TV fino a 8K via satellite

Luglio
Abbiamo appena intravisto l’arrivo della TV 4K che già si accendono le luci sulla prossima ultra definizione 8K, di cui sono già apparsi i primi televisori all’ultimo CES di Las Vegas, ma per la quale mancava un canale di trasmissione abbastanza capace. Lo scorso febbraio, il Comitato DVB riunito a Ginevra ha approvato le specifiche del nuovo standard denominato DVB-S2X (X sta per eXtension) che estende le prestazioni dello standard di trasmissione DVB-S2 oggi utilizzato per il broadcasting TV via satellite. I miglioramenti riguardano non solo la capacità, aumentata del 30% fino al 50%, ma anche la flessibilità per diversi settori d’impiego. Alberto Morello del Centro Ricerche RAI, chairman del Comitato DVB, ha dichiarato di essere rimasto impressionato dallo spirito delle aziende europee, americane e asiatiche appartenenti a diversi settori, broadcasting e professionale, unite nel collaborare al progetto di uno standard comune. 
L’impiego del DVB-S2X, assieme al nuovo codec di compressione HEVC, apre la strada alla distribuzione via satellite di segnali TV con qualità fino a 8K, la massima oggi esistente per la qualità video e di cui esistono già le camere di ripresa, mentre i display saranno disponibili a breve.
Nelle mostre del broadcasting degli ultimi anni abbiamo ammirato diverse dimostrazioni 8K realizzate dalla TV giapponese NHK con la denominazione Super Hi-Vision (SHV). L’industria satellitare attendeva l’arrivo di questo più potente standard di trasmissione che contribuirà a fornire più slancio allo sviluppo del broadcasting via satellite.

Il nuovo standard DVB-S2X
La necessità di sviluppare un nuovo standard di trasmissione satellitare era sentita da alcuni anni per ottenere rispetto al DVB-S2 una migliore efficienza di utilizzo della banda del transponder, per le grandissime capacità dell’Ultra HDTV sia 4K sia 8K e una migliore interoperabilità fra diversi servizi di distribuzione e contribuzione. La società americana Newtec già da alcuni anni ha assunto l’iniziativa di sviluppare un nuovo standard unendo i propri sforzi con altre società del comitato DVB per raggiungere l’importante obiettivo.
Le specifiche dello standard DVB-S2X sono state pubblicate a marzo 2014 nel documento DVB-S2X BlueBook.
I principali parametri che hanno contribuito al miglioramento delle funzionalità si possono così riassumere.
–    Adozione di modulazione più efficienti fino al 64 APSK contro 8PSK del DVB-S2 (Figura 1).
–    Un filtraggio più selettivo del segnale con una ripidità dei fianchi regolabile, con fattore di Roll-Off compresi fra 5% e 15% (Figura 2) per utilizzare le frequenze fino ai limiti di banda.
–    Il filtraggio più selettivo consente di allocare segnali diversi più vicini fra loro (Figura 3).
–    Codici di correzioni regolabili a step ridotti per una più precisa regolazione delle distorsioni. 
–    Supporto di diverse configurazioni di rete.
–    Pre-distorsione per compensare la non linearità del transponder.
–    Possibilità di operare con valori ridotti di SNR.
–    Possibilità di combinare fino a tre diversi canali satellitari.
–    Utilizzo di protocolli DVB-GSE adatti per broadcasting domestico full IP.

In Figura 4 sono riassunti i miglioramenti di efficienza spettrale che le nuove caratteristiche del DVB-S2X comportano rispetto al DVB-S2 in una banda di 36 MHz. La curva dà l’andamento dell’efficienza spettrale in funzione del rapporto segnale/disturbo SNR (Signal-To-Noise ratio). Con SNR= 15 dB si ha un miglioramento dell’efficienza spettrale - e perciò della capacità trasportata - del 37%.
Questo è il caso di collegamenti di contributo con antenne a terra da 1,5-2 mt. Con SNR= 8 dB il miglioramento è del 27%. Quest’ultimo è il caso della ricezione domestica con antenne tipicamente di 80 cm. In tale circostanza la capacità che il DVB-S2X può trasportare in un canale di 36 MHz diventa di 80 Mbs, invece di 60 Mbs con il DVB-S2, e perciò sufficiente per un programma Ultra HD da 8K codificato con HEVC. Sarà inoltre possibile combinare due o tre canali satellitari per trasportare un segnale con capacità totale di 160 o 240 Mbs!

Messa a punto della catena satellitare
Gli operatori satellitari hanno cominciato a valutare l’impatto del nuovo standard DVB-S2X sulle caratteristiche delle loro catene di trasmissione satellitare. Sono in corso diversi studi di fattibilità di cui gli operatori e i costruttori di sistemi hanno riportato le loro valutazioni nei principali congressi internazionali.
Alla conferenza SPACOMM 2014 svoltasi in febbraio a Nizza alcuni operatori, fra cui Eutelsat, hanno presentato le loro considerazioni sull’argomento che si presenta di grande interesse e le cui conclusioni richiederanno ancora diverse verifiche.
Eutelsat ha in particolare posto l’attenzione sul filtraggio molto spinto con bassi valori di roll-off utilizzato nel DVB-S2X, che richiederà una maggiore linearità dei blocchi per evitare degradazioni del segnale soprattutto quando si tratta di multi-carrier. Sono richiesti perciò cambiamenti nei diversi blocchi del sistema. Nella stazione di uplink e nel transponder servono perciò amplificatori con maggiore potenza per operare con superiore linearità nelle condizioni nominali, e ad evitare prodotti spuri fuori banda. Nei modulatori e demodulatori servono opportune tecniche di pre e post compensazione. Tutte varianti che non fanno parte delle specifiche dello standard, ma che dovranno essere concordate fra i costruttori affinché possano essere recepite nella realizzazione dei chipset da utilizzare nei diversi blocchi.

Impieghi all’orizzonte
I primi impieghi del nuovo standard DVB-S2X riguarderanno soprattutto il settore professionale con transponder sia in banda Ka sia in banda Ku. I principali impieghi professionali sono:
–    Servizi di contributo video fisso e mobile attraverso il satellite (SNG, Satellite News Gathering).
–    Distribuzione dei segnali ai ripetitori terrestri della TV digitale terrestre.
–    Distribuzione e contribuzione di segnali IP a postazioni mobili e fisse.
–    Collegamenti Business-To-Business attraverso i sistemi VSAT.
Successivamente al mercato professionale è previsto l’arrivo dei componenti adatti per il mercato consumer, che saranno combinati con i componenti del codec HEVC la cui disponibilità consumer è prevista dal 2016. La televisione giapponese NHK ha già pianificato riprese in 8K delle Olimpiadi di Tokyo nel 2020, con diffusione attraverso il satellite. Dopo tale data inizierà presumibilmente la fase del mercato consumer del DVB-S2X.
L’evoluzione del numero di programmi TV diffusi attraverso il satellite in un transponder di 36 MHz è riassunta in Figura 5. Come si può osservare l’evoluzione della diffusione digitale è iniziata nel 1997, quando venivano trasmessi 8 programmi con definizione SD o due programmi HD con standard DVB-S e codec MPEG-2. La situazione odierna consente dal 2006 la diffusione di 6 programmi HD o (più avanti) di un programma U-HD 4K con standard DVB-S2 e codec MPEG-4.
La prossima evoluzione dal 2015, con l’avvento della codifica HEVC combinata con DVB-S2, consentirà la diffusione di 12 programmi HD o 3 programmi U-HD 4K. Infine, si arriverà agli anni successivi al 2020 quando l’utilizzo del nuovo DVB-S2X con codifica HEVC consentirà di diffondere 4 programmi U-HD 4K oppure di un programma U-HD da 8K. Il cammino che traccia l’evoluzione della tecnica di distribuzione satellitare è così definito e, grazie all’arrivo del DVB-S2X, assicura un futuro di sicuro successo presumibilmente fino alla metà di questo secolo.

Lo standard 8K
Sotto la spinta di NHK con la sua Super Hi-Vision, lo standard della TV 8K è stato definito da ITU nel 2012, prima dello standard 4K, ancora oggi in dirittura d’arrivo. Mentre la definizione della 4K è paragonabile a quella dell’occhio umano (da cui il nome di “Retina” imposto da Apple), la definizione dell’8K, quattro volte maggiore dell’HD, è superiore a quella dell’occhio umano, cioè non possiamo distinguere i pixel delle immagini 8K. Il frame rate arriva fino a 120 frame-per-second per la ripresa ottimale di soggetti in movimento. La distanza ottimale di visione è di 0,35 il diametro, ossia 0,7 volte l’altezza, corrispondente a un angolo di visione di 100-110°. Inoltre mentre nell’Home Cinema 2K e 4K il sonoro 5.1 o  7.1 è del tipo surround-2D, nell’8K il sonoro 22.2 è surround-3D con tre colonne verticali di altoparlanti frontali, due colonne di altoparlanti surround e due subwoofer per le basse frequenze. Grazie all’avvento del nuovo codec HEVC(H.265) il segnale 8K può essere compresso in 80 Mbs, rendendo fattibile il broadcasting via satellite e via terrestre. (Tabella 1)

Pronte le camere 8K, a breve i display 8K
Sono state realizzate da diversi costruttori camere di ripresa con definizione 8K sia in versione fissa sia portatile. NHK, in collaborazione con Astrodesign, ha sviluppato un modello particolarmente compatto e leggero con cadenza di ripresa fino a 120 fps (Figura 6). Utilizza un sensore di 25 mm da 33 megapixel in un case di appena 10x10 cm e peso 2Kg. Anche camere omologate come 4K adottano sensori 8K con una down conversione al 4K, come nel caso della Sony F65.
Negli ultimi anni abbiamo assistito nelle mostre internazionali a dimostrazioni di alcuni display 8K non orientati al mercato ma come dimostrazione della propria “capability” tecnologica allo scopo di promuovere l’altissima definizione. Questo è il caso dell’imponente display 8K al plasma da 145” presentato da Panasonic nel 2012 e che ancora oggi detiene il record di più grande display al mondo (Figura 7). L’incredibile progresso fatto dai costruttori negli ultimi anni ha permesso nuove e complete realizzazioni (anche se non si possono ancora considerare anticipazioni per il mercato di massa), presentate al recente CES 2014 a Las Vegas.
Samsung ha messo in mostra il suo primo TV 8K, identificato come Q-UHD o Quad Ultra HD (Figura 8) provvisto di un display 8K da 98”: senza dubbio il prodotto più appariscente del CES 2014. Si tratta di un prototipo con retro-illuminazione a LED dall’incredibile risoluzione di 7680 x 4320 pixel. Al primo sguardo, lo schermo appare monumentale e con un livello di dettaglio da mal di testa. Secondo alcuni addetti ai lavori è come guardare da un portale verso un altro mondo.
Sharp ha presentato un pannello 8K 3D glasses-free da 85”, del tipo auto-stereoscopico (Figura 9), capace di visualizzare immagini in 3D senza occhiali (attivi o passivi che siano). La tecnologia è stata sviluppata in collaborazione con Dolby e Philips, due delle compagnie con il maggior know-how in materia, maturato in anni di sperimentazioni. Per la dimostrazione sono state presentate riprese 2D in formato nativo realizzate con videocamere 8K da NHK. I colori risultavano naturali e non era possibile distinguere i singoli pixel anche avvicinandosi allo schermo. Come per il TV 8K di Samsung non esiste alcuna data d’uscita, trattandosi di prototipi attualmente non finalizzati alla commercializzazione per il mercato di massa. Sharp ha raccontato come Netflix stia preparando contenuti 8K per upscaling di riprese 4K, mentre NHK si sta attrezzando per le riprese delle Olimpiadi di Tokyo nel 2020 e per la distribuzione su infrastrutture broadband.

Appuntamento con le Olimpiadi di Tokyo 2020
Le prime riprese con lo standard 8K sono state realizzate da NHK in occasione delle Olimpiadi di Londra del 2012 e trasmesse in Gran Bretagna attraverso una rete in fibra ottica universitaria denominata Janet, con successive trasmissioni in streaming attraverso una rete broadband a Washington DC, Tokyo e Fukushima. Keiichi Kubota, Direttore Generale di NHK ritiene che la grossa capacità necessaria (80-100 Mbs con il codec più evoluto) per trasmettere segnali TV 8K troverà una adeguata risposta anzitutto dal satellite e successivamente dal digitale terrestre, mentre la distribuzione via reti IP richiederà la fibra ottica direttamente nelle abitazioni. In Giappone lavorano per usare la banda 21 GHz per la diffusione da satellite e collaborano allo sviluppo del nuovo DVB-S2X.
La FIFA World Cup 2014 e le Olimpiadi 2016, entrambi in Brasile, rappresenteranno il lancio al grande pubblico della TV 4K, anche se recentemente Niclas Ericson, responsabile della Divisione TV della FIFA, ha dichiarato l’intenzione di riprendere tali eventi in 8K per creare materiale dimostrativo e di down convertirli a 4K per la diffusione.
L’appuntamento che permetterà al pubblico mondiale di vedere la TV 8K è previsto in occasione delle Olimpiadi di Tokyo nel 2020 (Figura 10). Panasonic, sponsor di Tokyo 2020, annuncia una stretta collaborazione tecnica con l’emittente di stato giapponese NHK, per assicurare le riprese e la trasmissione delle Olimpiadi di Tokyo 2020 a risoluzione 8K. Il vice-presidente della multinazionale nipponica Shiro Nishiguchi ha confermato che le riprese saranno effettuate con telecamere 8K Panasonic e che le sfide più grandi riguarderanno le fasi di post-produzione, encoding e trasmissione. Al momento, secondo la stessa Panasonic, i costi sono ancora proibitivi, ma i prossimi sei anni serviranno ad abbatterli e mettere a punto l’intero ecosistema. Della stessa opinione sembrano essere anche la BBC e Sky, interessate a poter trasmettere le Olimpiadi di Tokyo in 8K, ma preoccupate degli investimenti necessari per aggiornare le loro rispettive infrastrutture di produzione. Entrambe le emittenti confermano che, per loro, il broadcast 8K non arriverà prima del 2020.
Operatori e tecnici confidano che dalle esperienze condotte in occasione delle Olimpiadi di Tokyo, uscirà la tecnologia 8K adeguata per il mercato di massa previsto nel corso degli anni 2020.

Consulta l'intero articolo in formato pdf

Pubblica i tuoi commenti