Formatos de vídeo digital (EfectoHD – BLOG)

(Capítulo II)
Formatos de vídeo digital:
Tipos de señal de vídeo

VÍDEO EN COMPONENTES, Y/C, COMPUESTO Y SEÑAL RGB

Retomando el artículo anterior vamos a repasar el proceso de captura de la señal de vídeo.

Del estudio del principal dispositivo de captura de imagen del que disponemos, el ojo humano, se deriva la tecnología usada en los artefactos creados por el hombre para registrar imágenes. Esos artefactos, las cámaras, actúan a imagen y semejanza del ojo humano. Al menos en cierta medida.

No vamos a entrar a detallar el proceso por el cual es posible capturar la luz y enfocar imágenes a través de ópticas, tal como hace ojo humano, pero sí señalaremos, a grandes rasgos, cómo se comporta ante las diferentes longitudes de onda que conforman "el color" de la imagen.

Las células fotoreceptoras que se encuentran en el ojo son sensibles a las distintas longitudes de onda del espectro electromagnético. Sólo recogen las radiaciones visibles del espectro, obviamente, que pertenecen a los colores del arcoiris, quedando fuera, las radiaciones que se encuentran más allá de los colores situados a los márgenes de ese arcoiris, es decir, infra-rojo y ultra- violetas, no son visibles por el ojo humano.

Esas células fotoreceptoras se denominan conos y bastoncillos, siendo los conos los responsables principales de la percepción del color. Según estudios, existirían 3 tipos de conos, sensibles cada uno a logitudes de onda distintas, en concreto a las correspondiente a los colores ROJO (red), VERDE (green) y AZUL (blue).
Es decir, el ojo sería un dispositivo RGB, que es capaz de reproducir todos los colores a base de la combinanión aditiva de estos 3 únicos colores.

Ya vamos viendo de dónde nace la selección de estos 3 colores como base para la captura de imágenes, pero como bien sabemos, al principio la tecnología de la televisión sólo era capaz de reproducir imágenes en blanco y negro, es decir sólo recogía la luminancia. Poco a poco se fue desarrollando la tecnología adecuada para reproducir también el color, pero para ello era fundamental hacerla compatible con la anterior TV en blanco y negro.

De esta manera, a la señal de luminancia que ya registraba la TV en blanco y negro se le sumó la señal de crominancia, aportando así la información de color. Esta es la base del primer tipo de señal de vídeo que vamos a tratar: las señal en COMPONENTES.

SEÑAL COMPONENTES: recoge la luma y la crominancia por separado. Se hizo así para hacerla compatible con los receptores de TV en blanco y negro de la época. Usa el modelo triestímulo RGB del ojo humano.
Esta señal se suele representar como YUV, aunque la manera correcta de representarla es Y’ CbCr. Cuando se trata de señal analógica se denomina YPbPr (Y’ CbCr es su traducción digital que es la que nos ocupa en este caso)

Y’= representa la luma, la imagen en escala de grises. Se usa la longitud de onda correspondiente al color verde para conformar esta señal. Se escogió este color debido a que las células fotorreceptoras del ojo humano son más sensibles a este tipo de radiación. El apóstrofo (‘) nos recuerda que esta señal no es lineal, sino logarítmica, por lo que requiere correción de gamma (un tema complejo que trataremos en posteriores artículos.

CbCr= representa la crominancia (C), la información de color. Los colores rojo(R) y azul(B) se extraen matemáticamente (B-Y, R-Y) y cabalgan en la señal, separados entre sí y separados de la luminancia. Aun siendo una manera de comprimir las longitudes de onda RGB, es una señal de gran calidad usada a nivel profesional.

A partir de aquí, se desarrollaron otro tipo de señales de inferior calidad, pero igualmente eficientes para reproductores domésticos o aparátos electrónicos más baratos. Son las señales de S-VÍDEO y la señal COMPUESTA.

SEÑAL S-VÍDEO O Y/C: este tipo de señal se considera de inferior calidad a la anterior aunque también se suele denominar también "señal en componentes" pues las señales de luma y croma van también separadas, pero la diferencia es que los dos componentes de croma (R y B) cabalgan en una misma señal, de ahí su inferior calidad.

SEÑAL VÍDEO COMPUESTO-COMPOSITE: en esta señal, propia de casi todos los dispositivos de vídeo doméstico, la lumancia y la crominancia se multiplexan juntas. Se modulan juntas pero en frecuencias diferentes, de manera que la calidad es muy inferior a las anteriores, debido a las interferencias entre las señales y a la pérdida que supone incluir los tres componentes en un mismo ancho de banda.

Aparte de estas 3 señales de vídeo existe un tercer tipo que se considera superior a todas ellas. Se trata de la señal RGB pura.

RGB: como hemos visto al principio de este artículo, el ojo es un dispositivo RGB, por lo cual, una señal que imite su comportamiento podría reproducir de manera más fiable los colores y su correpondiente valor de luminancia. Esta señal existe, pero no se usa habitualmente para capturar vídeo, sino para reproducir colores dentro de sistemas informáticos. Es el tipo de señal que usan los monitores de ordenador, proyectores y en general es como reproduce el color la tarjeta gráfica de nuestro ordenador.

En Europa la señal RGB está implementada en los conectores SCART (el famoso EUROCONECTOR) de manera que sí es frecuente encontrarla fuera del ámbito informático en reproductores domésticos y en la mayoría de las TVs, en cambio en paises externos a la Unión Europea no se suele usar, sustituyéndose esta señal por Y/C.

En el sistema RGB, no existe la necesidad de añadir una señal de luma pues la escala de grises y el blanco y el negro puros se forman con la combinación equitativa de los tres colores.

CAPTURANDO LA SEÑAL DE VÍDEO

A la hora de empezar a trabajar debemos identificar las distintas señales que emita nuestra cámara o VTR así como las entradas que tengamos en nuestra capturadora de vídeo. Debemos seleccionar siempre la de mejor calidad, pues presumiblemente nuestra cámara habrá grabado la señal como mínimo en ese formato.

Aparte de los conectores analógicos que hemos visto, estas pueden ir sobre distintos tipos de interfaces digitales como por ejemplo firewire, SDI, HDMI, DVI… que trataremos con detenimiento en artículos posteriores.

Debemos analizar qué señal de vídeo es la mejor y cuál es el intefaz correcto para introducir una señal sin pérdidas en nuestro sistema de edición.

(Capítulo IV)
Formatos de vídeo digital:
la profundidad de color

Los sistemas digitales funcionan en bits, la unidad mínima de información que cualquier ordenador puede entender. Un bit sólo puede tener 2 valores: 1 (on) o 0 (off). Es la manera en que funciona el sistema binario.
Combinando bits en distinto orden, número y con distintos valores, es como se logra componer cualquier información digital. A mayor número de bits, más información.

De esta manera, el color en las imágenes digitales, se construye mediante bits. Por ejemplo una imagen de 1 bit, tendrá sólo valores de blanco (1) y negro(2), con lo cual su profundidad de color o bit depth será limitada, por no decir mínima.

A medida que aumentamos los bits de color de una imagen, tendremos más valores con los que representarla.

Normalmente con 8 bits, que equivalen a 256 valores distintos, tenemos suficiente para representar el color de una imagen y que resulte real para el ojo humano.
Esos 8 bits, en realidad, son bits por cada canal de color (RGB), es decir cuando se habla de una imagen de 8 bits, nos referimos a 256 niveles de rojo x 256 niveles de verde x 256 niveles de azul=16777216 de colores.

Hay que tener precaución con esta nomenclatura y hay que especificar a qué se refieren los bits, pues por ejemplo una imagen de 8 bits por canal, es lo mismo que una imagen de 24 bits por pixel (8×3), y la podemos por tanto ver definida de las dos maneras.
8 bits por canal RGB (bpc) = 24 bits por pixel (bpp)
8 bits por canal RGB + canal Alpha = 32 bits por pixel (bpp)
16 bits por canal RGB (bpc)= 48 bits por pixel (bpp)

La profundidad de color en el vídeo digital:

Si bien hemos dicho que con 8 bits por canal podemos conseguir una imagen con una definición de color suficiente para el ojo humano, en vídeo esto no siempre es así.

La mayoría de los formatos de vídeo digital generan imágenes de 8 bits, otros son capaces de llegar hasta los 10 bits, proporcionando más rango dinámico a la imagen, en concreto 1024 valores por canal, frente a los 256 porporcionado por los sistemas de 8 bits.

Bit depth———————-Formatos de vídeo
– 8 bits por componente——> Betacam SP,DV,DVC-pro,DVC-proHD,HD Cam, HDV
-10 bits por componente——>HDCAM SR, Betacam digital, D5, D6

Pero ¿qué nos aporta una mayor profundidad de color en vídeo si una imagen de 8 bits es suficiente para el ojo humano?
Una mayor profundidad de color nos da un mayor rango de actuación sobre la imagen, pudiendo ajustar mucho más los retoques de color precisos, los chromas etc… en general la profundidad de color es beneficiosa para cualquier proceso de postproducción sobre el material con el que trabajamos.

Pero el precio a pagar cuando trabajamos con un mayor bit-depth, es muy alto en cuanto a velocidad de proceso de nuestra máquina y al espacio en disco que necesitaremos, haciendo el proceso de trabajo mucho más lento. Por tanto es esencial saber cuándo y cómo utilizar una mayor profundidad de color según las necesidades de nuestro proyecto.

Trabajando con vídeo a 8 bits o a 10 bits.

Como hemos visto, la mayoría de los formatos de vídeo trabajan a 8 bits, que nos proporciona valores de 0 a 255, donde la ausencia de valor (0) sería negro y el valor máximo (255) sería blanco.
Pero en realidad, en vídeo digital de 8 bits, el blanco se sitúa en el valor 235, mientras que el negro se eleva hasta el valor 16. Los valores que situados entre 236-255 y entre 0-16 se reservan para el super-blanco(headroom) y el super-negro (footroom).

Aquí podeis encotrar más información sobre el tema, pues no nos detendremos mucho en este punto: Black and white levels

Las imágenes a 8 bits suelen bastar para trabajos de edición sencillos, con poca postproducción, pues en cuanto empezamos a "apretar" las posibilidades de los 8 bits a base de filtros y retoques avanzados, nos encotraremos con el primer y más grave de los problemas: el banding o posterización de color.

El banding, aparece sobre todo en degradados de color donde los 256 niveles no son suficientes para representar la gama completa de colores. Esto es algo inherente a las imágenes de 8 bits, lo que ocurre que cualquier retoque de color lo acentúa y si además no tenemos cuidado con el flujo de trabajo y en algún momento de la edición recomprimimos las imagen con algún codec, el resultado puede ser mucho peor.

Es posible prevenir el banding, o al menos paliarlo, usando varias técnicas.

Si partimos de material en 10 bits la posiblilidades de banding son mínimas pues 1024 niveles de color serán suficientes para prevenirlo.

En caso de no poder contar con material grabado a 10 bits podemos hacer lo siguiente:

1- Capturar en codecs de 10bits. Por ejemplo el reciente codec Apple Pro Res 422 de 10 bits permite tamaños de archivo bastante manejables a la vez que mantiene una profundidad de color de 10 bits. Otra opción muy recomendable es la adquisición de algún codec Cineform que permite también líneas de tiempo HD a 10 bits sin a penas sufrimiento del procesador pues están altamente optimizados para ocupar poco y ofrecer una gran calidad.
En caso de no disponer de ninguno de estos codecs, nos puede servir cualquier otro a 10 bits, el inconveniente serán los enormes archivos con los que estaremos obligados a trabajar y la consecuente ralentización del trabajo, con lo cual no es muy recomendable.

2-Capturar en el formato nativo a 8 bits pero configurar el proyecto a un bit depth superior. De esta manera, cualquier retoque adicional, efecto o degradado digital que añadamos se generará en el nuevo espacio de color de nuestro proyecto. Por ejemplo en After Effect existe la opción de configurar la línea de tiempo a 8 bits, 16 bits o 32 bits. Si bien el proceso de trabajo se ralentiza enormemente, ganaremos en calidad, sobre todo en los degradados de color y desenfoques.

Ojo, pues trabajar en un bit depth alto puede ralentizar el trabajo hasta 4 veces, haciendo a veces el proceso inviable si no contamos con una buena máquina.
Una solución sería hacer la conversión de bit depth justo al final del proyecto, antes del render, haciendo que el software calcule de nuevo todo los fitros, efectos y demás, sólo al final.

Aún así, las imágenes provenientes de fuentes de 8 bits, pueden seguir mostrando un leve banding, pues aunque sean convertidas a 10 bits, originalmente tienen sólo 256 niveles y eso no se puede variar.
En este caso podemos acudir a viejos trucos que siguen funcionando como por ejemplo añadir un desenfoque o blur a los degradados y añadirles un poco de filtro de ruido.

32 bits-float point:

32 bits o float point (coma flotante) es la máxima profundidad de color que podemos obtener en un sistema digital. Aquí no hay posibilidad de banding ni artefactos pues no existe niveles de color como los 256 de los 8 bits ni los 1024 de los 10 bits. En float point solo existe valores de 0 (negro) a 1 (máximo brillo) con lo cual los valores intermedios pueden ser infinitos. Por ejemplo si en un sistema de 8 bits el gris está representado por el valor 128, en un sistema float point, el gris puede ser 0.5892345… con todos los decimales posibles… con lo cual la gama de colores es virtualmente infinita.

Las imágenes generadas por ordenador (CGI) y las imágenes procedentes de software 3D son creadas en este espacio de color, pero al guardarse en formatos de imagen de 8 o 10 bits se remuestrean automáticamente.

Un proyecto configurado en 32 bits, permitirá la máxima calidad en todos los elementos digitales que añadamos como degradados, en la ejecución de filtros como los desenfoques y permitirá que las correcciones de color no dañen en exceso las imágenes en 8 bits con las que estemos trabajando, pero insisto, puede ralentizar nuestro trabajo hasta un 400%. Es probable que con un proyecto configurado a 16 bits tengamos suficiente.

Cada vez los equipos de edición son más potentes y permiten sacar partido de una profundidad de color mayor, si a ello unimos la posiblilidad de trabajar en codecs como el ProRes o los codecs Cineform, aumentaremos enormente nuestra capacidad postproduccir imágenes de calidad.

(Capítulo y V)
Formatos de vídeo digital:
Resumen

Y para finalizar la serie de artículos sobre vídeo digital, esta tabla resumen recoge los principales formatos y sus características básicas:

(son unas tablas que podeís ver en este enlace)

😉