Artículo que explica los diferentes procesados a los que se somete una señal de vídeo antes de una proyección. Texto: Alberto Gilabert El objetivo de una instalación de cine en casa es, mediante un buen sistema de sonido multicanal y unas imágenes en muy alta calidad, transportar a nuestro hogar las mismas experiencias sensoriales que podemos conseguir en un cine comercial. Si lo hacemos bien, incluso superaremos hasta el más moderno cine.
El cine (comercial y doméstico) no es más que un intento de representar lo más fielmente la realidad, convencer a uno que lo que está viendo “existe” (incluso cuando el género es de fantasía). Para ello es necesario tener una imagen suficientemente buena y creíble para engañar a nuestro cerebro de que lo ficticio es real. Una manera de conseguir este objetivo es rompiendo la barrera del televisor, con una imagen lo suficientemente grande para abarcar nuestro perímetro de visión. Es aquí donde entra en juego el proyector de vídeo.
Pero por necesidad técnica y visto lo lento que va la puesta en marcha de cualquier iniciativa estandarizada dedicada a ofrecer una imagen con calidad y resolución adecuada a esta anterior premisa, nos es imprescindible utilizar algún procesado de vídeo que permita que el viejo estándar de teledifusión PAL (base utilizada para la gran mayoría de formatos de vídeo modernos estandarizados como el que utiliza el DVD-Video) pueda ser proyectado en una pantalla de 100” sin los defectos y artefactos propios de una solución pensada para una relación en 4:3 y para diagonales de apenas 29”. Bienvenido sea el procesador y escalador de vídeo.
El estándar PAL tiene una resolución de 720x576 píxeles (el NTSC aún menor: 704x480). Esto quiere decir que una imagen está formada en la pantalla del televisor por 414.720 puntos. La televisión digital (terrestre y por satélite) únicamente transforma el método de transporte del mismo estándar. El DVD-Video, con su MPEG, hace lo propio con el sistema de almacenamiento. El viejo estándar PAL, diseñado para una situación y unos televisores concretos (en 4:3 y hasta 29” de diagonal) sigue y seguirá presente en nuestras vidas durante tiempo.
Pero nosotros estamos ampliando la diagonal de nuestros visualizadores (de 42 a 100 o más pulgadas) haciendo que las limitaciones del actual estándar PAL se muestren evidentes. Mientras no nos llegue la alta definición (HDTV), nuestra preocupación es que a estas diagonales mayores podamos seguir disfrutando de nuestros DVD-Video y, por qué no, de la televisión.
Desentrelazador
Tanto el PAL como el NTSC utilizan una técnica de barrido conocida como entrelazado. Éste es un sistema de compresión que se aprovecha de la vagancia del ojo humano y de las características técnicas de los fósforos en los televisores de tubos de rayos catódicos (TRC). La ventaja es que se reduce el ancho de banda necesario durante la transmisión (sobre todo vía terrestre), aunque las desventajas (más evidentes cuanto mayor sea la diagonal, sobre todo fuera de la relación 4:3 y 29”) son el parpadeo y los artefactos en movimiento.
El entrelazado permite la reducción de hasta el 50% de la información a transmitir por unidad temporal. Nuestro ojo humano tiene dos particularidades importantes: vagancia y resolución. La primera permite que si se visualizan 24 imágenes estáticas por segundo seamos incapaces de apreciarlas de una forma estática, sino imágenes en movimiento (de ahí que el cine pueda proyectar 24 “diapositivas” cada segundo y nosotros veamos “movimiento”). La resolución de nuestro ojo es de 1º, es decir, no somos capaces de determinar qué haya por debajo de ese grado.
Cuando el haz de un tubo de rayos catódicos ilumina (y por lo tanto excita) el fósforo de una celda, ésta se ilumina, transformando la energía en luz. Pero no se apaga inmediatamente, sino que tarda cierto tiempo en hacerlo.
Si conjugamos estas tres características (resolución y vagancia del ojo humano y permanencia del fósforo), entenderemos el por qué del entrelazado. Una imagen estática (de las 25 que en PAL forman un segundo) en teledifusión recibe el nombre de “cuadro”. Cada cuadro se divide en dos campos. El primer campo contiene únicamente la información visual de las líneas impares, mientras que el segundo, las pares. Un televisor de tubos restituye una imagen de arriba a abajo, y de izquierda a derecha. Pero en vez de hacerlo línea a línea, primero barre el campo de líneas impares y luego el de las pares. Cuando este segundo campo es barrido, los fósforos del campo anterior (es decir, de las líneas impares adyacentes a las que ahora reciben energía) siguen encendidos. Nuestro ojo, vago, percibe los dos campos como si de una imagen única se tratara. Cada barrido (impar y par) se realiza 50 veces por segundo, por ello hablamos que el PAL tiene una frecuencia de 50 Hz, aunque se emitan sólo 25 imágenes estáticas.
Pero a medida que aumentemos la diagonal del televisor apreciaremos poco a poco los defectos propios del entrelazado. Primero notaremos cómo en los movimientos rápidos aparece una molesta indefinición, un escalado en el perfil del objeto en movimiento. Si es toda la cámara la que se mueve, el emborronamiento será general. El segundo y no menos importante defecto es el parpadeo. Al aumentar la diagonal (pero manteniendo la resolución del ojo humano) no únicamente seremos espectadores de puntos en vez de imágenes, sino que percibiremos más fácilmente el encendido y apagado de cada línea pareja.
El desentrelazar la imagen se hace imperativo para solventar parte de estos problemas, más aún cuando, y a excepción de los tradicionales TRC, todos los visualizadores modernos no están hechos con celdas de fósforo, sino de otros materiales con características físicas y químicas muy diferentes.
Un desentrelazador es un complejo circuito digital con diferentes resultados en función del diseño. La mayoría recurren a complejos algoritmos matemáticos para la combinación de los campos.
El desentrelazador tipo doblador de línea es el más básico. Su objetivo principal es unir en un sólo campo los dos campos entrelazados que forman un cuadro. Cuando esto no le es posible (por ejemplo, en escenas de mucho movimiento) se limita a doblar las líneas. Es decir, en un campo impar, donde la información está en las líneas 1, 3, 5, etc., copia la información en las líneas pares: linea 1, linea 2 con la información de la línea 1, linea 3, linea 4 con la información de la 3, etc. Esta solución sí desentrelaza una señal, pero hace que la resolución vertical se pierda en un 50%. Perder esta información cuando estamos aumentando la diagonal es sin duda un paso hacia atrás.
Una solución avanzada consiste en utilizar técnicas de interpolación. Esto permite, en mayor o menor medida y en función de la complejidad del circuito utilizado, prever la mejor información entre dos puntos conocidos. En vez de “copiar” la información de la linea conocida superior o inferior, se realiza una “media” entre ambas, intentando que la información que falta (es decir, las líneas pares en cuadros impares o viceversa) sea lo más real posible. Este es un método que ofrece al espectador la ilusión de una mayor resolución. Evidentemente se mantiene sólo el 50% de la resolución vertical, pero en función del tipo de interpolación utilizado el acercamiento a lo real está más o menos conseguido.
El siguiente paso en calidad y complejidad son los adaptadores de movimiento. Si el método anterior puede conseguir mantener e incluso superar la percepción de mayor resolución, en movimientos rápidos o panorámicas de la cámara siguen evidenciándose artefactos de movimiento. Los adaptadores de movimiento utilizan unos circuitos todavía más complejos ya que intentan identificar los objetos en movimiento, predecir su dirección y velocidad e intentar hacer una transición mucho más fluida. Estas soluciones no únicamente tienen en cuenta durante el procesado la información de las líneas contiguas, sino también los cuadros y campos más cercanos. Los más avanzados ya se denominan “compensadores del movimiento”, que incluyen complejos algoritmos incluso para recrear partes de los objetos que en la imagen original (es decir, la señal de vídeo entrelazada) apenas se distinguen.
Tenemos que ser conscientes y reconocer que no hay solución alguna capaz de ofrecer una imagen de muy alta calidad ahí donde no existe información. Además, hay movimientos aleatorios (como el oleaje de un enfurruñado océano) casi impredecibles por el mejor algoritmo matemático.
La ventaja del cine
Una de las ventajas del formato PAL es su frecuencia de 50 Hz, que como hemos visto, en realidad implica el uso de 25 imágenes por segundo. El cine utiliza una cadencia de 24 fotogramas por segundo. Durante el proceso de telecinado (es decir, de cine a televisión) se reproduce la película de cine a 25 fotogramas por segundo, haciendo concordar cada fotograma con un cuadro. Entonces, las diferencias entre campos son nulas en un mismo cuadro, lo que hace que incluso un desentrelazador mediocre consiga buenos resultados. De hecho, los artefactos de movimiento son menores en comparación a los programas de naturaleza videográfica. Más complicado es cuando tenemos un vídeo en NTSC a partir de una película cinematográfica, que a causa de la mayor frecuencia de este estándar de televisión (60 Hz), utiliza otra técnica.
Si durante el desentrelazado el sistema es capaz de reconocer el origen cinematográfico (o que se nos permita elegir esta opción), los resultados pueden ser mucho mejores en pantalla.
El MPEG de un disco DVD-Video permite la inclusión de un identificador (flag) para la determinación de su origen cinematográfico, facilitando la tarea el circuito desentrelazador.
Nueva resolución
No todos los visualizadores modernos tienen una resolución nativa de 720x576 puntos. Primero porque estamos a la espera de la HDTV, que nos permitirá aumentar la resolución vertical y horizontal de forma nativa (quien haya disfrutado de una imagen en alta definición ya no querrá saber nada de la resolución estándar del PAL). Esta apuesta de futuro (que incluye la relación de aspecto 16:9) es la que justifica la actual inversión en visualizadores de alta resolución. Pero mientras no nos llega de manera uniforme y estandarizada imagen alguna en alta definición, es imperativo algún procesado que sea capaz de aumentar y modificar la resolución del estándar PAL.
Al igual que en el desentrelazado (paso previo a la conversión de resolución), hay diferentes maneras de conseguir este objetivo. Desde la duplicación de líneas pura y dura, hasta los diferentes métodos de interpolación, es decir, otra vez la recreación matemática de datos que no existen.
El escalador
Todos los visualizadores modernos tienen su propio desentrelazador y escalador. Algunas son soluciones propias, como el Pixel Plus 2 de Philips, otras son recurrentes como los desentrelazadores de Faroudja/Genesis y otros utilizan circuitería OEM.
Ahora empiezan a popularizarse los escaladores externos (es decir, dispositivos que se anteponen entre fuente y visualizador para ejercer las tareas de desentrelazado y escalado) gracias a los nuevos enlaces digitales. Hasta la fecha, las necesarias conversiones D/A y A/D degradaban aunque mínimamente una señal que lo que queríamos era justamente lo contrario.
Gracias a las conexiones digitales estas conversiones desaparecen. Antes, los escaladores externos permitían ofrecer la salida de vídeo a través de una conexión analógica de PC. Una ventaja si el visualizador era compatible.
En proyectores de vídeo, donde fácilmente queremos lograr diagonales de 100 o más pulgadas, tan importante es la calidad del panel y la óptica, como el circuito de procesado de vídeo (que incluya el desentrelazado y escalado de la imagen). En aras de querer mantener bajos los costes de producción y por ende el precio de venta final, muchos fabricantes recurren a la mínima electrónica que haga correcta la visualización de las imágenes.
El uso de un escalador externo no implica hacer magia, ni mucho menos, pero sí mejorar notablemente la calidad de la circuitería que pueda presentar un proyector en particular. Además, la ventaja de un buen escalador es que éste puede alimentar a varios visualizadores: desde nuestro proyector al televisor de plasma de 40” y alta resolución.
Algunos escaladores incluso pueden actualizarse según la demanda a nuevas resoluciones mediante actualizaciones vía software. Todo está en saber ponderar la inversión que supone un escalador y la mejora en la imagen.
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