Soluzioni programmabili per set-top box di nuova generazione

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assicurano consistenti vantaggi in termini di time-to-market e di time-in-market legati alla possibilità di interfacciare le tecnologie, i componenti e i sistemi più disparati. Essi, inoltre garantiscono anche significativi vantaggi in termini di prestazioni rispetto ai processori video digitali.

Mentre nei primi anni settanta l’unico prodotto necessario per vedere la televisione era un semplice apparecchio standard, negli anni 80 questo modello è iniziato a cambiare. I fornitori di servizi via cavo e via satellite hanno cominciato a chiedere ai loro utenti di connettere le TV alle loro reti. Parallelamente, alcuni operatori hanno iniziato a codificare i segnali TV trasmessi, imponendo – per la decodifica – l’impiego di particolari apparati. Oggi, la televisione digitale prevede il ricorso a un set-top box capace di ricevere e decodificare le trasmissioni traducendole in un formato adatto alla riproduzione su un apparato televisivo analogico. Il set-top box normalmente è connesso da un lato all’apparato televisivo e dall’altro alla presa d’antenna sul muro. Questo “box” – che di solito è posizionato sopra (“top”) al televisore – è installato e configurato dal service provider locale. Il panorama audio-video domestico sta rapidamente evolvendo da un semplice approccio di tipo analogico a un modello digitale che assicura varie centinaia di canali con copertura sulle 24 ore, accessi Internet e numerosi altri servizi. La convergenza tra le funzionalità offerte dalla televisione e le funzionalità tipiche del mondo PC implica una piattaforma capace di supportare tali servizi.

Con l’avvento di uno spettro estremamente ampio di proposte, i set-top box stanno arricchendosi di una serie di funzioni che esula da quelle strettamente legate al settore digital video. Le future generazioni di set-top box forniranno infatti nuovi servizi, quali ad esempio la capacità di mettere in pausa, registrare, memorizzare e riprodurre video live, video on demand (VoD) e di accesso Internet, controllo delle funzionalità di altri dispositivi consumer. Per tale motivo nei set top box verranno integrati nuovi componenti, tra cui memorie flash, hard-disk drive, chip di sicurezza, chipset di home networking eccetera. L’integrazione di tali componenti sarà assicurata da soluzioni logiche programmabili.

I Set-Top Box oggi

Un set-top box è un dispositivo che permette a un apparato televisivo di ricevere e decodificare un segnale televisivo e di assicurare un interfacciamento verso Internet. I set-top box Digital TV sono denominati ricevitori. Per gli utenti che desiderano utilizzare i loro apparati televisivi analogici per ricevere segnali digitali, i set-top box sono apparati essenziali. Queste alcune delle funzioni tipiche di un set-top-box: decodifica dei segnali digitali in ingresso; verifica dei livelli di sicurezza e dei diritti di accesso ai contenuti; separazione dei dati audio e video dal segnale decodificato; decodifica dei dati audio e video; presentazione del video sul dispositivo di visualizzazione; presentazione dell’audio sulle relative uscite; elaborazione e restituzione dei contenuti Internet e degli altri servizi interattivi; fornitura di una guida elettronica ai programmi e di prestazioni di controllo remoto.

Risorse di elaborazione per il Digital Video

Nel mondo della digital TV, un tipico set-top box digitale contiene uno o più microprocessori destinati al sistema operativo – Linux o Windows – e alla gestione del flusso di trasporto MPEG. Un set-top box include anche chip RAM, decodifica MPEG nonchè decodifica e elaborazione audio. I contenuti di un set-top box dipendono dallo standard digital TV utilizzato. I set-top box europei DVB-compliant contengono i componenti necessari per decodificare le trasmissioni COFDM mentre i set-top box ATSC-compliant contengono le parti necessarie per decodificare le trasmissioni VSB. I set-top box garantiscono livelli superiori di qualità, supportano le trasmissioni HDTV, prevengono gli effetti di “ghosting” e le interferenze e consentono alle emittenti di assicurare un’elevata flessibilità in termini di banda/qualità.

L’encoder MPEG-2, cuore di qualsiasi set-top box, è costituito da varie sezioni algoritmiche discrete che sovraintendono all’ elaborazione temporale (che rileva e rimuove le ridondanze temporali e quindi richiede la memorizzazione di varie immagini successive e l’esecuzione delle necessarie stime di movimento, delle compensazioni e di una semplice elaborazione che ricava – pixel per pixel – un segnale di differenza) e all’elaborazione spaziale (che tramite una DCT – Discrete Cosine Transform – rimuove le alte frequenze non rilevabili dall’occhio umano). Per rimuovere dall’uscita DCT le eventuali ridondanze è utilizzata una codifica statistica o a lunghezza variabile (VLC). Lo standard MPEG-2 sfrutta l’algoritmo DCT/ IDCT. Il DCT restituisce la trasformata coseno discreto dell’ingresso ‘video/audio (parte pari della serie di Fourier) e converte un blocco di immagini o di dati audio nei coefficienti di frequenza equivalenti. L’algoritmo IDCT (DCT inversa) è l’inverso della funzione DCT: esso ricostruisce una sequenza partendo dai suoi coefficienti DCT. La compressione consente di incrementare il throughput sul mezzo trasmissivo. La compressione video e audio rende i sistemi multimedia estremamente efficienti (grazie all’incremento della banda della CPU), offre frequenze di trama video superiori, garantisce una migliore qualità audio e permette di ottenere delle prestazioni multimedia interattive. Benché MPEG-2 sia lo standard di compressione più utilizzato nei set-top box, la tecnologia MPEG-4 sta guadagnando terreno e conquistando spazio tra i fornitori di set-top-box e le società di semiconduttori – sempre più “affamate” di prestazioni (per esempio il picture-in-picture) con cui potenziare i loro progetti – e i service provider – che la considerano una soluzione ideale per i servizi di home networking e per i set-top box integrati con funzioni DVR. La cordata è guidata dai fornitori di soluzioni per satelliti – alla ricerca di nuovi metodi per ridurre i bit rate dei flussi trasmessi – e dagli operatori via cavo – interessati a integrare le loro programmazioni con nuove prestazioni interattive object-based. Utilizzando il profilo MPEG-4 Advanced Coding Efficiency, i flussi trasmessi via satellite – attualmente emessi con bit rate da 2,5 a 3 Mbits/s – possono essere ridotti a 1,6 Mbits/s, mantenendo una buona qualità video. Parallelamente, alcuni operatori stanno considerando MPEG-4 anche come mezzo per ridurre l’occupazione di spazio sugli hard-disk-drive dei set-top box equipaggiati con DVR. Altri considerano MPEG-4 uno strumento particolarmente efficace per comprimere la banda richiesta per lo streaming video in tempo reale nelle applicazioni di home-networking. Nell’industria vi è un forte interesse verso l’applicazione MPEG-4 nelle soluzioni di picture-in-picture (ovvero immagine nell’immagine). Oltre a questo, possono essere visualizzate in formato picture-in-picture anche finestre di contenuti Internet. La maggior parte di costruttori sta cercando di equipaggiare i set-top box con le funzioni necessarie per transcodificare i flussi MPEG-2 in MPEG-4.

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