LA QUALITA' 
      DELL'IMMAGINE TELEVISIVA

       
       
      Q uando si parla dei nuovi standard per la trasmissione da satellite o terrestre, quando si parla di nuovi supporti (DVD) oppure di nuovi standard per la videoregistrazione (DV) fa sempre più capolino una sigla: che è “CCIR 601”. Questa sigla è una specie di riferimento, una pietra miliare con cui si paragonano i vari risultati ottenuti: a volte si accettano dei compromessi su dei parametri “rispetto alle norme CCIR-601”, e a volte si tende ad arrivare a certi risultati “per essere dentro nei parametri CCIR 601”. Il CCIR è un organismo internazionale che ha definito tra l’altro la struttura del segnale televisivo che sta alla base del PAL. Per inciso, ricordiamo che di per sè lo standard PAL si riferisce alla sola codifica del colore. Il suo nome sta per “phase alternation line = linee a fase alternata) ed è un sistema di codifica contrapposto al SECAM (sequentielle à memoire, ovvero un sistema sequenziale). 
      Ma sia il PAL che il SECAM per quel che riguarda l’immagine di base (per capirci, quella in bianco e nero) si basano sulle norme CCIR. Quindi, il CCIR ha determinato che nell’immagine televisiva ( e quindi anche videoregistrata) vi devono essere 625 linee verticali, un disegno interallacciato, 25 semiquadri al secondo, eccetera eccetera. Questi parametri hanno costituito un limite invalicabile e invalicato per decenni: tutti i cambiamenti e le innovazioni hanno seguito scrupolosamente le norme CCIR. Con l’affacciarsi della tecnica digitale, alcuni di questi parametri sono andati del tutto in crisi. Ad esempio, la risoluzione verticale era del tutto intoccabile, perchè le righe con cui è composto lo schermo televisivo sono riportate dentro il segnale analogico una dietro l’altra: prima la riga 1, subito dopo la riga 3, poi la riga 5.... 
       

      Una volta composto il primo semiquadro, nel segnale vi è la riga 2, la 4 , la 6 e così via. Con questo segnale continuo in cui una riga segue la successiva, voi comprendete che non è possibile -ad esempio- immettere a casaccio delle righe in più o in meno, perchè non solo deborderebbero nello schermo successivo o inserirebbero parte di un’immagine estranea nello schermo precedente, ma si altererebbe l’interallacciamento; ovvero, ci sarebbero alcune righe di una immagine in una schermata, altre righe della stessa immagine (ad esempio, le dispari) in un’altra schermata, tra una riga e l’altra di una immagine vi sarebbero le righe di un’altra immagine... La definizione verticale dev’essere scandita con dei tempi rigorosissimi: un millisecondo di ritardo o di anticipo porterebbe ad una immagine del tutto intellegibile. 
      Quando è arrivato il sistema digitale, questo ha recepito la situazione: il programma digitale alla fine va scaricato su un televisore che “si aspetta” questa risoluzione, questo tipo di segnale, questa codifica del colore, eccetera. Ma di per sè il segnale digitale (prima della sua conversione in analogico per essere immesso nel TV) può essere elaborato in maniera molto libera. Oltretutto, l’arrivo del digitale ha aperto nuove domande: quante volte occorre campionare l’immagine? Che rapporto devono avere i vari componenti di luminanza e di crominanza? eccetera eccetera. 
      Non si poteva lasciare che ciascuna ditta componesse un segnale digitale strutturato in modo diverso dall’altra (sarebbe stato un bel caos) e quindi ecco che si è sentito il bisogno di un nuovo standard CCIR, che definisse la struttura dello standard digitale e che (in qualche modo) integrasse lo standard PAL con le caratteristiche richieste dal nuovo sistema. Le norme CCIR 601 definiscono i parametri dell’immagine digitalizzata a livello professionale. Vista l’evoluzione dell’informatica, si è visto che questo livello poteva essere raggiunto in modo più o meno pieno anche da standard che potevano essere pensati come non propriamente professionali. 
      Non si è insomma ritenuto il caso di definire un livello amatoriale, in quanto gli standard non-professionali avevano più o meno caratteristiche analoghe a quelli professionali. Ed eccoci arrivati al punto: lo standard CCIR 601 (che definisce l’immagine digitale professionale) è quindi divenuto il punto di riferimento sia per le immagini gestite in uno studio a livello broadcast (quello delle grandi emittenti TV, tipo RAI) sia a livello dei video professionali che a livello degli standard digitali destinati ad un pubblico anche se (per ora) ristretto.

      		 E' probabile che con l'avvento dello 
      standard digitale, tutti si possa 
      avere in casa la qualità d'immagine 
      ora riservata agli studi televisivi.

      E se il mezzo 
      (es. la connessione telefonica) 
      non lo consente? 
      Vi sono delle opzioni " a scalare"...
       
           
           
          LA SCANSIONE ANALOGICA
           
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          		 L'immagine video è una classica immagine "serializzata" in un segnale elettronico. Nella telecamera vi è un dispositivo che "scandisce" l'immagine una riga dopo l'altra, e registra la luminosità che incontra istante dopo istante. 
          Sopra, si vede che il dispositivo ha rilevato sulla riga 1 un aumento di luminosità più o meno in mezzo (osservate che è riportato sotto, in 1) nella riga 3 ne ha rilevati due (osservate la variazione sotto...) eccetera. La scansione avviene in due tempi: prima si leggono le righe dispari e poi quelle pari (la 2, la 4, la 6...) Osservate che il segnale video ottenuto corrisponde punto dopo punto alla luminosità incontrata, e che le singole righe vengono messe una a fianco dell'altra: il segnale elettronico è così continuo: finito quello della riga 2 inizia quello della riga 4, e così via...
          LA DIGITALIZZAZIONE

          		 Ripassiamo velocemente come funziona la digitalizzazione (Si faccia riferimento all'immagine qui a fianco). 

          Vi è un segnale che corrisponde alla luminosità Non vi devono essere per forza solo due livelli di luminosità , vi possono essere diversi livelli di grigio. Su questo segnale vengono effettuate delle misurazioni, come in b. 

          LA FREQUENZA
          DI CAMPIONAMENTO
          Il numero di misurazioni è espresso in Hz: 100 Hz significa 100 misurazioni al secondo, 12MHz significa 12 milioni di misure al secondo. Che valore trasportano queste misurazioni? La luminosità dell'immagine. Notate nella figura più sotto come ad ogni livello di luminosità si possa dare un numero (in bianco). 

          LA PROFONDITA'
          E che numero si dà nella realtà ad ogni valore? Dipende da quanti "numeri" si hanno disposizione. Se per ciascuna misurazione si possono usare 8 bit , si possono trasportare come numero massimo tutte le combinazioni possibili di otto bit, ovvero 8 elevato a 8= 255 livelli. Più il livello zero, fanno 256 livelli di grigio. Se si esamina l'immagine con pochi livelli, non si possono misurare le sfumature: un livello dev'essere reso uguale a quello più vicino. Ma se si usano più bit (es. 10 al posto di 8) aumenta la massa di dati da trasportare.
           
           
          UN PUNTO DA CHIARIRE

          La tipica risoluzione del PAL è definita dalle sue linee verticali, che sono e devono essere necessariamente (come detto nel testo) 625. La risoluzione nell’ambito orizzontale è invece libera, in quanto nel segnale vi possono essere più o meno dati per ogni riga: la riga può insomma essere composta da due, dieci o seicento variazioni di luminosità, mentre il numero di righe per immagine dev’essere per forza costante. 
          Spero che l’enorme differenza (anche da un punto del concetto generale) sia chiara a tutti: è diversa la “natura” della definizione verticale ed orizzontale, perchè nel primo caso è data dal numero di linee, nel secondo caso è data dal numero di variazioni di luminosità dentro ciascuna linea. Le variazioni di luminosità possono essere molte (e si ha una risoluzione alta) o non ci possono proprio essere (es. per rappresentare uno sfondo uniforme). 
          Quando si parla di risoluzione orizzontale si parla dunque di una risoluzione ipotetica, o meglio della risoluzione massima che avrebbe quel sistema se vi fosse un numero di variazioni di luminosità al di sopra delle sue possibilità. Si andrebbe allora a vedere quante variazioni (rispetto a quelle superiori alle sue possibilità) arriva a rappresentare. 
          La risoluzione orizzontale tipica viene di solito riferita a quella verticale. In altre parole, si dice: se la risoluzione del PAL è di 625 linee, ecco che per un’immagine ideale ci dovrebbe essere la stessa risoluzione anche in senso orizzontale. 
          Che chiaramente non dev’essere di 625 linee, perchè la base dello schermo è più larga del lato: siccome la forma dello schermo attuale è di 4:3, si può imbastire la proporzione: x : 4 = 625 : 3 dove X (facendo gli opportuni calcoli) risulta essere circa 833. Quindi, per un’immagine con risoluzione uniforme (verticale ed orizzontale uguali) si dovrebbe avere una risoluzione orizzontale di 833 punti. In realtà questa risoluzione è del tutto teorica, la massima risoluzione possibile per l'immagine televisiva e video è sensibilmente più bassa, perchè non tutte le 625 righe vengono utilizzate per trasportare l’immagine vera e propria. 
          Tra un quadro e l’altro vi sono delle linee di servizio, vi sono dei tempi morti (il tempo impiegato dal pennello elettronico che finisce di disegnare un quadro in basso a destra a riportarsi all’angolo superiore sinistro), vi sono i dati di televideo, e comunque un’area in cui non vengono trasmessi i dati dell’immagine, ma rappresentata da una banda nera ben nota ai telespettatori più anziani, in quanto ogni tanto appariva sopra e sotto le immagini nei vecchi TV col sincronismo di quadro non perfettamente tarato. 
           
          IL SINCRO DI QUADRO 
           

          		Qui si può notare perchè che ciascuna immagine deve finire ed iniziare esattamente in modo sincrono: basterebbe un errore di un centesimo di secondo (in più o in meno) per rendere in pochi quadri l'immagine illeggibile, perchè il passaggio tra l'immagine 1 e la 2 "scivolerebbe" in alto o in basso.

          Le risoluzioni digitali non hanno questi tempi morti (o meglio, questi tempi morti vengono aggiunti quando si crea un segnale compatibile analogico, ma non sono “dentro”, propri dell’immagine che si va a digitalizzare o che si trasporta digitalizzata).
          Lo standard CCIR guarda sia alle regioni europee che hanno oggi delle immagini con una frequenza più bassa (25 immagini al secondo) ma con risoluzione più alta (625 linee verticali) sia a quelle di area NTSC, caratterizzate da una risoluzione più bassa ma da una frequenza più elevata (30 Hz).
          Si hanno dunque due strutture tipiche: la prima a 576 punti di risoluzione verticale e 720 di orizzontale, e la seconda con 487 punti in verticale e 720 in orizzontale. Si diceva che nel digitale è molto facile convertire le varie risoluzioni, ed ecco infatti che l'immagine digitale ha una serie di varianti che sono ormai molto diffuse. 
          La più famosa è quella di 480 x 640 punti, tipica di certi formati per computer. 
          Ma la risoluzione verticale diviene critica se si pensa di andare sul formato 16:9 (più largo) e quindi non si "tiene" più lo stesso rapporto base/altezza. In questo caso è bene incrementare la risoluzione orizzontale. Vi è dunque una prima proposta per una risoluzione verticale di 480 punti. La risoluzione orizzontale raccomandabile sarebbe di 640 punti. Ma qui si è preferito adottare una quantità di dati maggiore, e andare a 704 punti. 

          PRIMA OPZIONE: 

          Quindi, l'opzione prevede una prima opzione con cadenza 30 Hz e 704 x 480 punti di risoluzione. Si sono proposti tuttavia degli standard che rispondono o meno alla normativa CCIR 601, e che possono essere molto interessanti per vari utilizzi pratici. 1 proposta Può essere definita come “ 325 x 480 x 25 Hz, non interallacciati”. E' un "mezzo CCIR" ed è usata per l'MPEG-1, immagini di bassa qualità. L’immagine offerta da questo standard viene giudicata da qualcuno simile a quella ottenuta dal nastro VHS. Si riesce ad avere una immagine mediocre ma trasportabile con un flusso di dati relativamente basso. Codificata in MPEG si può arrivare ad un flusso di 2Mbit/secondo. Questa opzione è utile per la trasmissione di programmi quando la banda diviene molto critica o il supporto tiene pochi dati (il CD-rom).

          SECONDA OPZIONE. 

          Altra proposta; la risoluzione diviene quella dello standard CCIR 601 (720 x 480 x 30 imm/sec) che può essere compressa in MPEG fino ad occupare un flusso di 15 M Mb/secondo. 
          Qui siamo dunque a livello di una trasmissione con qualità da studio televisivo. L'immagine è interallacciata. 3 proposta Vi è una proposta intermedia tra le prime due. Può essere definita come "544 x 480 x 30 Hz". Una volta compressa in MPEG si ha un flusso di dati ancora ragionevole (4Mbit al secondo) ma con una risoluzione sensibilmente migliore di quella della prima proposta, in effetti troppo limitata.
          Il "544" può divenire "720" su schermo in formato 16:9. Questo standard ha un suo ruolo importante perchè è comodo per diversi aspetti, primo tra tutti la possibilità di convertire questo rapporto delle dimensioni dello schermo con una certa facilità: 720 punti x (9:16) (4:3) = 540. Il multiplo più vicino a questo 540 che si riesce ad ottenere dal numero 16 è 544, la risoluzione prevista in questa opzione. E perchè occorre tenere un occhio di riguardo per il 16? perchè costituisce la risoluzione verticale e orizzontale delle unità impiegate dalla compressione MPEG, chiamate "macro-blocchi". 
          Quindi, questa risoluzione è un buon compromesso tra le esigenze dettate dalle dimensioni dello schermo (3:4 oppure 16:9, usati sopra per ottenere il 540) e l'unità del sistema di compressione. Sarà chiaro che volendo comprimere dei dati ( e quindi non si ha spazio da buttar via) non ha senso utilizzare un blocco di 16 bit per costruire una risoluzione in cui occorra buttarne via un po', cosa inevitabile se questa non è multipla di 16 ( se non è multipla, parte dei dati manca o avanza...). 
          Il CCIR puro viene dunque usato per le immagini da studio dove questo genere di compromessi non ha un grande significato. Ma per maneggiare le immagini che devono arrivare a casa dell'utente (su disco DVD , con le nuove trasmissioni digitali...) si è disposti a modificare un po' i parametri per rendere il sistema più conveniente per tutti.. 
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