Nuovo digitale terrestre: come funzionano DVB-T2 e HEVC

Nuovo digitale terrestre confronto standard

A causa del “taglio” di ulteriori 12 canali UHF (49-60 – in gergo “secondo dividendo digitale”) dopo i 9 persi con il lancio dei servizi 4G/LTE (61-69 – primo dividendo digitale), nel nuovo digitale terrestre che partirà da luglio 2022 è fondamentale adottare standard di trasmissione e compressione più efficienti se lo scopo ultimo è quello di mantenere la stessa offerta di mux e canali in termini di quantità e qualità.

Il DVB-T2, che verrà utilizzato per tutti i canali radiotelevisivi a partire dal 21 giugno 2022, adotta le più moderne tecniche di modulazione e codifica di canale già impiegate dal “fratello” DVB-S2 nelle trasmissioni satellitari.

Consente di raggiungere prestazioni vicine all’ottimo teorico (limite di Shannon) e garantire vantaggi tangibili in termini di incremento di capacità trasmissiva a parità di banda occupata (+50% rispetto al DVB-T) oppure di copertura del territorio a parità di potenza irradiata a tutto vantaggio delle emissioni elettromagnetiche.

Le costellazioni sono derivate dal DVB-T (QPSK, 16QAM, 64QAM), con estensione alla 256QAM e introduzione della tecnica delle costellazioni ruotate, per migliorare significativamente le prestazioni del sistema nei canali terrestri particolarmente critici. La tecnica base di modulazione è quella multi portante OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) che assicura trasmissioni affidabili su canali terrestri caratterizzati da propagazione multicammino.

Configurazioni più flessibili

Aumentando sia la dimensione della FFT (Fast Fourier Transform) sia i valori di guardia (1/128, 19/256 e 19/128 in aggiunta a 1/32, 1/16, 1/8 e 1/4 già utilizzati dal DVB-T) è possibile ottenere configurazioni del sistema più flessibili in relazione alle caratteristiche della rete di trasmissione e garantire un’efficienza trasmissiva significativamente più elevata rispetto all’attuale DVB-T.

Il DVB-T2 può trasportare flussi di ingresso singoli o multipli, di tipo Transport Stream o Generico (come IP), e ogni flusso (PLP, Physical Layer Pipe) può essere protetto (FEC e interleaving) in modo differente contro il rumore e le interferenze per ottimizzare le prestazioni in base al terminale e alla tipologia di ricezione (fissa o mobile).

Per ridurre il rapporto tra potenza di picco e potenza media del segnale trasmesso (PAPR), spesso elevato per segnali di tipo OFDM, il DVB-T2 attiva due meccanismi. Il primo è basato sulla tecnica “Tone Reservation” mentre il secondo sulla “Active Constellation Extension” ed entrambi consentono di ottimizzare la potenza dei trasmettitori.

Grazie a tutte queste tecnologie e innovazioni, il DVB-T2 consente un incremento della capacità trasmissiva fino al 70% rispetto al DVB-T se abbinato a un codec ad alta efficienza come l’HEVC.

Il DVB-T2 da solo non basta

Il passaggio dal DVB-T al T2 del nuovo digitale terrestre non è in grado di compensare da solo la drastica riduzione della banda UHF e deve quindi essere abbinato a tecnologie di compressione più moderne e performanti.

Oggi tutti i canali digitali terrestri trasmessi a definizione standard (576i), anche quelli che occupano l’arco di numerazione 5 (500-599) teoricamente riservato principalmente ai canali HD, utilizzano lo standard MPEG-2.

È stato introdotto nel lontano 1994, utilizzato prima nei DVD e poi nelle trasmissioni satellitari DVB-S e terrestri DVB-T garantendo immagini di buona qualità con bitrate ridotti (4-9 Mbps) e un forte risparmio di banda, in pratica fino a 10-15 canali per transponder/multiplex rispetto al singolo canale analogico.

In un’epoca dove ormai l’alta definizione la fa da padrone, l’Ultra HD è in piena affermazione e già si parla di 8K, l’MPEG-2 è ormai obsoleto e inadatto ad affrontare l’ennesimo taglio di risorse frequenziali come quello del prossimo switch-off che porterà al nuovo digitale terrestre.

I canali terrestri in alta definizione come Rai 1 HD, Canale 5 HD e La7 HD utilizzano invece lo standard MPEG-4 AVC (H.264), ormai diffusissimo a livello mondiale e utilizzato già da tempo anche per i canali e i contenuti a definizione standard via internet, satellite, ecc.

Il concetto alla base dello standard H.264 è la predizione intraframe che permette di distinguere gli oggetti in movimento da quelli statici semplificando il processo di digitalizzazione e riducendo lo spazio occupato. Indicativamente consente un risparmio di banda del 70-80% rispetto all’MPEG-2 e del 40-50% rispetto all’MPEG-4 a parità di qualità video. Secondo la roadmap stilata dal MISE, l’H.264 prenderà il posto dell’MPEG-2 su tutti i canali terrestri a partire dal 1° settembre 2021.

Il secondo e ultimo step dello switch-off introdurrà lo standard High Efficiency Video Coding (HEVC o H.265) su tutti i canali terrestri in abbinamento al DVB-T2 a partire dal 1° luglio 2022. Già impiegato da tempo nei dischi Blu-ray UHD 4K, dai canali satellitari 4K e dallo streaming IP, permette di raddoppiare il rapporto di compressione dati rispetto all’H.264 (50% di risparmio), migliorare la qualità video a parità di bitrate e supportare i formati ad altissima definizione come il 4K e l’8K.

rilascio switchoff nuovo digitale terrestre

Per ottenere questi risultati è stata aumentata la densità di pixel del blocco di codifica (da 16×16 a 64×64 pixel) così da sfruttare meglio la correlazione tra pixel vicini, utilizzando partizioni complesse (es.: rettangolari e combinate) al posto dei precedenti macroblocchi, migliorando l’accuratezza delle tecniche di predizione e ottimizzando il sistema di trasmissione dei vettori in movimento all’interno del flusso video.

Più semplice avere canali HD

Nel nuovo digitale terrestre, l’accoppiata DVB-T2 HEVC non solo eviterà la perdita di decine di canali televisivi in SD/HD causata dal dimezzamento dei mux a disposizione in seguito all’adozione del nuovo PNAF (Piano Nazionale di Assegnazione delle Frequenze) ma agevolerà il passaggio all’HD per quei canali che non avevano banda sufficiente e che dovevano necessariamente traslocare sul satellite.

Dopo alcuni test, la Rai ha spiegato che, nonostante il dimezzamento dei mux a sua disposizione (da 5 a 2,5 – vedi dettagli più avanti), da luglio 2022 potrà trasmettere fino a 14 canali nazionali e tematici in HD (oltre ad alcuni regionali in base al contratto di servizio) con una qualità paragonabile a quella attuale e anche un canale UHD (Rai 4K) di buona qualità (bitrate 15 Mbps).

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