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“Europei di Atletica 2018: Gino Alberico (RAI CRITS) al X seminario SMPTE

Le tecnologie su cui poter operare domani.

Mediaset ha ospitato, verso la fine si settembre e presso la sua sala Camana del Centro di Produzione TV, la X (decima) edizione del Seminario “SMPTE Emerging Technology”.

La SMPTE, oltre che ente normatore, è l'associazione che si occupa di
formazione per la diffusione della cultura tecnica dei media ed è in questa ottica che ha inserito a pieno titolo questo Seminario con l'obiettivo di esaminare la continua evoluzione tecnologica dell'industria broadcast e new media, in particolare telecomunicazioni “broadband”.

 

In questo contesto si è inserito l'intervento di Gino Alberico (RAI CRITS) sulla sperimentazione RAI effettuata nel corso degli Europei di Atletica 2018, sui nuovi formati televisivi avanzati (4k/HFR su T2; UHD su 3GPP rel.14).

Alberico ha centrato almeno tre delle principali linee di tendenza sottolineate da SMPTE che riguardano:

  1. consolidamento della tecnologia full HDTV – basata su un segnale video digitale seriale (SDI) progressivo (50 quadri/sec.) in 2K (circa duemila pixel per riga), con miglioramenti della risoluzione sia temporale (HFR, High Frame Rate), che di luminanza (HDR, High Dynamic Range) e di colore (WCG, Wide Color Gamut), e su un segnale audio avanzato (NGA, Next Generation Audio)

  2. impiego delle più evolute tecnologie UHD (Ultra High Definition) del 4K (circa quattromila pixel per riga) e 8K (circa ottomila pixel per riga) per un’ampia gamma di finalità, che vanno dalla diffusione sulle reti televisive convenzionali (terrestri e satellitari) e su quelle informatiche.

  3. connettività a banda larga col 5G, tecnologie e standard di telefonia mobile di quinta generazione, che, permettono prestazioni e velocità ben superiori a quelle attuali e soprattutto una bassa latenza, così da consentire anche il trasporto di immagini in UHDTV. 

I risultati dei test effettuati negli Europei di Atletica 2018 erano intesi soprattutto per capire se vale la pena operare -domani- su questi formati, analizzandone pro e contro. I test sono stati effettuati da Rai in tandem con EBU e 5 membri (Rai, BBC, France TV, ZDF, istituto di ricerca RT) e una ventina di partner industriali, che hanno messo in piedi una filiera completa di riprese, processing, registrazione, e distribuzione di contenuti live UHD con HDR e NGA.

Per le riprese le camere erano Sony HDC 4300 e poi sono stati approntati sistemi multi vendor in grado di produrre, storare e trattare segnali 2160 P100 con HDR e tutto quanto serve per realizzare un near real time editing, con recording non compresso.

Per l'audio -in particolare sul lato produzione e monitoring- si è scelta una gestione della tecnologia immersiva - ossia come produrre un flusso audio immersivo - ma agnostico rispetto allo standard di emissione (Dolby AC4, MPEG-H, etc).

La distribuzione invece è risultata la parte più facile e consolidata e per l'audio oltre al segnale NGA sono stati trasportati anche due commenti mono e audio description in inglese e francese. 

La prima parte della sperimentazione era, infatti, portare questi segnali su una catena di trasporto e distribuzione. Qui tutto ha funzionato a livello di standard DVB e non mancano “anelli” in questa catena.

Tra i vendor della filiera vi erano SONY, EVS, Rohde & Schwarz, Schoeps, televisori LG, e per l'audio da Dolby (AC4), Fraunhofer-Gesellschaft (MPEG-H), Qualcom (MPEG-HOA), Ambisonic.

La catena produttiva prevedeva di non raddoppiare il flusso ma usare 8 cavi e segnali SD-SDI e non ancora su IP. La catena produttiva HFR prevedeva machine che hanno trattato frame pari e frame dispari opportunamente sincronizzati, ossia due catene parallele.

In produzione, sono stati realizzati diversi segnali, uno a 2160 P100 con HDR-HLG, retro compatibile SDR, con audio stereo (in quanto non c'è ancora modo di far processare a un ricevitore sia l'UHD che audio NGA, quindi per testare l'NGA era necessario scalare a un segnale HD a 100 Hz).

É stato prodotto anche uno Stream 1080 P50 per alimentare il trial 5G.

Tutti i segnali sono stati inviati via satellite e poi utilizzati in aria in Italia e a Monaco e via fibra a Glasgow.

Per il trasporto del segnale UHD/HFR, l'unica incognita che rimane è sulla retro compatibilità: può essere fatta in molti modi, per esempio inserendo tutto su un unico PID per trasmetterlo. Il problema è la non retro compatibilità degli attuali televisori UHD di fase 1.

Un altro modo è spacchettare questo segnale su due PID diversi, su uno vengono trasportati i frame pari e sull'altro quelli dispari e quindi un televisore di fase 1 non HFR è comunque in grado di presentare un segnale ripreso a 100Hz a 50Hz, però con qualche inconveniente, tipo un effetto “strobing” più o meno visibile a seconda del contenuto dell'immagine, del movimento e di come è stata fatta la ripresa (shutter tutto aperto o a 180° e così via).

Tale strobing è mitigabile se nel ricevitore è presente la funzione Motion Compensation Frame Interpolation.

Altri propongono modalità di trasmissione sempre col doppio PID ma su un flusso si inseriscono i frame pari e dispari sommati e sull'altro la differenza tra frame pari e dispari, con i relativi problemi di codifica dei due flussi in modo da renderli compatibili (il problema della retro-compatibilità nel trasporto viene dibattuto dal consorzio DVB nel meeting di dicembre 2018).

La trasmissione è stata effettuata su un satellite a 3 gradi ovest a 65 MB che portava tutti i servizi, uno con video 2160 P100, a circa 28/30MB in HEVC con audio AAC (con qualche problema perché tali bitrate non sono ancora gestiti in modalità constant), quindi serve ancora l'ottimizzazione dei decoder; il secondo servizio portava video con HFR e HDR però in risoluzione HD con i vari “falvour” audio NGA alternati nel tempo (ogni mezz'ora), e il terzo servizio che faceva da contributo per la rete 5G.

Tutto è stato irradiato (un flusso alla volta, ovviamente) sulla rete DVB-T2 in Val d'Aosta (trial dal 7 al 10 agosto, primo giorno col T2 in aria e gli altri giorni in 5G), su due canali portando sia UHD a 100Hz e sia HD a 100Hz per poterli vedere affiancati.

La ricezione avveniva su televisori LG con opportuno aggiornamento software e per la parte NGA, la decodifica Dolby avveniva nel televisore con controllo user interface a schermo e 5+2 altoparlanti discreti, oppure la parte MPEG-H veniva resa con una semplice SoundBar frontale. L'effetto immersivo e la resa era altrettanto piacevole.

Tra i risultati si è diffusa la sensazione che l'interfaccia utente in cui si possa scegliere quale oggetto ascoltare, decidere il volume rispetto allo sfondo, e posizionarlo nello spazio, siano menu piuttosto complessi per l'utente, al momento. È stato suggerito che sia meglio, forse, creare dei preset offerti dal broadcaster che semplificano l'interfaccia utente.

Per la trasmissione su 5G, tutti i broadcaster europei stanno cercando di portare ai tavoli del 3GPP (che si occupa degli standard in area mobile) i requisiti del servizio per i broadcaster, sia soprattutto per la distribuzione sia per la produzione (in fieri).

L'idea inseguita è rendere possibile la ricezione di servizi non legati alla sim o servizi broadcast stand alone e altro che vanno portati avanti nella standardizzazione del sistema 5G.

Oggi si sta sfruttando la release 14 del 3GPP che impiega tutta la banda assegnata senza dover dipendere da modalità unicast, quindi un mondo broadcast puro, oppure “supplementary downlink” dalla rete ai terminali mobili senza altre connessioni via sim.


Riassumendo, alcune considerazioni finali:

Le telecamere sono disponibili, mentre per tutto il resto della filiera UHD/HFR, si sono dovute utilizzare due catene a 50Hz in produzione.

Per la diffusione l'incremento del frame rate necessario per la codifica è solo del 20%, ma molto dipende dal contenuto e da un eventuale pre-processing (per ridurre lo strobing). Si tratta di un incremento di bitrate non significativo.

A livello di retro-compatibilità, le riprese fatte a 100fps e shutter 360° danno tendenzialmente una miglior qualità del base layer a 50fps rispetto al caso shutter 180°.

Alla domanda, “lo stesso contenuto visto nel confronto tra le riprese a 100Hz e a 50 Hz dimostra un salto di qualità importante?”, la risposta è stata: “dipende molto dal contenuto e da come vengono messi a punto i segnali.”

Il commento a questo dato è che richiede ulteriori approfondite analisi per fornire dati scientifici corretti, rispetto al metodo utilizzato.

Altro commento è che “In generale potremmo dire che su alcune sequenze si apprezza una maggiore fluidità del movimento ma senza un confronto affiancato tra HDR e HFR si potrebbe non cogliere il miglioramento.”

La EBU ha arricchito la propria libreria di sequenze di test con ulteriore materiale che viene messo a disposizione di tutti.



Per il discorso HDR/HLG vi è sostanzialmente una conferma della resa qualitativa superiore perfetta dell'HDR nelle situazioni di ripresa con elevata gamma dinamica, come negli stadi, con zone in luce e in ombra e le gare in notturna.

Sono stati testati diversi flussi di produzione per gestire output HDR e SDR simultanei con interventi minimi sulla catena di produzione.

Per il 5G è confermato che anche da torri broadcast è pensabile offrire un servizio in modalità SFN e la copertura dà buoni risultati anche nella ricezione mobile outdoor e veicolare (entro certe distanze).

Tutto funziona anche senza una rete unicast e tutto il servizio può esse contenuto in un'unica modalità broadcast; anche i terminali riescono a gestire correttamente la parte HEVC. 
Rimane da verificare è come si comporteranno con un segnale simile i nuovi telefoni che si professano anche HDR e apparati davvero 5G che sono previsti solo attorno al 2020/21.

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