www.errorediridondanzaciclicodotcom

  • Home
  • La Fibra e il Rame
  • BACK P.P.

  • Perché non vedremo (a breve) i film 8K in streaming

    Internet è stata una grande invenzione ma come era da prevedere ha creato bisogni sempre maggiori e maggiore domanda.
    L'unico mezzo, al momento conosciuto, per accedere alla rete è quello di utilizzare la connessione tramite un supporto fisico che può essere di differenti tipologie.

    Brevemente, tutto nasce dal doppino telefonico, quel filo sottile di rame che abbiamo sempre visto uscire da qualche scatola malmessa della nostra casa. All'inizio c'era solo questo e utilizzavamo il mitico modem 56k con il classico suono di tentativo di connessione e il silenzio a dirci ok, puoi navigare. Poi siamo passati a connessioni sempre più veloci, le cosiddette Broadband Connections, sia via etere che su un misto di rame e fibra ottica. Abbiamo utilizzato connessioni con il cellulare come modem o connessioni via satellite e wi-fi, oltre naturalmente alla classica xDsl.

    Banalmente, la connessione a internet è una trasmissione di dati bidirezionale costituita da richieste e risposte tra due entità chiamate host.
    Se questi due host sono a qualche centinaio di migliaia di kilometri, la connessione avviene mettendo di mezzo altri host che ripetono le richieste e le risposte, come un passaparola. Tutto questo a velocità di frazioni di secondo.
    Come per le strade, possiamo pensare alla rete di internet come un'autostrada piena di macchine che dopo essere uscite da una città con sei corsie, devono immettersi su un tratto a due corsie. Se le macchine sono poche, la loro velocità diminuirà di poco, ma se sono tante la loro velocità diminuirà tantissimo.

    Da molti anni, dopo l'esperimento ARPANET, la rete principale di internet, quella che collega tra loro città o nazioni, è fatta dalle cosiddette "dorsali", fasci enormi di cavi di fibra ottica che passano per lo più sotto gli oceani.
    Si tratta di una rete planetaria, come si può osservare dal disegno a lato, che collega tra di loro tutte le nazioni e continenti.
    Se però non siete la NASA o il Pentagono non potete attaccarvi direttamente ad esse e dovete passare per i nodi "socialdemocratici" che raccolgono e gestiscono migliaia di utenti e che permettono a loro di accedere a queste dorsali in maniera ordinata.
    Se poi non dobbiamo arrivare a San Francisco ma solo una decina di kilometri da noi, possiamo utilizzare semplicemente le reti locali. Queste reti sono ormai quasi tutte in fibra ottica, come piccole dorsali, che trasmettono i dati di gruppi più o meno grandi di utenti.

    In Italia queste reti sono, per la maggior parte, installate da Telecom (TIM se volete fare i "moderni") e spesso affittate ad altri operatori. Questi ISP (fornitori del servizio internet) possono anche, ad esempio come Fastweb o Vodafone, essere in possesso di tratti di reti personali.

    Quindi abbiamo una rete di fibra ottica, stesa per le strade (quelle piattone arancioni) che veicola una quantità elevata di informazioni, a volte per pochi metri, a volte dalla parte opposta del globo. A questa fibra ci attacchiamo con i nostri modem in maniera più o meno diretta.

    Nel disegno sopra ho messo le attuali tipologie di connessioni più diffuse.
    Vedete che ho messo in rosso la centrale telefonica, in genere una per città.

    Dalla centrale si diramano poi i vari cablaggi che raggiungono gli armadi sulle strade. Vedete poi gli affari chiamati DSLAM, sono in realtà dei multiplexer, cioè distribuiscono tanti segnali diversi su un unico mezzo di comunicazione (può essere fibra o rame). Pensate ad un cavo unico su cui devono viaggiare i dati di migliaia di utenti. C'è bisogno di uno strumento che faccia passare i pacchetti digitali di tutti ad intervalli ordinati, perché possano raggiungere le rispettive destinazioni. Il mezzo unico su cui viaggiano tutti gli utenti è generalmente la fibra ottica ma in passato poteva essere anche un cavo di rame, l'importante è che sia un mezzo cosiddetto di "gerarchia superiore". Quello che vedete nella foto a lato è un armadio (non in Italia) con dentro una DSLAM che ha come ingresso i cavi di fibra ottica ed in uscita le spine per il collegamento alle utenze in rame. Viene difatti chiamata VDSLAM.

    Il primo caso del disegno più sopra è quello della vecchia ADSL in cui la DSLAM è posta direttamente in centrale e il segnale fino all'utente viaggia tutto su cavo di rame. A seconda della versione può permettere velocità fino a 25mbs.

    Il terzo rappresenta la soluzione ottimale in cui il rame è stato sostituito dalla fibra ottica. Si può quindi avere sia la FTTH, la fibra fino in casa, dove la fibra ottica arriverà fino ad uno scatolino (un modem) che trasformerà il segnale in un ethernet per entrare nel router (WAN). Dalla centrale al nostro modem i dati viaggeranno su un cavo di fibra. Questa soluzione è in assoluto la migliore.
    C'è anche la FTTB, la fibra fino all'edificio. In questo caso, molto comune per edifici multipiano di grosse dimensioni, la fibra arriva ad una miniDSLAM posta proprio sotto l'edificio. Da qui si diramano le connessioni in rame ai vari uffici o appartamenti. Anche questa connessione è molto buona perchè quasi tutto il tragitto lo farà in fibra e lascerà poche decine di metri al cavo in rame.

    Nel secondo disegno invece abbiamo la soluzione mista in cui i dati viaggiano in parte sulla fibra ed in parte sul rame.
    Dalla centrale un cavo in fibra ottica arriverà ad un armadio in strada. Questo armadio è del tipo di quelli che al momento possiamo vedere facilmente colorati di grigio con appoggiata sopra una scatola con il tetto rosso. Sono gli armadi che hanno sopra i cosiddetti "zainetti" che contengono le (mini)DSLAM. Il loro scopo (sopratutto recentemente) è distribuire la connessione in fibra proveniente dalla centrale a tutte le utenze ad esso collegate con il rame. Non dimentichiamo che l'obbiettivo di Telecom (o altro provider) è di cablare con la fibra più utenze possibili. Poichè è ovviamente impensabile che ognuno di noi abbia un suo cavo di fibra e che tutti abbiano la FTTH, si cerca di allargare il cablaggio in fibra a più armadi possibili e da lì distribuire un segnale molto migliorato agli utenti allacciati con il rame.
    Questo è il sistema su cui si basa, ma non è tecnicamente, la connessione VDSL. La connessione VDSL è una connessione DSL con una maggiore banda di frequenze e che nel caso della VDSL2 può essere simmetrica o asimmetrica. Tutte le connessioni VDSL sono molto sensibili alla distanza, con un limite oltre il quale le velocità cade repentinamente, sovrapponendosi o addirittura risultando inferiore all'ADSL. In particolare la VDSL1 aveva un raggio molto ridotto. La VDSL2 ha introdotto un sistema chiamato vectoring che riduce i disturbi migliorando sensibilmente la qualità del sistema. Si tratta della connessione che oggi, 2017, è la più diffusa dove arriva la fibra. Anch'essa è sensibile alla distanza e difatti, vicino ai 2 km, è addirittura inferiore all'ADSL. Nella versione chiamata "enanched" la velocità aumenta ancora di molto avendo ulteriormente ridotto i disturbi.
    Purtroppo succede spesso che un gruppo di utenti rimanga allacciato ad un armadio sprovvisto di fibra. Da questo armadio, con il cavo in rame, si arriva ad un armadio vicino in cui c'è l'arrivo della fibra ottica. Possono anche essere chiamate reti miste ADSL/VDLSL. Sono situazioni in cui la velocità diminuisce anche di molto rispetto al massimo teorico. Tuttavia quasi sempre permette un miglioramento rispetto la situazione precedente, anche in ADSL. Sarebbe opportuno, prima di fare un contratto, verificare dove si trova l'armadio con lo zainetto sopra e non illudersi troppo.

    C'è poi il caso di utenti collegati con la rete rigida. Il termine non è riferito alla struttura fisica del cavo quanto piuttosto al fatto che si tratta di un collegamento da centrale ad utente praticamente diritto ed unico. Anche se c'è di mezzo un armadio che fa solo da link tra due tratte, in realtà lo smistamento e multiplexing avviene solo in centrale. La particolarità è che si tratta di una connessione in rame che spesso è molto lunga. La VDSL su rete rigida non è penalizzata in sè ma solo dalla distanza che appunto è spesso molto elevata, provenendo direttamente dalla centrale.

    Per ultimo vedete la connessione senza fili di provider come Eolo (per esempio). Ci sono le BTS, che sono le stazioni dotate di antenne che permettono il collegamento tra la fibra (affittata generalmente da Telecom) e le utenze attraverso l'etere (lo so che non esiste, grazie ai sigg. Michelson e Morley, ma mi piace usare il termine).
    Se da una parte questo sistema risolve il problema del cablaggio in quanto l'etere è praticamente sconfinato, dall'altra rimane comunque un grosso collo di bottiglia che sono appunto le antenne di collegamento alle centrali o alle dorsali con la fibra ottica.
    Pensiamo a cento abbonati che si connettono contemporaneamente ad un'antenna (una tra quelle sulla BTS). Se l'etere non pone limiti al passaggio in contemporanea di cento, anzi mille utenti, la BTS, in una singola cella, invece deve ricevere e smistare queste 100 connessioni per instradarle sulla fibra ottica che porta alle centrali. Queste antenne hanno un limite fisico ai dati scambiati contemporaneamente che può essere maggiore o minore a seconda della tecnologia con cui sono fatte ed al numero complessivo di queste antenne che costituiscono la BTS.
    Se da un parte i provider si sforzano, più o meno realmente, di installare nuove e più numerose antenne per garantire il servizio, dall'altra la maggiore diffusione di queste connessioni e l'offerta di maggiori velocità a minor costo tende a moltiplicare gli utenti e, quindi, a saturare le BTS. Non dimentichiamo che al momento la connessione via etere è spesso l'unica possibile (a parte il 56k) per certe zone "figlie di un dio telematico minore".
    In futuro invece, personalmente, credo che la connessione via etere potrebbe prevalere su quella fisica, almeno per le utenze finali, grazie alla più facile capillarizzazione permessa dall'assenza di cavi. Si parla recentemente di trasmissioni IR.

    Abbiamo visto che la connessione è tanto più veloce quanto più si utilizzano mezzi come la fibra ottica per la maggiore distanza possibile tra la centrale telefonica e l'utente. Quindi il collo di bottiglia è il passaggio dalla fibra ottica (l'autostrada a 6 corsie) al cavo di rame (l'autostrada a 2 corsie). Più la tratta in rame è corta e meno intasamento risentiremo.
    Sono allo studio ulteriori tecnologie applicabili alla VDSL che dovrebbero permettere ancora miglioramenti su queste forme miste fibra/rame ma il limite fisico si avvicina.
    La fibra fino in casa è ottima ma è impensabile, soprattutto in questo decennio, che possa coprire la maggior parte delle utenze. Nel frattempo si fanno avanti altre proposte, come quella di sfruttare la rete elettrica. Infatti è molto facile aggiungere alla frequenza della corrente alternata altre frequenze che trasmettono dati, utilizzando tutto il sistema già pronto offerto dal cablaggio delle utenze dotate di elettricità. Si tratta in fondo di un sistema simile alla cosiddetta connessione via cavo molto diffusa in America.

    Torniamo al titolo di questa pagina, perché non vedremo (presto?) i film in streaming in 8K reali. Quanto detto finora spiega perché le velocità medie delle connessioni in Italia, oggi, sono molto basse. La tecnologia al momento prevalente non permette una soddisfazione estesa della domanda di velocità nelle connessioni. Qui sotto mostro un grafico che mi sono costruito sulla base della mia esperienza dal 2003 ad oggi relativa alla connessione ad internet.

    Sulle ascisse c'è il tempo diviso in anni, sulle ordinate c'è la velocità di download.
    Ci sono poi due linee, una che è costruita con i dati delle velocità medie che la connessione in quell'anno mi permetteva, l'altra invece è la velocità richiesta dalle applicazioni prevalenti in quel periodo.
    Dal punto di vista dell'offerta, notate che dal modem 56k sono passato all'utilizzo del cellulare che mi permetteva un certo miglioramento, specialmente quando è arrivato da me il 3G. Poi è arrivato un ISP via etere e poco dopo anche l'ADSL. Nell'ultimo anno ho avuto il 30/3 (sulla carta!) della connessione via etere e recentemente la VDSL2 (non ottimale per la distanza dalla DSLAM).
    Dal punto di vista delle mie necessità c'è stato un crescente bisogno di velocità per il progressivo affacciarsi di offerte legate allo streaming di video, in particolare la recente offerta di video in 4K e HDR.

    Quello che il grafico vuole mostrare, al di là della limitatezza della mia personale esperienza, è come l'offerta di tecnologie migliorative veda sempre due momenti, quello iniziale in cui questa offerta supera la domanda e quello successivo in cui la domanda supera invece l'offerta.
    Ciò è dovuto al fatto che, una volta che la tecnologia più recente viene resa disponibile a tutti, nascono nuovi e sempre più affamati modi per sfruttarla.
    Prendiamo la recente VDSL2, una volta che ha cominciato a diffondersi ha permesso agli utenti più fortunati di poter scaricare contenuti a velocità molto elevate. Ma una volta che ha cominciato (e ripeto cominciato) a diffondersi, l'offerta si è subito organizzata per presentare nuove possibilità di video streaming ad alta definizione.
    Progressivamente gli utenti che potevano, aderivano a queste nuove tipologie di video streaming provocando uno sfruttamento sempre crescente della banda offerta dalla VDSL2.
    Non penso sia già il momento ma si arriverà a saturare anche la VDSL2 come è stato per l'ADSL. Da ciò si capisce perché, almeno nella mia personale esperienza, i grafici di domanda ed offerta continuano ad intrecciarsi.

    Finora si è parlato solo dal punto di vista tecnico ma la qualità della connessione dipende anche dalla qualità dei servizi offerti.
    Tutto ciò che possiamo osservare e sentire su qualsiasi supporto digitale è un insieme di dati binari. Se prendiamo una foto fatta con una macchina fotografica recente e non compressa (RAW) noteremo che peserà almeno per una 30na di mb. Ora pensate a trasmettere questa foto via internet su un televisore remoto. Abbiamo che 30 megabyte equivalgono a 240,000 bit. Con una connessione di 30mbs ci vogliono 8 secondi per vederla comparire.
    Un calcolo stupido e forse non preciso ma vuole solo evidenziare un aspetto delle connessioni: è impensabile trasferire contenuti come i video senza una sorta di compressione. Comprimere vuol dire, banalmente, ridurre i dati da trasmettere prendendo solo quelli significativi in modo che il ricevente possa ricostruire il contenuto sulla base dei dati trasmessi.
    Per questo motivo si chiamano codec i plugin necessari a ricostruire, decodificare, i contenuti trasmessi dopo compressione.
    Questo è anche il motivo per cui su Itunes potete acquistare video in HD (1080) che pesano solo 4-6 gb. Un blue-ray non compresso pesa anche 35-40gb. Senza la compressione video ci vorrebbero molte ore (se non avete la FTTH) per scaricare un film.
    Purtroppo un video compresso perde "evidentemente" in qualità, se ne può accorgere chiunque. Provate a vedere un film in blue-ray, poi lo stesso acquistato da Itunes ed infine quando viene trasmesso in HD dal satellite. Si tratta della stessa sorgente ma compressa da poco (anche il blue-ray su disco è compresso!) a tanto. Inoltre per i video si utilizzano compressioni "lossy" cioè con perdita di dati. Sone le compressioni più redditizie a scapito però della qualità.

    Quindi i film che vediamo in HD sono in realtà molto compressi, se trasmessi in streaming, sia satellitare che web.
    Il 4K è ancora peggio, pesando molto di più del FullHD. Eppure diverse società offrono ora contenuti in 4K (e HDR) in streaming, richiedendo bande non poi così eccezionali. L'HDR non è un problema perchè una volta codificato così un video, non è necessario avere banda maggiore per questo aspetto, basta il televisore idoneo a decodificarlo.
    Il modo per cui i provider permettono di fruire via internet di contenuti in alta definizione è la fortissima compressione dei video, che però alla fine si riduce in una scarsa qualità.

    Ma c'è poi un altro mezzo con il quale i provider distribuiscono contenuti video con alta qualità a tutte le utenze, anche con scarse connessioni.
    Senza fare nomi, prendo come esempio una puntata trasmessa da un noto provider di una serie in 4K e HDR. Velocità di connessione testata direttamente sul televisore dall'app del provider: 30 mbs. Visione della serie con adattamento automatico della qualità: 15.26 mbs / 2160. Il secondo numero rappresenta il numero di righe orizzontali e che corrisponde alla visione 4K. La velocità di 15.26 è quella realmente richiesta per la trasmissione del contenuto in 4K, anche averne di più non serve, basta che sia costante.
    Un mese dopo, tutti i 4K trasmessi, inclusa la serie citata, hanno una velocità di 9.54-11.44 mbs, con la stessa qualità (e con velocità testata immediatamente sul servizio di 33 mbs).
    Viene quindi modificato il bitrate in funzione di diversi parametri come, potrebbe essere, il grado di congestione dello specifico IPS o politiche "promozionali" per determinati contenuti. La visione rimane abbastanza buona ma siamo lontani anni luce dal vero 4K!

    Tutto ciò è legato al BITRATE. Il Bitrate, ovvero il numero di bit al secondo, è un parametro come la velocità di internet ma, mentre quest'ultima è legata al tipo di connessione, il bitrate è di solito riferito alla velocità con cui un contenuto multimediale viene trasmesso. Questo spiega la differenza, nel mio esempio sopra, tra la mia velocità "pura" di download e la velocità con cui ricevo il video in 4K.
    Considerate poi che il Bitrate dei contenuti in streaming è oggi del tipo prevalentemente "adattivo". Significa che il fornitore di video on demand adatta il Bitrate alla velocità della connessione dell'utente. Se vogliamo vedere un film in 4K on demand ed abbiamo una velocità di 10 mbs, il fornitore ridurrà la visione a 1080, invece di 4K, perché per il FullHD sono sufficienti 5-6 mbs e l'utente non raggiunge stabilmente i 15 mbs necessari.
    Pensate ai server del fornitore dei video che hanno disponibili diversi formati per diverse velocità di connessione. Ogni utente scaricherà dalla pagina che in quel momento la sua velocità di download e la congestione del traffico gli permetterà.
    Un'altro aspetto caratteristico della IPTV è la partenza. Se iniziate a vedere un film sulla tv on demand e mettete subito sullo schermo la velocità e la qualità vedrete che parter sempre in 480-720. Si tratta della cosiddetta "slow-start", tipica delle connessioni TCP. Il bitrate parte al minimo per verificare la reale capacità della connessione. Una volta trovata la banda stabile garantita, si assesta su di essa, fino a quando non interviene una modifica sensibile.

    Anche durante la visione dei film si assiste ad una variazione del bitrate, stranamente con valori costanti per differenti scene (cioè ripetibili in momenti diversi per gli stessi spezzoni). Come è possibile ciò? La risposta arriva dal web dove ho trovato la spiegazione: il bitrate viene adattato non solo alla velocità di connessione dell'utente ma anche alla tipologia di contenuto.
    Se il video presenta molte scene di azione, con contrasti cromatici elevati, il bitrate è aumentato, in caso contrario è diminuito. Si tratta di un'elevata forma di adattamento al contenuto che riesce ad ottimizzare la banda in ogni momento e per ciascuna scena trasmessa.
    Il problema è però che, nella mia personale esperienza, i contenuti video perdono sempre più di qualità arrivando ad equiparare un 4K alla visione di un mediocre 1080.

    In America hanno stimato che nelle ore di punta (20-23) un noto provider di on demand utilizza il 34% di tutto il traffico internet. Capite così che senza una politica di limitazione del Bitrate da parte del provider dei video la rete internet andrebbe in tilt.
    Anche i fornitori del servizio internet applicano delle limitazioni (a volte) sulla velocità di connessione per i collegamenti a servizi molto "bandivori". Si tratta dell'applicazione del QoS (qualità del servizio), odiata da tutti ma essenziale per la distribuzione democratica del bene su internet.
    Purtroppo tutto ciò si traduce in una perdita sensibile di qualità, anche per contenuti ad alta risoluzione, ma d'altronde è impensabile che un video in 4K possa essere visto a 50 mbs solo da pochissimi fortunati.

    Dal mio personale punto di vista ritengo però che una soluzione ci sarebbe: permettere il download anticipato dei contenuti. Con ciò si potrebbe appiattire i picchi di domanda distribuendo il traffico la notte, per esempio. Se tutti vogliamo vedere contenuti in 4K alle 21.00, in streaming, la banda per ognuno è limitata (dal QoS). Se, al contrario, ci scarichiamo un film la notte per vederlo il giorno dopo, alle 21.00, sulla nostra LAN, questa piccola ma globalmente significativa porzione di banda libera permette ad altri utenti di vedere con un bitrate migliore contenuti magari più veloci (serie tv) o meno "bandivori" (film 720p).

    Anche sul satellite i contenuti in HD perdono di qualità per via del Bitrate massimo con cui vengono trasmessi. Posto che la quasi totalità del contenuti satellitari, ad oggi, è trasmessa in HD ma solo a 720p, notiamo per esempio che con un bitrate basso abbiamo il classico effetto a "strati" delle sfumature al buio.

    Poter vedere un film in 8K, con una compressione senza degrado evidente e da parte di molte persone contemporaneamente, richiederà una connessione basata su tecnologie che al momento sono lontane per la maggior parte di noi.
    Anche la migliore tecnologia disponibile dovrebbe comunque essere diffusa su tutta la catena. Infatti, l'esempio di Google in una città americana, cablata con fibra a 1gbs per tutti gli abitanti, ha mostrato (un rapporto di qualche anno fa) velocità di download molto vicine a normali ADSL. Infatti poco serve avere una tratta a 1gbs se questa è immersa in una rete a 20mbs!