Qualità video: perché filmati con la stessa definizione possono essere diversi?

La qualità video delle immagini televisive, dalla nascita dei primi schermi a tubo catodico (CRT) e canali televisivi terrestri a oggi, ha subito un’evoluzione a due velocità. Dal primo TV CRT prodotto dalla tedesca Telefunken e dai primi test di trasmissione effettuati dalla Rai negli studi di Torino, entrambi datati 1934, sono trascorsi ben 85 anni ma solo a partire dagli anni ’80 (in Giappone) e ’90 (in Europa e in Italia con i test dei Mondiali FIFA) ai vecchi standard Pal e NTSC a bassa definizione si sono affiancati quelli più moderni e raffinati come l’Hi-Vision giapponese e l’HD-Mac europeo. Questi sistemi hanno portato l’alta definizione sugli schermi televisivi, ancora a tubo catodico visto che i primi TV al Plasma e a cristalli liquidi (LCD) non furono disponibili prima della fine di quel decennio.

In un arco di 50 anni, quindi, le immagini televisive sono passate dal bianco e nero al colore, sono migliorate in precisione ma poco in termini di definizione (circa 500-600 linee orizzontali). Con l’avvento dell’HDTV, il balzo in avanti è stato netto e ha portato, in meno di 30 anni, alla nascita di nuovi standard tecnologici (Full HD, Ultra HD, 8K, 3D, HDR) che hanno permesso di avvicinare (e anche superare) in termini di qualità le proiezioni cinematografiche.

SD: poca banda e molti canali ma bassa qualità

Oggigiorno, le trasmissioni televisive digitali via satellite, terrestre, online e qualsiasi altro contenuto video sono disponibili con diverse qualità d’immagine.

Si parte dall’SD, acronimo di “Standard Definition”, con le 576 linee orizzontali adattate allo standard europeo Pal (che in analogico ne aveva originariamente 625) e le 480 dell’americano e giapponese NTSC. Con l’avvento delle trasmissioni e dei display digitali (LCD, Plasma, OLED, ecc.) che hanno portato alla nascita del concetto di “pixel” (punto d’immagine) e la variazione del rapporto d’aspetto (da 4:3 a 16:9), la risoluzione non viene più misurata solo in base al numero di linee orizzontali (in fase di trasmissione) ma anche di colonne verticali nel momento della visualizzazione su TV, monitor e videoproiettori.

Un’immagine Pal ha pertanto una risoluzione di 720×576 pixel (se in formato 4:3 o 16:9 “compresso” che viene poi “stirato” orizzontalmente) o 1.024×576 pixel (se in 16:9 “nativo”).

In realtà, però, le 576 linee orizzontali del contenuto video poi visualizzate attraverso i 576 pixel verticali del display, non sono quasi mai reali ma ottenute con un semplice espediente. Lo standard Pal utilizzato in ambito broadcast prevede infatti che il segnale sia composto da 576 linee trasmesse in modo alternativo (576i dove la “i” sta per “interlacciato”), ovvero prima quelle pari e poi quelle dispari a una frequenza di 50 fotogrammi al secondo (50 fps).

Le informazioni effettivamente trasmesse nella singola unità di tempo sono quindi dimezzate (288 linee reali) ma il display digitale del TV oppure il decoder collegato provvede a duplicarle (576p) senza però poter aggiungere informazioni utili a migliorare la qualità e la definizione dell’immagine che rimangono quindi basse. Nonostante tutto questo, lo standard SD viene tuttora ampiamente utilizzato da migliaia di canali televisivi DTT/SAT e contenuti video (es.: DVD ma in modalità progressiva – 576p – solo se si utilizza l’uscita video Component) per due semplici motivi.

Innanzitutto è totalmente compatibile con qualsiasi televisore indipendentemente dalla tipologia e dalla risoluzione del suo schermo (CRT, LCD, Plasma, SD, HD, ecc.). In secondo luogo, dal momento che la risoluzione dell’immagine trasmessa e la quantità di banda occupata sono proporzionali, in un mux terrestre, in un transponder satellitare, in un disco DVD (4,7-8,5 GB) o in un flusso di dati (streaming) è possibile ospitare molti più canali e contenuti riducendo così i costi ma a scapito della qualità delle immagini.

Alcuni canali terrestri e satellitari locali, in particolari quelli che trasmettono contenuti commerciali (televendite), adottano risoluzioni addirittura inferiori (352×576 o 352×288 pixel – 1/2 o 1/4 del Pal), poi adattate dal TV o dal decoder in base allo schermo utilizzato, con forti perdite di dettaglio che si evidenziano al crescere dalla risoluzione nativa del display.

HD 720p, immagini più definite

L’acronimo HD (High Definition) viene associato ai segnali video con risoluzione minima di 1.280×720 pixel o 720 linee progressive (720p), quindi generate e visualizzate in un solo passaggio e non alternate come nel sistema interlacciato appena visto. Questo significa che la maggiore risoluzione non è data solo da 144 linee/pixel aggiuntivi (720 meno 576) ma dal raddoppio delle informazioni che generano le immagini rendendole più precise, fluide e definite.

Il formato HD 720p viene generalmente utilizzato per alcune trasmissioni satellitari (es.: canali tedeschi, austriaci e svizzeri diffusi su Astra 19,2° Est e Hotbird 13° Est) e terrestri come quelle a pagamento di Sky (bouquet Sky TV, Sky Sport e Sky Calcio con numerazione LCN 455…486). È il formato che viene meglio visualizzato su un TV con display HD Ready (1.280×720 o 1.366×768 pixel) perché richiede pochissimi adattamenti ed elaborazioni che potrebbero ridurre la qualità dell’immagini. Rispetto al Full HD interlacciato che vedremo tra poco consente anche di risparmiare banda mantenendo però una migliore fluidità dell’immagine a scapito di una leggera perdita di dettaglio.

HD 1080i, il formato preferito dai canali TV

La quasi totalità delle trasmissioni televisive e i contenuti diffusi in alta definizione sulle piattaforme online utilizzano i formati Full HD con 1.080 linee in modalità interlacciata (1.080i) oppure progressiva (1.080p).

Il formato 1.080i, che molti definiscono HD al pari del 720p perché interlacciato e quindi “non completo”, è quello preferito dai canali televisivi satellitari e terrestri per due ragioni. Rappresenta il giusto compromesso tra banda occupata e qualità d’immagine e inoltre si adatta quasi perfettamente alla risoluzione nativa dei pannelli LCD/OLED dei TV chiamati “Full HD” (1.920×1.080 pixel). L’unica operazione che deve compiere il TV (oppure il decoder se il canale viene sintonizzato da un apparecchio esterno) è infatti il “deinterlacciamento”, ovvero il raddoppio delle linee del segnale video trasmesso in origine. Non servono invece altri interventi come, per esempio, l’upscaling (da una risoluzione inferiore a una superiore – es.: da 720p a 1.080p) o il downscaling + deinterlacing (da una risoluzione superiore interlacciata a una inferiore progressiva – es.: da 1.080i a 720p) che inevitabilmente portano a ridurre la qualità delle immagini.

Alcuni canali di Sky trasmessi via satellite, in streaming e disponibili on demand come Sky Sport, Sky Uno, Sky Atlantic e Sky Cinema Uno vengono trasmessi in formato “Super HD”, ovvero con una qualità superiore rispetto all’HD. La maggiore nitidezza, profondità e livello di dettaglio non dipendono però dall’utilizzo di un diverso formato (è sempre 1.080i), ma dalla minore compressione digitale a cui viene sottoposto e che spiegheremo in dettaglio più avanti.

1080p, il vero Full HD

Il formato 1.080p richiede un 25% di banda/spazio in più rispetto al 1.080i ma la risoluzione percepita è maggiore così come pure la fluidità. Bisogna però considerare che i sistemi di compensazione del movimento presenti nei TV ormai da anni, che aggiungono all’immagine nuovi fotogrammi creati ad-hoc per compensare il dimezzamento del frame rate (dai 60/50 fps del progressivo ai 30/25 dell’interlacciato), contribuiscono a rendere fluide anche le immagini interlacciate seppur con qualche artefatto che le rende talvolta innaturali.

Viene impiegato per i contenuti video disponibili su supporti fisici come i dischi Blu-ray (con capacità di 50 GB e oltre) e online (servizi di streaming on demand come YouTube, Netflix, Amazon Prime Video, DAZN, Now TV, ecc.). In questi casi il fattore banda/spazio non risulta critico, anche grazie agli algoritmi di compressione ad alta efficienza di cui parleremo in seguito, e la qualità dell’immagine ha pertanto la priorità su tutto il resto.

Si adatta perfettamente, ovvero pixel-to-pixel, agli schermi televisivi, ai monitor e ai motori d’immagine dei videoproiettori con matrice di 1.920×1.080 pixel e non richiede alcuna manipolazione così da preservare la qualità video originale.

Ultra HD 4K: quattro volte il Full HD e anche in HDR

Il formato Ultra HD rappresenta lo stato dell’arte delle trasmissioni televisive e dei contenuti video ad altissima definizione. Viene chiamato anche “4K” per l’approssimazione della sua risoluzione orizzontale, diversamente dai suoi predecessori come il 720p e il 1.080i/p dove il numero indicava il numero esatto di pixel/linee sull’asse verticale.

Questo formato può essere associato a due risoluzioni diverse, entrambe a scansione progressiva, a seconda dell’ambito di applicazione: il “vero 4K” cinematografico ha una risoluzione di 4.096×2.160 pixel mentre quello televisivo è leggermente inferiore e pari a 3.840×2.160 pixel per preservare il rapporto d’aspetto 16:9.

Calcolatrice alla mano, un’immagine televisiva Ultra HD è composta da 8.294.400 pixel, ovvero 4 volte il Full HD 1.080p (2.073.600) e 9 volte l’HD sempre interlacciato (720p – 921.600). Come è facile intuire, gli oltre 8 milioni di pixel assicurano filmati di altissima qualità, praticamente delle fotografie in movimento, con un livello di precisione e dettaglio da rendere estremamente reali e naturali gli elementi della scena, assicurando una profondità di campo con effetto tridimensionale senza ricorrere ai TV 3D (ormai non più disponibili sul mercato anche per questo motivo) e relativi occhialini.

Dal momento che i segnali video Ultra HD 4K richiedono molta banda per essere trasmessi sulle frequenze satellitari (massimo 1-2 canali per transponder) oppure in streaming via internet (la velocità richiesta è intorno ai 25 Mbps) e molto spazio per la loro archiviazione (da 10 a 100 GB per un film di 2 ore), la loro diffusione è ancora molto limitata nonostante il 90% dei televisori in vendita sia stato progettato e costruito proprio per consentire la visione ottimale di questo formato.

Sky trasmette a pagamento alcuni contenuti live e on demand in 4K (cinema, serie TV, sport, documentari, ecc.) visibili solo con i box Sky Q mentre il canale Rai 4K propone saltuariamente serie TV, film, documentari ed eventi sportivi e culturali esclusivamente via satellite all’interno della piattaforma gratuita tivùsat. I contenuti Ultra HD 4K sono disponibili anche su Netflix, Amazon Prime Video e Infinity (cinema e serie TV on demand), Rakuten TV e Chili (cinema), YouTube e altre piattaforme pay straniere satellitari e online.

La maggior parte dei contenuti Ultra HD disponibili via satellite, online e su supporti fisici (dischi Blu-ray Ultra HD) utilizza anche la tecnica HDR (High Dynamic Range – standard HDR/HDR10/HDR10+/Dolby Vision/HLG, ecc.) così da permettere ai TV compatibili di elaborare, anche singolarmente e con la massima precisione, le aree chiare e scure dell’immagine per meglio identificare i vari elementi (volti, panorami, ecc.), interpretare e riprodurre un maggior numero di sfumature, gradazioni e picchi luminosi che rendono la scena più simile a quella osservata nella realtà dall’occhio umano.

8K, l’altissima definizione con un effetto 3D naturale

Nonostante il formato Ultra HD 4K non abbia ancora raggiunto il suo picco di diffusione, già da anni si parla dell’8K, non solo in Giappone dove i test sono iniziati nel lontano 1995 ma anche in Europa.

Con una risoluzione di 7.680×4.320 pixel (oltre 33 milioni di pixel), ben 4 volte il 4K e 16 volte il Full HD 1.080p, promette visioni mozzafiato e un realismo che trasforma qualsiasi immagine in una finestra sul mondo, con un effetto 3D perfettamente naturale. Come già accaduto con il 4K, i primi televisori sono già in vendita (Sharp, Samsung, Sony e altri) ma, almeno in Europa, le uniche trasmissioni attualmente disponibili sono alcuni test trasmessi via satellite e sulle reti mobili 5G (come lo scorso torneo di tennis del Roland Garros) e qualche contenuto su YouTube. Dal 2020, i contenuti in 8K cresceranno esponenzialmente ma saranno, ancora per qualche anno, limitati agli eventi live (sportivi, culturali, musicali), ai film e ai documentari.

In Giappone è invece già attivo il canale satellitare BS8K del broadcaster pubblico NHK che trasmette film, documentari, demo e che la prossima estate garantirà la copertura totale dei Giochi Olimpici e Paralimpici di Tokyo.

L’importanza del bitrate e della compressione

La qualità delle immagini televisive non dipende solo dalla loro risoluzione ma anche dalla quantità di dati digitali necessari alla loro scomposizione (encoding – da analogico a digitale) e ricomposizione (decoding – da digitale a analogico > TV) e dal metodo di compressione impiegato per ottimizzare la banda e lo spazio a disposizione.

Nel primo caso si parla di “bitrate”, ovvero della quantità d’informazioni digitali (milioni di bit – Mb) trasferiti nell’unità di tempo (ps – per secondo).

Più informazioni si utilizzano, migliore (o più simile all’originale) sarà la qualità dell’immagine televisiva ma anche maggiore lo spazio occupato. Il codec di compressione, invece, utilizza speciali algoritmi che eliminano le informazioni considerate superflue per garantire la qualità video richiesta e ridurre la banda e lo spazio occupati. Alcuni codec sono più efficienti di altri, ovvero permettono di migliorare la qualità video (e supportare le trasmissioni ad alta definizione) a parità di spazio occupato o, viceversa, di ridurre lo spazio occupato a parità di qualità.

L’utilizzo di bitrate molto elevati e codec di compressione ad altissima efficienza non permette però di ottenere sempre i migliori risultati perché tutto dipende dalla qualità e dalla risoluzione nativa del video. Di norma, i broadcaster utilizzano valori di bitrate e codec idonei per le varie tipologie di trasmissioni, spesso variabili (solo nel caso del bitrate) per garantire una certa flessibilità all’interno del transponder satellitare o del mux terrestre a seconda della priorità data al singolo canale.

Un canale televisivo nazionale che trasmette un evento dal vivo ha sempre un bitrate maggiore (3-4 Mbps) rispetto a un canale locale che propone una televendita registrata (0,5-1 Mbps). Tuttavia, quando lo spazio è limitato (come sulle frequenze terrestri), in alcuni momenti potrebbero comunque comparire squadrettamenti più o meno evidenti che comportano una perdita di definizione dell’immagine, anche sui canali e sui contenuti “premium”.

Se poi consideriamo che tutte le trasmissioni DTT a definizione standard adottano gli standard DVB-T e MPEG-2, notoriamente i più collaudati ma anche i meno efficienti, è facile intuire che, a parte rari casi (Rai, Mediaset, La7, Discovery e pochi altri con bitrate medio superiore a 2-3 Mbps), la qualità delle nostre trasmissioni terrestri è piuttosto deludente.

La situazione dovrebbe tuttavia migliorare già nei prossimi mesi con l’adozione obbligatoria dell’H.264 AVC al posto del vecchio MPEG-2 e, a partire dal 2022, con l’accoppiata “DVB-T2 + HEVC” che permetterà di compensare la perdita di alcune frequenze (che saranno cedute ai servizi mobili 5G) favorendo un generale miglioramento della qualità video e, forse, l’arrivo di nuovi canali in HD.

Le tecnologie più avanzate e la maggior banda a disposizione sul satellite permettono già di beneficiare di bitrate più elevati (anche 5-6 Mbps) e di sistemi più efficienti come lo standard di trasmissione DVB-S2 e il codec MPEG-4 (+50% rispetto all’MPEG-2). Entrambi gli standard vengono impiegati anche per i canali SD ma, quasi sempre, solo per aumentarne il numero all’interno dei un transponder e non per migliorarne la qualità.

Tutti i canali HD e Full HD, sia satellitari che terrestri, richiedono un bitrate simile all’SD (5-6 Mbps in media) grazie al codec MPEG-4 ma, anche in questo caso, tutto dipende dalla banda a disposizione e dalle scelte del broadcaster. La qualità dei canali Rai e Mediaset in HD è eccellente (fino a 7,5 Mbps in MPEG-4) mentre quella dei canali Sky è inferiore rispetto al satellite sia per la differente risoluzione (720p invece di 1080i) ma soprattutto per i soli 5-6 Mbps a disposizione e l’utilizzo del vecchio MPEG-2.

Il formato Super HD di Sky, disponibile solo sul satellite, utilizza addirittura un bitrate ancora più elevato rispetto agli altri canali “solo HD” (fino a 15-18 Mbps) e il codec H.264/AVC (evoluzione dell’MPEG-4) così da ottenere una qualità video superiore limitando al minimo la comparsa dei tipici artefatti di compressione.

I canali Ultra HD 4K necessitano di bitrate elevatissimi (20-30 Mbps) ma soprattutto il codec ad alta efficienza chiamato “HEVC” (High Efficency Video Codec) che, a parità di qualità rispetto all’H.264 AVC, dimezza l’occupazione di banda (-63% rispetto all’MPEG-4).

Cavi e collegamenti: Scart, Cinch o HDMI?

Quando si collega al TV un decoder, un box multimediale oppure un lettore DVD/Blu-ray è fondamentale scegliere il connettore e il cavo più adatti per garantire la migliore qualità audio/video possibile. L’errore più frequente che si compie quando si cambia decoder, per esempio quando si passa da un vecchio modello a definizione standard a uno in HD (es.: da Tivùbox SD a HD, da Sky a MySky HD), è quello di riutilizzare il vecchio cavo Scart. Questo tipo di collegamento è nato alla fine degli anni ’70 per semplificare i collegamenti audio/video analogici e non è compatibile con i segnali digitali in alta definizione.

L’inganno è alimentato dal fatto che alcuni TV e decoder HD e Full HD continuano a offrire la presa Scart ma solo per permettere il collegamento dei vecchi dispositivi. Anche le uscite e gli ingressi di tipo “Cinch” con presa standard RCA di colore giallo (video Composito) e bianco-rosso (audio) supportano solo i segnali analogici a bassa definizione mentre gli stessi Cinch ma di colore rosso (video R), verde (video G) e blu (video B) supportano l’alta definizione limitatamente ai formati 720p e 1.080i (video Component).

Questo tipo di collegamento è ormai in disuso perché utilizzato solo dai vecchi dispositivi SD/HD ma può ancora essere utile per collegare al TV un lettore DVD con uscite Component che supportano il formato SD 576p (Pal Progressivo), ovvero con un leggero miglioramento della qualità d’immagine (ed una maggiore stabilità) rispetto allo stesso formato interlacciato (Pal 576i) che si ottiene attraverso la Scart.

Lo standard più utilizzato al momento per collegare tra loro apparecchi audio/video in alta definizione è l’HDMI. Concepito nel 2002, è stato via via aggiornato con nuove versioni che hanno permesso di aggiungere nuove funzionalità (controllo remoto CEC, audio bidirezionale, Ethernet, 3D, ecc.) e supportare l’evoluzione dei formati video.

Di norma, dalla presa HDMI possono transitare segnali video digitali a definizione standard (Pal interlacciato e progressivo – dalla versione 1.0 in poi), HD (720p, 1080i/p – da 1.0), Ultra HD 4K (da 1.4/2.0) e 8K (2.1). Per collegare al TV un dispositivo esterno di tipo HD, Full HD e Ultra HD è sufficiente utilizzare un cavo HDMI con dicitura “High Speed” o “High Speed with Ethernet” ed evitare quelli “Standard” che si fermano ai formati 720p e 1.080i e quelli senza etichettatura che sono spesso sinonimo di bassa qualità.

Migliorare la visione dei canali SD sui TV 4K

Dal momento che quasi tutti i televisori in commercio, soprattutto quelli di taglio più grande (dai 32 pollici in su), sono ormai dotati di schermi 4K, alcuni utenti si lamentano della scarsa qualità di visione dei canali a definizione standard. Si tratta di un problema reale che dipende soprattutto dalla sensibile differenza di risoluzione tra l’immagine del canale (composta da 576 linee o poco più di 400 mila pixel) e quella dello schermo (oltre 8 milioni di pixel).

Tutti i TV 4K adottano sistemi di “upscaling” per adattare il segnale SD allo schermo 4K abbinati a varie funzionalità che dovrebbero teoricamente ottimizzare la visione. Se, però, vengono impostate non correttamente, generano immagini impastate, con contorni poco definiti e colori innaturali. Il nostro consiglio è di provare le regolazioni predefinite (standard, cinema, sport, ecc.) con eventuali ritocchi manuali (contrasto, luminosità, dettaglio, colore, ecc.), disattivare tutte le funzionalità “avanzate” (motion control, filtro rumore, contrasto e colore dinamico, ecc.) e riattivarle singolarmente dosando al minimo l’intervento.

Queste procedure possono garantire buoni risultati con i segnali SD di alta qualità (es.: Rai, Mediaset, Sky) ma non sono in grado di compiere miracoli con quei canali che trasmettono a bassissima definizione. In questo caso, l’unica soluzione è guardare lo stesso canale su un’altra piattaforma (spesso la situazione migliora da DTT a SAT) oppure, se disponibile, nella versione HD. Se il TV ha ormai 7-8 anni di vita, si può anche valutare la sua sostituzione con uno dei nuovi modelli dotati di sistemi di upscaling intelligenti che esaminano accuratamente il contenuto e applicano l’algoritmo più adatto per ottimizzare la visione e farla sembrare “quasi HD” o “quasi 4K” anche se di qualità e risoluzione inferiore.

Da SD a HD a costo zero (o quasi)

Diversi canali Rai, Mediaset e Sky trasmessi sul digitale terrestre e sul satellite sono visibili sia a definizione standard sia in HD. Mentre, però, quelli di Sky occupano la stessa posizione sul telecomando e sono automaticamente accessibili nella versione migliore se si utilizza un decoder compatibile (Sky HD, MySky HD, Sky Q, ecc.), quelli di Rai e Mediaset si trovano in posizioni diverse (es. 1 per Rai 1 e 501 per Rai 1 HD).

Gli utenti meno esperti si trovano spesso a seguire i programmi di Rai 1, Rai 2, Rai 3, Rete 4, Canale 5 e Italia 1 sul DTT in versione SD perché collocati nelle prime 6 posizioni, facili da raggiungere sul telecomando, rinunciando così ai benefici dell’HD. Eppure basta ricordarsi di digitare le cifre “50” prima del numero del canale (50-2 per Rai 2 HD, 50-5 per Canale 5 HD) oppure copiarli in una lista preferita creata appositamente per essere facilmente accessibili senza bisogno di compiere acrobazie con le dita e i tasti del telecomando.

Anche su tivùsat i canali SD e HD hanno numerazioni diverse (per esempio 1 per Rai 1 e 101 per Rai 1 HD) ma alcuni decoder HD e TV certificati dotati della funzione “Easy HD” posizionano automaticamente le versioni HD dei canali nelle prime posizioni sostituendoli agli omologhi SD.