Codificaci³n en fisso mobile

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  • 7/27/2019 Codificacin en fisso mobile

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    NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 2 - D icembre 2005 97

    Tecnologie di codifica audio e video

    in ambiente fisso e mobile

    GIOVANNI CORDARAROSARIO DROGO DE IACOVO

    GUIDO FRANCESCHINI

    MAURO QUAGLIA

    Larticolo descrive i pi importanti standard esistenti nel campo dellecodifiche audio/video ed illustra i principi alla base del funzionamentodegli algoritmi di compressione, con un approfondimento sulle tecnichedi codifica audio/video allo stato dellarte. Vengono inoltre descritte lemodalit di adozione delle tecniche di codifica nei differenti contestiapplicativi ed infine viene riportata una breve panoramica sulle tecnologiein fase di sviluppo che, in futuro, potranno permettere la realizzazione discenari applicativi innovativi.

    1. Introduzione

    Attualmente, esistono numerosi servizi di nuovagenerazione che sfruttano architetture distribuiteper erogare contenuti digitali compressi su reti eterminali eterogenei. In tale contesto operanonumerosi enti di standardizzazione, che regolano

    gli aspetti tecnologici relativi agli algoritmi di codi-fica e trasmissione dei segnali audio e video, perciascuno degli scenari applicativi identificati.

    Gli algoritmi di compressione definiti dagli stan-dard sono molteplici, volti al soddisfacimento didifferenti requisiti: tuttavia, essi si basano su prin-cipi analoghi. Dopo una descrizione dei pi impor-tanti standard esistenti, larticolo analizza i principialla base del funzionamento degli algoritmi di com-pressione, con un approfondimento sulle tecnichedi codifica audio/video allo stato dellarte. Nelseguito si descrivono le modalit di adozione delletecniche di codifica nei differenti contesti di servi-

    zio. Infine si riporta una breve panoramica sulletecnologie in fase di sviluppo, che potranno intro-durre, in futuro, nuove funzionalit e permettere laprogettazione di scenari applicativi innovativi.

    2. Gli standard di codifica audio e video

    Il bisogno di uno standard risponde ad una esi-genza essenziale per tutte le applicazioni che sifondano sulla comunicazione tra pi peer: lintero-per abil it . Linteroperabil it i l requisito cheesprime la necessit di scambiare qualunque tipo

    di informazioni senza barriere tecnologiche, inter-facciando e rendendo interlavoranti sistemi prodottida differenti manifatturiere. Gli standard specifi-cano i tool necessari a garantire interoperabilit ene governamo levoluzione funzionale e prestazio-nale definendo roadmap di evoluzione che consen-tano ladozione dei pi recenti progressi tecnolo-gici. Loggetto della standardizzazione rappresentail minimo indispensabile per assicurare interopera-bilit, ma salvaguarda la libert di azione delleindustrie, mantenendo aperta la possibilit diimplementare aree non-normative e stimolando,cos, la competizione e linnovazione.

    Assecondando questi principi fondanti gli stan-dard nel campo della codifica audio e videodescrivono: la sintassi di un bit stream codificato, cio la

    TECNOLOGIE

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    sequenza dei valori binari che rendono unflusso di dati conforme);

    la semantica degli elementi sintattici, cio il lorosignificato;

    ilprocesso di decodifica.Gli standard non specificano invece larchitet-

    tura ed il funzionamento degli encoder, che costi-tuiscono indubbiamente la parte pi critica del pro-cesso di compressione. Questo approccio spronalindustria a ricercare soluzioni innovative cheincrementino le prestazioni, consentendo la crea-zione di valore aggiunto sui prodotti e assicurandoallo standard una evoluzione genetica pur nellam-bito della conformit alla norma.

    Lesistenza di uno standard ha importanti impli-cazioni economiche per le realt che vi parteci-pano, in quanto permette la suddivisione dei costie investimenti e laccelerazione del processo diindustrializzazione.

    Esistono due tipi di standard: gli standard defacto e gli standard de jure. Uno standard de facto tipicamente originato dalla sua capillare diffu-sione e popolarit: in alcuni casi, un certo prodottoo modello pu essere tanto diffuso e imitato dadiventare uno standard. In altri casi, invece, sia incampo manifatturiero che commerciale, esistonospecifiche studiate a priori che regolano lutilizzo ela produzione di sistemi. A volte questi standardsono obbligatori per legge e imposti dagli stati, avolte sono fissati da accordi fra imprese o da asso-ciazioni di consumatori ma non vincolanti per i pro-duttori, che possono scegliere se conformare adessi i loro prodotti o meno. Questi si dicono stan-

    dard de jure.MPEG (Moving Picture Export Group) ed ITU(International Telecommunication Union) sono iprincipali enti di normativa che standardizzano tec-nologie di codifica audio e video: costituiscono unriferimento per altri enti come DVB (Digital VideoBroadcasting), ISMA (Internet Streaming MediaAlliance) e 3GPP, che utilizzano queste tecnologiee le integrano con altri elementi per definire profilidi servizio per specifici contesti applicativi.

    Da un lato quindi sono definiti standard di riferi-mento, spesso comprensivi di un ampio insieme ditooled opzioni, che coprono un ampio spettro diesigenze; dallaltro vengono definiti scenari di ser-

    vizio pi verticali, soddisfatti combinando e profi-lando in modo opportuno le tecnologie disponibili,ivi incluse gli standard di codifica.

    Nel corso dellarticolo sar descritto lo statodellarte degli standard MPEG, storicamente ilpunto di riferimento tecnologico per il mondo dellacodifica. Ladozione delle tecnologie di codifica neidiversi ambiti applicativi, oggetto di attivit deglienti sopra citati, sar oggetto di un capitolo a s.

    2. 1 Il principale standard di riferimento: MPEG

    MPEG (Moving Picture Experts Group) un

    gruppo di lavoro che opera al l internodellInternational Organisation for Standardization( ISO) e del l Internat ional Electrotechnical Commission (IEC). Formalmente, rappresenta il

    gruppo 11 del Subcommittee 29 del JointTechnical Committee 1: il suo titolo ufficiale, per-tanto ISO/IEC JTC1/SC29/WG11.

    Nato nel 1988, MPEG ha prodotto molteplicistandard: MPEG-1 (1993) ed MPEG-2 (1995), costi-tuiscono i primi standard di successo per la codi-

    fica audio e video. Grazie alla loro diffusione ed alvasto utilizzo in prodotti commerciali e servizi,come Video-CD, DVD, televisione digitale, DAB(Digital Audio Broadcasting), player e registratoriMP3 questi standard hanno promosso e consentitoil passaggio dai sistemi analogici a quelli digitali.Sulla base di tal i successi, stato realizzatoMPEG-4 (1998), nato con lobiettivo di migliorare leprestazioni dei codificatori audio e video per potersoddisfare requisiti di servizio innovativi e pi sfi-danti, come quelli di videocomunicazione e tra-smissione su reti a banda limitata. MPEG-4 intro-duce alcune novit, in grado di allargare il contestoapplicativo rispetto agli standard precedenti: per-

    mette di inserire in flussi video contenuti sintetici esottotitoli, creare scene multimediali contenenti pidi un video o pi di un audio, codificare video nonrettangolari, segmentare oggetti allinterno di unaripresa video.

    Nel 2001 stato pubblicato un nuovo standard,MPEG-7, che modifica lorientamento del lavorodel gruppo. Lobiettivo primario, conseguenza delproliferare di contenuti multimediali digitali, non pi quello di specificare algoritmi di codifica, mapermettere la gestione efficace di tali contenuti:MPEG-4 definisce come rappresentare il conte-nuto, MPEG-7 come descriverlo. MPEG-7 facilita

    lutilizzo dei milioni di contenuti digitali esistenti (diqualunque tipo: audio, video, immagini, naturali esintetici, contenuti misti), la loro catalogazione, chepu disporre di un formato di descrizione comune,e la ricerca degli argomenti di interesse. MPEG-7 ufficialmente denominato Multimedia ContentDescription Interface. Questa attenzione ai contestidi utilizzo ed alle problematiche di integrazione deimedia digitali stata riaffermata nel charterdel pirecente standard, MPEG-21, tuttora in fase di defi-nizione. MPEG-21, Multimedia framework, non sifocalizza esclusivamente sui contenuti, ma analizzala catena di distribuzione nella sua interezza, perstandardizzare lintero processo che regola il ciclo

    di vita e di diffusione del contenuto digitale.MPEG-21 descrive gli elementi chiave di un fra-mework in grado di permettere la descrizione e li-dentificazione del contenuto, la sua protezione, lasua distribuzione in reti eterogenee.

    MPEG uno standard aperto ad esperti accre-ditati da appositi National Standard Body. I docu-menti sono disponibili per gli enti appartenenti allacomunit.

    Come standard di riferimento, MPEG guidatoda alcuni principi cardine: Data la vastit degli argomenti trattati, gli stan-

    dard MPEG generalmente operano producendo

    toolbox, insiemi di algoritmi specifici che per-mettono di soddisfare requisiti variegati. Taleapproccio permette alle industrie di utilizzare ilsottoinsieme dei tool di base che permettono di

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    rispondere alle proprie esigenze. Per garantirela variet, ed al tempo stesso linteroperabilittra tutti i sottoinsiemi utilizzati, MPEG utilizza ilmeccanismo dei profili, combinazioni di tool,anchesse decise dalla comunit e specificatein fase normativa, appositamente studiate per

    essere utilizzate in particolari contesti applica-tivi. Standardizzazione a prio