Tractament i publicació d'imatge i vídeo
Temps mínim previst de lectura i comprensió: 2 horesL'alta definició
PID_00194876
Cap part d'aquesta publicació, incloent-hi el disseny general i la coberta, no
pot ser copiada,
reproduïda, emmagatzemada o transmesa de cap manera ni per cap mitjà, tant si
és elèctric com
químic, mecànic, òptic, de gravació, de fotocòpia o per altres mètodes, sense
l'autorització
prèvia per escrit dels titulars del copyright.
Índex
Introducció
En aquest mòdul s'analitzen els sistemes de televisió i de cinematografia digital.
Això significa que se n'avaluen les propietats, aplicacions i limitacions, amb el
propòsit que l'estudiant arribi a comprendre el perquè de la diversitat de formats
i pugui visualitzar quina podria ser la tendència de la televisió en el futur.
Per a fer aquest estudi es comença amb una breu introducció històrica, en què es pot
observar que l'alta definició és un projecte iniciat fa molts anys i al seu torn se'n
pot veure la implementació en el mercat mundial. Posteriorment s'analitzen els paràmetres
que defineixen els diferents formats d'alta definició.
Respecte de la metodologia, aquesta és una assignatura amb una dimensió teòrica important,
que al seu torn es reforça amb una sèrie d'activitats que tenen el propòsit de facilitar
l'adquisició de les competències plantejades.
Per a tenir una visió global de la dimensió dels temes tractats, és molt important
que es busquin exemples de les qüestions plantejadesi es contrastin.
Finalment, és important que per a contrastar les dades explicades en els apunts es
consultin els webs d'alguns dels fabricants dels formats estudiats.
Objectius
Des de l'aparició de la televisió fins a l'actualitat, les característiques de la
televisió han evolucionat enormement, evolució que ha estat paral·lel a la que ha
fet el cinema, fins a arribar al punt en el qual en l'actualitat està prenent molt
protagonisme el concepte de cinema a casa o home cinema. Per complir aquest propòsit, les grans empreses destinades a la fabricació de pantalles
han fet un gran esforç per fer arribar pantalles grans a casa dels usuaris.
El propòsit d'aquest mòdul és explicar les bases històriques i tecnològiques en què
es basen els sistemes de televisió d'alta definició actuals, de manera que una vegada
finalitzada la lectura s'hagin adquirit els conceptes que en justifiquen les característiques,
formats intermedis i limitacions.
Aquests objectius estan relacionats amb les competències de l'assignatura següents:
a) Competències generals del grau a què respon:
4. Capacitat per a adaptar-se a les tecnologies i als entorns futurs actualitzant les
competències professionals.
11. Ser capaç d'analitzar un problema en el nivell d'abstracció adequat a cada situació
i aplicar les habilitats i coneixements adquirits per a abordar-lo i resoldre'l.
22. Atendre adequadament consultes sobre projectes, tecnologies i mercat de productes
multimèdia avaluant de manera precisa l'entorn d'aplicació, els recursos i les alternatives
tecnològiques disponibles.
b) Competències de l'assignatura:
C. Capacitat de distingir les opcions factibles de les que no ho són en un estudi d'especificacions
d'un projecte, sistema o tasca.
E. Capacitat d'escollir amb criteris fonamentats entre vídeo analògic i digital per
al seu ús en una situació concreta.
F. Capacitat per a editar i comprimir un vídeo digital de manera eficient i eficaç.
1.Introducció històrica
Uns dels primers promotors de l'alta definició van ser els japonesos, que amb el Dr.
Fujio de la televisió pública japonesa Nippon Hôsô Kykai (NHK) van crear el projecte
MUSE, també conegut com a Hi Vision al final dels anys setanta. Es tractava d'un sistema de televisió analògic que oferia
1.125 línies de resolució vertical, de les quals 1.035 eren realment actives en la
pantalla. En aquest cas va ser una de les primeres vegades en què es va fer una aposta
clara pels sistemes de televisió panoràmics, establint una relació d'aspecte de pantalla
de 5:3, la qual cosa és equivalent a 15:9 i, al mateix temps, es van incorporar dos
canals d'àudio amb una qualitat equivalent a la del CD.
Paral·lelament als EUA, el 1977, la Society of Motion Picture and Television Engineers
(SMPTE) crea un grup de treball que tres anys més tard acaba presentant un sistema
de 1.100 línies de resolució vertical amb una relació d'aspecte de pantalla de 2:1.
Llavors, el 1979 l'NHK va presentar el seu sistema MUSE (analògic) al Comitè Federal
de Comunicacions (FFC) dels EUA.
Al cap de pocs anys, concretament el 1983, als EUA es va crear l'Advanced Television
Systems Committee (ATSC), organització que tenia com a propòsit definir i coordinar
un estàndard de televisió d'alta definició que treballés mitjançant tecnologia digital,
el qual va tenir el mateix nom que l'organització que el va crear. Però no és fins
a tretze anys més tard, el desembre de 1996, que el Comitè Federal de Comunicacions
(FFC) dels EUA adopta l'ATSC com un nou sistema de televisió d'alta definició basat
en tecnologia digital, com també tots els requisits i estàndards necessaris per a
la difusió d'aquesta tecnologia per cable, terrestre i per satèl·lit.
També al principi dels anys vuitanta a Europa es va desenvolupar un sistema que es
denominava de definició millorada (1) , conegut com a MAC. Aquesta tecnologia utilitzava pantalles amb una relació d'aspecte
de 16:9, però amb la mateixa quantitat de línies que el sistema PAL. És a dir que
oferia millor qualitat que el sistema PAL, però no es tractava en realitat d'un sistema
d'alta definició.
El 1986, com a primer pas cap a l'adopció de l'estàndard de producció MUSE, l'NHK
presenta al Comitè Consultiu Internacional de Radiocomunicacions (CCIR) els plànols
de disseny i les especificacions del seu sistema. Abans d'acceptar la tecnologia japonesa
com a nou estàndard internacional i davant de l'amenaça que representa per la seva
indústria de l'electrònica de consum, la Comunitat Econòmica Europea (CEE) crea el
projecte Eureka-95. Dins d'aquest projecte es crea l'HD-MAC, que és el primer sistema
d'alta definició europeu basat en senyal analògic, amb 1.250 línies de les quals 1.152
són actives i 50 Hz, i que utilitza el satèl·lit per a la seva difusió. Finalment,
així com el MUSE va tenir cert èxit al Japó i els Estats Units, a Europa l'HD-MAC
pràcticament no va sortir del laboratori.
Aquests són alguns dels pocs esdeveniments destacables que es van retransmetre mitjançant
la tecnologia HD-MAC:
-
La copa del món de futbol d'Itàlia 1990
-
La conferència sobre l'Orient Mitjà celebrada a Madrid 1991
-
Els Jocs Olímpics de Barcelona i l'Expo de Sevilla 1992
L'elevat cost dels equips de producció, l'amplada de banda excessiva que necessitava
per a la seva transmissió (36 MHz), la falta de pantalles de mida adequada i de gravadors
capaços d'acceptar senyals de televisió d'alta definició, i l'arribada imminent de
la televisió digital van ser alguns dels motius pels quals el 1993 es va abandonar
la norma HD-MAC. A partir d'aquell moment la Unió Europea de Radiodifusió (UER) es
va dedicar especialment al desenvolupament del digital video broadcasting (DVB) en totes les variants que van des del disseny d'especificacions que regulen
la difusió de senyals de qualitat estàndard SDTV fins a l'alta definició per cable,
terrestre i per satèl·lit.
El maig del 1993, als EUA es constitueix la Grand Alliance, que és un consorci integrat
per AT&T, Zenit, el centre d'investigació de David Sarnoff, General Instrument Corporation,
MIT, Philips i Thompson. Aquest consorci és el que acaba definint l'estàndard Advanced
Television Systems Committee (ATSC) per emetre HD mitjançant la difusió terrestre,
és a dir, la TDT. Quan aquest estàndard apareix, ja ho fa amb una resolució màxima
de 1.920 × 1.080 píxels, la qual cosa multiplica per sis la mida de la imatge. De
tota manera, mitjançant la codificació de vídeo en MPEG-2, el 2009 es va fer una revisió
de l'especificació i des de llavors també suporta l'AVC/H.264.
Paral·lelament al Japó també es va desenvolupar un sistema de televisió digital d'alta
definició denominat integrated services digital broadcasting (ISDB). El 1999 es va adoptar la ISDB-T com a estàndard de difusió terrestre de l'alta
definició digital, però no va ser fins al 2003 que aquest senyal va arribar a les
cases dels espectadors. Actualment, al Japó amb la ISDB es poden rebre senyals d'alta
definició per cable, terrestre, per satèl·lit o per mòbil amb una resolució de 1.920
× 1.080 píxels.
A Europa, després del fracàs del sistema d'alta definició analògic HD-MAC es van centrar
a desenvolupar el DVB, que en l'actualitat permet la difusió de material audiovisual
via satèl·lit, cable, terrestre i telefonia mòbil, que avui ja suporta la definició
de vídeo estàndard així com l'alta definició.
Actualment a Europa, els EUA i el Japó la difusió de continguts en alta definició
ja és una realitat que es troba gairebé totalment implementada: a Europa sota l'especificació
definida en la norma DVB, als EUA mitjançant l'ASTC i al Japó amb l'ISBN. Tots suporten
la codificació de senyals comprimides sota els estàndards MPEG-2 com també l'actual
MPEG-4 AVC/H.264; és a dir, tots suporten una resolució Full HD de 1.920 × 1.080 píxels.
2.Resolució de la imatge d'alta definició
Així com la traducció literal de l'HDTV és televisió d'alta definició, potser seria més adequat anomenar-la televisió de pantalla ampla. Això és perquè el propòsit inicial de l'alta definició no és lliurar a l'usuari
una imatge d'una qualitat superior a la que ja tenia amb la definició estàndard, sinó
poder oferir a l'espectador una pantalla gran, sense que aquest hagi d'augmentar la
distància de visionament. D'aquesta manera s'incrementa l'angle de cobertura visual
de l'espectador i es millora l'experiència audiovisual. Per a augmentar la superfície
de pantalla mantenint la distància de separació entre píxels (és a dir, sense saturar
l'agudesa visual), és necessari incrementar la quantitat de píxels de la imatge, és
a dir, la resolució.
Però quant s'hauria d'augmentar la resolució de la imatge?
La televisió de definició estàndard requereix una distància de visionament de sis
vegades l'altura de la pantalla. Si aquesta distància es compleix, l'ésser humà és
incapaç de percebre la separació entre píxels i, consegüentment, percep una imatge
homogènia.
Una fórmula per a comprovar la relació entre la mida de la pantalla i la resolució
de la imatge seria la següent:
En què:
-
Nv correspon a la quantitat de píxels de resolució vertical de la imatge.
-
α correspon a l'angle mínim discernible per l'ull (en radiants).
-
n correspon a d/h (distància de visionament partit per l'altura de la imatge).
Tenint en compte l'expressió següent, es pot deduir que en una pantalla observada
a una distància de sis vegades la seva altura es pot reproduir una imatge amb una
resolució vertical aproximadament de 550 píxels:
I que, en observar una pantalla a una distància de tres vegades la seva altura, la
quantitat de píxels de resolució vertical necessaris ha de ser aproximadament de 1.100.
És a dir, en reduir a la meitat la distància de visionament, s'obliga a duplicar la
quantitat de línies per a mantenir el mateix angle crític d'agudesa visual.
Segons una enquesta feta a Estocolm, si els usuaris poden escollir una mida de pantalla,
aquesta es troba entre les 30" i les 40" de mitjana. En una altra prova, aquesta vegada
feta per la BBC, es van posar cent setanta persones davant diferents pantalles de
grans dimensions i es va comprovar que se situaven a una distància mitjana d'uns 2,7
m.
A aquests usuaris se'ls van mostrar imatges en què la meitat de la pantalla contenia
una part de la imatge a una resolució de 4 k i l'altra meitat de la pantalla tenia
una resolució inferior. Es va comprovar que, col·locant imatges de 720 × 576 píxels
en la meitat de menys resolució, l'agudesa visual se saturava en pantalles situades
entre les 22" i les 28", és a dir que amb aquestes pantalles, a una distància d'uns
2,7 m, l'espectador no era capaç de detectar quina part de la imatge tenia 4 k i quina
part tenia poca resolució.
La mateixa prova es va fer col·locant en la regió de menys qualitat una resolució
de 1.280 × 720 píxels, i es va comprovar que la saturació visual s'aconseguia amb
pantalles que es trobaven entre les 28" i les 42". Això significa que, amb aquestes
pantalles, alguns espectadors ja eren capaços de discernir la meitat d'alta resolució
de l'altra meitat de menys resolució. I en repetir la prova amb una resolució de 1.920
× 1.080 píxels la saturació visual es produïa amb pantalles d'entre 42" i 60".
En conclusió, a una distància de visionament d'uns 2,7 m i essent cauts, en una pantalla
de 22" no s'haurien de reproduir imatges de qualitat inferior a 720 × 576 píxels.
Amb pantalles de 28" no s'haurien de reproduir imatges amb una resolució inferior
a 1.280 × 720 píxels, i amb pantalles de 42" no s'haurien de reproduir imatges de
menys de 1.920 × 1.080 píxels. Si no fos així, possiblement la imatge es veuria pixelada.
Segons la norma UIT BT.709, una imatge d'alta definició és la que es pot veure a una
distància de tres vegades l'altura de la pantalla sense que s'apreciïn defectes; és
a dir, percebent una qualitat d'imatge transparent.
Exemple
Si es considera una pantalla de 16:9 com un rectangle, cada costat d'aquest rectangle
es pot expressar com el producte de la hipotenusa (d) pel sinus i el cosinus de l'angle que forma la hipotenusa amb el catet contigu.
Figura 1. Proporcions d'imatge en un format 16:9 i la seva representació trigonomètrica
Per tant, una pantalla de 22" s'hauria de veure a una distància de 3 × (0,49 × 22");
és a dir, a unes 32", que equivalen a uns 2,54 × 32" = 81 cm. Una pantalla de 42"
s'hauria de veure a una distància d'uns 156 cm; és a dir, uns 1,5 m com a mínim. Això
significa que si l'espectador se situa a una distància inferior a aquesta podria percebre
una pèrdua de resolució.
Observant la relació entre la mida de les pantalles i les distàncies de visionament
es pot deduir que, amb l'alta definició, es duplica la resolució horitzontal i vertical
de la pantalla, i que la relació d'aspecte passa de 4:3 (12:9) a 16:9. Això es tradueix
en el fet que la superfície de la pantalla pràcticament es multiplica per 5:
Figura 2. Proporcions entre formats de televisió amb definició estàndard i els d'alta
definició
En l'esquema es poden veure les proporcions entre formats de televisió amb definició
estàndard i els d'alta definició en funció de la relació d'aspecte utilitzada, tots
amb una relació d'aspecte de píxel quadrat:
En augmentar la mida de la pantalla i modificar la relació d'aspecte, l'angle horitzontal
de visionament es multiplica per 2,6. Concretament, amb definició estàndard l'angle
visual vertical és d'uns 10° i l'horitzontal és de 13,3°. En canvi, amb alta definició,
l'angle de visionament vertical és de 20° mentre que l'horitzontal augmenta fins a
20 × (16/9) = 34°.
Figura 3. Angle de visió horitzontal en els diferents sistemes de televisió
2.1.Implicació en l'amplada de banda
Com s'acaba de veure, una imatge d'alta definició (a partir d'ara l'expressarem com
a HDTV (2) ) requereix una imatge amb una resolució cinc vegades superior a la d'una imatge amb
una definició estàndard (que a partir d'ara expressarem com a SDTV (3) ).
Això té repercussions clares en l'amplada de banda del senyal, ja que aquest també
augmenta entre cinc i sis vegades. Si un senyal digital de definició estàndard de
720 × 576 píxels amb cinquanta camps entrellaçats genera uns 170 Mbps. Per la seva
banda, un senyal d'HDTV de 1.920 × 1.080, també de cinquanta camps entrellaçats, genera
una amplada de banda de 900 Mbps. Actualment, les modernes tècniques de modulació
digital permeten ubicar en un canal UHF convencional uns 20 Mbps.
Gràcies a les tècniques de compressió digital, és possible reduir els 170 Mbps del
senyal SDTV a només 4 Mbps, i els 900 Mbps del senyal d'HDTV a 20 Mbps. Així es poden
transportar fins a cinc programes diferents d'SDTV per un sol canal UHF. Aquest és
el resultat d'aplicar les potents tècniques de compressió que incorpora l'MPEG-2 present
en tota mena d'aplicacions digitals, des del DVD fins a la televisió digital terrestre
(TDT). Però l'MPEG-2 és un estàndard que ja té més de deu anys d'història i això,
en tecnologia digital, és molt de temps. No és que l'MPEG-2 hagi quedat obsolet, ja
que continuarà essent la base de sistemes com el DVD o la TDT, però ara es disposa
d'un nou sistema de compressió: l'MPEG-4.
El sistema MPEG-4 és més potent i és capaç de codificar les imatges de televisió amb
almenys el doble de resolució per a la mateixa amplada de banda. Per tant, amb l'MPEG-4
és possible transmetre fins a deu canals de SDTV o dos canals d'HDTV per cada canal
d'emissió UHF.
Això significa que des de la denominada apagada analògica queda lliure una gran quantitat de canals de manera que els canals UHF es poden utilitzar
per a televisió digital, tant en SDTV com en HDTV. Tenint en compte que gairebé hi
ha cinquanta canals UHF és clar que es disposarà d'amplada de banda més que suficient
i tot això sense tenir en compte altres mitjans de transmissió, com la televisió per
satèl·lit o per cable.
3.Mètodes d'escaneig entrellaçat i progressiu
Històricament, els sistemes de televisió analògics com el PAL treballaven amb un escaneig
entrellaçat de la imatge.
L'escaneig entrellaçat de la imatge implica que cada fotograma es divideix en dues
semiimatges de la meitat de resolució vertical i aquestes es reprodueixen en lloc
del fotograma sencer. Això fa que, utilitzant l'entrellaçament, en el temps corresponent
a un fotograma es projectin dues semiimatges o camps de tal manera que la quantitat
d'impactes visuals que rep l'espectador és del doble per unitat de temps. El propòsit
d'això és minimitzar el parpelleig, ja que aquest es redueix a la meitat en passar,
per exemple, de 25 FPS a cinquanta camps.
Òbviament, la millor solució per a minimitzar l'efecte de parpelleig de la imatge
hauria estat duplicar la quantitat de fotogrames per segon, però això hauria implicat
el doble d'amplada de banda, i aquesta era una condició que no es podia acceptar.
Actualment, la gran majoria d'espectadors que visualitzen imatges d'alta definició
ho fan amb una pantalla plana LCD, de plasma, DLP, etc., i totes utilitzen l'exploració
progressiva com a mètode d'escaneig.
Com s'ha comentat, l'exploració entrellaçada va ser un truc enginyós per a estalviar
amplada de banda en l'era analògica. Un sistema d'exploració entrellaçada redueix
a la meitat les necessitats d'amplada de banda respecte a un sistema d'exploració
progressiva, però, d'altra banda, introdueix molts problemes. Quan fa vuitanta anys
es va inventar la televisió, probablement era la millor solució. Actualment, les tècniques
digitals han deixat obsolet el mètode entrellaçat. Les pantalles d'ordinador dels
anys vuitanta permetien escollir entre l'exploració entrellaçada i la progressiva,
però des del principi dels noranta l'exploració entrellaçada ha caigut en desús en
les aplicacions informàtiques, fins i tot quan s'empren tubs de rajos catòdics, perquè
ja no és necessària i només introdueix problemes.
D'altra banda, les tècniques de compressió donen millors resultats amb material originat
de manera progressiva que amb material entrellaçat. Els reproductors de DVD actuals
disposen de senyals de sortida amb exploració progressiva i, a l'hora de vendre un
producte, constitueixen un dels atractius principals. En altres paraules, progressiu s'ha convertit en sinònim de modern.
Quan es va començar a parlar d'un d'estàndard d'HDTV comú per a tot el món, la UER
va considerar la possibilitat que Europa canviés a un sistema de 60 Hz, amb la intenció
de facilitar la màxima similitud amb els sistemes americans. Certament resulta atractiu
tenir la mateixa norma per a tot el món, sense l'eterna divisió entre les regions
de 50 Hz i les de 60 Hz. A més, seixanta imatges per segon reprodueixen millor el
moviment alhora que redueixen el parpelleig, sobretot en pantalles grans. Alguns han
considerat que vuitanta imatges per segon serien perfectes per a la reproducció del
moviment i la reducció del parpelleig. En qualsevol cas, en les reunions que van mantenir
els diferents organismes, no va ser possible posar-se d'acord, de manera que actualment
hi ha famílies de normes de 50 Hz i de 60 Hz, a les quals cal afegir les de 24 Hz
procedents del cinema.
L'exploració entrellaçada es pot utilitzar com a senyal d'entrada per als sistemes
de compressió avançats i en les pantalles planes, encara que resulta menys eficaç
que la progressiva. Igualment per a la transmissió i la conversió de normes, l'entrellaçament
resulta menys adequat i introdueix més artificis en presència de moviment. En l'actualitat
es disposa de xips que duen a terme el procés de desentrellaçament capaços de convertir
imatges entrellaçades en progressives, amb compensació de moviment. Aquests processadors
analitzen quina part de la imatge s'ha mogut en el temps corresponent al camp i desplacen
selectivament els segments d'imatge adequats. El resultat és similar, encara que inferior,
a com seria la imatge si s'hagués pres en mode progressiu. El preu d'aquests xips
és relativament baix, de manera que actualment l'incorporen moltes pantalles que es
poden trobar en el mercat.
3.1.Avantatges del mètode d'escaneig progressiu
Tot el que s'estalvia en amplada de banda utilitzant l'escaneig entrellaçat seguit
d'un sistema de compressió digital, es pot fer millor amb imatges d'entrada progressives
i un sistema de compressió capaç d'adaptar-se al contingut. És a dir, que una vegada
s'introdueixen les tècniques de compressió, pel que fa a l'amplada de banda ja no
compensa la utilització de l'entrellaçament.
Resulta relativament fàcil convertir un senyal progressiu en un senyal entrellaçat,
però és bastant més difícil convertir una imatge entrellaçada en una de progressiva
sense que s'hi generin artificis i defectes. El receptor necessita utilitzar algoritmes
diferents per a les zones estàtiques i per a les zones en moviment de la imatge. La
complexitat és que es tracta de compensar informació que ja no és en la imatge. Una
vegada que el segment superior de l'espectre verticotemporal s'ha perdut per l'intercalat,
ja no es pot recuperar. En cas d'haver de fer una conversió d'entrellaçat a progressiu,
seria millor fer-ho una vegada amb equip car abans de l'emissió, que no milers o milions
de vegades en cada un dels receptors. Això apunta que l'emissió es faci en qualsevol
cas en mode progressiva.
A partir de l'experiència d'alguns radiodifusors americans que treballen amb un sistema
progressiu, es veu que l'exploració progressiva és especialment adequada per a la
retransmissió de programes esportius, en què es produeix un moviment ràpid. Aquestes
millores es noten tant en la reproducció normal com en la càmera lenta.
En cinema sempre s'han utilitzat 24 FPS, però el món del cinema sempre s'ha mogut
per mons diferents de la televisió. Tanmateix, amb l'arribada de l'HDTV apareix l'anomenada
cinematografia digital, de manera que els 24 FPS passen a ser una cadència d'imatge vàlida en HDTV.
En general, es reconeix que els sistemes progressius presenten avantatges sobre els
entrellaçats, però la tecnologia no és encara prou madura per a abandonar totalment
l'entrellaçament en tots els casos. Així que, treballant en progressiu, es presenten
les possibilitats següents: 23,97p, 24p, 25p, 29,97p, 30p, 50p, 59,94p i 60p; és a
dir, vuit possibles freqüències d'imatge en mode progressiu. En mode entrellaçat només
es presenten tres alternatives: 50i, 59,94i i 60i. En total, onze possibles cadències
diferents de freqüència d'imatge.
Perquè els senyals que treballen amb totes aquestes freqüències temporals es puguin
distribuir per la mateixa interfície, es normalitza una freqüència de mostreig de
la luminància comuna i aquesta és de 74,25 MHz; és a dir, en total hi haurà 74.250.000
píxels de mostres de luminància per segon, encara que evidentment no totes seran actives.
Aquesta interfície comuna servirà per a tots els sistemes temporals, excepte per als
tres més exigents (50p, 59,94p, 60p). Aquesta interfície per a la distribució de senyals
d'HDTV, es denomina HD-SDI.
3.2.Resolucions utilitzades en l'HDTV
La recomanació UIT BT.709 preveu diferents formats vàlids per a l'HDTV. Entre aquests
els més comuns són els denominats 720, amb una resolució de 1.280 × 720 píxels, i els denominats 1.080, amb 1.920 × 1.080 píxels de resolució.
En aquests formats el tipus d'escaneig de la imatge té molta importància; per aquesta
raó, aquest paràmetre s'inclou en la nomenclatura del format. D'aquesta manera es
poden classificar els formats d'HDTV segons si són 720i, 720p, 1080i o 1080p.
Aquesta situació es tradueix en el fet que bàsicament hi ha dues resolucions que poden
treballar mitjançant un escaneig entrellaçat (interlaced) –la 720i i la 1080i–, i dues que utilitzen l'escaneig progressiu d'imatge (progresive) –la 720p i la 1080p.
Òbviament, per a la qualitat d'imatge l'opció més avantatjosa és la que treballa a
1080p, ja que és la que té una resolució d'imatge millor i, a més, utilitza un escaneig
progressiu. De fet, la gran majoria de pantalles planes de televisió que hi ha en
l'actualitat treballen en 1080p. Però, avui dia, els requeriments tècnics dels formats
difosos en 1080p són sovint massa elevats. Per aquesta raó, fins que no s'arribi a
emetre de manera generalitzada en 1080p, la "batalla" es troba entre els formats 720p50
i el 1080i25, és a dir, entre un format de menys resolució vertical amb escaneig progressiu
i 50 FPS (720p50), i un altre amb més resolució vertical amb escaneig entrellaçat
i a 25 FPS (1080i25). Els dos formats tenen pràcticament la mateixa amplada de banda
i cada un té avantatges i desavantatges respecte al seu competidor.
Els partidaris del sistema 1080i segurament acudiran a l'argument que el sistema 1080
ofereix 2,25 vegades més píxels que el 720p. Però si es mira amb deteniment una imatge
entrellaçada es poden apreciar artificis com l'interline twitter (parpelleig interlineat), efecte que apareix quan la imatge conté ratlles horitzontals
fines molt contrastades respecte al fons. Aquest defecte redueix la resolució vertical
efectiva. Moltes proves fetes per radiodifusors, fabricants d'equips, etc. demostren
que, en termes subjectius, 720p i 1080i proporcionen bàsicament la mateixa resolució
vertical.
El format 1920 × 1080 proporciona més resolució horitzontal que el sistema 1280 ×
720. La relació entre tots dos sistemes seria de 1280/1920 = 0,67; és a dir, el sistema
de 720 línies només proporciona un 67% de la resolució, en comparació amb el sistema
de 1.080 línies. A la pràctica, els CCD de l'aproximadament 80% de les càmeres que
treballen amb 1.080 línies només disposen de 1.440 píxels per línia i no dels 1.920
nominals. Atès que es tracta de sensors CCD amb relació d'aspecte 16:9, aquests no
empren "píxels quadrats" sinó apaïsats, la qual cosa implica que les càmeres de 720
línies proporcionen una resolució horitzontal equivalent a un 89% de la resolució
de les càmeres de 1.080 línies. Igualment moltes pantalles actuals etiquetades com
a HDTV no arriben als 1.920 píxels de resolució horitzontal.
Resumint, el sistema 1080i ofereix bàsicament la mateixa resolució vertical que el
720p, mentre millora lleugerament la resolució horitzontal.
La resolució és important en el cas d'imatges estàtiques, però les imatges de televisió
rarament ho són. Per exemple, la majoria dels esdeveniments esportius inclouen moviments
ràpids i zooms inesperats. Sembla que tothom està d'acord que per a reproduir el moviment
resulta més adequat un sistema d'exploració progressiu que un entrellaçament, especialment
quan s'ha de congelar la imatge o fer una càmera lenta (slow motion). L'elecció entre 720p i 1080i és una solució de compromís entre la resolució estàtica
i la reproducció fluida del moviment. En l'actualitat la majoria de cadenes que emeten
en alta definició utilitzen un dels dos formats, i utilitzar-ne un o un altre només
depèn de la decisió dels seus directius.
Al Japó tots els radiodifusors utilitzen el format 1080i, i mentre que als EUA la
majoria també empra el 1080i, alguns molt orientats a esports que han optat pel 720p.
La UER (4) recomana el 720p com a format d'emissió d'HDTV en una primera etapa. La causa és
la disponibilitat de pantalles planes que utilitzen un escaneig progressiu. Per a
tots, el format més desitjable és sens dubte el 1080p50 o el 1080p60.
De tota manera, en l'actualitat, els formats 1080p només tenen sentit si els continguts
es troben emmagatzemats en un Blu-Ray o en algun suport d'emmagatzemament com ara
un disc dur. El problema d'aquest format apareix quan cal transmetre senyals per mitjà
d'algun sistema de difusió com la TDT que, tal com s'ha vist, es troba amb un espectre
radioelèctric limitat. Possiblement, aquesta limitació d'amplada de banda se solucionarà
quan els centres difusors i els receptors dels usuaris incorporin de manera generalitzada
sistemes de compressió prou eficients, com l'H.264, per a poder ubicar el programa
en 1080p dins del canal de difusió convencional, o quan els difusors prefereixin tenir
menys canals de continguts però una qualitat d'imatge superior.
Aquesta limitació tan evident de la TDT o la difusió per satèl·lit evoluciona en paral·lel
a l'increment de l'amplada de banda a Internet. Quan un usuari gaudeixi d'una connexió
en banda ampla capaç de suportar fluxos de dades constants d'entre uns 5 Mbps i 10
Mbps serà capaç de poder veure en temps real programes produïts en 1080p. Actualment
la majoria plataformes de serveis tenen ofertes de connexions ADSL amb contractes
de fins a 20 Mbps, però la realitat demostra que aquest flux de dades es pot aconseguir
molt poques vegades.
D'altra banda, les línies ADSL ja es troben en el seu màxim rendiment, i les plataformes
s'estan orientant sobretot a oferir al client serveis per mitjà de fibra òptica que
arribaria directament a l'usuari final. Aquesta alternativa que permetria oferir fluxos
de dades deu vegades superiors als actuals és molt vàlida per a grans ciutats i les
seves rodalies, però no ho és per a les regions allunyades dels nuclis urbans i amb
poca densitat de població, ja que als operadors no els compensa fer una inversió tan
important si no la poden recuperar.
També cal tenir present que la connexió a Internet en la majoria dels països és de
pagament, mentre que la TDT és per al client un servei que no ha de pagar de manera
directa. A més, amb la TDT hi ha la possibilitat de rebre la televisió mentre el receptor
està en moviment, amb una qualitat superior a la que ofereixen els sistemes d'Internet
per a mòbil.
En qualsevol cas, en l'actualitat no hi ha cap tecnologia que sobresurti clarament
respecte a les altres i de moment sembla que estan destinades a continuar compartint
el mercat.
3.3.El 1080p, un format de futur
D'on surten els valors 1.920 × 1.080? Com és sabut els formats d'SDTV utilitzen una
resolució horitzontal de 720 píxels. En voler obtenir un format d'alta definició,
van voler duplicar aquest valor i van obtenir una resolució horitzontal de 1.440 píxels.
De tota manera, un format de 1.440 × 1.080 té sentit si s'utilitza una relació d'aspecte
de pantalla de 4:3, ja que (1.440/4) × 3 = 1.080. Això no obstant, un dels requisits
de l'HDTV era augmentar la relació d'aspecte a 16:9. Això implicava que, si es modificava
la relació d'aspecte de la pantalla i es volia mantenir una relació d'aspecte de píxel
quadrada, havia d'augmentar la resolució horitzontal de la imatge fins a 1.920, ja
que (1.080/9) × 16 = 1.920.
Utilitzar píxels quadrats és un avantatge, ja que facilita el processament de les
imatges durant la producció i sobretot simplifica la conversió entre formats d'imatge.
En informàtica sempre (o gairebé sempre) s'han utilitzat píxels quadrats (640 × 480,
800 × 600, 1024 × 768, etc.). El valor també és divisible per 2, la qual cosa el fa
òptim a l'hora d'implementar les tècniques de compressió.
El 1.920 × 1.080 va ser acceptat i reconegut per la UIT com a format comú d'imatge
(CIF (5) ) per a tot el món per primera vegada en la història de la televisió. A la pràctica,
s'està utilitzant la resolució temporal 24p o el 50/60i, encara que s'espera que a
mesura que la tecnologia progressi s'imposi el més exigent 50/60p, que proporciona
la màxima resolució amb la millor reproducció del moviment. Això és especialment important
en la producció en què es vol la màxima qualitat. A partir del format 1.920 × 1.080
50/60p es pot obtenir, per filtratge, qualsevol altre format, ja que l'espectre tridimensional
(horitzontal, vertical i temporal) del senyal 1.920 × 1.080 50/60p és capaç de contenir
els espectres d'altres normes.
Quan un subformat com el 720p o el 1080i s'obté a partir del format 1920 × 1080p està
comprovat que la qualitat és superior a la que s'obtindria si s'hagués gravat des
d'origen en el subformat natiu; és a dir, si la imatge s'obtingués directament en
el format inferior.
3.4.L'ultra high definition (UHD) o super hi-vision
Actualment hi ha un format en ple desenvolupament que oferiria resolucions molt superiors
a l'HDTV, aquest format impulsat per l'NHK proposa dos estàndards: UHD 2160 i UHD
4320. En el primer cas es tractaria d'un senyal amb una resolució de 3.840 × 2.160
píxels i en la segona opció es tindria una imatge de 7.680 × 4.320 píxels de resolució.
Les primeres propostes i especificacions d'aquests possibles futurs estàndards es
recullen en els documents SMPTE 2036 o la UIT-BT.1706.
La característica principal del format ultra high definition és que la seva resolució implica multiplicar per 16 la resolució d'imatge de l'HDTV
o, dit d'una altra manera, mantenint la mateixa separació entre píxels, les pantalles
del sistema UHD 4.320 són 16 vegades més grans que les de 1.080, mantenint-se la relació
d'aspecte de 16:9.
Dins de la recomanació s'especifica que aquestes imatges s'han de veure a 0,75 vegades
l'altura de la pantalla; en aquesta distància i amb les dimensions de la pantalla
l'angle de visió arriba a ser de fins a 100°. L'únic inconvenient d'aquestes proporcions
és que possiblement l'acció s'ha de centrar en les regions centrals de la pantalla
si no es vol que l'espectador estigui tota l'estona girant el cap per a poder seguir
l'acció. Alguns estudis demostren que l'espectador prefereix veure la totalitat de
la pantalla abans d'haver d'escollir i, per tant, renunciar a part de la imatge.
Figura 4. Relació entre els formats d'HDTV, els de d-cinema i els de super hi-vision
Encara no és clar quina en serà l'aplicació principal. Lògicament si en l'àmbit de
la televisió s'utilitza l'HDTV un sector que pot adquirir aquest format podria ser
el cinema digital. De tota manera tampoc no seria estrany trobar pantalles per a l'ús
domèstic amb grans dimensions (60", 80", 100" o més) que vistes a 0,75 vegades l'altura
de la pantalla permetessin una sensació totalment cinematogràfica a casa.
Així com el so, en els formats de televisió d'alta definició coincideix amb les configuracions
cinematogràfiques (i en el mercat bàsicament hi ha els formats Dolby Digital, Dolby
TrueHD, DTS, DTS-HD, MPEG-2 i MPEG-4 amb totes les seves variants i especificacions),
el super hi-vision també ofereix una nova configuració d'àudio multicanal per a aplicacions en sales
de cinema.
Figura 5. Distribució d'altaveus en funció dels canals d'àudio en el sistema super hi-vision
Ja que inicialment, i pensant en el super hi-vision com un sistema per a la difusió en pantalles cinematogràfiques, es divideix l'espai
en diferents nivells en funció de l'altura de la sala i s'ubica una gran quantitat
de petits altaveus en la part frontal. El sistema bàsicament és capaç de suportar
fins a vint-i-dos canals d'àudio diferents més dos canals destinats als subwofers (és a dir, a les freqüències més greus).
3.5.La cinematografia digital
El cinema mai no ha tingut en compte el món de la televisió i, si alguna vegada l'hi
ha tingut, ha estat per allunyar-se'n. Per aquesta raó en cinematografia no coincideixen
ni la resolució d'imatge, ni les relacions d'aspecte ni la quantitat de fotogrames
per segon.
Com que el cinema històricament s'ha gravat fonamentalment sobre un negatiu de 35
mm i tota la superfície del suport és sensible a la llum, tan sols és necessari col·locar
una màscara o catch entre l'òptica i el negatiu per a escollir la relació d'aspecte que més interessi.
Per aquesta raó hi ha múltiples relacions d'aspecte cinematogràfiques i cap no coincideix
amb els 16:9 (1,78) de l'HDTV. En l'actualitat, bàsicament hi ha dues relacions d'aspecte
relacionades amb el cinema: la 1,85:1 i la 2,39:1.
Figura 6. Proporcions entre formats de d-cinema en funció de la relació d'aspecte d'imatge
Així com en la televisió digital hi ha una gran quantitat d'organismes que es dediquen
a buscar i definir estàndards comuns que permetin l'intercanvi de continguts audiovisuals,
com l'SMPTE, UIT, UER, ETSE, etc., en l'àmbit cinematogràfic no hi ha cap organisme
oficial que assumeixi aquesta tasca. Per aquesta raó els principals productors i distribuïdors
de cinema de Hollywood, els denominats majors, s'han unit per buscar conjuntament un estàndard que els permeti treballar a tots
amb els mateixos paràmetres, denominat Digital Cinema Initiative (DCI). De fet, a
causa que el 80% del mercat cinematogràfic mundial el cobreix el mercat americà, l'impacte
sobre el sector és molt rellevant.
Al contrari de l'HDTV, la nomenclatura associada a la resolució d'imatge en cinema
digital o d-cinema no es basa en la resolució vertical sinó en la resolució horitzontal; és a dir, en
la quantitat de píxels que hi ha en l'amplada de la imatge. D'aquesta manera, actualment
en d-cinema hi ha dues resolucions estandarditzades, els formats 2K i 4K.
Inicialment quan el cinema es gravava sobre un negatiu de, per exemple, 35 mm, es
col·locava una espècie de màscara sobre el negatiu per a aconseguir la relació d'aspecte
desitjada. En l'actualitat, durant tot el procés de producció el d-cinema també grava i utilitza formats sencers, denominats full aperture (FA), open gate o, en català, finestreta oberta, i posteriorment hi aplica un retall o catch en la postproducció. Aquests formats tenen una resolució de 2K FA (2.048 × 1.356)
píxels, i en 4K FA (4.096 × 3.112) i s'hi treballa durant tot el procés de producció.
Si s'observa la relació d'aspecte dels formats 2K FA i 4K FA es pot veure que no es
tracta de formats panoràmics, sinó que són gairebé 4:3 (com el negatiu de 35 mm).
Posteriorment, en la sala de postproducció, el realitzador i el muntador reenquadraran
la imatge ubicant-la en un catch d'1,85 o 2,39. Això significa que, habitualment quan es grava en cinema digital,
el realitzador o director té unes marques a la pantalla que li indiquen on quedarà
retallada la imatge en la difusió. Però si en el rodatge, per exemple, algun element
no desitjat entra en el pla, com podria ser un micròfon, posteriorment en la postproducció
es pot reenquadrar la imatge fent que el micròfon no es vegi.
La DCI especifica amb quines resolucions d'imatge s'ha de fer l'intercanvi de continguts
en el cinema digital. De manera que la imatge que d'origen es grava en un format 2K
FA quan es fa el muntatge s'escull a quina relació d'aspecte es vol convertir la imatge,
de manera que si s'utilitza una relació d'aspecte de 2,39:1 un format de 2K DCI queda
amb una resolució de 2.048 × 858 (és a dir, s'aprofita tota la resolució horitzontal
del format d'origen). I si s'utilitza una relació d'aspecte d'1,85:1 la resolució
resultant del 2K DCI és de 1.998 × 1.080. En aquest cas coincideix amb la resolució
vertical de l'HDTV.
Figura 7. Proporcions entre formats de 2 K en d-cinema i les seves resolucions
En l'esquema es poden veure les proporcions entre formats de 2 K en d-cinema i les seves resolucions associades en funció de si són FA o DCI i la relació d'aspecte
de la seva imatge.
Observeu que en el cas dels formats 4 K DCI passa el mateix, però amb resolucions
molt superiors.
Figura 8. Proporcions entre formats de 4 K en d-cinema i les seves resolucions
En l'esquema es poden veure les proporcions entre formats de 4 K en d-cinema i les seves resolucions associades en funció de si són FA o DCI i la relació d'aspecte
de la seva imatge.
Les càmeres d'HDTV d'alta qualitat sempre graven en una resolució de 1.920 × 1.080.
Això significa que la diferència entre elles se centra en l'estructura de mostreig
utilitzada, la profunditat de color i altres paràmetres propis de vídeo. Però mai
no poden superar aquesta resolució d'imatge. Per aquesta raó no són òptimes per a
l'enregistrament de cinema digital. En l'actualitat, de vegades algunes produccions
es fan en HDTV pensades per a ser projectades sobre una pantalla de cinema, en aquest
cas es pot parlar de cinema electrònic o e-cinema. Actualment, aquests esdeveniments estan en apogeu i utilitzen les sales de cinema
per a la projecció d'esdeveniments esportius, concerts, etc. Però és important no
confondre l'e-cinema amb el d-cinema.
En el cas del cinema digital, les càmeres cinematogràfiques són específiques per a
aquesta aplicació, i capaces d'oferir resolucions d'imatge superiors a les de l'HDTV.
En aquest cas es tracta de càmeres com la Red One o la Dalsa Origin, que emmagatzemen les imatges sobre discos durs (magnètics o en estat sòlid), ja
que no hi ha cap format de vídeo que sigui capaç de gravar una resolució superior
a l'HDTV.
3.6.Exercicis
Exercici 1
Actualment en el mercat hi ha una gran quantitat de pantalles amb l'etiqueta "HD Ready"
i amb l'etiqueta "Full HD". Investigueu quines són les diferències entre els dos tipus
d'enumeració.
Exercici 2
En el mòdul apareix la nomenclatura HD-SDI que, com s'ha vist, correspon al protocol
i les característiques associades a una interfície digital. A continuació hi ha una
taula amb una sèrie d'interfícies també àmpliament utilitzades. Busqueu a Internet
les dades necessàries per a omplir la taula proposada:
|
Format
|
Amplada de banda màxima
|
Resolució
|
Aplicació
|
|---|---|---|---|
|
HDMI |
|||
|
Firewire o IEEE 1394 |
|||
|
SDI |
|||
|
HD-SDI |
|||
|
Dual HD-SDI |
|||
|
3G-SDI |
Solució
|
Format
|
Amplada de banda màxima
|
Resolució
|
Aplicació
|
|---|---|---|---|
|
HDMI |
4,95 Gbps |
HDTV |
Domèstic |
|
Firewire o IEEE 1394 |
800 Mbps |
SDTV i HDTV |
Domèstic |
|
SDI |
270 Mbps |
SDTV |
Professional |
|
HD-SDI |
1,485 Gbps |
HDTV |
Professional |
|
Dual HD-SDI |
2,970 Gbps |
HDTV |
Professional |
|
3G-SDI |
2,970 Gbps |
HDTV |
Professional |
Exercici 3
En el mòdul s'ha estudiat que sovint interessa gravar amb la millor qualitat possible,
encara que posteriorment la imatge s'hagi de degradar per a adaptar-se al nostre format
de treball o difusió. Per a fer aquest truncament d'informació sovint es passa d'altes
freqüències d'imatge (per exemple, de 60 FPS) a velocitats inferiors. Investigueu
quines tècniques de pulldown hi ha i com treballen.
Exercici 4
Actualment es troben en ple apogeu els continguts generats i produïts en sistemes
de 3D. Investigueu quins formats hi ha en l'actualitat, tenint en compte el procés
de rodatge i distribució del senyal.
Bibliografia
Carrasco, Jorge (2010). Cine y televisión digital. Editorial Liber Web.
Tarrés, Francesc (2000). Sistemas audiovisuales. Televisión analógica y digital. Ediciones UPC.
Watkinson, John (1992). El arte del video digital. Editorial IORTV.
Enllaços d'Internet