martes, 19 de mayo de 2015

Informe 4K-UHD 2015 (Cap2)

Aunque mi ingles es muy malo he decidido intentar traducir el documento hecho por JVC USA "The 4K-UHD 2015 Report).

La traducción aunque se va ha seguir en su argumento y lo más literal posible, evidentemente quedará distorsionada por mi mal ingles, mi interpretación, escritura y explicaciones adicionales en caso de que lo crea necesario, por tanto pido disculpas a su autor por adelantado.

Como siempre mi tiempo es muy limitado por tanto lo iré traduciendo y colgándolo por capítulos bien sea de forma continua o separada por algún otros artículos, en todo caso el último capitulo incorporara en su titulo la palabra Final.

¿Qué es 4K-UHD?
En vídeo profesional, 4K se refiere a una imagen (trama de vídeo) donde cada línea horizontal se compone de aproximadamente 4.000 píxeles. Todos los nuevos formatos y estándares de vídeo profesional y vídeo digital de consumo requieren píxeles cuadrados (en oposición a los de forma rectangular).
Los estándares de televisión digital HD 1920x1080 y ATSC 1280x720 contienen píxeles cuadrados que producen fotogramas con una relación de aspecto de 1,78 (16: 9). Usando esta relación de aspecto ampliamente aplicada, el estándar de imagen de 4K "en el pasado denominado 4K2K" tiene una altura vertical de 2.160 píxeles (1080 x 2), 
La televisión 4K2K ha emergido hacia el Ultra-HD o UHD, ampliamente mencionado como 4K-UHD o “4K” que se ha convertido en la palabra de moda tanto en el vídeo profesional,  como en el mundo de la TV de pantalla plana de consumo. 
Es obvio que una evolución en resolución del actual formato de visualización HD 1920x1080 debía basarse en un múltiplo de la norma o trama HD actual . Para de esta forma hacer llegar al publico el aumento de resolución de imagen. Tecnológicamente se debía buscar la formula de transición que acomodase lo pasado, lo actual y lo nuevo y que además fuese económicamente alcanzable por tanto parecía razonable seguir con la misma relación de aspecto pero en este caso multiplicando x 4 la resolución HD.

El Estándar 4K-UHD = 3840x2160 píxeles
Este estándar se compone básicamente de cuatro cuadrantes de 1920x1080.
El ancho de la imagen del HD 1920 píxeles se multiplica por 2 = 3,840 (píxeles / ancho) y lo mismo ocurre con la altura de la imagen de 1.080 líneas en HD se multiplica por 2 = 2,160 (píxeles / alto) 2 x 2 = 4 veces la resolución de la imagen HD.
Todos los televisores y pantallas de alta definición HD (caseros y profesionales) emplean píxeles cuadrados con una trama activa de 1920x1080 y una relación de aspecto 16: 9, por tanto, existe un acuerdo de toda la industria de que la trama de imagen debe ser de 3840x2160 siendo este, ya hoy en día un estándar de presentación de televisión (pantalla plana).
En casa se pueden utilizar proyectores de cine que tienen una tecnología de pantalla diferente a las de las pantallas planas, existen modelos de proyectores 4K para visualizar 4K DCI o comúnmente conocido como "4K cine" pero estos pueden fácilmente acomodar la imagen 4k-UHD para una visualización sin deformaciones de relación de aspecto.

El 4K (DCI) Estándar de Cine Digital (proyeción) = 4096x2160
El Digital Cinema Initiative LLC (DCI), una empresa creada en 2002 formada por el conjunto de los grandes estudios de cine de Hollywood, publica sus primeras especificaciones formales de Cine Digital en 2005, incluyendo el estándar de proyección 2K y 4K para guiar a las salas de cine, a hacer una transición paulatina y uniforme desde la proyección de películas mecánicas a la proyección de imagen digital en movimiento (Cine Digital).
La trama de cine digital 2K se fijó en 2048x1080, mientras 4K se compone de cuatro cuadrantes de 2048x1080 y como resultante tenemos el 4096x2160 produciendo una relación de aspecto de 1,9 ,relación de aspecto que es de cumplimiento obligado en proyectores de cine digital DCI. Estas especificaciones son necesarias para ofrecer una relación de aspecto de fotograma completo proyectado de 1.9 (4K o 2K nativo) sin embargo la mayoría de pantallas en cines y teatros disponen de pantallas con relación de aspecto de 1.85.
La industria del cine dispone de imágenes de diferentes relaciones de aspecto, incluyendo la más popular en las pantallas de Norteamérica de 1,85 y 2,35 (anamórfica 2,39) siendo a nivel europeo de 1,66.
Relación de aspecto (pixel cuadrado)4096 / 2160 =1.896 (1.9)
Por lo general cualquier imagen producida en una relación de aspecto diferente (de 1.9) se proyecta dentro de los límites del marco 1.9.


Ultra-HD (UHD - 3840x2160) ha sido adoptado como estándar para la adquisición, post producción, entrega y visualización tanto en la televisión profesional como en la de consumo
En la ilustración , se puede ver que en 4K DCI la anchura del cuadro tiene una relación de aspecto 1,9 que es un poco más ancha del 6% (3% en cada lado) que la relación de aspecto 1,78 del 4K-UHD (16/9=1.78).
Pero en la mayoría las pantallas de cine de Estados Unidos la relación de aspecto de es de 1.85, ya que cuando se proyecta se considera que el "Área activa” es menor en un 6% (3% por lado)
Por esta razón, quizás podamos estar de acuerdo en que es viable producir estrenos cinematográficos en 4K-UHD (3840x2160 - 1,78) en lugar de 4K DCI  que es ligeramente mas ancho. Para cubrir una relación de aspecto  1,85” con píxeles cuadrados deberíamos  disponer de una resolución de 3996x2160).
También se puede mostrar una imagen de 3840x2160 pixeles exactamente dentro área activa de 4K DCI con "pillar Box".
*Pillar Box Líneas negras verticales laterales, LetterBox líneas negras horizontales arriba y abajo.

En Hollywood durante muchos años multitud de películas se han filmando en formato digital y estrenado en  una extensa variedad de resoluciones y diferentes relaciones de aspecto, pero al final, siempre se proyectan dentro de la anchura de pantalla de 4096 píxeles de la trama 4K DCI.
El futuro crecimiento de la adquisición de 4K vendrá cada vez más por la televisión, especialmente por programas y horarios de máxima audiencia, donde tanto la adquisición, producción, post y masterización se realizará en 4K-UHD.

4K. . . No sólo para cine digital
Mirando hacia atrás, en el año 2012 a excepción del área militar y espacial la adquisición 4K era casi exclusiva de la industria del cine digital, en esos tiempos y en ambientes de presupuestos multimillonarios las cadenas de cámara podían ascender a costes de 100.000$. Desde entonces, han surgido al mercado cámaras y grabadores más económicos y con prestaciones más avanzadas, llegando en la actualidad, a costes efectivos 4K-UHD "listos para grabar" en un rango de precios del paquete por debajo de los 10.000$. Pero nada se puede comparar a la nueva cámara de mano de JVC GY-LS300 4KCAM de JVC sensor Super-35 con un precio de calle de menos de 5,000$ incluyendo lentes intercambiables. La GY-LS300 es una videocámara capaz de generar y grabar increíbles imágenes de vídeo 4K con sensor Super-35, o trabajar en HD y hacer Streaming simultáneamente, y mucho más.

El Sensor x3 no es para 4K?
Las cámaras HD profesionales y videocámaras en gran medida se han basado en bloques ópticos de captación de imagen con 3xCCD o 3xCMOS. Un bloque óptico es un conjunto formado por un prisma óptico que separa el espectro de luz en los tres colores básicos, luz roja, verde y azul, y la envía a cada uno de los sensores , R rojo, G verde y B azul, que captan la imagen en alta resolución . La lectura simultanea de los tres colores (R, G y B) por los sensores durante todos y cada uno de los cuadros y puntos de imagen obtiene una  calidad muy alta y un flujo de datos digitales RGB en tiempo real sin espacios de ausencia de información de color entre píxeles o puntos de imagen, y sin necesidad de interpolar o y hacer aproximaciones para extraer la información de color, ya que se obtiene toda la información de los tres sensores.

Al pasar de 1080/720 (HD) a la adquisición de imágenes de 4K, se requiere multiplicar x4 los puntos de imagen o píxeles de la alta definición (Ver tabla abajo), de esta forma se aumenta la matriz de píxeles del fotograma de vídeo de aproximadamente 2 millones de pixeles o puntos de imagen, a más de 8 millones de puntos. Alinear  3xCMOS (o 3xCCD) de mas de 8.000.000 de puntos cada uno, sobre un prisma para poder obtener una imagen perfectamente sincronizada píxel a píxel en cada color, Rojo, verde, y Azul sin errores de registro o convergencia, se convierte en una pesadilla mecánica, que además debe asegurar su correcto funcionamiento en cualquier condición de trabajo (temperatura, altas y bajas luces), y esto hace que un bloque sea muy caro de fabricar, esta complejidad se ve multiplicada de forma exponencial conforme se reduce el tamaño o área de los sensores de imagen utilizados.

Para ofrecer una resolución 4K UHD 16:9.se necesita tener una cantidad de puntos de imagen de aproximadamente 8.3MP (megapíxeles). Un chip o sensor de tamaño pequeño  tipo ½ pulgada tiene un área de imagen de 5,952mm x 3,348mm o 19.9mm2 (0,03 pulgadas 2) que divido por el numero de pixeles nos dará el tamaño del píxel.


Es claro que en este tipo de sensores y resoluciones el uso de un filtro Bayer para la extracción del color es la opción más favorable, eliminando así cualquier problemática por inestabilidad mecánica o alineamiento entre sensores de color, además de reducir de forma espectacular los costes de fabricación. Mas información sobre el sensor Bayer en próximos capítulos.


El cuadro anterior muestra una relación entre los tres diferentes formatos de la trama digital de imágenes relacionados con 4K-SDI, 4K-UHD y HD, además muestra las tres diferentes estructuras de muestreo, RGB 4: 4: 4 (cine digital/posproducción de alto nivel), YCC 4: 2: 2 (redes de televisión y HD-SDI su muestreo), y YCC 4: 2: 0 (TV emisión / cable / satélite / disco de entrega a usuarios, también submuestreada). 

De esta forma 4: 4: 4 es el formato de mayor calidad ofreciendo una muestra de muestreo (x3), 4: 2: 2 submuestreo (x2) o 4: 2: 0 submuestreo (x1.5).

Un gran formato Super-35 " tamaño película" de imágenes tiene un área de imagen activa (25mm x19mm, or 475mm2) que sumado soporte  y la placa de circuito impreso PCB para las conexiones forman un montaje mecánico relativamente grande. Usando la tecnología 3xCMOS / prisma  con Grandes sensores Super-35 se hace necesario que la parte delantera de la cámara sea bastante grande, por no hablar de la diferencia en la distancia distancia focal debido al paso de luz ya través de los prismas, así púes una única Imagen o sensor con filtro "Bayer" es preferido por casi todos los principales fabricantes de cámaras de gran formato. 





En este nuevo mundo de las cámaras digitales, ¿por qué necesitamos duplicar el viejo
Super-35 dimensión "basada en película"?

Porque, muchas lentes prime viejas, usados ​​durante muchos años en el pasado con las cámaras de película antigua, todavía se puede utilizar con cámaras digitales modernas diseñadas con sensor Super-35. Usando la misma longitud focal (distancia desde la lente al sensor / película) que se utilizaba antes en las cámaras de película, y combinado con los sensores de las mismas dimensiones, permiten el uso de las conocidas lentes de 35mm y también hacer uso de los datos y la experiencia obtenida durante años por los Directores de fotografía para su uso.
Podríamos decir, que es preservar de forma instintiva la experiencia y la información sobre ajustes y uso de lentes adquirida por los directores de fotografía que experimentaron con la "película Super-35" para lograr el profundidad de campo (DOF) y el ángulo de visión (AOV) deseados.

Las lentes de cine de 35mm "viejas" son en general de muy alta calidad, suficiente en muchos casos para ser utilizadas de cámaras "4K digitales compatibles " ya que el negativo de película  se considera que puede llegar a resoluciones 4K  y más.
Hace muchos años requieren un rendimiento muy alto a las lentes. Las lentes de cine de 35mm son abundantes y están disponibles en principales empresas de alquiler en todo el mundo lo cual ya es un dato muy relevante a la hora de hacer cualquier producción.

Una razón aún más convincente para el uso de tamaño Super-35 como captación de imágenes es la capacidad de proporcionar un alto rango dinámico y aprovechar la alta transferencia de modulación, para tratar de igualar el rendimiento de latitudes de 35 mm.

Algunos directores de fotografía pueden preferir para escenas especificas un aspecto más suave usando viejas lentes de no muy alta calidad que no lleguen a dar resolución 4K, tales lentes pueden no coincidir con el MTF (funciones de transferencia de modulación) de la cámara y como resultado obtenemos una imagen similar a si ponemos un filtro suave, con la ventaja de que podemos elegir entre una gran selección de las "viejas lentes",  fácilmente disponibles .

El uso de la tecnología de 3 Sensores NO es práctica en cámaras de 4K ya sean con sensor de tamaño grande o pequeño. Por consiguiente, el uso de un solo sensor con filtro Bayer se ve favorecido para cámaras 4K , ya que aporta un tamaño físico inferior y la capacidad (si usa sensor grande) de mantener la distancia focal de las cámaras de 35mm.
Mas información sobre el sensor Bayer en próximos capítulos.

Considera esto:
El Bloque óptico de imagen RGB (es decir 3xCCD o 3xCMOS + prisma), en matrices de 1920x1080 esta ya establecido como el mejor formato para obtener una imagen de alta calidad .
En cámaras de 4K el bloque óptico de imagen  (prisma /3x Sensores) no es práctico, ni económico a la hora de construir videocámaras o cámaras de 4K , por tanto, las cámaras 4K con un único sensor de imagen  "Bayer" está siendo casi universalmente adoptado por la mayoría de fabricantes de vídeo digital, cine digital y DSLR.


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