M l M D A••••••••• I ••• I ••• I •••••• I ••• I ••••••••••••••••••••••••••••••••• I •••••••••••••••••••••••

Il TeleCompuler

Il decodificatore Pay-TV della terza generazione è un computer multimediale dalleillimitate funzionalità. Diventa il vero e proprio cervello della parete multim edia le, ilcasello in salotto di quella superautostrada informatica. Intel, Silicon Graphics, Apple,Microsoft, TCI, Time-Warner, GeneraI Instrument, A T&T, 18M, 300. Queste società

hanno tutte qualcosa in comune: proporci la propria visione del TeleComputer, ilsalotto digitale del 2000. In questo articolo troviamo una sorprendentemente

dettagliata visione del concetto del TeleComputer di Jim Clark, Silicon Graphics Inc.

di Gerardo Greco

Una introduzione

I precursori

Nel numero 116 di MC abbiamo de-scritto per la prima volta su questepagine i primi esperimenti condotti peraumentare le funzionalità dell'apparec-chio televisivo, quello che con un po' diesagerazione abbiamo già indicato co-me TV-Interattiva. In realtà quell'articolomostrava piuttosto chiaramente comeesistesse già allora una particolare sen-sibilità sull'argomento. La tecnologia ri-

maneva il tallone di Achille di tutto ilconcetto Videoway di allora, il decodifi-catore Pay-TV della seconda generazio-ne, un sistema certamente avanzato,ma sempre una piccola parte di ciò chela nostra fantasia poteva suggerirci, sesolo fosse stato possibile ...

A distanza di quasi un anno il panora-ma sembra oggi pervaso da una rivolu-zione dai contorni ancora non chiara-mente definiti. Le reti ad alta velocitàcerto non sono nate oggi. Oggi peròesiste una guerra in corso contro iltempo, condotta da alcuni gruppi eco-

nomi ci e dalla stessa amministrazionestatunitense, affinché si riesca nel girodi pochi anni a creare uno stato di fattointangibile nel quale il TeleComputer èl'anello centrale. Si contrappongono vi-sioni ad elevato contenuto tecnologico,quelle dell'industria, a visioni di demo-crazia avanzata, quindi servizi evolutiper tutti a costi contenuti proposti dallaamministrazione Clinton/Gore. Quindinon solo scelte di tipo tecnologico, maanche approcci che tengano conto del-l'impatto profondo sulla vita e l'econo-mia di fine millennio.

MCmicrocomputer n. 130 - giugno 1993 241

MULTIMEDIA

Oggi

Il «Multimedia» è l'integrazione diaudio, video, grafica e computer in unsingolo ambiente digitale. Promettemolte nuove applicazioni che possanoutilizzare questa combinazione di tecno-logie.

La maggior parte delle persone credeche l'integrazione si avrà sulla prossimagenerazione di personal computer, emolte società di informatica lavorano inquesta direzione. Ma per l'utente «con-sumer» esiste una possibilità concretache un «TeleComputer» possa colmarelo spazio tra la televisione ed il compu-ter multimediale. Pensate a questo «ri-produttore multimediale» come l'equi-valente digitale del decodificatore dellaTV via cavo, sarà il computer per lagente comune. Il suo ruolo centralecontinuerà ad essere l'intrattenimento,

242

con film, programmi TV e giochi interat-tivi, ma è capace anche di tante altrefunzioni quali:- libri di testo che insegnano attraver-so simulazioni ed animazioni graficheaccoppiate ad audio e video;- accesso ad informazione e comuni-cazione da basi di dati e bibliotechemultimediali;- accesso a giornali e riviste;- giochi in realtà virtuale a giocatorimultipli;- servizi di intrattenimento di televisio-ne digitale;- accesso ad audio digitale;- posta multimediale;- videotelefonia.

Un telecomputer a basso costo nellecase è importante prima che gli autori diinvestano nello scrivere libri interattivi.Ed i servizi di media a richiesta, qualiriviste, giornali, libri, enciclopedie, giochi

ed intrattenimento con audio e videodigitale necessitano di un riproduttore dimedia digitali nelle case prima che iservizi possano essere sviluppati.

Le pietre miliaridell'industria informatica

L'industria informatica può beneficia-re enormemente dalla definizione deiblocchi costruttivi del telecomputing inmaniera tale da poterli utilizzare in com-puter multimediali standard. Ciò garanti-rà compatibilità tra il mondo consumere quello informatico, il client ed il ser-ver. Peraltro la distribuzione di grossivolumi di elettronica di consumo puòridurre enormemente i costi dei compu-ter, permettendo (tele)computer portati-li molto più potenti di quelli di oggi.

Gli elementi principali di un telecom-puter deriveranno dalle tecnologie deinetwork, dei sistemi, della grafica com-puterizzata, del trattamento dell'imma-gine e dei semiconduttori, tutto conun'attenzione particolare all'economia discala dell'elettronica di consumo. Maper ottenere un telecomputer a bassocosto, paragonabile ai costi dell'elettro-nica degli attuali decodificatori per Pay-TV, sarà necessario coinvolgere fornitoridi componenti, distributori, costruttori dicircuiti integrati e realizzatori di costosicontenitori plastici comuni nell'industriainformatica. Il successo potrà eventual-mente anche dipendere dal fatto cheuna singola società riesca ad integrarequasi tutto, dalla fabbricazione dei semi-conduttori al telecomputer stesso.

L'industria dei computer, specialmen-te nel segmento delle workstation, haun vantaggio perché ha già cominciato asviluppare tecnologia multimediale. Lesocietà di elettronica di consumo oggidominanti non hanno un controllo com-pleto della gamma completa di tecnolo-gie di grafica e di imaging digitale ne-cessarie per creare televisione digitale,il che spiega perché queste si sonoconcentrate così a lungo su un approc-cio analogico alla HDTV, la televisionead alta definizione.

Potenza diTeleCalcolo

Un'enorme capacità di calcolo è ne-cessaria per decodificare un segnaletelevisivo digitale ad alta definizione.Sarà necessario scalare a diversi livellidi risoluzione di schermo, decomprime-re in tempo reale ed i servizi di pay-per-view saranno encriptati. La funzione dialterazione di scala di solito necessita diuna grossa capacità di image proces-sing per campionare e filtrare opportu-namente il segnale in entrata. La com-

MCmicrocomputer n. 130 - giugno 1993

pressione e la codificazione sono egual-mente esigenti.

Il messaggio principale di questo arti-colo è che la potenza richiesta per que-ste operazioni è la stessa necessariaper grafica tridimensionale di qualità perrealtà virtuali. Oltre a questo, costruireun telecomputer con capacità grafichepuò permettere una vasta gamma dimercati che invece rimarrebbero esclusida una televisione digitale ordinaria. L'o-biettivo è di definire funzionalmente erazionalizzare un modulo base da 200dollari dalle prestazioni richieste. Unacombinazione di capacità di calcoloRISC con canali dati paralleli multipli,cache, memorie di programma, memo-rie di schermo a colori reali a doppiobuffer con z-buffer, interconnessioni ge-neralizzate a velocità ultraelevata perl/O, adatto supporto hardware specificoper image processing, crittografatura,compressione e grafica a 2 e 3D intempo reale con resa di superfici ad altaqualità.

Questo obiettivo può essere raggiun-to in due o tre anni. I limiti dei semicon-duttori ci indicano la possibilità di rea-lizzare oggi la CPU più avanzata ad uncosto di fabbricazione, il prezzo neces-sario perché l'industria di semicondutto-ri fabbrichi il chi P di silicio e lo testi, inquantità elevate di 100.000 transistorper dollaro. Allo stesso modo il costo difabbricazione delle memorie è oggi dicirca 50.000 Byte al dollaro e si awici-nerà a 500 KByte al dollaro entro la finedel decennio.

Quattro milioni di transistor dedicati aRISC, crittografatura, compressione,grafica ed image processing renderannoun teleprocessore capace di tutto ciòche è discusso in questo articolo. Oggipossiamo aggiungere 20 MByte di me-moria di immagine, per risoluzioniHDTV, ed assemblare il tutto in unmodulo singolo per un costo di produ-zione inferiore a 600 dollari. Fra due otre anni questo costo sarà ridotto ameno di 200 dollari, quindi diventeràinteressante.

Le tecnologie di baseQuattro sono le tecnologie di base ne-cessarie per il multimedia: l'audio digi-tale, il video digitale/image processing,computer graphic e capacità di calcologenenco.

Audio DigitaleL'audio digitale è la tecnologia più

completamente esplorata a causa delcompact disk che memorizza due canalidi campioni a 16 bit ad una frequenza di44 KHz, owero una banda passante di88 KByte al secondo per canale. Sony

MCmicrocomputer n. 130 - giugno 1993

ha dimostrato che è possibile ottenereuna compressione di 4: 1 senza percetti-bili perdite; quindi 22 KByte al secondoper canale è la banda minima per con-servare alta fedeltà. Il processing a que-sto data rate non è difficile se confron-tato ai data rate del video digitale.

Video DigitaleGli standard per la trasmissione della

televisione digitale si sono sviluppatilentamente. Crediamo che il motivoprincipale per questa situazione è che ilproblema è stato visto sempre dallaprospettiva della televisione analogica.Le società coinvolte non comprendeva-no completamente i benefici e le possi-bilità del digital imaging. Buona parte diquesto articolo serve a dare una pro-spettiva da computer graphics alla que-stione, perché la comunità del compu-ter graphics può risolvere molti dei pro-blemi che nascono dallo sviluppo dellatelevisione digitale.

Oisaccoppiamento di trasmissione/ri-cezione. I sistemi analogici sono sem-pre estremamente rigidi. Per esempiol'impulso di ritracciamento verticale vie-ne trasmesso e, dopo un ritardo di fasefisso collegato alla velocità di viaggiodel segnale al ricevitore, causa il ritrac-ciamento nel ricevitore. Allo stesso mo-do se alla trasmissione le linee di scan-sione sono interallacciate, il ricevitoredeve immediatamente mandarle sulloschermo in forma interallacciata cosìcome arrivano. In effetti è molto difficol-toso buffe rizzare un segnale analogico.

In contrasto i parametri di un ricevito-re televisivo digitale possono esserecompletamente disaccoppiati dalla suauscita verso il dispositivo di visione.Questo significa che l'interallacciamen-to, per esempio, non è collegato nem-meno alla trasmissione. Un fotogrammadi televisione digitale completo in entra-ta viene memorizzato in una memoriabuffer di quadro prima dell'uscita, inpratica ha un buffer doppio. I dati com-pleti di un fotogramma possono ancheessere trasmessi su un collegamento afibra ottica contenente diverse centinaiadi altri canali multiplexati sulla stessaportante, il che significa naturalmenteconservare frammenti dell'immagine inun buffer fino a quando l'immaginecompleta non viene ricevuta. Può ancheessere encrittata per una ricezione se-lettiva tipo pay-per-view e compressaper risparmiare banda passante, en-trambe operazioni che necessitano ela-borazione in tempo reale sui dati inentrata. Tutto ciò può anche esseretrasmesso su uno speciale spazio dicolore. Infine il risultato di queste opera-zioni può essere alterato dal processoredel telecomputer, il teleprocessore, pri-

MULTI MEDIA

ma della visualizzazione sullo schermo.Oisaccoppiamento della risoluzione.

In un sistema digitale, la risoluzionetrasmessa può essere completamentedisaccoppiata dalla risoluzione visualiz-zata. Il sottocampionamento o il sovra-campionamento ed il filtraggio digitalepossono essere eseguiti da un telepro-cessore se necessario per adattarequalsiasi risoluzione di uscita o discipli-na di scan di linea, NTSC, PAL e glistandard digitali D1 e D2 possono esse-re facilmente generati, non importa qua-le fosse la risoluzione del segnale inentrata, per la compatibilità con gli sta n-dard esistenti. Un ricevitore digitale conil processo re adatto può essere facil-mente utilizzato per filtrare un formatodi trasmissione digitale per generare unqualsiasi formato di uscita. La compati-bilità con la tecnologia esistente puòessere completa e, quindi, la risoluzionedella trasmissione può essere resa irri-levante.

Cosa è importante. Ignorando le spe-cifiche relative al network ed al proto-collo di trasmissione, un insieme piutto-sto piccolo di specifiche è necessarioper la trasmissione video digitale:

risoluzioneaspetto dimensionale dei pixelnumero di bit per pixelcodifica di questi bit (HSV, RGB, ...)linee sequenziali o interallacciatealgoritmo di compressione utilizzatotecnica di crittografatura utilizzatafrequenza di trasmissione dei foto-

grammi.Anche alcune di queste non sono

necessarie. Per esempio l'aspetto di-mensionale dei pixel deve essere qua-drato; non si guadagna alcunché conaspetti diversi da 1: 1 tranne che per lacompatibilità con il formato analogicoHigh-vision in Giappone e linee orizzon-tali e verticali uniformi generate al com-puter sono molto più importanti dellaconformità con un approccio analogiconon fondamentale. Le linee orizzontali everticali generate al computer dovreb-bero essere uguali.

Infine non c'è neanche un motivoimportante per trasmettere linee discan in un modo interallacciato, dal mo-mento che l'entrata e l'uscita sono na-turalmente disaccoppiati. Il fatto chequesto sia stato una parte del dibattitosull'HDTV sottolinea le limitazioni del-l'approccio analogico. Se il display divisualizzazione necessita linee di scaninterallacciate, come è il caso del PAL, ilprocesso re del telecomputer genereràciò al momento dell'Output. Con l'lnputsequenziale si semplifica tutto e non siperde alcunché.

Parametri di trasmissione digitalesoft. I rimanenti parametri «soft» do-

243

MULTIMEDIA

vranno essere trasmessi al ricevitoredigitale:1 Risoluzione2 Codifica e bit per pixel3 Frequenza di quadro4 Algoritmo di crittografatura5 Algoritmo di compressione

Risoluzione. La risoluzione della tra-smissione dovrebbe essere completa-mente indipendente dalla risoluzione diuscita del dispositivo di visualizzazione.Dovrebbe essere ammessa qualsiasi ri-soluzione. Le risoluzioni della televisio-ne ad alta definizione, HDTV, vengonoadesso considerate nell'arco che va ap-prossimativamente da 1000x700 a circa2000xl000. Aspetti dimensionali di16x9 sono importanti per la trasmissio-ne di film, quindi forse la risoluzionedell' «alta definizione» ideale è di1820xl024. La cosa importante è che larisoluzione della trasmissione deve di-pendere dal materiale sorgente e danient' altro; deve essere «soft». Il tele-computer deve mappare qualsiasi riso-luzione di input (naturalmente fino ad unmassimo) in qualsiasi risoluzione dioutput. Di solito l'aspetto dimensionaledell'input e dell'output dovrà essere lostesso, ma una finestra sulla televisionepotrà essere di qualsiasi dimensione e ilsottocampionamento o il sovracampio-namento è necessario per differenti ri-soluzioni o aspetti dimensionali. Qual-siasi teleprocessore deve essere in gra-do di eseguire queste funzioni di imageprocessing.

Codifica. La codifica particolare colo-re-spazio ed il numero di bit per compo-nente colore-spazio devono essere spe-cificati dal trasmettitore perché alcuniformati possano ottenere una migliorecompressione. Inoltre il display dioutput può aver bisogno di un formatoancora diverso. Il teleprocessore del ri-cevitore deve essere in grado di accet-tare una gamma di possibili formati enumero di bit per componente. La con-versione nel formato di output dovreb-be essere automaticamente gestita dal-la potenza del tele processo re utilizzan-do una semplice trasformazione colore-spazio di 3x3.

Frequenza di quadro. La frequenza diaggiornamento per le immagini animatevaria a seconda dell'origine e dovrebbesempre essere trasmessa al ricevitore.Per esempio 30 o 25 fotogrammi alsecondo sono comuni oggi nel videoanalogico, 24 sono comuni per film regi-strati su pellicola e 12 sono comuni peri cartoni animati. Qualsiasi frequenzadovrebbe essere permessa, ad esem-pio 10 fotogrammi al secondo dovreb-bero-essere adeguati per la videotelefo-nia. Per risparmiare banda passante intrasmissione, la frequenza di aggiorna-

244

mento dovrebbe essere parte integran-te dei parametri soft di trasmissione.Quindi il materiale sorgente dovrebbeessere trasmesso a questa frequenza,non sempre a 30 o 25 fotogrammi alsecondo come per il video analogico, inpratica un'altra forma di compressioneche non costa niente. Infine, propriocome succede nelle workstation attuali,il telecomputer potrà sincronizzare lafrequenza di refresh di output con lafrequenza di aggiornamento utilizzandotecniche convenzionali di interallaccia-mento di fotogrammi.

Crittografatura. La crittografatura saràessenziale per la televisione digitale e lefuture telecomunicazioni. Fornisce ac-cesso selettivo alla programmazione te-levisiva, come per il pay-per-view, egarantisce la necessaria riservatezza permolti tipi di transazione on-line che sa-ranno possibili con il telecomputing.

Tecnologie di crittografatura chiavepubbliche quali RSA sono la soluzioneideale; il teleprocessore dovrebbe esse-re in grado di encrittare e decodificaretutte le trasmissioni e le ricezioni afrequenze da tempo reale, oltre a com-piere le altre operazioni. Potrà esserenecessario un hardware specializzato diaccelerazione per eseguire questa ope-razione in tempo reale.

Algoritmi di compressione. La com-pressione è un'area di notevole confu-sione e con elevate aspettative. Duesono le cose che la stanno spingendo:innanzitutto le società che gestisconotelevisione via cavo guardano alle pros-sime fibre ottiche digitali con la com-pressione come una soluzione alla lorobanda passante ed ai problemi di degra-do del segnale. In secondo luogo vir-tualmente tutte le società informatichedesiderano comprimere il video in ma-niera tale che il video possa essereconservato e letto in tempo reale daCD-ROM. Le società che gestiscono iservizi via cavo vogliono sostituire l'ana-logico con un prodotto migliore e lesocietà informatiche vogliono i segmen-ti video per il multimedia.

Tutto ciò ha delle limitazioni. Cercaredi costringere un CD a memorizzare erileggere video e audio di qualità ad unafrequenza di 1,408 Mbit al secondo èforse chiedere tanto. Forse un tale sfor-zo dovrebbe essere indirizzato a creareaddirittura un nuovo standard «Vi-deoCD». Questo potrebbe quindi sosti-tuire il vecchio nastro video sequenzialeed i volumi del mercato consumer po-trebbero essere utilizzati per permette-re gradualmente l'esistenza di un nuovopotente meccanismo di memorizza-zione.

MPEG I dovrebbe comprimere un se-gnale da 320x240, a 30 fotogrammi al

secondo in una trasmissione da 1 Mbital secondo, più 200 Kbit al secondo peril suono. Per qualità generica da intratte-nimento ciò sembra poco realistico.MPEG Il permette da 5 a 10 Mbit alsecondo su una risoluzione di 720x480.Anche questo è solo da 1/2 a 1 bit perpixel.

MPEG Il sembra particolarmentecomplesso. Comprime tasselli di imma-gine da 8x8 utilizzando una TrasformataCoseno Discreta (DCT) combinata conuna codifica Huffman ed un algoritmo dicodifica di predizione interframe e/o in-terfield; in pratica un algoritmo che sioccupa di prevedere la traiettoria deivari tasselli da un fotogramma all'altro.Non solo questa funzione sembra dedi-cata a questo genere di applicazioni, malo schema a tasselli è evidente in scenecon movimenti veloci. Per l'intratteni-mento il consumer non tollererà nienteche rappresenti un peggioramento sullaprecedente tecnologia analogica, i CDsarebbero stati un fallimento se l'audiodigitale fosse risultato peggiore dei di-schi a 33 giri. Sebbene l'MPEG saràutile per il multi media, potrebbe nonessere adeguato per il video digitale perl'intrattenimento.

L'importante, comunque, non sono lespecificazioni per l'MPEG Il o qualsiasialtro schema di compressione. Piutto-sto rimane il fatto che la compressioneè ancora una tecnologia allo stato em-brionale e quindi metodi di compressio-ne migliori saranno inventati. Inoltre esi~sterà una varietà di algoritmi di com-pressione, alcuni ad «alta compressio-ne», dove è accettabile, altri a bassacompressione, magari senza degradoalcuno per conservare la qualità massi-ma, come la compressione audio Sony4: 1. L'approccio appropriato è di co-struire meccanismi nel teleprocessoreche possano accelerare elementi fonda-mentali della compressione, quali maga-ri le trasformate coseno ed il riconosci-mento di pattern, lasciando al processo-re centrale il compito di controllare l'al-goritmo. L'algoritmo di decompressionestesso può persino essere trasmessoprima della trasmissione. La sfida per ilpresente è di inventare una gamma dialgoritmi che coprano applicazioni dicompressione da alta a bassa.

Se avessimo come obiettivo di indica-re le specifiche di una televisione adalta definizione, HDTV, potremmo fer-marci qui ed ignorare la grafica compu-terizzata avanzata. L'attuale televisionenon a quasi alcuna possibilità grafica.Ma nuovi mercati sono disponibili, qualiquello educativo e quello dei giochi inrealtà virtuale, che renderanno la transi-zione alla TV digitale più attraente perl'utente finale. Inoltre la potenza di cal-

MCmicrocomputer n. 130 - giugno 1993

colo in tempo reale e la banda passantedella memoria necessarie per campio-nare, filtrare, memorizzare, rileggere,comprimere ed encrittare i segnali divideo digitale sono essenzialmente ade-guati per grafica a colori a 3D in temporeale.

Graficacomputerizzata

Due approcci alla grafica computeriz-zata sono stati sviluppati nell'ultimo de-cennio. Il primo è quello della grafica«bit mapped», con una grafica di tipopagina statica, a buffer singolo, bianco enero, 1 bit per pixel, a 2 dimensioni,comunemente trovate sugli Apple Ma-cintosh e sulle Workstation Suno Harivoluzionato il desktop publishing manon è appropriata per media dinamici.L'altro approccio grafico è la grafica persimulazioni, dinamica, a doppio buffer,in tempo reale, a colori, in 3D, tipicadelle workstation di Silicon Graphics.

Come è stato sottolineato preceden-temente, il semplice video digitale ne-cessita di memorizzazione dinamica, adoppio buffer, colori reali e capacità diimage processing in tempo reale. Que-sta potenza è condivisa con la grafica a3D in tempo reale. Per esempio il fil-traggio, il campiona mento e il mappareimmagini digitali in entrata da una risolu-zione ad un'altra è identico in terminicomputazionali a mappare effetti di su-perficie in anti-aliasing su superfici tridi-mensionali.

È necessario ridurre le primitive grafi-che in un telecomputer ai minimi termi-ni. I sistemi grafici odierni hanno unsacco di fronzoli, la le quattro primitivegrafiche geometriche sono:

caratteripuntilineesuperfici.

Queste primitive dovrebbero poteressere:- dimensionate, rotate e traslate arbi-trariamente- illuminate da differenti sorgenti lumi-nose- ed avere effetti di superficie e tra-sparenze mappate su di esse in temporeale per fornire un ambiente graficogeometrico molto generico.

Aggiungete funzioni di image proces-sing a:- geometria a campioni di punti- filtrare ed accumulare immagini- memorizzare, rileggere e mappareeffetti di superficie in anti-aliasing.

Il risultato è un ambiente grafico vir-tualmente completo proprio come i piùcostosi sistemi oggi disponibili.

Notate che i caratteri tipografici, co-

MCmicrocomputer n. 130 - giugno 1993

me i punti, le linee e le superfici, sonogeometrici; eppure tutti i sistemi grafi-ci in tempo reale realizzati negli ultimidieci anni hanno trattato i carattericome immagini, oggetti già «rende-red». Di conseguenza sono disponi-bili solo specifiche dimensioni dellelettere e rotazione, dimensiona-mento generici ed altre operazioninon sono disponibili in tempo rea-le. Oggi le font geometriche outli-ne sono comuni e dovrebbero es-sere rese in tempo reale propriocome ogni altra geometria. Hard-ware aggiuntivo sarà necessarioper permettere ad una scherma-ta di caratteri di essere resa intempo reale, ma per media distampa in tempo reale vera-mente interattivi ciò sarà asso-lutamente irrinunciabile.

/I TeleprocessoreLe workstation di oggi nel-

la configurazione completasono troppo complesse perun telecomputer, ma alcu-ne cose dovrebbero esserein comune tra loro. La cosapiù importante per la com-patibilità è il set di istru-zioni della CPU e l'am-biente multimediale.Questo non significa,comunque, che vogliamo mettere unaworkstation o un PC in ogni televisione.Le interfacce e le tastiere Unix, MS-DOS, NT e X-Windows sono complicatee non hanno alcun significato per lamaggior parte dei comuni utenti dimassa.

Un cuore RISe. I programmi che gira-no su un telecomputer hanno bisognodi una CPU e le più efficienti CPU sonoquelle a Set di Istruzione Ridotto. Nonviene sprecato spazio su silicio con mi-crocodice per istruzioni non utilizzate.Inoltre, data una certa tecnologia a se-miconduttori, una CPU a CISC tipica-mente girerà più lentamente ed utilizze-rà più energia. Una CPU RISC permettedi utilizzare più spazio per hardware digrafica, compressione, crittografatura eprotocollo di network.

Quale potrebbe essere una configu-razione ideale di una CPU RISC pergrafica ed image processing? Una CPURISC con 4 canali dati, ciascuno conpossibilità di interi e virgola mobile a 32bit, ciascun canale dati capace di molti-plicare e aggiungere in un solo ciclo,con una velocità di clock superiore a100 M Hz. Ciò permetterebbe 800 mi-lioni di operazioni aritmetiche al secon-do, che contribuirebbe ad ottenere ve-locità da grafica di realtà virtuale. La

MULTIMEDIA

CPU avrebbe anche bisogno di memo-ria di cache e di programma sufficientea contenere gli algoritmi essenziali edovrebbe anche controllare il networkdi I/O e gli acceleratori per la grafica, lacompressione e la crittografatura. Sa-rebbe opportuno che fosse compatibilecon un processo re RISC comunementeutilizzato nelle workstation, per distri-buire i disponibili strumenti di sviluppoper media digitali.

/I sistema operativo. Sarà necessarioun sistema operativo a sola esecuzionein tempo reale, poiché nessun attualeambiente di sistema operativo è abba-stanza efficiente per image processingin tempo reale accanto a grafica, com-pressione, crittografatura e audio digita-le in piccoli ammontare di memoria.Unix e le diverse varianti dei sistemioperativi di Microsoft sono troppo com-piessi e le loro caratteristiche sonospesso non necessarie in un «player»multimediale consumer a basso costo.

D'altronde le applicazioni necessitanodi un ambiente di sviluppo completo.Questo significa che le workstation ele piattaforme PC convenzionali neces-sitano di un modalità di compatibilitàper supporta re il Sistema Operativo in

245

MULTI MEDIA

Tempo Reale per Esecuzione per losviluppo ed il debugging di programmi.

/I sistema di memoriaLe organizzazioni correnti per DRAM

sono inadatte per la generazione di im-magini digitali ed i progettisti di sistemiper grafica computerizzata si sono in-gegnati su questo punto per oltre diecianni. L'opportunità di mercato presen-tata dal telecomputing è abbastanzaestesa per motivare, finalmente, i co-struttori di memorie a realizzare memo-rie ad alta densità organizzate specifica-mente per telecomputer, piuttosto chesemplicemente continuare a fare chipcompatibili con le generazioni prece-denti di DRAM. Il problema più grave èla banda passante. La soluzione richie-de cambiamenti nella progettazione diDRAM che sono motivati da questanuova applicazione in alti volumi. Que-sto articolo non può indirizzare la possi-bile architettura di questa nuova me-moria, ma comunque questo elementoè di importanza fondamentale; daremoper scontato che la memoria giusta siadisponibile.

Necessità basilari di memoria. Unaimmagine di televisione digitale neces-sita di almeno 2 byte per pixel permemorizzare una immagine statica.Usando tecniche di dithering è possibi-le cavarsela con un po' meno, ma cre-diamo che lo sforzo necessario per ri-durre la memoria di un x% non è giu-stificato a causa della continua riduzio-ne di prezzo delle memorie. Due buffersono necessari per una immagine dina-mica, quindi 4 byte per pixel sono ilminimo.

Quanta memorizzazione in più è ne-cessaria per la grafica a 3D? Nel casopiù semplice, nessuna mappatura di ef-fetti di superficie, un totale di circa 4bit per pixel è necessario per z-buffer,coefficiente alfa di trasparenza e punta-tori per la gestione delle finestre. Ciòraddoppia la memoria necessaria in unaTV digitale non evoluta.

Le risoluzioni convenzionali NTSC siadattano entro una memoria di immagi-ne di 640x512 pixel di 327.680 pixeltotali. Una televisione digitale semplicecon uscita NTSC avrebbe quindi biso-gno di 1,32 MByte ed il più semplicetelecomputer a 3D avrebbe invece bi-sogno di almeno il doppio, senza conta-re la memorizzazione del programma.

Possibilità avanzate di 3D. L'aggiuntadi un effetto di mappatura della superfi-cie aumenta grandemente il realismodelle immagini a 3D, permettendo cosìqualità da realtà virtuale. La memoriaaddizionale dipende dalle dimensioni edal numero di differenti mappe di effet-

246

ti. Se 2 byte per pixel sono necessariper memorizzare un'immagine, 4 bitper pixel sono richiesti per una mappa-tura di superficie a tutto schermo utiliz-zando tecniche tradizionali di MIP-mapper il trattamento de-aliasing. Ma an-che effetti di superficie piccolissimi eciclici possono considerevolmente ar-ricchire una scena a 3D, quindi 4 byteper pixel è la memoria per effetti disuperficie da considerare.

Un telecomputer tipico con una riso-luzione NTSC in uscita dovrà averequindi 1,32 MByte di memoria per ibuffer di immagine, 1,32 Mbyte per z-buffer e trasparenze, 1,32 MByte pereffetti di superficie e magari 2 Mbyteper memoria di programma. Il costoattuale della memoria per un telecom-puter con possibilità di realtà virtuale e3D con uscita NTSC/PAL è di meno di120 dollari e può scendere a meno di30 dollari a metà degli anni '90.

Televisione digitale ad alta risoluzio-ne. La televisione digitale ed i telecom-puter permetteranno finalmente risolu-zioni di trasmissione variabili che pos-sono essere differenti dalle risoluzionidel ricevitore. Le risoluzioni di trasmis-sione possono essere determinate se-condo il materiale sorgente e non fisseper tutto il tempo come nei sistemianalogici.

Anche la risoluzione del ricevitore èvariabile. L'immagine in entrata può es-sere sovracampionata per adattarsi aduna piccola finestra sullo schermo delricevitore. La risoluzione massima deltubo catodico o del pannello piatto de-termina le dimensioni della memorianecessaria nel buffer di immagine. Isegnali in entrata a definizione più ele-vata vengono filtrati, campionati e me-morizzati nel buffer di immagine men-tre quando arrivano. Ciò richiede unaminima quantità di buffering se il se-gnale in entrata non è interallacciato.

Se tutti i ricevitori usassero lo stessoteleprocessore, la principale differenzatra di essi sarebbe nella quantità dimemoria di cui dispongono. Man manoche la risoluzione viene aumentata, unnumero più elevato di pixel richiedemaggiore capacità di calcolo per conser-vare lo stesso image processing e velo-cità di aggiornamento grafico. Idealmen-te andrebbe preferito un modulo pro-cessore/memoria che possa essere re-plicato per offrire risoluzioni più elevate.Esemplari multipli dello stesso moduloaumenterebbero non solo la memoria,ma anche la capacità di calcol.o neces-saria per conservare le prestazioni.

Un modulo con memoria di risoluzio-ne 640x512 e sufficiente capacità dicalcolo per gestire un'immagine di que-ste dimensioni potrebbe funzionare be-

ne. lnnanzitutto sarebbe adeguato perrisoluzioni di output NTSC/PAL e quindifunzionerebbe con televisioni standard.Successivamente quattro moduli dareb-bero 1280x1024 che vengono utilizzaticomunemente nelle workstation a colo-ri. Infine sei moduli darebbero1920x1024, adeguati per una risoluzio-ne HDTV da 1820x1024, con circa 100Kpixel in più.

Ciascuno di questi moduli può averequantità di memoria variabile, a secondadelle caratteristiche desiderate, da sem-plice televisione digitale a possibilità direaltà virtuale.

Considerazioni finaliNei prossimi quattro o cinque anni,

cambiamenti senza precedenti si avran-no nelle industrie dei computer, delletelecomunicazioni e della televisionequando il multimedia entrerà nelle caseattraverso il telecomputer.

Ciò avrà bisogno dello sviluppo dellereti di comunicazione a fibre ottiche cherimpiazzeranno tanto i sistemi di TV viacavo che il sistema telefonico. Mentrequesto cambiamento avrà bisogno dimolti anni per essere completato, cosìcome i sistemi via cavo sono cresciutiin maniera incrementale, così succede-rà per questi nuovi sistemi. Ma sarannonecessarie le prestazioni del telecompu-ter per creare la domanda per questinuovi servizi.

L'attuale «Iocal loop» del sistema te-lefonico ed il «cable franchise» per latelevisione diventeranno un unico Multi-media Server Loop. Ciascun anello rap-presenterà diverse decine di migliaia di«clients», ciascuno utilizzante un tele-computer. Nell'anello esisteranno siste-mi di computer ad alta velocità perservire audio e film a richiesta, giochi direaltà virtuale, giornali in forma digitale,riviste settimanali e mensili, biblioteche,enciclopedie e libri interattivi. Col tempotutti i media saranno disponibili in formadinamica. Anche i sistemi di commuta-zione per videoconferenza e telecomu-nicazione saranno integrati.

Una combinazione di industrie di se-miconduttori, grafica computerizzata ecomputer ha la capacità di progettare ecostruire un telecomputer della potenzadescritta nell'articolo. Le odierne socie-tà di elettronica di consumo non posso-no, così appesantite da un approccioanalogico e preoccupate a conservare labase di installato. Eppure è possibilecostruire un telecomputer che utilizzi gliesistenti apparecchi televisivi e possacrescere verso risoluzioni più elevate equalità più elevata in maniera modulare.La sfida è per noi tutti.

MCmicrocomputer n. 130 - giugno 1993

Prodotti di Alta Qualità e Convenienza nei PrezziProfessionalità ed Assistenza Qualificata €GiS

COMPUTER

VENDITA AL MINUTO E PER CORRISPONDENZAPAGAMENTO RATEIZZATO IN TUTTA ITALIA (pratica in 1 Giorno)

MERCE PRONTA CONSEGNA> RICHIEDETE IL NOSTRO LISTINO:

I NOSTRI PREZZI SARANNO IL VOSTRO GRANDE AFFARE !

Macchine Complete:

286da 405

Competenza e cortesia a Vostra disposizione per cOl1sigliarvi nelle Vostre scelte 386 SX/40597

SPECIALE STAMPANTI

UPGRADE SISTEMI

NoteBook 386 SX2Mb RAM - HD 80

1.850

386 DX/40728

486 DX2/66128K cache

1.853

486 DLC/33733

486 DX/33128K cache

1.270

486 DX/50128K cache

1.643

NoteBook 486 SLC/252Mb RAM - HD 80

2.100

NoteBook 486 DLC/334Mb RAM - HD 120

2.699

558750890540

299399

280409530570980

1.2502.200

Tastiere Italiane e USADrive, Controller e Multi VO

Porte Parallele, Seriali e GameJoystick di ogni tipo

Mou •• a pa'1ire da i:19.000

MonitorVGA Monocromatico 180VGA color a partire da 350VGA color 1024 da 399VGA colar 1024 Jow rado 450MlSync 15· col. 1280 NI 790VGA 19·color 1024 1.599NEC 3FGIE 1.150NEC 4FGIE 1.590

"ard Disk40Mbyte135 Mbyte170 Mbyte210Mbyte420 Mbyte SCSI600 Mbyte SCSI1.050 Mbte SCSI

AdII ·OnController velocizzatoreLocal Bus con Cache :

Standard IDEStandard SCSI

CD ROM + AudioCD ROM esternoCDROMXATape BackUp 250 Mb

del tuo vecchio sistema conManodopera Gratuita!!

SPECIALE MODEM

Pockel Estemo 9600 baud + Fax G3 sendlreciveV21/22/22bis V23 V42/42bis MNP5 299Estemo MicroDirect ZyXel 14400 baud + Fax G3 sendlr~civeV21/22/22bis V23 V42/42bis V32 MNP5 659

/1:;:-J' OFFERTA DEL MESE ~X~- ~~Su ogni macchina 386 DX o 486

una Seheda Sonol'a compresa nel prezzooppure

una VGA Trlle Color per sole f 150.000

Plash'e Madri SehedeVGA286 99 800x600 256 Kbyte 49386 SXJ40 SMT 220 1024x768 I Mbyte 109386 DXJ33 64K cache 340 1280x I024 I Mbyte da 136386 DXJ40 323 Chip per 32000 colori 49386 DXJ40 uprgr. Local Bus 399 1280x I024 IMb TrucCaI. da 170486 DLC/33 368 TrueColor. Local Bus 260486/33 128K cache SMT 850486/50 256K cache SMT 1.238

Accessori486 DX2I66 256K eaehe 1.448SoundBlaster Pro II 260SoundBlasler + CD Rom 890Video Blaster 550

AmIga Aver 1000 + Aver 2000 1.890

Amiga600 460 LogiTech Scanner + OCR 280

Amiga 1200 588 LogiTech Scano 256 + OCR 450

Amiga 1200 + \-lD 850 LogiTech Scano TrucColor 820

Amiga 4000 + 120Mb HO 3.529 Scanner da tavolo 890FaxTRL 750

Espansioni, Drive, Monitor, Mouse, Gruppo dì Continuità 250W 370Joystick, Scanner, Digilalizzatori, Gruppo di Continuità 500W 490Midi, AT·Once, Controller & HO Dischetli 3,5 DSDD 672L

Tulli gli acces.ori pt'r Amiga Di.chetli 3,5 DSHO 1092L

Citizen - OKI - Star - NEC - Epson - Hewlet Paekard - Fujitsu

9 Aghi 259 24 Aghi 375 OKI Laser 400E 980 Olivetti InkJet JPI50 450 Ogni computer è da ritenersi cosi con figurato :Piastra M.dre in C.bUld De,k - I Mbyte RAM

Scheda Grafica VGA - Orive 1.442 Seriati • ) Parallela - Game - Tastiera 101 tasti

Garanzia /2 Afesi eo" sostifuziofleill2Jh !a"OTalil'e

I punti vendita EGiS sono a :

Punto VenditacomputerIBICOlllpI - ",rIlis~

Distributore

S. DANIELE del FRIULI· Zona Tre Venezie (Udine) - Via KeJUledy, 31 - 33038· Te!' 0432/941078

Orari: 9:30·13:00/16:30 - 19:30 • Giovedi chiuso· Sabato aperto intera giornata

ROMA - Via Castro dei Volsci, 40/42 (Metro Colli Albani) - 00179 - Te!' 06/7810593·7803856 (Fax)

T\.UL IprfUiSll1'tendonorvAe1clUSI I.AClr"',tnrne~lndtC.odaI5IrnboloI.5000 wlm'tilLtl •. dl L,re