Controllo dei livelli acustici dei messaggi pubblicitari e delle televendite

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1 Controllo dei livelli acustici dei messaggi pubblicitari e delle televendite Progettazione e realizzazione di un prototipo sperimentale per l attività di monitoraggio del livello sonoro della pubblicità

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3 Sommario 1 INTRODUZIONE IL CONTROLLO DEL LIVELLO SONORO DELLA PUBBLICITà NELLE TRASMISSIONI RADIOTELEVISIVE Elementi necessari per l esecuzione del controllo La misura di integrated loudness Verifica di infrazione del divieto ARCHITETTURA DEL PROTOTIPO Prerequisiti, scopi e risultati attesi Archivi utilizzati: contenuti, formato, etc Limiti, vantaggi e possibili sviluppi UN ESEMPIO DI UTILIZZO LO SVILUPPO TECNICO DEL PROTOTIPO CONCLUSIONI E FUTURI SVILUPPI RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI APPENDICI APPENDICE A: formato file in uso al prototipo APPENDICE B: Introduzione al software LM (Loudness Monitor) APPENDICE C: Introduzione al software ELM (Estrattore di Misure di Loudness) pagina 3 di 28

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5 1 INTRODUZIONE Scopo della relazione è fornire una descrizione strutturale del prototipo software atto alle esecuzione delle misure di loudness utili al fine dei controlli relativi ai divieti definiti nella legge 26 ottobre 1995, n. 447 per il livello di potenza sonora della pubblicità nelle trasmissioni radiotelevisive, come successivamente attuato nella delibera AGCOM 219/09/CSP che segnatamente ne dettaglia modalità operative e tecniche. Quanto descritto nel presente documento vuole pertanto essere una proposta di definizione strutturale del prototipo di misura per il controllo dei succitati divieti, che verrà consegnato al termine del progetto. Inoltre, un attività sperimentale costituirà il campo di verifica del prototipo di misura a partire dalla sua proposta architetturale qui descritta, sino alla sua definitiva implementazione. Pertanto le scelte operate sono primariamente guidate dal soddisfare quanto definito in delibera, ma saranno necessariamente vincolate alla soluzione dei problemi e delle necessità riscontrate nella esecuzione delle misure sperimentali. L architettura proposta definisce, e non può essere altrimenti, un sistema operante nei modi e nei limiti di quanto definito dalla succitata delibera, ma rimane aperto a eventuali estensioni e aggiornamenti come la adozione di nuove definizioni algoritmiche del loudness derivante da raccomandazioni sull argomento. Laddove vi siano modifiche algoritmiche derivanti da normative e/o raccomandazioni che migliorano la misura del loudness in modo compatibile con quanto definito in delibera, queste potranno essere la guida immediata nelle scelte dell architettura del prototipo. Il documento si sviluppa nei seguenti punti. Si riassume brevemente quanto definito in delibera per il controllo del livello audio, dettagliando sino a livello operativo le procedure algoritmiche riportando anche quanto attualmente specificato nelle normative e nelle raccomandazioni adottate in delibera. Si descrive sommariamente l architettura del prototipo definendone scopi, funzionalità e requisiti anche in termini di risorse e formati in uso al prototipo piuttosto che ai risultati e ai formati dei medesimi per quanto riguarda i risultati prodotti. Contestualmente si descrivono e si giustificano le scelte operate nella struttura adottata del prototipo delineandone vantaggi ed eventualmente limiti, anche in relazione alle sue possibili estensioni come precedentemente indicato. Quindi si descrive, a mero titolo esplicativo, un ipotetico esempio di utilizzo del sistema al fine di esecuzione di misure sperimentali. Segue una descrizione tecnica relativa alla realizzazione software del prototipo. In appendici separate si dettagliano i formati, le strutture e i contenuti di tutti i file utilizzati e/o prodotti dal prototipo nella sua preliminare definizione. Si chiude con un compendio dei manuali forniti a corredo del software. pagina 5 di 28

6 2 IL CONTROLLO DEL LIVELLO SONORO DELLA PUBBLICITà NELLE TRASMISSIONI RADIOTELEVISIVE 2.1 Elementi necessari per l esecuzione del controllo Nella legge n 447 del 95, il legislatore all articolo 12 vieta alla concessionaria pubblica e ai concessionari privati per la radiodiffusione sonora e televisiva di trasmettere sigle e messaggi pubblicitari con potenza sonora superiore a quella dei programmi ordinari. Nella delibera AGCOM 34/09/CSP prima e nella 219/09/CSP poi VISTA, in entrambi i casi, la succitata legge primaria si definisce quanto necessario ad una implementazione operativa del controllo del divieto di legge. In particolare, considerando che la definizione di pubblicità è risolta in altri documenti normativi già oggetto di delibere AGCOM e/o normative di legge, al fine di risolvere quanto necessario nella delibera 219/09/CSP si definisce operativamente: 1. il concetto o misura di potenza sonora di segmento audio pubblicitario; 2. il concetto o misura di potenza sonora dei programmi ordinari ; 3. le modalità di confronto tra queste misure e i limiti di tolleranza al fine di evidenziarne l infrazione del divieto di legge. Mentre i primi due punti sono concernenti a misure fisiche e alla loro definizione, il terzo punto è, al contrario, relativo alle tolleranze e alle percentuali statistiche che definiscono l infrazione del divieto. Nelle modalità di controllo definite in delibera si utilizza la misura di potenza sonora compatibilmente con la più moderna misura di loudness programme, ovvero e più propriamente della misura di integrated loudness (secondo le definizioni della Raccomandazione EBU R128) di un programma, o di un evento audio dal suo istante di inizio al suo istante di fine. La misura di integrated loudness definita in EBU risulta totalmente compatibile con quanto richiesto dalla delibera 219/09/CSP e pertanto da ora in poi faremo riferimento a questa, ricordando tra l altro che la delibera prevede, in ogni caso, l adeguamento della sua misura alla raccomandazione EBU e quindi alla misura di integrated loudness. La soluzione del primo punto risulta quindi nel misurare la potenza sonora di un evento audio attraverso la sua misura di integrated loudness (secondo la raccomandazione EBU R128, e d ora in poi più semplicemente integrated loudness o loudness integrale ). La soluzione del secondo punto, ovvero della misura di potenza sonora dei programmi ordinari è risolta con la definizione di una grandezza relativa al livello ordinario dei programmi. Questa non è niente altro che il valore di integrated loudness su un arco di tempo di cinque giorni consecutivi di programmazione. Per convenzione il livello ordinario viene calcolato a partire dalle ore 00:00 (mezzanotte del quinto giorno precedente a quello di interesse) fino all istante di inizio del giorno di interesse, ed ha una validità di 24 ore ovvero per tutta la durata del giorno di interesse. Definiti ora in modo non ambiguo i termini o misure da comparare, ovvero quella del livello ordinario dei programmi e di potenza sonora dell evento pubblicitario, è necessario definirne i termini di tolleranza. La delibera in questione definisce che vi sia una soglia di tolleranza tra la potenza sonora e il livello ordinario che ne definisce il superamento (ovvero il concetto di superiore nella normativa primaria), e che inoltre al fine della sanzione sia necessario che su un insieme di 50 eventi pubblicitari consecutivi ve ne sia una determinata percentuale che superi la predetta soglia. pagina 6 di 28

7 Solo qualora tale percentuale di eventi pubblicitari con potenza sonora superiore del livello ordinario sia raggiunta si ha una infrazione del divieto. L insieme dei 50 eventi pubblicitari può avere inizio in un istante qualsiasi, ma le misure utilizzate nel caso di verificata infrazione di divieto non possono essere utilizzate più di una volta. A regime la soglia di tolleranza per la potenza sonora è di 1.0 LU (LU è l unita di loudness), mentre per il periodo transitorio, stimabile in circa un anno a partire dalla pubblicazione della delibera, la soglia è di 2,2 LU. La percentuale di eventi tollerabile è a regime del 8% (ovvero 4 sui 50), mentre nel periodo transitorio è del 15%. Ovviamente questi valori hanno importanza relativa nella discussione dell architettura del prototipo in quanto risulteranno come valori parametrici facilmente modificabili nella struttura del sistema. Figura 1 - Schema a blocchi delle risorse necessarie per la determinazione di infrazione Nella figura 1 si riporta un sommario schema funzionale per la determinazione della infrazione relativa al divieto, dove in particolare si evidenzia come per effettuare una verifica di infrazione relativa alla pubblicità ad una determinata giornata, e supposto che all interno della giornata vi siano almeno 50 oggetti pubblicitari, sia strettamente necessario elaborare almeno sei giorni di segnale audio continuativo, ed in particolare cinque giorni per il calcolo del livello ordinario (ovvero dell integrated loudness su cinque giorni), più un giorno o meglio almeno un insieme di 50 oggetti pubblicitari consecutivi. Sulla base di queste misure di integrated loudness è quindi possibile verificare l infrazione in questione piuttosto semplicemente attraverso una serie di elementari confronti tra due grandezze ed il conseguente calcolo delle percentuali delle comparazioni che risultano maggiori di una determinata soglia. Al contrario la misura della potenza sonora e conseguentemente dell integrated loudness è cosa piuttosto complicata e che, sebbene anticipata con grande lungimiranza nella delibera 219/09/CSP, vede la sua conclusiva formalizzazione ufficiale solo contemporaneamente alla realizzazione di questo documento con la Raccomandazione EBU R La misura di integrated loudness Da diversi anni in ambito normativo si sta cercando di definire una misura di potenza sonora adeguata a valutare correttamente l impatto del volume delle trasmissioni radiotelevisive sugli ascoltatori. Un pagina 7 di 28

8 primo fondamentale passo è stato operato dalla raccomandazione ITU-R BS 1770 che corregge la semplice misura di potenza acustica per quanto riguarda gli aspetti percettivi fisiologici e ambientali dell ascoltatore. Questa correzione tuttavia si è da subito ritenuta insufficiente in quanto risultava evidente che la misura dovesse includere una correzione legata agli aspetti di elaborazione percettiva di livello superiore. Dopo diversi anni di studio e di valutazioni sperimentali, un gruppo di circa 200 esperti audio ha definito, tra l altro, nella raccomandazione EBU R128 una serie di quattro misure fondamentali tra cui quella che caratterizza la potenza sonora di un programma e/o di un segmento audio ben definito da un istante iniziale e da un istante finale. Tale misura è appunto l integrated loudness (o I loudness), e risulta essere compatibile con quanto definito in delibera, e comunque risulta essere quanto verrà adottato per la misura anche attraverso le attività del costituendo tavolo permanente. Questa è ovviamente anche la misura che sarà (e in parte già è) disponibile sugli strumenti di misura commerciali. A mero titolo informativo ricordiamo le misure di loudness definite nella R128: momentary loudness ( M ) è in pratica il loudness istantaneo che si visualizza negli strumenti di monitoraggio; slow loudness ( S ) è il loudness di segmenti di tre secondi consecutivi di segnale; integrated loudness ( I ) di un programma è il loudness da un istante di inizio e uno di fine; loudness range ( LRA ) di un programma è una misura della dinamica o della variabilità del loudness (slow) da un istante di inizio e uno di fine. Per quanto sopra detto, un elemento cruciale in tutta la procedura, e conseguentemente nel prototipo del sistema di misura e controllo, è quello della misura di integrated loudness che viene utilizzata sia per il computo del livello ordinario dei programmi, sia per la determinazione della potenza sonora del segmento audio relativo alla pubblicità. Di seguito definiremo la procedura operativa per la determinazione di tale grandezza. Prima di procedere dobbiamo ricordare che la misura di integrated loudness è basata sui valori ottenuti con una analisi di segmenti temporali di 400ms, che chiameremo blocchi, e su una integrazione di questi valori con l opzione di gating ovvero con l opzione che solo i blocchi con un valore maggiore di una determinata soglia vengono utilmente integrati (quelli con valore inferiore vengono ignorati a tutti gli effetti come se non fossero mai esistiti). Prima di entrare nel dettaglio dei diversi punti procedurali della misura, ne riassumiamo i passi principali in ordine temporale sequenziale. La descrizione è puramente didattica e non deve necessariamente rispecchiare le scelte operative e di calcolo che comunque dovranno soddisfare i risultati dei seguenti punti procedurali. Si acquisisce il segnale audio (mono, stereo o multicanale 5.0, ma nel nostro caso la delibera 219/09/CSP considera solo segnali monofonici e stereofonici) da un istante iniziale Ti ad un istante finale Tf, ad una frequenza di 48000Hz, il segnale si intende rappresentato nel dominio ±1, ovvero a fondo scala unitario; il segnale in questione viene filtrato secondo la raccomandazione ITU-R BS 1770 e se ne calcola, sempre secondo quanto definito nella raccomandazione il loudness per ciascuno dei blocchi da 400ms (i dati residui dell ultimo blocco vengono ignorati se il tempo Tf non è multiplo di 400ms). La misura è operata con un gating assoluto di sicurezza a -70LUFS pagina 8 di 28

9 (loudness unit full scale). Integrando su tutto il tempo di misura e normalizzando si ottiene così una misura di loudness security gated ; si determina il valore di soglia relativo sottraendo il valore di -8 al valore ottenuto di loudness security gated ; ripartendo nuovamente dal segnale audio originale questo viene sempre filtrato secondo la raccomandazione ITU-R BS 1770 e se ne calcola, sempre secondo quanto definito nella raccomandazione il loudness per ciascuno dei blocchi da 400ms (i dati residui dell ultimo blocco vengono ignorati se il tempo Tf non è multiplo di 400ms). La misura è operata con un gating con valore pari a quello della soglia relativa precedente calcolata. Integrando su tutto il tempo di misura e normalizzando si ottiene così la desiderata misura di integrated loudness di nostro interesse. Eseguendo tale procedura, ovvero eseguendo la misura di integrated loudness, su un intervallo di cinque giorni si ottiene il livello ordinario dello schema di figura uno. Se invece i tempi Ti e Tf fanno riferimento all istante iniziale e finale di un evento pubblicitario, otterremo il livello di integrated loudness dell evento pubblicitario ovvero il valore che ne rappresenta la potenza sonora. La raccomandazione EBU R128, al fine di minimizzare eventuali approssimazioni dovute ai blocchi di misura di 400ms, richiede che tali blocchi siano sovrapposti per almeno il 50%. Questo non ha alcun impatto sulla effettiva misura ma più semplicemente riduce la variazione che potrebbe derivare da calcoli che iniziano a istanti diversi, ma che possono o devono considerarsi equivalenti, di Ti. In generale quindi tale procedura risulta consigliabile solo nel caso la durata del segmento sia piuttosto breve. Nel nostro caso è auspicabile per il calcolo dell integrated loudness degli eventi pubblicitari, mentre è del tutto superflua per il calcolo del livello ordinario. Tutte le misure di loudness si intendono riportate in modalità full scale (non essendo definito nel nostro caso un livello di target di 0LU), e conformemente alla normativa con una significatività di una cifra decimale. Figura 2 - Schema a blocchi il calcolo del integrated loudness Nella figura due si riporta uno schema a blocchi della procedura (didattica) per il calcolo dell integrated loudness. L operazione deve sempre intendersi tra il tempo iniziale Ti e quello finale Tf. Lo schema deve intendersi per un utilizzo file based dove sia possibile riutilizzare il segnale audio, nel caso di requisiti computazionali più performanti o per utilizzo in tempo reale del calcolo sono possibili altri schemi, più complessi, che non tratteremo nella presente esposizione. Ancora più in dettaglio possiamo richiamare in figura tre lo schema per il calcolo del loudness secondo la versione attuale della raccomandazione ITU-R BS1770. Lo schema è quello generico valido pagina 9 di 28

10 per tutti i tipi di segnale (dal monofonico al multicanale 5.0) e deve essere pensato come applicato a questo segnale al fine di specificare se un determinato blocco debba essere scartato con la operazione di gating (assoluto nel primo caso, relativo nel secondo). Figura 3 - Schema a blocchi per il calcolo del loudness secondo ITU-R BS1770 Ricordiamo e sottolineiamo infine che, anche il calcolo del loudness con gating deve sempre essere realizzato secondo la raccomandazione ITU-R BS1770 (ma scartando e ignorando i blocchi con loudness inferiore alla soglia di gating) e non può essere calcolato come media del loudness dei singoli blocchi. In conclusione la misura di integrated loudness da eseguire su un arco temporale di cinque giorni per il calcolo del livello ordinario del programma, piuttosto che sul segnale audio del singolo evento pubblicitario per il calcolo della sua potenza sonora corrisponde ad un duplice calcolo del loudness secondo la raccomandazione ITU-T BS 1770 (figura 2) dove nel primo caso vengono considerati solo i blocchi di segnale di 400ms con loudness maggiore del valore security gating pari a -70 LUFS, e successivamente viene ricalcolato il loudness considerando solo i blocchi di segnale di 400ms con loudness maggiore del valore relative gating pari al loudness precedente diminuito di otto unità di loudness. 2.3 Verifica di infrazione del divieto Una volta disponibile lo strumento per il calcolo dell integrated loudness ed i dati su cui applicare tale misura, ovvero i cinque giorni di segnale antecedenti, ed il segnale pubblicitario definito dagli istanti di inizio e dagli istanti di fine dei singoli eventi pubblicitari della giornata, è possibile verificare se vi sia, segnatamente ai dati analizzati, infrazione del divieto. A tal fine è sufficiente considerare una sequenza qualsiasi di 50 eventi pubblicitari consecutivi e misurare la percentuale di questi il cui integrated loudness sia maggiore ad almeno 1.0 LU (2.2 LU nel periodo transitorio) rispetto al livello ordinario. Se tale percentuale è maggiore o uguale al 8% (15% nel periodo transitorio) si avrà infrazione. Ricordiamo che la sequenza dei 50 eventi pubblicitari può iniziare a partire da un istante qualsiasi della giornata e che nel caso si sia verificata una infrazione, i segmenti audio pubblicitari oggetto di misura non potranno essere utilizzati ulteriormente, questo al fine di evitare la individuazione di più infrazioni sulla base dei medesimi segmenti audio con potenza sonora superiore al livello ordinario dei programmi. pagina 10 di 28

11 3 ARCHITETTURA DEL PROTOTIPO 3.1 Prerequisiti, scopi e risultati attesi Il prototipo in oggetto ha il compito di verificare eventuali infrazioni del divieto secondo quanto definito nella delibera 219/09/CSP. Nella pratica, in questa fase di prototipizzazione, esso è costituito da una serie di schede, ovvero di programmi o elementi di calcolo (gli elementi rettangolari nella figura), atti a espletare i compiti come schematicamente delineato nella figura 4, e secondo quanto dettagliatamente descritto nei precedenti paragrafi. Partendo dall ultimo blocco verifica livelli di loudness, questo effettuerà i confronti tra livello ordinario e livello di potenza sonora delle pubblicità ed eseguirà il calcolo della percentuale di superamenti e conseguentemente evidenzierà eventuali infrazioni del divieto. Sulla base di fogli di dati (ad esempio tipo csv e pertanto compatibili con Microsoft Excel) contenenti su ciascuna riga (almeno) le informazioni di data, orario livello ordinario e livello di potenza sonoro di ciascuno degli oggetti pubblicitari in analisi, si eseguirà, o attraverso funzioni Excel o attraverso applicativo dedicato, il confronto ed il calcolo della statistica necessaria alla verifica di infrazione. Figura 4 - Schema a blocchi della architettura del prototipo Ben più complesso è il compito delle due schede denominate livello ordinario e livello pubblicità che dovranno eseguire le misure di integrated loudness come precedentemente descritto. Questi moduli produrranno le misure secondo il suddetto foglio di dati a partire da due fonti di informazioni: una relativa a dei dati intermedi del calcolo di loudness secondo la ITU-R BS1770 ed in particolare dei valori disponibili nel punto denominato della figura 3, e che costituiscono gli elementi essenziali al calcolo del loudness; ed una seconda relativa ai valori iniziali Ti e finali Tf degli oggetti pubblicitari da misurare. pagina 11 di 28

12 Per quanto riguarda i primi dati, questi non sono altro che la somma pesata dei quadrati del segnale audio filtrato con la curva k, ovvero la potenza del segnale filtrato k e sono forniti da un ulteriore scheda del prototipo. I secondi dati relativi ai Ti ed ai Tf, sono invece informazioni fornite da terzi la cui correttezza e precisione avranno impatto diretto sulla correttezza e sulla precisione delle misure di integrated loudness. Andando ancora a ritroso abbiamo quindi il modulo k weighted signal power che, come abbiamo già detto, a partire dal segnale audio elabora e archivia la potenza del segnale a determinati intervalli temporali secondo lo schema di figura 3. Così come per i valori di inizio e fine pubblicità si presuppone che questi siano forniti in opportuni formati al prototipo, anche per quanto riguarda il segnale audio valgono i medesimi presupposti. In conclusione in un modello di massima del prototipo possiamo individuare una serie di informazioni o dati che devono essere forniti al prototipo (in giallo nello schema di figura 4) ed una serie di schede o programmi (in forma rettangolare nello schema di figura 4). Dopo aver introdotto funzionalità e procedure del prototipo, di seguito descriviamo in dettaglio gli archivi in uso, i loro contenuti, e i loro formati. Prima di procedere è tuttavia necessario introdurre una problematica relativa ai contenuti informativi in uso al prototipo come entrata al sistema, ovvero dei file audio e della descrizione degli istanti di inizio e fine pubblicità. È evidente che queste informazioni dovrebbero essere strettamente correlate e idealmente prive di qualsiasi imprecisione nel senso che l istante di inizio e fine di un evento pubblicitario sia perfettamente individuabile nel segnale audio. Questo purtroppo è possibile solo nel caso di identificatori temporali auto referenziati rispetto al segnale audio, ovvero quando i riferimenti temporali sono fisicamente posizionati sul segnale audio in uso, o alternativamente quando il segnale audio contiene nella sua struttura informatica un riferimento temporale interno e questo viene utilizzato per la individuazione degli istanti di inizio e fine. Alternativamente in generale l unica soluzione possibile è fare riferimento ad un orologio comune ovvero all ora fisica fornita da un sistema di riferimento comune. Nel generico modello di prototipo ora ipotizzato le fonti per il segnale audio e per le informazioni degli istanti di inizio e fine sono indipendenti e pertanto ci troviamo nella condizione più sfavorevole dove si rende necessaria una verifica ed eventualmente una correzione tra i due riferimenti temporali al fine di massimizzarne, per quanto possibile, la correlazione. 3.2 Archivi utilizzati: contenuti, formato, etc. È ovviamente necessario specificare i requisiti dei soli archivi in uso al sistema forniti in entrata al prototipo ovvero dei soli file audio e dei file cvs contenenti la lista degli istanti Ti e Tf di inizio e fine pubblicità, in quanto tutti gli altri archivi, che comunque verranno qui descritti, sono ad uso interno del prototipo. Per quanto riguarda i file di segnale audio, questi si intendono sempre di tipo stereofonico (quelli monofonici saranno costituiti da due canali identici), con frequenza di campionamento a 48000Hz ed i cui valori del singolo campione sono rappresentati con dato PCM (pulse code Modulation) intero di 16 bit (due byte) secondo il formato Intel (most significant byte first). Il formato di archivio prescelto e quello comunemente detto raw dove i dati sono archiviati senza alcuna informazione aggiuntiva e senza nessun tipo di incapsulamento informatico. In pratica il file audio sarà semplicemente una serie di coppie di dati (canali sinistro e canale destro) dove ciascun dato è memorizzato su due byte. In base ad una serie di evidenze sperimentali e al fine di poter correggere al meglio l allineamento temporale tra i file audio ed i file di descrizione di inizio e fine pubblicità si ritiene opportuno pagina 12 di 28

13 memorizzare il segnale audio a partire dall inizio di ogni minuto. Pertanto considerando un ipotetico orologio di riferimento ogni qual volta si verifichi l inizio di un nuovo minuto si opera la registrazione sincrona di un nuovo file audio che proseguirà sino alla verifica dell inizio di un nuovo minuto (il successivo) e così via per un tempo indefinito. Per quanto detto ciascun file audio in formato raw farà pertanto riferimento ad un ben preciso minuto della giornata e potrà avere dimensione, e quindi durata, anche leggermente diversa da un minuto. È fattore fondamentale invece che l inizio del segnale audio per ciascun archivio corrisponda, a meno di un errore legato alla stima della individuazione dell inizio minuto e della latenza del sistema di acquisizione, all effettivo segnale audio ricevuto nel momento indicato ovvero all inizio del minuto secondo l orologio di riferimento. Per quanto riguarda l archivio denominato raw audio signal avremo quindi una sequenza di file audio raw, uno per ciascun minuto e il cui inizio corrisponde, a meno delle approssimazioni succitate, all inizio del segnale ad inizio minuto in relazione al tempo di riferimento. Al fine di identificare univocamente ciascun archivio audio è necessario che il nome contenga un identificativo della emittente registrata, la data (aaaammgg) della registrazione e orario (hhmmss) della medesima. Per ogni giornata di registrazione si avranno pertanto (60x24) 1440 file. Per quanto riguarda l archivio denominato advert identifier questo dovrà contenere informazioni sulla emittente, sulla data e sull orario di inizio e fine dell evento audio pubblicitario da misurare. Due fattori sono di vitale importanza in tale archivio. Prima di tutto la precisione dell identificativo temporale di inizio e fine che non dovrebbe essere, come vedremo in seguito, inferiore alla precisione della elaborazione numerica del modulo k weighted signal power che nel nostro caso è di 20ms. Tale valore è stato scelto sperimentalmente ma ha anche forte giustificazione pratica/teorica in quanto 20ms corrispondono all errore stimato che tecnici audio esperti operano nella identificazione di eventi audio, e corrisponde anche alla durata di un frame nella codifica mpeg utilizzata nelle trasmissioni televisive digitali. Il valore di 20ms corrisponde anche ad un accettabile e trascurabile errore di approssimazione del segnale che tipicamente non comporta una variazione della misura di loudness maggiore dell errore di misura, ovvero di un punto decimale di loudness unit. In secondo luogo è necessario che l orologio di riferimento utilizzato sia sufficientemente sincronizzato rispetto all orologio utilizzato per la temporizzazione a un minuto nella registrazione dei file audio. Il problema della temporizzazione dei dati e della loro sincronicità rispetto ad altri sistemi temporizzati è ben noto e non può in linea di principio essere risolto ma si può solamente ridurre l errore a livelli accettabili. In conclusione per quanto riguarda gli archivi in entrata ed in uso al prototipo avremo due tipi di file entrambi facenti riferimento a informazioni temporali che dovranno essere il più sincrone possibili tra loro: i file di segnale audio in formato raw e relativi a ciascun minuto di segnale trasmesso che hanno una informazione temporale intrinseca in quanto ciascun file corrisponde al segnale registrato durante un minuto di tempo di un orologio di riferimento, nella fattispecie quello del sistema utilizzato dal sistema di acquisizione, e che vanno a formare l archivio raw audio signal ; i file descrittivi dell inizio e fine degli eventi pubblicitari che hanno invece una informazione temporale esplicita nella definizione dei tempi Ti e Tf su cui deve essere calcolato l integrated loudness, questo è l archivio denominato advert identifier ed in questo caso il riferimento temporale è altro rispetto al precedente. Definite le informazioni e gli archivi necessari al prototipo passiamo a dettagliare i dati e gli archivi ad uso interno del programma. pagina 13 di 28

14 Un primo e fondamentale archivio di dati e quello generato dal modulo k weighted signal power. Questo sulla base della lista dei file audio raw opera la necessaria elaborazione del segnale audio per ottenere valori intermedi funzionali al calcolo delle varie forme di loudness. In pratica questo modulo elabora e salva in archivio quei risultati che corrispondono alla elaborazione comune di tutte le misure di loudness evitando quindi la ripetizione di inutili ri-elaborazioni. Deve anche essere sottolineato che questa è la fase computazionalmente più pesante dell intera procedura (oltre il 90% del carico computazionale) e che quindi una sua inutile ripetizione sarebbe particolarmente inefficace nello schema generale del sistema. Nel nostro caso i valori vengono salvati sulla base di liste giornaliere di file audio, per i motivi sopra elencati i dati vengono calcolati ogni 20ms, e vengono salvati in formato binario nel formato double (8 byte) secondo lo standard del ANSI C in modo da conservare la massima precisione possibile. Parallelamente al file di dati contenente i valori di k weighted signal power viene creato e salvato un file di sincronia tra questi dati e i file audio raw in analisi. In pratica per ciascuno dei file audio raw analizzato viene calcolato il numero di blocchi di 20ms corrispondente alla durata della registrazione e questi valori vengono memorizzati sequenzialmente su un file. Per ogni file di un minuto avremo quindi un dato che indica il numero di blocchi raggiunto dall inizio della giornata di registrazione a quel momento (ricordiamo che i dati k weighted signal power vengono salvati su base giornaliera). In questo modo nel momento che si vuole accedere ai dati relativi al minuto ennesimo della giornata si dovrà leggere nel file di sincronia il valore ennesimo della lista che indica il numero di blocchi da 20ms scritti fino a quel minuto e quindi posizionarsi corrispondentemente sul file contenente i valori k weighted signal power per avere l allineamento al minuto del dato e successivamente posizionarsi in maniera più fina a livello di secondi e di millisecondi (sempre con il vincolo di una risoluzione di 20ms come sopra giustificato). Questa apparentemente complicata procedura si rende necessaria a causa di un ulteriore problema di asincronia temporale insito in tutti i sistemi di registrazione che su periodi di tempo molto lunghi comporta un disallineamento tra orario di riferimento e dati registrati. Proprio imponendo registrazioni molto brevi, ovvero di un minuto nel nostro caso, tale problema viene annullato in quanto il disallineamento su un minuto di registrazione è praticamente non rilevabile. Poiché i valori k weighted signal power ed il relativo file di sincronia non sono legati ad alcun parametro relativo di misura, possono essere calcolati contestualmente alla fase di acquisizione e registrazione del segnale audio. In questo modo quindi i file su base giornaliera dei valori k weighted signal power ed il relativo file di sincronia possono essere generati in tempo reale contestualmente alla registrazione, o comunque ex post la fase di registrazione attraverso un opportuno modulo di elaborazione come descritto nello schema di figura 2. Figura 5 - Schema produzione dei file dei file potenza k pesata, e del relativo file di sincronia secondo lo schema del prototipo di sistema pagina 14 di 28

15 Nelle figure 5 e 6 vengono schematizzate le due soluzioni che portano alla realizzazione dei file di dati propedeutici alle misure di loudness, sia secondo lo schema software del prototipo di sistema, sia secondo un appropriato sistema di acquisizione e elaborazione del segnale audio in tempo reale. Figura 6 - Schema di produzione di un possibile sistema di registrazione, che include la registrazione dei file audio raw e la produzione in tempo reale dei file potenza k pesata, e del relativo file di sincronia La soluzione di figura 6, rendendo disponibili giornalmente i pre-elaborati necessari alle misure di loudness, permette di minimizzare i tempi di esecuzione delle misure anche agevolando, da un punto di vista computazionale, i necessari calcoli e quindi diminuendo i tempi necessari alla verifica di infrazione del divieto. Infatti a partire dai file su base giornaliera dei valori di potenza k pesati è possibile calcolare direttamente il valore di livello ordinario come richiesto da delibera. Figura 7 Realizzazione della misura di livello ordinario ovvero di integrated loudness su un arco di tempo di cinque giorni consecutivi. Più dettagliatamente quindi il modulo denominato livello ordinario nello schema generale di figura 2, può essere esplicitato come nella figura 7 dove si evidenzia come questa misura sia possibile sulla base dei soli file di potenza k pesata. Ricordiamo che il livello ordinario è calcolato su cinque giorni consecutivi, quindi saranno necessari altrettanti file di potenza k pesata per il calcolo di un valore di livello ordinario. Per la esecuzione del modulo denominato livello pubblicità sempre dello schema di figura 2 è invece necessario ricorrere ad una rappresentazione leggermente più complessa come riportato in figura 8. Ricordiamo che nel caso si usasse un riferimento temporale auto-consistente con i file audio registratiti, file di sincronizzazione non sarebbero necessari nello schema di figura 8, semplificando parzialmente la struttura degli archivi del sistema prototipale. Abbiamo quindi visto come il prototipo permette, a partire da un archivio opportuno di file audio e di identificatori di inizio e fine evento pubblicitario, piuttosto che da un opportuno sistema di acquisizione del segnale audio e da un archivio di identificatori di inizio e fine evento pubblicitario, il calcolo del valore di livello ordinario e dei valori di potenza sonora degli eventi pubblicitari. Abbiamo anche visto come questo sia possibile passando attraverso dei dati intermedi di potenza k pesata pagina 15 di 28

16 del segnale, calcolati con una risoluzione temporale che abbiamo scelto essere di 20ms (questo valore automaticamente diviene la nostra risoluzione temporale di tutti i livelli di loudness ovvero la nostra granularità di osservazione degli eventi audio così come i frames definiscono la granularità del video nella codifica mpeg). Figura 8 Realizzazione della misura di potenza sonora ovvero di integrated loudness su da tempo iniziale e tempo finale di un evento pubblicitario A questo punto abbiamo tutte le informazioni necessarie affinché l ultimo modulo, denominato verifica dei livelli di loudness in figura 3, possa verificare la sussistenza di infrazione al divieto. Questo modulo risulta particolarmente semplice da un punto di vista della sua implementazione e può, ad esempio, essere costituito da semplici funzioni nel foglio di lavoro excel una volta che i dati di livello ordinario e di potenza sonora degli eventi pubblicitari siano opportunamente strutturati in una tabella con le relative informazioni ancillari come emittente, data, orario, ecc. Figura 9 Schema di verifica di infrazione a partire dai livelli di loudness precedentemente calcolati pagina 16 di 28

17 Ulteriori strumenti diagnostici sono ovviamente possibili sui dati ottenuti, ma ai fini della verifica di infrazione sarà necessario implementare il calcolo della percentuale degli eventi che superano la soglia in sequenze di 50 pubblicità consecutive. Vi sono diversi modi per operare tale analisi, e non entreremo qui nel dettaglio della valutazione di questo ultima fase di calcolo che è sommariamente schematizzata in figura Limiti, vantaggi e possibili sviluppi. Il principale, se non l unico, limite di tale approccio è nella indeterminazione temporale delle misure dovute sia alla necessaria approssimazione ogni qual volta si fa riferimento ad un orologio di riferimento per temporizzare un evento, e nella necessità di correlare valori temporali realizzati da sistemi diversi. Strategie di correzione a tale inconveniente sono state già adottate e qualora necessario potranno essere migliorate in fase di sviluppo. Tuttavia è ragionevole ipotizzare alla adozione di un sistema dove il segnale audio video e i suoi riferimenti temporali siano auto consistenti ovvero legati attraverso una unica e univoca struttura che lega segnale e informazioni temporali in maniera indissolubile. In questo modo tale limite sarebbe automaticamente annullato. Nella fattispecie gli errori temporali del primo tipo sono dovuti a tre fattori: prima di tutto il fatto che la determinazione di un evento temporale nei sistemi operativi non specificatamente disegnati per il funzionamento in tempo reale è soggetta alla gestione concomitante di più processi e pertanto è gestito nei tempi e nei modi a priori imprevedibili in cui si trova il sistema; in secondo luogo l orologio interno di qualsiasi personal computer non è privo di errori e necessita periodicamente un riallineamento rispetto ad un orologio di riferimento; in terzo luogo modalità di riallineamento non garantiscono necessariamente un allineamento con errore nullo tra il sistema e l orologio di riferimento (questo in particolare è vero per i sistemi che si sincronizzano attraverso il servizio NTP, mentre risulta del tutto trascurabile per i sistemi con hardware dedicato e che si basano su sistemi GPS). Tutto questo fa si che l orologio di un sistema si trovi sempre parzialmente disallineato rispetto ad un ipotetico orologio di riferimento. Essendo questo disallineamento causale rispetto al valore aspettato, risulta chiaro come le temporizzazioni realizzate da due o più sistemi diversi possano risultare non correlate entro i valori in gioco considerati. Lo schema architetturale proposto mostra però anche diversi vantaggi. La sua forte modularità permette di distribuire il carico computazionale, piuttosto che la specificità dei diversi compiti, su elaboratori diversi e nel caso opportunamente calibrati come risorse per lo specifico compito. Abbiamo già visto, ad esempio, come un sistema atto alla registrazione del segnale possa prendersi carico della esecuzione di un modulo del sistema proposto fornendo i risultati ad un altro sistema per il completamento delle verifica di infrazione del divieto in osservazione. In particolare risulta particolarmente efficace la scelta di utilizzare una rappresentazione intermedia della elaborazione del loudness dei programmi come quella della potenza k pesata. Questa rappresentazione è infatti indipendente dal tipo di segnale audio in analisi, sia esso mono, stereo o multicanale e questo potrà sempre essere rappresentato, ai fini del calcolo del loudness, attraverso la suddetta parametrizzazione che è univoca e totalmente compatibile nei diversi formati del segnale audio. In altre parole, non importa che tipo di segnale audio si stia considerando, una volta disponibile la sua rappresentazione in forma di potenza k pesata, la parte del sistema che determina la verifica di infrazione rimane esattamente la medesima. Abbiamo già detto che l utilizzo di tale rappresentazione vincola alla adozione di una granularità temporale nella rappresentazione del segnale. Granularità che nel nostro caso è stata fissata a 20ms e che riteniamo sia compatibile con le funzionalità del sistema. Un ulteriore vantaggio del sistema è quello di fornire in forma aperta e tabellare tutti i risultati delle misure di loudness del segnale audio e degli eventi in osservazione. In questo modo quindi non è solo pagina 17 di 28

18 possibile verificare l infrazione al divieto secondo i parametri vigenti, ma è altrettanto possibile verificare altri parametri di soglia e di tolleranza, nonché applicare analisi e valutazioni diagnostiche atte a caratterizzare la qualità dei segnali trasmessi. Infine un ulteriore vantaggio è che basandosi su misure suggerite da una lista di identificatori temporali il sistema può facilmente estendere la sua analisi a qualsiasi tipo di contenuto (pubblicità, sigle, ecc.) semplicemente attraverso la realizzazione di opportune liste di identificatori temporali di inizio e fine evento. Il sistema prototipale nasce, e la sua struttura rispecchia questi fini, come un sistema aperto e adattabile per la esecuzione delle misure necessarie a soddisfare quanto richiesto dalla delibera 219/08/CSP. Tra i suoi possibili sviluppi possiamo certamente immaginare: la sua estensione ad altri formati audio; l utilizzo di file audio con riferimento temporale auto consistente; la sua destrutturazione ai fini di una esecuzione massiva di controllo quale quella di monitoraggio, piuttosto che alla realizzazione di uno specifico applicativo stand alone. La struttura proposta lascia, in poche parole, aperta ogni possibile evoluzione del sistema essendo questo modulare e costituendo il core di un sistema di analisi specifico alla soluzione del precipuo problema. Il sistema pertanto può essere adattato a molteplici funzioni e richieste. 4 UN ESEMPIO DI UTILIZZO Vediamo ora, in maniera del tutto ipotetica e al solo scopo esplicativo, come potrebbe svolgersi una verifica di infrazione al divieto di nostro interesse. Determinata la emittente che si vuole esaminare si procede alla configurazione del file di comando del sistema di acquisizione e predisposto il sistema hardware si esegue il programma di acquisizione (e generazione dei file k pesati) per un minimo di 6 giorni, o meglio per un numero di enne più cinque giorni se enne è il numero di giorni che vogliamo verificare. Al termine della registrazione, e verificato che tutti i segnali audio siano corretti, possiamo generale la lista dei file di potenza k pesata e calcolare i valori di livello ordinario per i nostri enne giorni di misura. A questo punto sulla base dei dati forniti da terzi dovremmo predisporre, su base giornaliera, i file con le informazioni di inizio e fine evento pubblicitario ed eseguire, per ciascuna giornata il calcolo della potenza sonora delle pubblicità. Prima di questo tuttavia potrebbe essere, e nel nostro caso lo è, necessario verificare manualmente la corrispondenza di alcune pubblicità nei segnali audio rispetto ai valori riportati nei file descrittivi, per essere sicuri che se vi sia un offset o bias temporale, e nel caso correggere i dati temporali conseguentemente. Questa purtroppo è una fase ineludibile a causa del già discusso problema di non correlazione tra i diversi sistemi. Una volta calcolati i livelli sonori di potenza, dovremmo costruire un foglio Excel si cui operare i confronti e le statistiche alla verifica del divieto. Come si vede è ancora necessaria una non indifferente quantità di lavoro manuale, parte del quale di non banale esecuzione come nel caso della verifica temporale su campioni di pubblicità per l eventuale riallineamento temporale, piuttosto che per la realizzazione di tabelle e report di presentazione dei risultati. 5 LO SVILUPPO TECNICO DEL PROTOTIPO Lo sviluppo del prototipo per il monitoraggio del loudness è stato, insieme alla esecuzione della campagna di misure sperimentali, una delle attività continuative durante l'intero arco dei dodici mesi. pagina 18 di 28

19 Al fine di poter raggiungere un obiettivo nei tempi e nelle risorse fissate si è scelto di operare una soluzione "in house", ovvero sviluppando tutto quanto possibile in maniera autonoma, e secondo un approccio di tipo consumer, ovvero senza l'utilizzo di software e hardware professionali e pertanto di ragguardevole costo. Rimane tuttavia valido il principio per cui tutte le misure e funzionalità del sistema sono completamente garantite sia in termini di prestazione, sia in termini di qualità, ovvero i risultati del sistema, seppur limitati ad esempio ai soli segnali stereo, sono del tutto compatibili con quelli di apparati e sistemi professionali. Per lo sviluppo del prototipo si è fatto uso di risorse esterne, ed in particolare della libreria open source denominata Port Audio per la registrazione del segnale attraverso lo standard ASIO, tutto il rimanente codice è stato realizzato in casa utilizzando la versione gratuita di sviluppo di Microsoft denominata Visual Studio Express. Scopo dello sviluppo del prototipo è stato quello di acquisire esperienze pratiche sulle problematiche sperimentali di un sistema di monitoraggio del loudness, e contemporaneamente arrivare ad ottenere un primo prototipale strumento per la esecuzione di campagne di misura sperimentali. Il risultato ottenuto soddisfa entrambi gli scopi. Il sistema realizzato rimane tuttavia un sistema prototipale, e per lo più con un dominio di applicabilità limitato ai segnali attualmente di interesse della delibera ovvero i solo segnali stereofonici. Ricordiamo che il sistema, conformemente a quanto definito in progetto nella descrizione di attività ha il fine ultimo di essere "in grado di calcolare i valori ed elaborare le statistiche richieste dalla delibera". I valori e le elaborazioni statistiche succitate sono infatti fornite in formato tabellare in uscita al sistema, e sulla base di questi è possibile operare la verifica di infrazione secondo le modalità che si ritengono più opportune. Da un punto di vista squisitamente pratico il prototipo è in realtà composto da due pacchetti software ben distinti. Un primo denominato "Loudness Monitor" (LM) che ha il compito di registrare il segnale e operare tutte le elaborazioni fino al calcolo dei livelli ordinari e dei livelli di loudness delle singole unità pubblicitarie. Un secondo denominato "Estrattore di Misure di Loudness" (EML) atto a implementare, sulla base dei risultati ottenuti da LM, le regole di estrazione casuali di misura e quindi operare la verifica al divieto di infrazione secondo quanto definito in delibera. Per una descrizione sommaria del funzionamento e delle procedure in uso nei due software, si rimanda al compendio dei manuali in appendice. 6 CONCLUSIONI E FUTURI SVILUPPI Nel presente documento si descrive la struttura del prototipo di sistema avente lo scopo di effettuare, a partire dal segnale audio e da un database relativo alle informazioni degli istanti di inizio e di fine degli eventi pubblicitari da analizzare, le misure di livello ordinario e di potenza sonora necessarie a verificare la infrazione al divieto di legge come stabilito nella delibera 219/09/CSP. Dopo aver dettagliatamente esposto il problema e definito i procedimenti e le misure necessarie alla sua risoluzione, si è proceduto alla esposizione della struttura architettonica di un sistema atto a soddisfare i requisiti in oggetto, ovvero a eseguire quanto necessario alla verifica di infrazione definita in delibera. Tale struttura è alla base del sistema che verrà rilasciato a termine del progetto e che nel frattempo è in uso sperimentale, di validazione e di ottimizzazione per la futura esecuzione delle misure. Il sistema ha caratteristiche estremamente modulari che garantiscono e sono funzionali sia a ulteriori sviluppi e adattamenti, sia ad un eventuale riutilizzo, o meglio adeguamento, del sistema in applicazioni particolari quali quella di monitoring continuativo e massivo. In particolare si è pagina 19 di 28

20 sottolineata l importanza e la funzionalità di procedere attraverso una rappresentazione intermedia del segnale audio, denominata potenza k pesata, necessaria a tutte le misure di loudness, ovvero sia alla misura del livello ordinario, sia alla misura della potenza sonora degli eventi pubblicitari. Si sono descritti i diversi moduli che lo compongono e per ciascuno di questi si sono descritti i requisiti in entrata, i risultati prodotti e le modalità di funzionamento. A partire dal primo modulo di acquisizione del segnale audio, a quello successivo (o contemporaneo nei sistemi più performanti) di calcolo della potenza k pesata, e successivamente dei moduli specifici al calcolo del livello ordinario dei programmi e del livello sonoro degli eventi pubblicitari, per concludere con il modulo atto a eseguire i confronti e le statistiche richieste. Si è infine evidenziato come una soluzione come quella ora obbligatoriamente scelta per la esecuzione delle misure sperimentali, dove sussistono in entrata al sistema due basi dati informative avente riferimenti temporali non autorefererenti, costituisce un potenziale problema la cui soluzione è certamente difficile e costosa, ma che può anche risultare non sufficientemente adeguata al raggiungimento di idonei livelli di precisione nelle misure di loudness, ovvero nella determinazione degli istanti che identificano l evento pubblicitario da esaminare. Il sistema sviluppato risulta unico nel suo genere in quanto ha preso in considerazione ed ha risolto alcune specifiche problematiche attinenti alla misura del loudness dei segnali televisivi a livello di utente. In prima istanza il sistema può svolgere la funzione di sistema di "recording h24" del segnale audio televisivo con una temporizzazione basata su servizio NTP estremamente affidabile. Inoltre il sistema permette la simultanea estrazione, su base giornaliera, dei valori energia "k" pesata alla base del calcolo del loudness (indipendentemente dalla normativa scelta, ed eventualmente dal tipo di formato audio anche se attualmente è abilitato solo per segnali stereofonici) con una risoluzione temporale di 20ms; risoluzione che non ci risulta sia possibile con nessun altro dei sistemi attualmente in commercio anche di fascia alta e/o professionale. Da un punto di vista sistemistico rimangono tuttavia alcuni importanti aspetti che, in conclusione, vogliamo ricordare. Come prima cosa è necessario avere sempre una qualità del segnale audio (o in generale del segnale televisivo) fedele al "trasmesso". Questo implica quindi un centro di raccolta opportunamente dimensionato e che sia in grado di registrare il segnale con la dovuta qualità, e quindi di decodificarlo e renderlo disponibile per quei compiti della Pubblica Amministrazione che lo necessitano. È bene che tale centro sia "unico" (per unico non intendiamo singolo ma che operi in una modalità univoca), sia per ovvi motivi economici ma anche per garantire un riferimento di qualità certificato. Oggi lo stesso lavoro di registrazione di materiale televisivo è operato da molti enti pubblici (e non) e comunque mai eseguito con la dovuta qualità. Pertanto pesa sulla spesa pubblica un numero molteplice di volte senza tuttavia fornire un livello di servizio adatto a tutti i fini, ed in particolare adatto ai nostri fini. Supponendo infatti che vi sia un centro di raccolta unico e che conseguentemente tutte le informazioni (sia che queste siano derivate da terzi manualmente sia che vengano fornite dai fornitori) sarebbero coerenti tra loro, e buona parte delle problematiche del sistema da noi progettato verrebbero automaticamente meno. In realtà questa non è solo la soluzione tecnica più corretta e ragionevole, ma è anche l'unica soluzione possibile a costi e tempi contenuti. Sulla base di questa struttura tutti i sistemi di controllo diverrebbero di più semplice e affidabile progettazione ed esecuzione, e questo ovviamente anche per quanto riguarda il monitoraggio del loudness ed il controllo dei livelli acustici dei messaggi pubblicitari e delle televendite. pagina 20 di 28