La tecnologia digitale sta modificando la nostra industria ed influenza molteparti della nostra vita ad alta tecnologia. Un dato è certo: viviamo in unmondo analogico. La luce ed il suono esistono in natura in forma analogicae i nostri sensi della vista e dell'udito funzionano in tal senso. La primamacchina fatta per catturare, registrare e manipolare suoni ed immaginifu analogica ma oggi, per questo tipo di lavoro, è più facile costruiremacchine digitali. Qui di seguito sono esposte le tecniche utilizzate per laconversione tra il mondo analogico e quello digitale delle immaginitelevisive mostrando alcune "trappole" e esaminando perchè lo standarddi codifica digitale per la televisione (ITU-R 601) è stato concepitocosì com'è.Perchè digitale?Le macchine digitali usate in televisione sono generalmente moltocomplesse e molte di esse spesso rappresentano lo stato dell'arte dellatecnologia digitale. L'uso del digitale è così diffuso perchè l'industria deicomputer, con le sue enormi dimensioni, assicura la disponibilità deicomponenti ed il loro continuo sviluppo. Ma la ragione principale dellascelta per il digitale, è data dalla sua fedeltà e dalla potenza che fornisceper gestire e manipolare le immagini. Invece di dover accuratamente gestireogni parametro dei segnali analogici, tutti i circuiti digitali devono sologenerare o fare una differenziazione di due stati elettrici - aperto o chiuso,alto o basso, 1 o O. Questo è relativamente-facile e porta ad una fedeltàsuperba nella registrazione in multigenerazione. Non esiste perdita neipassaggi di segnale da un dispositivo ad un altro e in più esiste la possibilitàdi processare il segnale per produrre effetti al di là di quanto sia possibilein forma analogica.Venticinque anni fa, la tecnologia per convertire le immagini televisive informato digitale non esisteva. E comunque, anche se fosse stato possibile,non esistevano sistemi in grado di processare il flusso di dati risultante, inqualcosa di simile al "tempo reale". Oggi le macchine digitali, hannoraggiunto con successo ogni aspetto della produzione televisiva. Nellostesso tempo i costi si sono ridotti e pertanto qualsiasi budget può servirsidei vantaggi dalla tecnologia digitale.Da analogico a digitale.Il processo di conversione è composto da tre fasi: la preparazione delsegnale, il campionamento e la digitalizzazione. E' possibile convertirel'intero segnale composito (PAL o NTSC) o i componenti (segnali separatiche insieme costituiscono l'intero segnale a colori). L'uso dei segnali incomponenti.. così come definito dalla specifica ITU-R 601, è in aumentoed è di questo standard di digitalizzazione che si parlerà qui.Esistono due tipi di segnali in componenti: RGB e Y: R-Y: B-Y ma èquest'ultimo il più usato nella televisione digitale ed è quello che vieneincluso nelle specifiche della ITU-R 601. I segnali di differenza colore R-Ye B-Y trasportano l'informazione colore mentre Y rappresenta la luminanza.Le telecamere, i telecinema, ecc. generalmente producono segnali in RGB.Questi vengono facilmente convertiti in Y: R-Y: B-Y usando matrici resistive.

La preparazione del segnale.
Il convertitore da analogico a digitale (ADC) opera correttamente solo se isegnali applicati ad esso sono nelle condizioni opportune. Per ottenerequesto esistono due elementi principali. Il primo coinvolge un amplificatoreche assicura la corretta ampiezza del segnale da fornire all'ADC fissandol'ampiezza della luminanza tra nero e bianco in modo che non ecceda lascala accettata dall'ADC stesso. Questo infatti, ha solo un numero finito dinumeri (un ADC a 8 bit può generare solo 256 numeri unici) con cuidescrivere il segnale. Questo aspetto del processo di conversione ha unatale importanza che lo standard ITU-R 601 ne specifica i parametri in modomolto preciso dicendo che il nero deve corrispondere al livello 16 e ilbianco al livello 235, lasciando un margine di sicurezza per errori, rumoree picchi onde evitare una saturazione dell'ADC. In modo simile avvieneper i segnali differenza colore dove il segnale zero corrisponde al livello: 128 e l'intera ampiezza copre 225 livelli.

Il secondo elemento è il filtraggio. I segnali, prima di raggiungere i lororispettivi AOC, devono essere filtrati a passa-basso per prevenire il transitodi informazioni al di sopra dei limiti di banda che sono 5.75 MHz per laluminanza e 2.75 MHz per i segnali differenza colore. Se questo non fossefatto, si avrebbero degli artefatti di aliasing visibili nell'immagine.

Campionamento e digitalizzazione.
I segnali di corretta ampiezza e filtrati a passa-basso, vengono quindi passatiagli AOC dove vengono campionati e digitalizzati. Normalmente vengonousati due AOC, uno per la luminanza Y e l'altro per entrambi i segnali differenzacolore A-Y e B-Y Ogni volta che ricevono un impulso di clock generato dalsegnale di sync, gli AOC eseguono un campionamento dei segnali analogicicreando pixel. La frequenza di clock è di 13.5 MHz per Y mentre, per ciascun canale differenza colore, è di 6.75 MHz il che porta a una frequenza di clocktotale di 27 MHz. E' vitale che lo schema di campionamento sia rigidamenterispettato altrimenti ulteriori processi digitali o eventuali riconversioniall'analogico non sapranno come riferire ogni campionamento all'immagine.Ecco quindi l'esigenza di standardizzare. Viene utilizzato un campionamentoco-sited che esegue campionamenti di A-Y e B-Y e quindi, all'impulsosuccessivo di clock, solo di Y. I campionamenti del colore infatti sono lametà di quelli della luminanza. Questo formato è progettato per minimizzareil ritardo crominanza/luminanza.Negli ADC l'ampiezza di ogni campionamento viene gestita e misuratacon estrema esattezza. Il suo valore viene espresso come numero binarioe quindi inviato all'uscita completando così la conversione da analogico adigitale. Da notare che la forma digitale di A-Y e B-Y viene chiamata Cr e Cb.

La frequenza di campionamento (clock).
La frequenza (di clock) alla quale il segnale dell'immagine vienecampionato, è cruciale per l'accuratezza della conversione da analogicoa digitale. L'obbiettivo è quello di rendere possibile, in una qualsiasi fasesuccessiva, la ricostruzione accurata del segnale analogico originale.Usare una frequenza troppo alta è inutile, mentre usare una frequenzatroppo bassa avrà come risultato quello di far apparire degli artefattinell'immagine. Nyquist stabilisce che per un processo di conversionecapace di ricostruire il segnale originale,

Corretto: la frequenza di campionamento è abbastanza elevata per risolvere il segnale.
Sbagliato: la frequenza del segnale è troppo elevata rispetto alla frequenza di campionamento. Il risultato è che il sistema interpreta un segnale sbagliato.

la frequenza di clock deve essere almeno due volte la più alta frequenzache deve essere campionata (vedi figura) in questo caso 2 x5.5 MHz = 11.0 MHz. Per la luminanza è stato scelto 13.5 MHz tenendoconto delle caratteristiche del filtro e della differenza tra gli standard televisivi625/50 e 525/60. Tale valore infatti, è un fattore delle frequenze di riga dientrambi gli standard: 15.625 Hz e 15.750 Hz rispettivamente è quindicompatibile con entrambi. Dato che i canali di differenza colore contengonomeno informazioni del canale Y; la loro frequenza di campionamento vienefissata a 6.75 MHz, la metà di quella del canale Y il che rappresenta unaeffettiva economia in quanto i nostri occhi hanno un potere risolventemigliore per la luminanza che non per la crominanza.

Da digitale ad analogico.
Nel processo inverso l'informazione digitale viene inviata a tre convertitoridigitale/analogico (DAC) dedicati singolarmente ad Y; Cr e Cb e che sonosincronizzati nello stesso modo e alla stessa frequenza degli ADC. L'uscitaè un flusso di campionamenti di tensioni analogiche che crea unarappresentazione a gradini o "flat top" simile al segnale analogico originale(vedi figura). L'uso di un sistema di campionamento imponeun'attenuazione di ampiezza in funzione della frequenza secondol'andamento Seno X/X. Questo significa che alla frequenza pari alla metàdi quella di campionamento, nota come frequenza di Nyquist, la curvadell'ampiezza in uscita tende a zero. Per esempio il campionare a 13.5MHz potrebbe risolvere frequenze fino a 6.75 MHz ma in corripondenzadi questo valore, l'ampiezza del segnale risultante è zero. La ITU-R 601fissa il limite di banda per la luminanza ben al di sotto di quel puntolasciando quindi ampi margini. La curva risultante viene corretta nei filtripassa-basso a Seno X/X che procurando un'attenuazione delle altefrequenze non desiderate, ammorbidiscono il segnale in uscita in modoche sembri lo stesso segnale originale a componenti analogici. Se siavesse la necessità di una uscita in RGB, questo può essere ottenutosemplicemente con una matrice resistiva.

Risultati perfetti?
Oggi l'intero processo da analogico a digitale e viceversa è di solitoaffidabile e accurato. Tuttavia esiste una implicita inaccuratezza insitanel processo. La precisione del timing del clock è importante e nondovrebbe contenere jitter. Anche l'accuratezza degli AOC nel misurarei campionamenti, che dipende dalle specifiche del chip, potrebbe nonessere completa. Questa funzione deve essere particolarmente accuratain quanto ogni singolo campionamento deve essere eseguito e inviatoall'uscita ogni 74 nanosecondi. Allo stesso modo i OAC potrebbero nonessere accurati così come dichiarato dalle loro specifiche e pertantoessi potrebbero introdurre una certa non linearità nel segnale. Anchecon componentistica perfetta ed altrettanto perfetta funzionalità,il processo di campionamento e di ricostruzione del segnale non èassolutamente accurato.L'uscita non è sempre precisamente uguale al segnale originale. Per questomotivo, a cui si aggiungono altre considerazioni legate ai costi, i sistemisono progettati in modo da evitare il più possibile processi ripetuti didigitalizzazione. La tendenza odierna è quella di digitalizzare le immaginiil più vicino possibile alla telecamera e di non farle tornare più ad analogico,eccetto che per ragioni di monitoraggio, sino all'uscita della stazionetelevisiva, o, con l'avvento della OTV, sino allo schermo televisivoin casa dell'utente.