Las diferentes formas de exploración

 

Las diferentes formas de exploración

 

En video se utilizan básicamente tres formas de exploración: entrelazada, progresiva y segmentada. En informática tan sólo se utiliza la exploración progresiva. En la teledifusión actual (analógica y digital) se utiliza la exploración entrelazada. En un futuro próximo, se difundirá exclusivamente la exploración progresiva, ya que favorece la convergencia de los multimedios electrónicos.

La sensación de movimiento de las imágenes de cine o de vídeo se basa en el fenómeno de la persistencia de la retina, descubierta por el físico y etimólogo inglés Peter Mark Rogent (1779-1869). Peter Mark Rogent, autor del famoso “Thesaurus of English Words and Phrases” (1852), publicó en 1824 un trabajo sobre “La persistencia de la visión y su relación con los objetos móviles”. Su trabajo motivó una aluvión de inventos (zootropo, taumatropo, kinematoscopio, etc.), en donde un conjunto de imágenes fijas al moverse rápidamente producían la sensación de un movimiento continuo. 

Las imágenes que llegan a la retina no desaparecen bruscamente, ya que se desvanecen paulatinamente. En consecuencia, una sucesión rápida de imágenes las interpreta el cerebro como una imagen en movimiento. En el cine la sensación de movimiento se debe a la rápida sucesión de fotogramas individuales, en los que el fotograma sucesivo representa una fase más del movimiento. En el cine la sucesión de fotogramas se realiza a una cadencia de 24 fotogramas por segundo, es decir, en un segundo pasan 24 imágenes con un intervalo de oscuridad entre ellas. Esta sucesión de fotogramas, si bien produce una sensación de movimiento, motiva un cierto parpadeo o centelleo perfectamente perceptible durante el paso de una imagen clara y el intervalo de oscuridad.

 

El parpadeo se evita aumentando la cadencia de las imágenes. El aumento del número de fotogramas motivaría películas con rollos más largos y en consecuencia, más caras. Para solventar este problema, se recurre a la doble o triple obturación, es decir, cada fotograma se proyecta dos o tres veces y por tanto, se duplica o triplica la cadencia. En otras palabras, el parpadeo se elimina proyectando la película con una velocidad de proyección a 48 o 72 fotogramas por segundo. En un principio los proyectores eran del tipo 48 fotogramas por segundo (doble obturación), pero se evidenció que con proyectores con elevada salida de luz se apreciaba de forma considerable el parpadeo. En otras palabras, a medida que la luminosidad de la pantalla se incrementa, la persistencia de la retina disminuye y en consecuencia, resulta visible el parpadeo. Debido a estas circuns­tancia, en las salas de cine de gran luminosidad se utiliza la triple obturación (72 fotogramas por segundo). En televisión, especialmente PAL, también ha ocurrido algo similar, ya que con las pantallas de talla grande (superior a 70 cm) se aprecia un notable parpadeo, lo cual se solventa a través de la técnica de los 100 Hz en Europa.

 

 

Imagen electrónica

 

 

El análisis y formación de una imagen electrónica se puede realizar a través de diferentes métodos de exploración: lineal, radial y helicoidal. Los métodos de exploración radial y helicoidal se utilizan en sistemas de radar o en aplicaciones científicas. En televisión se utiliza la exploración lineal a través de líneas horizontales paralelas, cada una de las cuales contiene una sucesión de puntos. El análisis de la imagen se realiza a través de dos procesos lineales, uno en sentido horizontal y otro en sentido vertical. En la figura 1 se muestra un diagrama simplificado de un análisis de un sis­tema de 10 líneas. Los puntos elementales son analizados o explorados a través de líneas horizontales sucesivas y paralelas. Las líneas se analizan de izquierda a derecha y de arriba a abajo, es decir, de la misma forma que se lee el texto de una página. Cuando el análisis de la línea llega al marco derecho se realiza el retorno horizontal, a fin de analizar la línea siguiente. Durante el retorno, cuya velocidad es muy rápida, el análisis queda desactivado. Cuando el análisis llega a la última línea se realiza el retorno vertical, a fin de iniciar el análisis del cuadro siguiente. Durante el retorno vertical, que también se realiza a velocidad muy rápida, el análisis también queda desactivado.

 

 

 

 

 

 

Figura 1. El análisis de un cuadro de video se realiza a través de líneas paralelas sucesivas.

 

 

 

El PAL se basa en un sistema de 625 lí­neas y 25 cuadros por segundo (25 Hz). En un segundo se analizan 25 cuadros de 625 líneas, es decir, 15.625 líneas, lo que significa que la frecuencia de línea es de 15.625 Hz. El periodo de una línea, que es la inversa de la frecuencia de línea, es de 64 microsegundos. Ahora bien, los retornos, horizontal y vertical, absorben una parte del período de línea (11,5 microsegundos) y de las líneas del cuadro (50 líneas). En otras palabras, una imagen PAL (figura 2) contiene 575 líneas visibles y el periodo visible de la línea es de 52,5 microsegundos. Este sistema de analizar la imagen se conoce por exploración progresiva (también denominada secuencial o no entrelazada) y es empleada en informática, cine electrónico y televisión digital. En informática se utilizan frecuencias de cuadro, función del formato, entre 60 y 75 Hz. En cine electrónico, en donde se utiliza el formato 24P, se utiliza una frecuencia de 24 Hz, es decir, idéntica a la empleada en el cine clásico. Una frecuencia de 24 Hz motivaría un notable parpadeo en la pantalla y para solventarlo se utilizan memorias de cuadro en el dispositivo visualizador que duplican o triplican la frecuencia de visualización (48 o 72 Hz), es decir, la visualización se apoya en una memoria de cuadro para un volcado a 1/48 o 1/72 de segundo. En otras palabras, la memoria de cuadro realiza las funciones de obturador en un proyector de cine.

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 2. Una señal de video contiene informaciones de borrado que no son visibles en la imagen.

  

 

Mientras que en la televisión analógica, por necesidades técnicas, no es posible utilizar la exploración progresiva, en televisión digital (ATSC o DVB) es posible utilizar la exploración progresiva. En Europa, en donde se utiliza el estándar DVB, se pueden utilizar tres frecuencias para la exploración progresiva: 24, 25 y 50 Hz. Por el momento, únicamente en Estados Unidos se difunde en exploración progresiva. Es de esperar, que en un futuro próximo los teledifusores europeos también difundan en progresivo.

 

 

Exploración segmentada

 

 

 

La exploración segmentada es utilizada en algunos camascopios digitales de DV (Canon, JVC, Sony, etc.) y en el HDCAM de Sony. En la figura 3 se muestra el proceso básico de una exploración segmentada; para fines didácticos se ha supuesto que la exploración se realiza por medio de un sistema de 10 líneas. Durante un cuadro PAL (1/25 de segundo o 40 ms) se captura toda la imagen, igual como ocurre con el cine (24 Hz). Acto seguido el cuadro se divide en dos semisegmentos, uno contiene las líneas impares y el otro, las pares. El periodo de cada semisegmento es de 20 ms (1/50 de segundo). La adición de ambos semisegmentos da origen al cuadro original. En algunos camascopios digitales existe la posibilidad de registrar en modo segmentado, si bien publicitariamente se denomina “modo progresivo”. El modo segmentado es de utilidad para capturar imágenes muy dinámicas, por ejemplo deportes, pues posteriormente, a través de una visualización en cámara lenta, los cuadros congelados se visualizan de una forma perfecta.

 

Figura 3. Proceso básico de una exploración segmentada. No existen errores temporales al formar el cuadro.

 

En el formato HDCAM de Sony se registra la información en alta definición en estándar HD-CIF (1.080 líneas visibles, 1.920 puntos por línea y 24 cuadros por segundo) en modo segmentado: 24PsF (Progressive, Segmented Frames). El 24PsF permite utilizar, con unos ligeros apaños, los monitores y los equipos de postproducción actuales. En los monitores se visualizan imágenes segmentadas a 48 Hz y por tanto, no se presentan problemas de parpadeo. El producto final, HD-CIF, se forma a través de la adición de los dos semisegmentos y con la particularidad, de que el cuadro mantiene su integridad, pues no existe ni pérdida de información ni errores temporales.

 

Con toda probabilidad, la exploración segmentada será cada vez más habitual en preproducción y postproducción. Así, las cámaras, telecines o camascopios podrán suministrar video segmentado que se podrá manipular de una forma fácil a través de sistemas informáticos. El producto final se podrá adicionar fácilmente para obtener el cuadro progresivo y acto seguido convertirlo a cualquier estándar mundial: digital o analógico.

 

 

Exploración entrelazada

 

 

La exploración entrelazada, también conocida por no progresiva o no secuencial, está presente en televisión analógica, ya que es una forma simple de comprimir la señal en una relación 1:2 y a la vez, reducir los efectos de parpadeo sin necesidad de utilizar memorias de cuadro en la etapa visualizadora. La exploración entrelazada no se utiliza en informática, pues se presentarían pequeños tembleques en las líneas de texto o en las imágenes gráficas.

 

Figura 4. Proceso básico de la exploración entrelazada. Al formar el cuadro, se originan errores temporales.

 

 

En la figura 4 se muestra el clásico proceso de una exploración entrelazada. Para fines didácticos se supone que se trata de un sistema de 10 líneas. El cuadro se analiza por medio de dos semi imágenes o campos. En el primer lugar se analizan las líneas impares (campo impar) y acto seguido, con una demora de 1/50 segundo, las líneas pares (campo par). La adición de los dos campos da origen al cuadro. En la formación del cuadro existe un error temporal de 1/50 de segundo, ya que los dos campos contienen información del cuadro original desplazada en el tiempo. El error temporal es muy notable en imágenes rápidas, por ejemplo, en capturas deportivas, ya que los campos que forman el cuadro contienen información muy diferente. En encuentros deportivos de calidad se utilizan cámaras de triple velocidad (150 Hz), con el fin de que en las repeticiones no se visualicen importantes errores temporales. La televisión PAL fue creada para televisores de hasta 70 cm de diagonal, pero con la existencia de televisores de talla más grande se han presentado problemas de parpadeo, ya que a medida que las dimensiones de la pantalla aumentan, el efecto de la persistencia de la retina disminuye. La solución económica, que se utiliza en la gran mayoría de televisores panorámicos (16:9) se apoya en una memoria de campo que vuelca la información a 1/100 de segundo, lo cual ha dado origen a los televisores de “100 Hz”. El sistema se apoya en memorizar el campo en tiempo real y acto seguido, realizar una lectura a doble velocidad. En otras palabras, mientras se almacena un nuevo campo se lee dos veces el anterior. En algunos televisores, y con el fin de incrementar la resolución, se combinan los 100 Hz con la adición de los dos campos, con el fin de restituir el cuadro en modo progresivo. Estos televisores ofrecen imágenes de calidad con imágenes de cine, ya que en PAL el telecinado utiliza un relleno 2:2, es decir, los dos campos contienen el mismo fotograma. Con señales de video o televisión el contenido de los campos puede ser algo distinto y por tanto, se pueden presentar errores temporales. Para eliminar estos errores temporales en algunos televisores de 100 Hz se utilizan circuitos de interpolación entre líneas adyacentes. Así, Sony utiliza la técnica DRC (Digital Reality Creation) y Philips la técnica DNM (Digital Natural Motion). En ambas técnicas se persigue el mismo resultado: incrementar la resolución, reducir el parpadeo y eliminar al máximo los errores temporales.

 

En la región NTSC en vez de doblar la frecuencia de campo se utiliza la técnica de doblar el número de líneas y para ello, se utilizan sistemas muy sofisticados que toman en consideración el relleno 3:2 empleado en el telecinado.

 

 

Televisores con Internet

 

 

Actualmente, ya se comercializan televisores con módem incorporado a fin de navegar por Internet. En estos televisores se utiliza un conversor de exploración progresiva a entrelazada. Efectivamente las imágenes de Internet o de cualquier fuente informática (Word, PowerPoint, etc.), son de exploración progresiva y en consecuencia, es preciso convertirlas en entrelazadas para que resulten visibles en el televisor. Sin embargo, si la imagen contiene textos de cuerpo pequeño se apreciarán algunos defectos visuales (parpadeos interlíneas). Debido a ello, no resulta aconsejable utilizar un televisor (visualización entrelazada) como monitor informático, salvo que se visualicen textos de cuerpo grande. Asimismo, si se visualizan imágenes de ordenador en un televisor se aprecia una reducción de la resolución, debido al factor de Kell. Efectivamente, una imagen entrelazada tiene un factor de Kell de 0,7, mientras que una imagen progresiva tiene un factor de Kell de 0,9. Ello significa, a grandes rasgos, que una imagen PAL (575 líneas en pantalla) presenta una resolución de 402,5 líneas (400 líneas, redondeando). Mientras que una imagen de 575 líneas en pantalla en modo progresivo presenta una resolución de 517,5 líneas (515 líneas, redondeando). En otras palabras, a igualdad de líneas en pantalla el modo progresivo ofrece una resolución superior en un 28,5%.

 

 

Importancia del progresivo

 

 

Con toda probabilidad, el futuro de la televisión se encuentra en la exploración progresiva, ya que con ello los consumidores saldrán beneficiados. El TRC (Tubo de Rayos Catódicos) tiene los días contados, pues los japoneses tienen previsto que desaparezcan las líneas de fabricación de televisores de TRC en 2005. Los nuevos visualizadores se apoyan fundamentalmente en la exploración progresiva. Entre estos nuevos visualizadores cabe distinguir las tecnologías siguientes: PDP (Plasma Display Panel), LCD (Liquid Cyrstal Display), DMD Digital Micromirror Devices) y D-ILA Direct Image Light Amplifier). Los nuevos visualizadores son muy adecuados para imágenes informáticas (modo progresivo), ya que con imágenes entrelazadas es preciso utilizar sistemas conversores de exploración entrelazada a progresiva.

 

A diferencia del PAL, que es un sistema compatible, la DTV no es un sistema compatible. La recepción de la DTV requiere la utilización de un televisor digital integrado o de un receptor digital. La DTV (ATSC o DVB) admite la difusión tanto en progresivo como entrelazado. Actualmente, existen muchas voces expertas que son partidarias de la difusión en progresivo. Asimismo, no hay olvidar que el progresivo se puede comprimir mejor que el entrelazado y con la particularidad de que necesita un 25% menos de compresión. Por otra parte, a igualdad de resolución espacial, el progresivo tiene el doble de resolución dinámica vertical que el entrelazado.