Pixel, angoli e distanze: i segreti del 4K

Se ne fa un gran parlare ormai da un paio d’anni e oggi sembra proprio che si inizi a fare sul serio: il 4K è ormai in fase produttiva e per convincersene basterà guardare il reportage del CES 2013.
Tutto a posto, dunque? Non del tutto: i componenti 4K – player e receiver a parte – non sono propriamente economici, il software praticamente non c’è e, probabilmente, i consumatori non ne sanno ancora abbastanza.
Se per le prime due tematiche noi di Digital Video non possiamo fare molto, per quel che riguarda l’informazione pensiamo invece di poter dire la nostra.
Si è già parlato di 4K su DV e questo articolo può essere l’occasione per tirare un po’ le fila del discorso, trattando degli aspetti tecnici e percettivi di questa nuova tecnologia che promette di regalare agli “spettatori” (l’idea è infatti di ricreare in casa l’effetto cinema) sensazioni molto coinvolgenti.

A questo discorso, centrato su una qualità superiore, non possono non aggiungersi aspetti legati al marketing: ogni nuova tecnologia ha infatti anche lo scopo di stimolare il ricambio degli apparecchi esistenti.
Il discorso non è certamente esclusivo dell’elettronica di consumo e per convincersene basta pensare ai Model Year che i costruttori di automobili e motocicli presentano, per l’appunto, praticamente ogni anno. In questo caso, però, molto spesso si tratta quasi soltanto di ritocchi estetici e lievi migliorie meccaniche mentre l’elettronica permette veri “salti” tecnologici ad un ritmo più accelerato.
Sembra comunque innegabile che il settore dell’audio-video possa accogliere il 4K come una “scossa” salutare, dato che il Full HD è considerato ormai acquisito, il 3-D non sembra aver fatto molta breccia nei cuori degli appassionati e il promettente OLED rimane ancora una… promessa, almeno per display di grande diagonale.

Il cinema consente angoli di visione ben più ampi: THX prescrive 36° minimi, ossia quelli che si vedono dalle ultime file.

Il cinema consente angoli di visione ben più ampi: THX prescrive 36° minimi, ossia quelli che si vedono dalle ultime file.

Più pixel, più Cinema!

Vediamo per prima cosa quali vantaggi può portare un aumento nel numero dei pixel: il plurale è d’obbligo dato che un incremento nel numero dei punti immagine non porta soltanto ad un aumento dei dettagli dell’immagine ma ha altri effetti positivi.
Per afferrarli basta una semplicissima considerazione: a parità di diagonale cosa succede se un display aumenta la sua risoluzione? La risposta è quasi retorica nella sua linearità: ogni pixel diventerà più piccolo, occupando così una superficie minore.
Un pixel minuto permette di diminuire la distanza minima che bisogna rispettare perché l’immagine non “sgrani”, rivelando i punti immagine dei quali è composta. Il potersi avvicinare di più allo schermo, a parità di diagonale, fa sì che esso appaia più grande, ossia occupi una porzione superiore del nostro campo visivo.
La percezione visiva che ne risulterà sarà quindi quella di una maggiore “immersione” nella scena, avvicinandosi così alle sensazioni che dà il cinema.
Ovviamente non bisogna esagerare, come ben sanno gli spettatori ritardatari che si siedono nelle prime file al cinema. Per loro la grandezza soggettiva dello schermo sarà così grande da dover ruotare la testa e destra e sinistra per vedere tutto lo schermo, con il risultato di un drastico taglio al comfort.
Per un televisore Full HD la distanza ottimale di visione è pari a circa 1,9 – 2 volte la base dello schermo, cosa che dà luogo ad un angolo di visione di circa 30°; esso non deve comunque eccedere 40°.
Torniamo al cinema e consideriamo uno schermo con base di 18 metri (sono le dimensioni dello schermo delle sale “normali” del famoso Arcadia di Melzo): se applicassimo lo stesso criterio – basato su un multiplo della base dello schermo – la distanza ottimale di visione varrebbe circa 35 m!
L’esperienza di chi va al cinema è molto diversa: si ha una buona visione per distanze decisamente inferiori a questa e la cosa equivale a dire che l’angolo di visione è maggiore di quei famosi 30°. In effetti le norme THX per i cinema prescrivono un angolo di visione minimo (ossia quello che sperimentano gli spettatori più lontani) pari a 36°.
Bastano questi pochi numeri per capire come per avere l’effetto cinema quei 30° sono un po’ pochi oppure (è lo stesso) che quel coefficiente di distanza pari a circa 2 è un po’ troppo grande.
Ritorniamo quindi all’inizio: occorre che il display abbia pixel così piccoli da consentire di avvicinarsi di più allo schermo senza percepire la “grana” (termine ispirato dalla romantica pellicola ai sali d’argento) dell’immagine.
Da questo punto di vista la pellicola cinematografica aveva prestazioni per nulla disprezzabili: tolte le famigerate “prime file” la visione di un film su grande schermo non dà generalmente adito a considerazioni sulla grana.

Si fa presto a dire “4K”

Esiste un legame diretto fra le caratteristiche delle cineprese ed i formati 2K e 4K ottenibili. Alcuni richiedono un offset orizzontale mentre per quelli anamorfici le risoluzioni indicate sono quelle dopo l'“espansione”.

Esiste un legame diretto fra le caratteristiche delle cineprese ed i formati 2K e 4K ottenibili. Alcuni richiedono un offset orizzontale mentre per quelli anamorfici le risoluzioni indicate sono quelle dopo l’“espansione”.

Ma quanti sono i pixel del 4K? La risposta non è univoca perché esistono vari formati, tutti accomunati dall’avere una risoluzione orizzontale di “circa” 4.000 pixel, donde la sigla 4K.
Lo standard televisivo è di 3.840 x 2.160 punti, legato al Full HD da un raddoppio delle due dimensioni, cosa che porta alla quadruplicazione dei pixel: 8.294.400 contro 2.073.600 del Full HD; il rapporto d’aspetto rimane quindi il 16:9 che ben conosciamo, pari a 1,78.
Per quel che riguarda il cinema, invece, ci si trova di fronte a diverse possibilità derivate dal fatto che i rapporti d’aspetto sono più d’uno, potendosi avere un massimo di 4.096 x 3.112 (rapporto d’aspetto di 1,32:1 per 12,7 Mpixel). Se la risoluzione 4.096 x 2.160 è una sorta di riferimento (RdA di 1,896 e 8,85 Mpixel) esistono anche L’Academy Standard (3.656 x 2.664, RdA di 1,37:1 e 9,74 Mpixel) e l’Anamorphic Scope (3.996 x 2.160, RdA pari a 1,85:1 e 8,63 Mpixel).
Il 2K cinematografico, definito nel 2002 e poco più esteso rispetto al Full HD in virtù dei suoi 2.048 x 1.080 pixel (RdA pari 1,896), non si è dimostrato qualitativamente molto prestante dato che gli spettatori delle prime file (sempre loro!) erano infastiditi dalla visibilità della matrice del proiettore.
Il consorzio proponente DCI (Digital Cinema lnitiatives) è stato fondato nel 2002 da sette majors cinematografiche americane e ha lo scopo di definire le specifiche “volontarie” di un’architettura aperta che assicuri al cinema digitale alti e uniformi livelli di performance, affidabilità e qualità.
DCI ha anche definito il formato monstre 8K (7.680 x 4.320 pixel) il cui fotogramma da 33,18 Mpixel è pari a 16 volte il Full HD domestico.
Ci sono almeno un paio di considerazioni da fare riguardo a questi standard, con la prima che riguarda il rapporto fra televisione e cinema. Gli organismi internazionali che regolamentano le emissioni broadcast sono stati infatti i primi a standardizzare e adottare il digitale e l’alta definizione, con il cinema 2K e 4K che è servito a colmare il ritardo nel passaggio al digitale.
La seconda riflessione riguarda la pluralità dei formati 4K cinematografici, che riflette la Pluralità dei formati di ripresa, romanticamente legati alle molte camera apertures possibili.
Come potrete verificare rapidamente dalla Tabella 1 nessuno dei formati 4K cinematografici coincide con il 4K televisivo, cosicché – a meno che non vengano messi in commercio display con rapporto d’aspetto diverso dal 16:9 – sarà sempre necessario un adattamento del formato agli schermi TV.
Per quel che riguarda le trasmissioni broadcast sembra che ci sia più di un’emittente che stia effettuando test su emissioni 4K per verificare il gradimento dei telespettatori: visto l’elevato livello di compressione necessario per veicolare il materiale 4K questi test appaiono quanto mai necessari. Notiamo che un canale DVB-T in Ultra HD occuperebbe 4 canali alla volta, un’occupazione di risorse veramente proibitiva.

Quanto è vicino il 4K?

Interessante è stato invece l’annuncio ufficiale, avvenuto proprio il giorno dell’apertura del CES 2013, che Eutelsat ha iniziato sul suo satellite 10A (10° Est, 11.304 MHz) trasmissioni in 4K nativo – 3.840 x 2.160 punti – con un bitrate di 40 Mbps a 50 fotogrammi/secondo progressivi. Le emissioni sono ancora in MPEG-4 in attesa della completa definizione del suo erede, quell’H.265/HEVC del quale si parla molto bene e del quale potrete sapere di più leggendo il box dedicato.
Arriviamo ora a quello che può essere il tasto dolente del 4K: la mole dei dati necessaria per veicolare il materiale Ultra HD (UHD), la sigla che ITU ha assegnato a questo standard nella sua forma televisiva.
Un film girato a 30 fps in 4K e lungo 90 minuti (un’ora e mezzo) genererebbe un file (non compresso) di più di 4,6 TB, una quantità imbarazzante anche per buona parte degli hard disk da 3,5” attualmente in commercio.
Le specifiche di DCI hanno comunque richiesto una compressione che permetta una visione fluida e realistica attraverso un canale di trasmissione capace di 250 Mbps. È inoltre programmato che questo limite sia alzato a 500 Mbps entro pochi anni.
Il primo limite è comunque già oggi teoricamente alla portata di un buon hard disk con interfaccia USB 2.0 mentre le varie HDMI, USB 3.0, Firewire 800 e Thunderbolt gestirebbero in scioltezza anche il secondo step. Diverso il discorso per quel che riguarda lo streaming, dato che anche i 250 Mbps sono ampiamente al di sopra dell’ADSL casalinga presente ma se le compressioni diventassero particolarmente efficienti mantenendo la qualità forse nel futuro le cose potrebbero cambiare.

Questa è una delle tabelle che registrano la qualità percepita (sull'asse verticale) in funzione del bitrate. Il materiale testato è costituito da riprese di persone che camminano e il confronto fra AVC e HEVC mostra un evidente vantaggio del secondo.

Questa è una delle tabelle che registrano la qualità percepita (sull’asse verticale) in funzione del bitrate. Il materiale testato è costituito da riprese di persone che camminano e il confronto fra AVC e HEVC mostra un evidente vantaggio del secondo.

Per quel che riguarda l’hardware le questioni sul campo non sembrano comunque essere troppo complicate: esistono già oggi, ad esempio, player Blu-ray che leggono a 4 volte la velocità normale e sono già a livello di sample display (il CES 2013 è stato molto indicativo in questo senso) anche di polliciaggio medio e piccolo – tablet-size – a risoluzione 4K.
Per gli schermi di grande diagonale i problemi sono ancora minori: molti 84 pollici derivano dall’unione di 4 pannelli Full HD, dei quali conservano perciò la densità di pixel/cm2.
Anche le elettroniche non dovrebbero dare grandi grattacapi, dato che i TV 3-D Full HD gestiscono flussi di bit già piuttosto corposi.
Adeguamenti nei componenti che già conosciamo sono attesi a breve: entro la prima metà di quest’anno, per esempio, il consorzio HDMI rilascerà le specifiche della nuova versione dello standard 1.4 intese a superarne gli attuali limiti che, ricordiamolo, non riguardano tanto la risoluzione (essa supporta già anche il 4.096 x 2.160) quanto il framerate massimo consentito nella trasmissione del 4K.
Per quel che riguarda i supporti ci sono state dichiarazioni che, piuttosto ottimisticamente, dichiaravano che un disco Blu-ray da 50 GB sarà sufficiente per il 4K… A livello di bitrate probabilmente sì, qualche dubbio viene per la durata massima del video.
In effetti i nuovi codec potrebbero riuscire a far entrare un intero film in un supporto informatico Blu-ray XL (BDXL), dato che esso può arrivare a 128 GB: staremo a vedere.
I proiettori 4K esistono già nei cinema digitali mentre i modelli consumer sono proposti a prezzi molto elevati, come del resto accade sempre nel caso delle primizie tecnologiche.
Alla fine le note più dolenti vengono dal software: gli unici film destinati al consumer sembrano essere, ad oggi, quelli contenuti in hard disk e dati in omaggio insieme ad alcuni prodotti 4K; i già annunciati Blu-ray “mastered in 4K” provengono da master a questa risoluzione ma sono comunque dei 1.080p.
Ci si potrà comunque consolare rovistando nelle proprie… case! Anche una fotocamera compatta – e diversi cellulari – hanno risoluzioni che eccedono ampiamente il 4K e l’Ultra HD mentre sono già annunciate diverse videocamere consumer in grado di girare in 4K. In realtà è già in commercio una videocamera adventure, la GoPro HD3, capace di riprendere in 4K e Ultra HD ma ad un framerate ridotto.
Occorrerà quindi pazientare un po’ per avere i film con questa incredibile qualità ma siamo sicuri che ne varrà la pena.

Nicodemo Angì

Author: Redazione

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