2D e 3D insieme risparmiando banda

Aprile 2011. Le trasmissioni 3D su Tv Digitale terrestre di Quartarete TV in Piemonte rappresentano il primo caso in Europa di trasmissione di contenuti televisivi in 3D visibili anche sui normali Tv color purché ad Alta Definizione. Le trasmissioni con tecnica stereoscopica, finora promosse da svariati operatori privati, come SKY e Mediaset, sono infatti di tipo Frame Compatible, ricevibili soltanto  attraverso i televisori HDTV 3D (con gli occhiali) ma non visibili con i normali televisori HD e non.
Un’iniziativa tutta “locale”, nata dalla virtuosa collaborazione tra enti pubblici e privati presenti sul territorio quali il Gruppo Sisvel, l’operatore Quartarete TV e CSP Innovazione nelle ICT, che pone la Regione Piemonte all’avanguardia in Europa, su una tecnologia di punta per i prossimi anni.
Il nuovo sistema retrocompatibile si basa su un’innovativa tecnica di codifica delle immagini stereoscopiche 3D Tile Format, sviluppato da Sisvel, permette di integrare le due riprese L e R da 720p in un singolo fotogramma da 1080p/50 HD (figura 1). L’immagine L viene inviata inalterata, ed è ricevibile dai normali televisori 2D, mentre l’immagine R è sezionata in tre “fettine” (da cui il nome inglese tile) allocate all’esterno del frame L, compresse in H.264 e quindi trasmesse in un singolo frame HD per essere riprodotte con un televisore 3D.

Oggettivi vantaggi
Per trasmettere i contenuti stereoscopici il sistema 3D Tile Format rappresenta il migliore compromesso oggi disponibile fra la qualità dell’immagine 3D, la capacità di trasmissione impegnata e il servizio offerto dal broadcaster. Vediamo più in dettaglio.
– Qualità delle immagini: le immagini di destra e di sinistra ricostruite, mantengono la loro risoluzione originale, evitando uno sbilanciamento della risoluzione verticale o orizzontale, come invece avviene nelle soluzioni attuali (con il Side-by-Side si dimezza la definizione orizzontale, con il Top-Bottom si dimezza quella verticale).
– Capacità di trasmissione: viene impegnata la stessa capacità di trasmissione dei segnali HD 1080p, mentre con gli altri sistemi Service Compatible utilizzano una capacità maggiore.
– Retrocompatibilità: permette al broadcaster di raggiungere sia l’utenza 2D sia quella 3D senza dover raddoppiare l’occupazione di banda necessaria alla trasmissione. Invece con i sistemi Frame Compatible finora implementati dagli operatori privati occorre impegnare due canali Tv: uno per la normale trasmissione 2D, l’altro per la nuova trasmissione 3D. Naturalmente gli operatori pubblici, come RAI e BBC, preferiscono attendere la messa a punto dei sistemi di trasmissione Service Compatible per iniziare le trasmissioni 3D.

Gli standard 3D TV
Per la trasmissione delle riprese stereoscopiche Left e Right il Comitato DVB-3DTV ha stabilito due famiglie di standard per quanto riguarda la compatibilità con la TV 2D: Frame Compatible e Service compatible (figura 2).
– I sistemi Frame Compatible utilizzano la stessa sequenza di quadri e di righe, in definitiva la stessa infrastruttura utilizzata per la trasmissione 2D-HDTV concentrando le due immagini L e R in un solo quadro con il sistema bottom-up che dimezza la definizione verticale o il sistema Side-by-Side che dimezza la definizione orizzontale. I sistemi di trasmissione TV 3D Frame Compatible presentano il vantaggio di riutilizzare lo stesso decoder HDTV 1080i (naturalmente seguito da un televisore 3D), ma a scapito della risoluzione delle immagini che risulta dimezzata. Il segnale Frame Compatible però è utilizzabile solo da un televisore 3D, mentre risulta inguardabile con un normale televisore 2D. Il comitato DVB-3DTV ha già emesso le specifiche dei sistemi di trasmissione Frame Compatible, sono previsti otto diversi formati (fra cui 720p/50 o 60, 1080i/50 o 60, e 1080p/24) di interfacciamento attraverso connessione HDMI 1.4 e i criteri da adottare per consentire la corretta visione di grafica e sottotitoli nell’immagine stereoscopica. Tali specifiche sono utilizzate nelle trasmissioni di TV 3D già in servizio (es. SKY e Mediaset) e nei televisori 3D in commercio.
– I sistemi Service Compatible rendono possibile la visione della TV 3D a piena definizione e sono compatibili con i normali televisori 2D. Fra le proposte in esame troviamo il Formato 2D+Delta e il Formato 3D Tile Format.

Il Formato 2D+Delta, proposto da Panasonic, è già utilizzato per i dischi Blu-ray, richiede una capacità trasmissiva maggiore del 40% circa rispetto alla normale trasmissione HDTV utilizzando la codifica Mpeg-MVC (Multiview Video Coding) estensione della Mpeg-4 AVC. Consente di ottenere un’immagine Full HD.
Il Formato 3D Tile Format, sviluppato dalla società italiana Sisvel e proposto in collaborazione con RAI, non comporta nessun capacità aggiuntiva per la trasmissione e consente di concentrare due frame 720p L e R in un frame 1080p, ottenendo un’immagine 3D con definizione 720p.

Osservazioni sulle proposte di standard 3D
L’iter per approvazione dello standard Service Compatible dovrebbe completarsi nel corso del 2011. Sono in corso diverse discussioni pro e contro le differenti proposte, che impegnano svariati costruttori, anche perché l’approvazione di un formato da diritto al proponente di riscuotere royalties per il suo utilizzo.
In particolare le obiezioni alla proposta Tile Format riguardano soprattutto definizione 720p dell’immagine 3D un po’ inferiore. Infatti, la definizione 720p, pur se utilizzato su diversi sistemi di ripresa, è inferiore alla 1080p del formato 2D+Delta. La definizione 720p con 1280 x 720=921600 pixel è leggermente inferiore anche rispetto a quella dei sistemi Frame Compatible Side-by-Side e Top-Bottom pari a 960×1080 = 1920×540 = 1036800 pixel.
Per contro il sistema 3D Tile Format offre un grande risparmio di banda di trasmissione sia rispetto ai formati Frame Compatible (che richiede l’uso di due diversi canati TV) sia rispetto al Formato 2D+Delta (che richiede il 40% in più di banda).
Inoltre un’immagine composta da due fotogrammi 720p interi sarebbe meglio di un Side-by-Side o di un top botton, dove inevitabilmente la deformazione su uno dei due assi comporta una perdita di risoluzione o orizzontale o verticale.

La decodifica del segnale
Il sistema 3D Tile Format è basato su una serie di algoritmi che dividono l’immagine nelle varie parti, la comprimono in H.264 e quindi la trasmettono in un singolo formato HD, in modo da potere ricevere il segnale sia con televisori 2D che con televisori 3D (Figura 3).
I tecnici di Sisvel Paolo D’Amato e Giovanni Ballocca, in collaborazione con CSP-Innovazione nelle ICT, hanno sviluppato il sistema nei suoi vari dettagli. In particolare la retro-compatibilità con i TV 2D è assicurata da un parametro inserito in fase di encoding, che ordina al decoder e alla Tv di ritagliare l’immagine partendo dall’angolo in alto a sinistra.
Non tutti i decoder DTT prevedono questa funzionalità: in generale i tuner integrati nei TV 2D vanno aggiornati per interpretare correttamente il segnale di “crop” che ordina al TV o al decoder di ritagliare l’immagine 2D. Anche i decoder dei TV 3D vanno aggiornati per renderli compatibili con il nuovo sistema di trasmissione.
Il problema della retro-compatibilità sia con televisori 2D sia 3D già in commercio mediante un’apposita versione di firmware, potrà essere risolto quando il sistema 3D Tile Format sarà riconosciuto come standard e quindi introdotto nei prodotti.

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