L’estensione dello standard H.264 coincide con la rapida evoluzione delle tecnologie di imaging ad alta risoluzione e/o a elevato frame rate (sensori, display) e con i progressi delle tecnologie di memorizzazione ad alta velocità. Una tecnologia ad alte prestazioni e, al contempo, efficiente come il formato H.264 permette di codificare l’enorme quantità di dati di imaging generati dai moderni sensori in un file di dimensioni contenute; ciò significa che le immagini possono essere registrate su memory card economiche, mentre le operazioni di modifica/visualizzazione possono essere eseguite su computer/software di editing comunemente disponibili in commercio. La Figura 1 mostra l’evoluzione delle tecnologie dei sensori di immagine CMOS, a cui Sony ha contribuito con lo sviluppo e la commercializzazione di un sensore con velocità di trasferimento dei dati superiore a 30 Gbps. Nei prossimi anni si prevede una crescente diffusione di strumenti di imaging caratterizzati da alti livelli di risoluzione, frame rate elevati e velocità di trasferimento superiori. La Figura 2) mostra l’evoluzione tecnologica delle memory card SxS e XQD. Si osservi che le schede di ultima generazione consentono la registrazione in tempo reale a velocità di oltre 1 Gbps e che la capacità di registrazione è aumentata considerevolmente nel corso degli anni. Inoltre, hanno ulteriormente ridotto il loro già compatto fattore di forma. Questo documento illustra le caratteristiche e i vantaggi del formato XAVC. Spiega inoltre come XAVC si inserisca nell’attuale workflow di produzione insieme a formati di compressione molto diffusi come MPEG2, MPEG4 SStP e i file RAW delle telecamere. Sony ha sviluppato e commercializzato una sensore dell’immagine con velocità di trasferimento dati superiore a 30 Gbps. Nei prossimi anni si prevede una crescente diffusione di strumenti di imaging caratterizzati da alti livelli di risoluzione, frame rate elevati e velocità di trasferimento superiori. La Figura 2 mostra l’evoluzione tecnologica delle memory card SxS e XQD. Si osservi che le schede di ultima generazione consentono la registrazione in tempo reale a velocità di oltre 1 Gbps e che la capacità di registrazione è aumentata considerevolmente nel corso degli anni. Inoltre, hanno ulteriormente ridotto il loro già compatto fattore di forma. Questo documento illustra le caratteristiche e i vantaggi del formato XAVC. Spiega inoltre come XAVC si inserisca nell’attuale workflow di produzione insieme a formati di compressione molto diffusi come MPEG2, MPEG4 SStP e i file RAW delle telecamere.

Grazie alla vasta gamma di punti operativi offerta dal formato XAVC, è possibile ridurre la larghezza di banda delle immagini 4K a meno di 100 Mbps in funzione della struttura GOP, del frame rate e del campionamento dei colori. La selezione efficiente dei punti operativi dovrebbe migliorare sensibilmente l’esperienza dell’home entertainment, e sarà probabilmente implementata in diverse applicazioni B2B in cui l’imaging ad alta risoluzione è una priorità importante. Nella maggior parte dei display 4K per l’home entertainment, il numero dei pixel attivi sarà limitato a 3840 x 2160, il quadruplo di 1920 x 1080 (Quad HD o QFHD); sarà perciò diverso dallo standard di presentazione cinematografica, che prevede 4096 pixel sull’intero piano dell’immagine. Il formato XAVC supporta entrambi i formati di campionamento orizzontale 4096 e 3840, permettendo perciò di utilizzare gli strumenti di produzione XAVC sia nelle applicazioni cinematografiche che in quelle televisive. La telecamera PMW-F55 di Sony supporta la registrazione Intra-frame XAVC 4K con punti operativi compresi tra 240 Mbps (a 24P) e 600 Mbps (a 60P) all’interno della telecamera. Il server PWS-4400 supporta questi punti operativi ed è adatto alla piattaforma di produzione 4K dal vivo. Il bitrate per il 4K è stato il punto di discussione principale in tutta la fase di sviluppo. 100 Mbps per 1080i è considerato un bitrate ragionevole, poiché è stato ampiamente utilizzato nell’industria broadcast. In teoria, affinché il bit rate sia sufficiente per il 4K 60p (che ha risoluzione quadrupla e frame rate doppio), i dati devono essere moltiplicati per otto. Il risultato è 800 Mbps; tuttavia, il 25% dei dati può essere ridotto codificando in modo efficiente i frame progressivi rispetto a quelli interlacciati. Per consentire una registrazione sicura a queste elevate velocità di dati usando un supporto compatto e di costo contenuto, Sony ha sviluppato la famiglia di memory card SxS Pro+. Le memory card SxS Pro+ sono compatibili con tutti i dispositivi dotati di uno slot per schede SxS e possono raggiungere una velocità di registrazione sostenuta fino a 1,3 Gbps. Con una singola memory card SxS Pro+ da 128 GB, la telecamera PMW-F55 permette di registrare fino a 50 minuti in formato 4K/24P o circa 20 minuti in modalità 4K/60P.

Mentre le telecamere PMW-F5/F55 registrano i file RAW usando il registratore integrato AXS-R5, gli slot per schede SxS incorporati nelle telecamere permettono di registrare simultaneamente file XAVC con risoluzione HD che corrispondono perfettamente ai file RAW per quanto riguarda la registrazione dei punti In/Out, dei dati audio, dei timecode e di altri metadati, inclusi i nomi dei file. I file XAVC si aggiungono ai file RAW come file di editing, e offrono la possibilità di iniziare immediatamente il processo di editing rimuovendo le schede SxS dalla telecamera. Per le operazioni di gradazione dei colori e di editing delle immagini provenienti dai file RAW della telecamera è richiesto un passaggio aggiuntivo di elaborazione video (noto come de-bayering, o de-mosaicking). Benché i file RAW della telecamera offrano la massima libertà creativa, un requisito indispensabile per le sofisticate attività di post-produzione, possono esistere limiti di tempo e/o di budget. I file XAVC 4K possono essere considerati un’alternativa economica ai file RAW delle telecamere. Come si può osservare nella Figura 5, i file XAVC 4K hanno una dimensione simile a quella dei file con risoluzione HD oggi molto diffusi. È probabile perciò che i file XAVC 4K possano rappresentare un importante elemento di traino per l’espansione della produzione 4K.

Oggi, il settore del broadcast e dei reality utilizza prevalentemente il formato MPEG2 HD Long GOP (50 Mbps o 35 Mbps) per le produzioni HDTV, che viene scelto per le dimensioni compatte dei file, l’alta qualità delle immagini e i requisiti di potenza di elaborazione piuttosto contenuti. Dai notiziari ai reality show fino agli eventi sportivi di grande richiamo, una velocità di trasferimento dei dati di 35-50 Mbps rappresenta un presupposto ottimale per l’utilizzo di un’infrastruttura HDTV basata su file. La Figura 6 mostra come si possano decodificare diversi flussi video compressi su una data piattaforma informatica senza ricorrere ad acceleratori hardware o GPU. L’asse orizzontale rappresenta i frame per secondo, e a questo riguardo il formato MPEG2 50 Mbps è naturalmente il più veloce (o il più efficiente). Ultimamente, diversi broadcaster hanno iniziato a mostrare interesse per l’adozione del formato H.264 come formato interno principale, per le seguenti ragioni.

• La possibilità di unificare tutti i file dei programmi, dalla programmazione prime-time ai notiziari, in un singolo codec contenuto in un wrapper standard
• L’uso del campionamento a 10 bit anziché a 8 bit su MPEG2
• La qualità delle immagini MPEG2 a 50 Mbps viene percepita come insufficiente per sostituire gli attuali formati su nastro come HDCAM
• Lo spazio di memorizzazione, la larghezza di banda della rete e la potenza di elaborazione stanno diventando un problema minore per la gestione di più flussi di dati a bit rate elevati

Per le produzioni HDTV a 50p/60p, XAVC Intra supporta fino a 440 Mbps e può essere considerato un formato di livello intermedio, che colma il divario tra i formati con qualità di masterizzazione (MPEG4 SStP o HDCAM-SR) e MPEG2. XAVC svolge anche un ruolo cruciale nel rendere possibile l’utilizzo di camcorder portatili con frame rate estremamente elevati in risoluzione HDTV. La telecamera PMW-F55 permette di registrare immagini 4:2:2 a 10 bit con risoluzione di 1920 x 1080 a un frame rate di 180 fps sulle memory card SxS Pro+ interne. Occupando i due slot per memory card con schede da 128 GB, la durata di registrazione continua viene prolungata a circa 40 minuti a 180 fps. La domanda per mantenere le dimensioni dei file abbastanza ridotte da consentirne l’esecuzione alle attuali velocità comprese tra 35 e 50 Mbps, persino nel workflow operativo a 1080-50p/60p, non cesserà. Per soddisfare questa esigenza, il formato da preferire è Long GOP, che consente di ridurre le dimensioni dei file senza ripercussioni sulla qualità delle immagini. Come illustrato nella figura 6 qui sotto, Long GOP a 50 Mbps offre quasi le stesse prestazioni di decodifica di Intra a 100 Mbps, sebbene richieda maggiore potenza di elaborazione.