La televisione Ultra HD arriva dal Sol Levante

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La televisione a ultra alta definizione, o Ultra High Definition Television, Ultra HD TV, o UHDTV, è stata proposta dalla rete televisiva pubblica giapponese Nippon Hoso Kyokai come nuovo livello di riferimento per le prestazioni dei televisori di prossima generazione. Originariamente NHK scelse il nome di Super Hi-Vision ma la Consumer Electronics Association (CEA) decretò a ottobre 2012 che si dovesse chiamare Ultra HD e ne fissò l’aspetto finale a 16:9 con una risoluzione minima di 3840×2160 pixel, in accordo alla ITU-R Recommendation BT.2020 (Rec. 2020) stabilita dall’International Telecommunication Union (ITU) che ne fissava anche la velocità dei frame a 120, 60, 50, 30, 25 o 24 fps nonché le caratteristiche di colore secondo la ITU-R BT.709 con una profondità di 8, 10 o 12 bit per ciascuno dei tre colori fondamentali.

Fig. 1 – Secondo gli esperti di NHK si può migliorare la qualità della TV solo aumentando molto il numero dei pixel, per implementare gli effetti di profondità percepibili dall’occhio e offrire una visione 3D realistica

L’idea di partenza degli esperti NHK fu la constatazione che la televisione 2D non avesse più nessuna chance di miglioramento, perché l’attuale qualità di visione in 2D non consente di introdurre gli effetti indispensabili per assecondare tutti i parametri della percezione visiva umana. In altre parole, per fare davvero un salto di qualità nella televisione bisogna abbandonare ogni ricerca e sviluppo sulla visione 2D, per dedicare tutte le risorse possibili allo sviluppo delle tecnologie 3D.

Tuttavia, per ottenere una visualizzazione delle immagini in 3D che possa risultare davvero realistica occorrono molti più pixel sullo schermo, necessari per dare agli effetti di profondità una percezione più somigliante a quella degli occhi umani e perciò gli esperti NHK sostengono che sia necessario moltiplicare di almeno un ordine di grandezza i pixel dell’attuale formato HDTV da 1920×1080, che sono poco più di 2 milioni, e quindi per uno schermo Ultra-HD in grado di visualizzare immagini 3D realistiche siano necessari come minimo 7680×4320 e cioè più di 33 milioni di pixel.

Fig. 2 – I televisori Ultra HD 4K hanno 8,3 milioni di pixel, ossia il quadruplo dei 2,1 milioni degli attuali Full HD e nello standard Ultra HD 8K saranno 33,2 milioni, con oltre un miliardo di colori

Si tratta del formato Ultra HD 8K, esattamente pari a sedici volte l’attuale Full HD, ma c’è anche una seconda versione che ha il minimo dei pixel richiesti dalla Rec. 2020, ossia 3840×2160, circa 8,3 milioni sempre in 16:9, ed è denominata Ultra HD 4K. Questa versione corrisponde a quattro volte il Full HD ed è già alla portata dei costruttori e delle reti televisive, che hanno già iniziato a sperimentarla, ma viene comunque mantenuta la compatibilità con i formati precedenti, nel senso che replicando ogni pixel HD in quattro si ottiene un pixel adatto per Ultra HD 4K e così via.

Qualità 3D in prospettiva

D’altro canto, in proporzione al numero dei pixel cresce anche la quantità dei bit che occorrono per rappresentare ogni immagine e, pertanto, anche la velocità in frame al secondo necessaria per visualizzarli sullo schermo e per catturarli con la telecamera. Non solo, ma occorrono anche più canali audio che NHK propone nel numero di 22.2 quindi il quadruplo rispetto ai 5.1 dell’HD. Inoltre, la Rec. 2020 dell’ITU prescrive la profondità di colore di 8 bit solo per mantenere la compatibilità con il formato Full HD, ma per le immagini Ultra HD la profondità di colore sarà di 10 oppure 12 bit per pixel per ciascuno dei tre colori fondamentali, il che significa che i colori riproducibili a 10 bit saranno 210x210x210 ossia oltre un miliardo e a 12 bit circa 68,7 miliardi e perciò enormemente di più rispetto a HD che ne prevede 28x28x28, ovvero “solo” 16,7 milioni.

Fig. 3 – Una stima della Société Européenne des Satellites sull’evoluzione del mercato dei televisori Ultra HD

Per gestire il tutto sono indispensabili algoritmi di correzione della gamma cromatica adeguatamente sofisticati e, secondo una stima NHK, usando una velocità di refresh di 120 fps sarebbe necessario oltre un centinaio di GByte per ogni minuto di trasmissione non compresso, il che significa che bastano dieci minuti di film per occupare un TeraByte tanto nella memoria del televisore quanto in quella della telecamera. Usando le consuete tecniche di compressione, questi valori possono ridursi di molto ma ciò nonostante i filmati con dimensioni nell’ordine dei TeraByte non sono ancora alla portata degli attuali sistemi di trasmissione.

C’è ancora tempo per seguire l’evoluzione della tecnologia Ultra HD, nonostante i roboanti annunci al CES di Las Vegas di inizio anno e alla CE Week 2014 organizzata da CEA a fine giugno a New York. Nel primo sono stati presentati nuovi modelli di televisori Ultra HD, come già successe nel 2013, ma con la novità che quest’anno i costruttori hanno decisamente sposato i diodi realizzati con polimeri organici, OLED, che hanno il vantaggio di essere già luminosi e quindi di non richiedere la retroilluminazione a LED, inevitabile negli schermi a cristalli liquidi LCD.

Con gli OLED sono già stati introdotti sul mercato numerosi schermi di visualizzazione plastici, incurvati e persino trasparenti, che offrono eccellenti prestazioni pur avendo un costo di fabbricazione inferiore, anche se per ora il loro prezzo sul mercato è ancora alto perché non c’è ancora una vera produzione di serie in grandi volumi. Nella seconda la CEA ha patrocinato la “Your Next TV Conference”, dove è stato coniato lo slogan “Connected Ultra HD Device” per descrivere le tecniche per il trasferimento via cavo o senza fili dei segnali Ultra HD.

Fig. 4 – È di Sharp il primo televisore Ultra HD 8K in formato da 85 pollici

NHK ha già iniziato una prima sperimentazione di trasmissioni satellitari Ultra HD 4K e prevede di arrivare a fare dei test sul formato 8K entro il 2016. SES, o Société Européenne des Satellites nata in Lussemburgo nel 1985, è uno dei principali operatori satellitari al mondo con una flotta di 53 satelliti geostazionari. Dai suoi satelliti ha iniziato in Europa la trasmissione di due canali demo Ultra HD 4K in collaborazione con il Fraunhofer Heinrich Hertz Institute, che ha curato lo sviluppo e l’adozione della nuova codifica standard HEVC (High Efficiency Video Coding), o H.265, erede dell’H.264/Mpeg-4 AVC e ora registrata come raccomandazione ITU-T H.HEVC e anche come ISO/IEC 23008-2 Mpeg-H Part 2. In pratica, la compressione HEVC raddoppia il rapporto della compressione dati rispetto alla H.264 e consente di trasmettere sugli attuali canali satellitari i segnali a ultra alta definizione sia 4K sia 8K anche fino a 8192×4320 pixel. L’esperto Deepak Mathur di SES prospetta un futuro roseo per la televisione Ultra HD, che piacerà soprattutto in Asia, poi in America e successivamente anche in Europa.

Fig. 5 – Il “Big Board” realizzato da Panasonic in tecnologia 4K LED per il Kentucky Derby di maggio

Pioniere nel settore è certamente Sharp, che ha presentato il primo televisore Ultra HD 8K in formato da 85 pollici al CES di Las Vegas del 2013 e oggi offre un’interessante scelta di schermi Ultra HD sia 4K sia 8K, a cristalli liquidi e in OLED, anche con superficie incurvata. Sony ha presentato alcuni nuovi televisori Ultra HD 4K e 8K con a bordo il processore grafico 4K X-Reality PRO, che consente di mantenere la compatibilità con l’attuale formato Full HD, mentre Toshiba ha introdotto i televisori Ultra HD 4K L9450U/L9400U da 84, 65 e 58 pollici e L8400U da 58 o 50 pollici, tutti con tecnologia di refresh ClearScan a 240 Hz. Panasonic (ex Mathushita) ha mostrato al CES di quest’anno il nuovo Studio Master Drive 4K LED, la cui tecnologia è servita per realizzare il gigantesco 4K LED Big Board in funzione al Kentucky Derby primaverile e ora viene usata nei televisori Ultra HD 4K WT600.

Lucio Pellizzari

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