioni maggiori ai 1280x1024 e per la precisione comprese tra i 1600x1200 (UXGA) e i 2048x1536 pixels (QXGA).
Attualmente sono presenti due standard DVI: DVI-I e DVI-D
La decisione di rendere disponibili queste due differenti modalità per tecnologia DVI, è finalizzata a rendere meno traumatico possibile il passaggio dall'analogico al digitale, infatti la modalità DVI-I (Digital Visul Interface Integrated) consente ad un monitor digitale di essere connesso ad un dispositivo video sia digitale che analogico, mentre il DVI-D (Digital Visul Interface Digital) consente ad un monitor digitale di essere connesso esclusivamente ad un prodotto video digitale.
La connessione digitale garantisce un'elevata qualità dell'immagine ma è più sensibile alle condizioni di potenziale degrado del segnale video derivanti, per esempio, da contatti non ottimali.
HDMI
L'interfaccia HDMI (High Definition Multimedia Interface) è un nuovo standard studiato per la trasmissione digitale di segnali Audio/Video ad alta qualità.
Il segnale HDMI può integrare un segnale video digitale (compatibile con lo standard di trasmissione digitale DVI), un segnale audio (TDMS (Transition Minimized Differential Signalling) e il sistema di controllo di integrità del segnale HDCP (High Definition Content Protection) che permette di sfruttare delle modalità di trasmissione con larghezza di banda fino a 5 Gbit/sec.
Le applicazioni più dirette di questo nuovo standard sono l'Home Theater High End, HDTV e le applicazioni Audio/Video digitali ad altissima risoluzione.
Questa nuova interfaccia è infatti già presente su molti lettori DVD, Ricevitori Satellitari, Proiettori, Monitor panoramici, ecc..
Definizione di HD Ready
Non esiste uno standard comune per definire quali sono i TV HD Ready, si definisce ad alta definizione un televisore dotato di pannelli con risoluzione superiore a 720 linee orizzontali e con rapporto di aspetto 16:9, al di sotto di questa risoluzione l'occhio umano non percepisce una differenza apprezabile tra un segnale HD ed un segnale TV tradizionale.
Un'altra condizione fondamentale per definire un TV HD Ready è la presenza di una connessione ad alta definizione di tipo Componento o HDMI o DVI.
Per quanto riguarda la ricezione di un segnale tramite antenna, è necessaria la presenza di un sintonizzatore adatto allo scopo. Anche per questo motivo i televisori che ne sono sprovvisti vengono definiti HD Ready.
Un fattore molto importante per avere una buona immagine si TV HD Ready è sicuramente la qualità dei circuiti che permettono di adattare il formato dell'immagine in arrivo al display utilizzato, non esistendo uno standard unico per l'immagine ad alta definizione, ma come abbiamo visto precedentemente diversiformati, non è possibile avere uno schermo che corrisponda esattamente alle diverse risoluzioni HD.