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MANUAL BÁSICO DE TECNOLOGÍA AUDIOVISUAL Antonio Cuevas antoniocuevas@gmail.com

Tema 29

DIGITALIZACIÓN. OBTENCIÓN DE LA SEÑAL DIGITAL

29.1

Unidad de procesamiento de la señal

29.2

Analógico y digital

29.3

Trascripción y conversión

29.4

Muestreo

29.5

Frecuencia de muestreo y nivel de cuantificación

29.6

Diferentes formatos según su frecuencia de muestreo (chroma sampling)

29.6

Ventajas de la digitalización

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INTRODUCCIÓN Ricardo Sosa (elcastellano.org) comenta así la evolución del término “digital”.

“En la era de la informática, la palabra digital ha conquistado una fama inusitada, merced a los sistemas informáticos basados en el sistema binario de numeración. En realidad, el adjetivo digital se aplica a los diez primeros números entre el cero y el nueve, pero la ingeniería informática se vale apenas del cero y el uno. ¿Por qué digital? Bueno, porque es el número de dedos de las manos, que nos llevó a aprender a contar con el sistema decimal de numeración. En latín, el sustantivo digitus significa “dedo” y digitalis es un adjetivo que designa el grosor de un dedo. Modernamente, nos hemos acostumbrado a llamar digital a aquello que se puede reducir a números dígitos y, en los últimos treinta o cuarenta años, a números binarios: cero y uno. Así, decimos que una película ha sido digitalizada cuando sus imágenes han sido reducidas a un número finito de puntos que se expresan mediante combinaciones binarias. La palabra “digital” ingresó al diccionario de la Academia en 1846, como nombre de una planta cuyas flores tienen forma de dedal, y solo en la edición de 1914 pasó a significar también “relativo a los dedos”.

UNIDAD DE PROCESAMIENTO DE LA SEÑAL Vayamos ahora a las aplicaciones técnicas del término. Dentro de un sector del cuerpo de todas las cámaras actuales se ubica la unidad de procesamiento de la señal. En el caso de las cámaras equipadas con CCD, allí están situados los circuitos impresos que preamplifican la señal de los sensores de imagen y la envían a los procesadores digitales. Debido a que la tensión entregada por el sensor CCD es extremadamente débil, es necesario magnificarla previamente mediante un circuito amplificador (los CMOS, como sabemos, llevan el amplificador interconstruido en el propio sensor). La señal, así amplificada, es enviada ahora al conversor analógico-digital, pero antes de avanzar en las funciones que realiza este dispositivo, es fundamental comprender las diferencias entre los conceptos analógico y digital.

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ANALÓGICO Y DIGITAL Hoy en día la pandemia parece haber remitido pero no hace mucho éramos bombardeados desde todas partes con el término “digital”. Esta palabra parecía aportar tintes mágicos a cualquier producto y, como consecuencia, el abuso de la misma por parte de ciertos fabricantes llegó a ser descarado. La mayoría de los consumidores todavía no conoce qué esconde realmente este concepto y por qué lo “digital” es mejor en algunos casos, indiferente en otros y con frecuencia simplemente inaplicable. Por si fuera poco, hay una confusión – que fabricantes sin escrúpulos han utilizado – sobre la palabra misma “digital”. El DRAE (Diccionario de Real Academia Española) define – probablemente con escasa profundidad técnica - el término en su vigésimo segunda y última edición como un adjetivo procedente del latín digitalis y que es “referente a los

números dígitos y en particular a los instrumentos de medida que la expresan con ellos. Reloj digital.” Ahí comienza la confusión interesada. Un tostador o un horno digital no es ni más ni menos que un horno o tostador estándar cuyos indicadores externos (de tiempo y temperatura, por ejemplo) se expresan en números (dígitos) que generalmente aparecen sobre un expositor (display). En el tostador de toda la vida había que desplazar una manecilla hasta una marca o punto impreso que indicaba el tiempo de encendido del aparato. En el tostador digital, tras pulsar las teclas correspondientes al tiempo, las cifras aparecen en el expositor, pero el funcionamiento básico del aparato es idéntico. La tostada – si acertamos en el tiempo – quedará estupenda en ambos casos. Pero el fabricante – particularmente si es asiático – hará aparecer por todos lados la palabra digital. Referido a un aparato o instrumento de medida, decimos que es digital cuando el resultado de la medida se representa en un visualizador (display) mediante números (dígitos) en lugar de hacerlo mediante la posición de una aguja, o cualquier otro indicador, en una escala. Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 3 de 26


Se dice que una señal es digital cuando las magnitudes de la misma se representan mediante valores discretos en lugar de variables continuas. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, igual la lámpara misma: encendida o apagada. Digital y analógico son, básicamente, los dos métodos utilizados hoy día para el procesamiento electrónico de información. A su vez, por información entendemos todo aquello que tiene significado para nosotros, desde la palabra hasta la música. Hay que tener en cuenta que la información no existe sino en el cambio. El sonido, por ejemplo, no es más que la vibración del aire (o cualquier otro fluido). Una fotografía es también la variación de algo, en este caso de tonalidades a lo largo y ancho de una superficie; una hoja de papel en blanco, por el contrario, no contiene información alguna. Sabiendo esto, es fácil entender que procesar información por medios electrónicos consiste en provocar variaciones dentro de esos medios electrónicos, que de alguna manera se correspondan con las variaciones iniciales del medio original que contenía la información en su forma primaria. Aplicamos el término analógicas a aquellas magnitudes que varían constantemente a lo largo del tiempo, por ejemplo la distancia, la temperatura, la velocidad, la luminosidad. El término digital se aplica a aquellas otras cuyo rango de posibles valores es discreto: la cantidad de personas en un cine, de libros en una biblioteca, de autos en un aparcamiento, de monedas en el bolsillo, etc.

La llegada del hombre a la luna fue fotografiada por cámaras analógicas Hasselblad EDC <1>, una versión especialmente modificada de la Hasselblad 500 EL/M comercial fabricada en Suecia. En la imagen Buzz Aldrin con Neil Amstrong reflejado en la visera de su casco.

Tanto digital como analógico son conceptos que tienen estrecha relación con otros dos: discreción y continuidad. Es decir, lo digital se relaciona con lo discreto y lo analógico con lo continuo. Recordemos que un conjunto discreto es aquel que tiene un número finito o infinito de elementos que ordenados no permite la existencia de otro elemento entre dos ya definidos. Un ejemplo ilustrará mejor la idea. Consideremos un subconjunto finito del conjunto de los números naturales positivos entre 1 y 7 los cuales ordenaremos así (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). Entre el 4 y el 5, por ejemplo, no existen otros elementos intermedios y cada elemento está perfectamente diferenciado de los demás. Para ilustrar el concepto de continuidad tomemos como ejemplo el mismo subconjunto pero esta vez del conjunto de

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los números reales es decir, todos los números existentes entre 1 y 7. Dada su continuidad, no es posible enumerar todos los elementos de este subconjunto sin fijar un número de decimales previamente pues entre el 4 y el 5 existen infinitos elementos como por ejemplo el 4,9. También entre este y el 5 existe el 4,91. De igual modo entre este y el 5 el 4,911 y así sucesivamente, por lo que si no se fija un número de decimales es imposible enumerar todos los elementos <2>. Al fijar un número específico de decimales lo que hacemos es “discretizar” esta representación y así se podría entonces enumerar en orden y bien diferenciados todos y cada uno de los elementos de este subconjunto. No es posible enumerar y escribir todos los elementos de un conjunto continuo. Como conclusión, podemos decir que en un conjunto continuo siempre se podrá encontrar un elemento intermedio y distinto entre cualquier par de elementos ordenados. ¿Cómo se relacionan digital con discreto y analógico con continuo? Imaginemos que tenemos entre las manos una copia positiva en papel de una fotografía tomada con una cámara convencional. Al observar la imagen de la foto podemos decir que toda ella es un ente continuo pues para cualquier par de puntos que consideremos adyacentes, se puede encontrar un punto intermedio, sin necesidad de irnos al plano microscópico. La fotografía obtenida por una cámara convencional la podríamos considerar analógica. Ahora consideremos una fotografía digital. La imagen digital estará compuesta por una cantidad muy grande de puntos de diferentes colores que, dispuestos en determinada manera y dependiendo de su número, pueden engañar al ojo humano dando la sensación de continuidad que tiene una foto convencional. Sin embargo, como ya sabemos, está compuesta por muchos puntos a cada uno de los cuales denominamos píxel. Entre dos píxeles adyacentes no existe otro. Si el número de píxeles por unidad de área no es lo suficientemente alto, el ojo humano podría llegar a diferenciar cada uno de los píxeles, encontrando un espacio vacío entre dos de ellos adyacentes. Recordemos que en los albores de la computación gráfica una forma primitiva de obtener imágenes digitales usando impresoras de caracteres (de puntos) era combinar las impresiones de estos caracteres convencionales (puntos) de tal forma que si se observaba la impresión desde cierta distancia podíamos apreciar la imagen impresa. Hoy día con las impresoras de alta resolución (mayor cantidad de píxeles por unidad de espacio) el ojo humano no nota la diferencia entre una imagen digital y otra de naturaleza analógica.

Camascopio Ikegami HL-V55, de lo mejor que estuvo disponible en el formato Betacam SP analógico.

Otro ejemplo elocuente es el velocímetro y el odómetro (cuentakilómetros) de un automóvil. El primero es normalmente una aguja que indica, sobre una escala demarcada de valores, la velocidad del vehículo. El odómetro indica la distancia acumulada a través de un número determinado de dígitos. ¿Cuál de ellos es un indicador analógico y cuál digital? En el velocímetro, aún cuando la franja demarcada tenga indicado, como en una regla, diferentes valores en forma discreta, la aguja realiza un movimiento continuo y en determinado caso puede estar entre dos demarcaciones. ¿Qué hacer en este caso? O bien, se escoge al azar un valor cualquiera de los infinitos que pueden haber entre los dos valores demarcados o “discretizamos” la lectura tomando alguno de los dos valores entre los cuales está detenida la aguja (el mayor o el menor). Aquí el aparato en cuestión tiene una presentación analógica pero el usuario, por necesidad, “discretiza” la lectura. Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 5 de 26


En cambio el odómetro, por tener un número definido de TRANSCRIPCIÓN Y CONVERSIÓN dígitos enteros y decimales, los valores que muestra siempre serán individuales sin posibilidad de valores intermedios pues no es posible añadir otro decimal, es decir, son valores discretos. Es un El código Morse es, según los conceptos modernos, la primera versión del sistema de comunicaciones digitales. > indicador digital. Uno de aquellos antiguos termómetros de escala de mercurio (hoy La palabra “COMUNICACIONES” se codifica con la clave Morse en el siguiente conjunto de puntos y rayas: prohibidos) presentaba la información de manera -.-.- - - - -..- -...-.-..- -.-...- - - -..... continua y sería por tanto un indicador analógico por Si ahora, a cada raya se le asigna un “1” y a cada punto se le asigna un “0”, contraposición a un taxímetro la codificación (binaria) resultaría ser: (maría), que indica el coste del trayecto por 1010111110011000101001101000111100000 desplazamiento en forma discreta, a través de pasos o -.-.- - - - -..- -...-.-..- -.-...- - - -..... escalones, sin puntos intermedios de un valor a otro. En un momento del recorrido, el taxímetro marcará un valor del servicio, 1.680 colones por ejemplo. En el momento siguiente, el valor ascenderá al siguiente escalón, 1.700 colones por ejemplo. Sin excepción, todos los fenómenos naturales son continuos, la temperatura y humedad, por ejemplo, varían constantemente de un valor a otro en intervalos infinitesimales. La temperatura pasa de 22 a 23 grados a través de todos los infinitos valores intermedios. La discreción es más bien el resultado de aplicar una ANALÓGICO Y DIGITAL técnica de muestreo o de Referido a un aparato o captura de valores de estos instrumento de medida: es digital fenómenos que, al ser cuando el resultado de la medida se repre senta en un representados por números visualizador (display) mediante finitos y discretos, constituyen número s (dígitos) en lugar de hacerlo mediante la posic ión de el proceso que se conoce como una aguja, o cualquier ot ro indicador, en una escala. > digitalización, (o, erróneamente desde el punto La calidad del aparato depende de vista lingüístico, como de la célula y del circ uito “digitización” por influencia electrónic o pero por el hecho de ser analógico, un exposímetro anglosajona). Las funciones no debe ser subva lorado. discretas sí permiten cambios Sekonic L-758 – digital Spectra Combi 500 - analógico instantáneos de un valor a otro, aunque puedan estar representando a un fenómeno físico continuamente variable ya que la totalidad de los fenómenos físicos son continuos. Lo que representa una función discreta, en estos casos, son los cambios que se producen en fracciones muy pequeñas de tiempo; de esta manera el fenómeno físico puede ser trasladado al terreno discreto como veremos de inmediato. Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 6 de 26


<1> Las doce muy LO MEJOR DE LA Buzz Aldrin con Neil Amstrong especiales Hasselblad 500 reflejado en la visera de su casco TECNOLOGÍA ANALÓGICA ELS que viajaron en la misión espacial del Apollo 11 de la NASA contaban con una serie de modificaciones exclusivas para su misión. Sin embargo, ninguna de sus muy especiales Hasselblad 500 EDC características las libraron de (Electric Data Camera) ser abandonadas en la supercie lunar. Estas La llegada del hombre a la luna (A pollo XI) fue fot ografiada por c ám aras anal ógicas Hasselbla d EDC, versión motorizada y modificada de la Hasselblad 500 EL contaban Hasselb lad 500 E L/M c omercial fabricada en Suecia. > con una placa Reseau que marcaba las capturas con Las 12 cámaras usadas en la superficie de la luna, probablemente lo mejor de la tecnología fotográfi ca anal ógica, reposan hoy en el Mar de la Tranquilidad cruces cada 10 mm con el fin de poder medir posteriormente las distancias angulares entre los objetos fotografiados.

Zeiss diseñó un objetivo exclusivo para la NASA, el Biogon 60 mm F/5,6 que contaba con un filtro polarizador

desechable (posteriormente se comercializó en la Tierra). El cuerpo de la cámara tenía un acabado metálico que la hacía más resistente a golpes y cambios de temperatura. Los respaldos de película, de robustez muy mejorada, contaban con un enganche que los anclaba al traje espacial. También se modificaron algunos detalles para que la cámara no acumulara electricidad estática (cosa muy probable en el espacio) y para que las partes mecánicas no se bloquearan, incluso a las muy bajas temperaturas espaciales. Aquellas doce cámaras lunares, reposan hoy en el Mar de la Tranquilidad; el módulo Eagle tenía que compensar el peso de las rocas lunares que se habían recogido y por tanto abandonaron allí todo el material prescindible (cosa que obviamente no ocurrió con los respaldos que guardaban la película expuesta).

LO MEJOR DE LA TECNOLOGÍA ANALÓGICA

El Betacam SP (Superior Perfomance) fue sin duda el formato analógico profesional más popular de todos los tiempos. >

El Betacam SP (Superior Perfomance) fue sin duda el formato analógico profesional más popular de todos los tiempos. >

Betacam - Sony, 1982.

Sony intentó inútilmente conseguir el mismo éxito en formato digital con el Betacam SX.

Sistema analógico de vídeo por componentes de 300 líneas. Almacenaba la luminancia (Y) en una pista y la crominancia (R-Y, B-Y) en otra distinta. La separación de las señales proporcionaba una calidad suficiente para un entorno broadcast.

Betacam SP, 1986,

Mejoraba su resolución a 340 líneas verticales y añadía dos pistas de audio. La señal de vídeo analógico convierte los cambios de la intensidad de la luz en señales variables de intensidad eléctrica.

Ambos sistemas usaban las mismas cintas que el Betamax (doméstico) pero este grababa la señal por vídeo compuesto.

<2> Los números naturales surgen de la necesidad de contar. Un número natural es cualquiera de los

números que se usan para contar los elementos de un conjunto. Los números reales son aquellos que poseen una expresión decimal e incluyen tanto a los números racionales (como: 16, 3/4, 12,5) como a los números irracionales, que no se pueden expresar de manera fraccionaria y tienen infinitas cifras decimales no periódicas, tales como raíz cuadrada de dos o el número pí. Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 7 de 26


TRANSCRIPCIÓN Y CONVERSIÓN De lo dicho hasta ahora podemos entonces distinguir entre transcripción (concepto analógico) y conversión (concepto digital). Una información es analógica cuando se nos ofrece como una representación "análoga" al hecho físico que representa. El hecho físico solo es transcrito, no convertido. Por tanto, codificar la información audiovisual de manera analógica significa transcribir una determinada magnitud en otro sistema constituido por una nueva magnitud siempre proporcional a la primera pero normalmente más manejable. Codificar la información mediante técnicas de digitalización significa la conversión de magnitudes de tipo físico en parámetros numéricos de tipo binario. La señal de vídeo es uno de los tipos de información más completos y complejos y sobre ella vamos a volver a analizar las dos clases de codificación: analógica y digital. Un dibujo o una fotografía tradicional contienen señales analógicas cuya forma se parece a los objetos originales que está representando. Es decir, una fotografía proporciona una impresión visual análoga a la que proporcionaría el objeto que representa aunque con los obvios cambios de dimensión, y esa analogía no se pierde aunque la imagen añada ciertas distorsiones geométricas (en la forma del objeto), cromáticas (en su color) o de cualquier otro tipo producto de la óptica de la cámara o del tipo de película sensible.En definitiva, en una representación análoga siempre podremos reconocer el fenómeno original. La señal eléctrica <3> que genera un micrófono es proporcional a las ondas de presión del sonido que inciden sobre su membrana y, por tanto, la representación de dicha señal eléctrica, en función del tiempo, es análoga a la del sonido que la produce. En un sistema digital, sin embargo, la información se traduce a un código de forma que se rompe la analogía. Un ejemplo más de lo que es analógico y lo que es digital podríamos encontrarlo en una página cualquiera de un periódico. La fotografía que ilustra una noticia es una analogía del suceso que relata y, por tanto, una información analógica. El texto que acompaña a la fotografía, el pie de foto, hace referencia al mismo hecho, pero mediante un código (el alfabeto latino de 26 símbolos). El texto es por tanto una información digital, aunque no binaria sino de grado 26: hay 26 letras – incluida nuestra esencial y amenazada eñe – en el alfabeto español. La fotografía está formada por un número infinito de puntos y a cada punto le puede corresponder uno entre infinitos niveles de gris. En el texto, sólo hay información allí donde existe una letra y cada letra sólo puede tomar uno entre los 26 valores contenidos en el alfabeto. En consecuencia, la información digital es discreta o discontinua tanto en el tiempo (que en este caso correspondería al espacio del papel) como en las amplitudes que corresponden a las letras del alfabeto. Si fotocopiamos repetidamente esa página del periódico encontraremos que, al cabo de algunas generaciones, la fotografía se habrá convertido en una mancha borrosa irreconocible, mientras que el texto, aunque se haya degradado también, seguirá teniendo exactamente el mismo significado que en el original mientras que las letras que lo componen resulten legibles, con independencia de su nitidez. Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 8 de 26


En lo que hace referencia a nuestra tecnología, una señal analógica es una señal eléctrica cuyo nivel es variable continuamente. En la televisión analógica todo es cuestión de voltaje y el voltaje puede verse afectado por muchos factores: la longitud del cable, los conectores, el calor y el frío, el tipo de cinta de vídeo, conexiones incorrectas de masa, muchas cosas distintas.

TRANSCRIPCIÓN Y CONVERSIÓN Transcripción à analógico Conversión à digital Un dibujo o fotografía tradicional contienen señales a nalógicas cuya forma se parece a los objetos que quie ren representar. Son análo gos al objeto que representan aunque con obvios cambios de: - Dimensión - Forma (dist orsiones geométricas) - C olor

En una representación análoga siempre podremos reconocer el fenómeno original.

Una señal digital sólo tiene variaciones discretas de En un sist ema digit al, la informaci ón se traduce a un código de forma que se rompe la analogía. nivel, en realidad se alternan sólo dos niveles que representan No es posible ya reconocer el fenómeno original el encendido y el apagado, el no y el sí, el cero y el uno. Si se Si fotocopiamos repetidamente la página del periódico: muestrea a una relación fija, - Al cabo de pocas generac iones la fotogr afía se habrá convertido en una puede ser interpretada como una mancha bo rrosa. serie de ceros y unos, y si se - El texto, aunque se haya degenerado t ambién, seguirá t eniendo el mi smo significado mientras resulten reconocibles las letras. interpreta como una serie de números binarios de ocho dígitos, como es costumbre en los sistemas de definición estándar, hay 256 combinaciones posibles, desde 0 hasta 255 (2 elevado a 8) como veremos enseguida <4>. Cuando una señal digital es grabada o transmitida, los diferentes tipos de ruidos que distorsionan el sistema no serán nunca tan extremos como para destruir toda distinción entre el 0 y el 1. Una señal digital es, por tanto, impermeable al ruido del sistema en el que se está grabando, procesando o transmitiendo. En los sistemas analógicos, al final de cualquier serie de procesos, la señal contiene la suma de las degradaciones introducidas en las diferentes etapas, y esas degradaciones ya no pueden separarse de la señal original. Cabe preguntarse por qué la señal digital aporta tantas ventajas frente a la analógica. En la imagen de la derecha aparecen las formas de una posible señal analógica y otra digital. Hemos decidido añadirle otra señal que representa la original pero una vez modificada por el ruido, interferencias y otros efectos indeseables. En la práctica no hay manera de arreglar la señal analógica, pero en la señal digital básicamente los efectos indeseables serán casi eliminados por completo. ¿Y eso por qué? La respuesta es extremadamente simple: como veremos enseguida, en caso de la señal digital sabemos a Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 9 de 26


priori cómo tiene que ser la forma de onda y esto nos permite arreglar cierto grado de defectos. Sin embargo, en el caso de la señal analógica, no sabemos cómo era la señal antes de sufrir los efectos indeseados, y por tanto éstos no se pueden corregir. Las ventajas de la señal digital vienen del hecho de que sabemos qué forma debe tener pues procede de la digitalización de una señal analógica que sí conocemos. Es fácil detectar si en el proceso ha habido algún error simplemente comprobando si la forma refleja desviaciones respecto al original que hemos digitalizado. La totalidad de las cámaras de televisión, camascopios de vídeo y cámaras fotográficas a la venta hoy día son de tipo digital. Las razones son muchas y de especial entidad: 1. El sistema digital permite que el equipo sea más funcional al superar las dificultades del sistema analógico para múltiples requerimientos que requieren operaciones numéricas complejas. 2. Un sistema digital precisa menos componentes que el analógico, y demanda menos consumo. 3. Asimismo, es menos sensible a los cambios de temperatura y una vez que el circuito ha sido ajustado, no son necesarios posteriores reajustes. 4. El rendimiento del sistema digital es considerablemente mayor que el analógico pues la señal de vídeo de este último tiene una degradación que no ocurre con el sistema digital, dado que la señal tiene dos opciones de información: sí o no, entre las cuales no cabe la confusión. 5. Otra ventaja importante de los sistemas digitales es que permiten la convergencia de voz, audio, video, etc. ya que en este sistema no importa de dónde proviene la información porque esta siempre se representa por “0” y “1”. En cuanto a los sistemas analógicos, en ellos es necesario mantener un tipo de sistema para video y otro para audio dado que tales señales tienen características muy diferentes. Para terminar, conviene recordar que los sistemas analógicos y los digitales deberán convivir durante un tiempo en algunas aplicaciones, audio por ejemplo. Cada uno de los dos sistemas de procesado tiene características que le hacen ideal para un entorno, pero inadecuado para otro. En el campo que nos ocupa, la imagen electrónica, los formatos analógicos prácticamente han desaparecido. Lo digital se impone con especificaciones técnicas y prestaciones muy superiores. Tal es así que todos los departamentos de marketing de las líneas broadcast e industrial de las principales marcas de equipamiento para video desconocen en la actualidad cualquier formato analógico. Sin embargo no hay que olvidar que: - Todas las cámaras digitales tienen un comienzo analógico: el intercambio de fotones por electrones que se realiza en el sensor. - Los televisores, monitores, y pantallas de proyección electrónica también finalizan su cometido en el entorno analógico: la intensidad lumínica o brillo de cada píxel, es variable continuamente en función de la intensidad eléctrica que reciban.

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<3> Una señal es la representación eléctrica de un fenómeno natural. Por ejemplo, la voz humana se recoge por medio de un micrófono y pasa de ser una onda de presión a una señal eléctrica. Cuando hablamos de señales eléctricas, estamos hablando de tensiones o corrientes eléctricas variando en el tiempo. <4> Es conveniente aclarar que, a pesar de que en los ejemplos señalados el término digital se ha relacionado siempre con dispositivos binarios, no significa que digital y binario sean términos intercambiables. Por ejemplo, si nos fijamos en el código Morse, veremos que en él se utilizan, para el envío de mensajes por telégrafo eléctrico, cinco estados digitales que son: punto, raya, espacio corto (entre letras), espacio medio (entre palabras) y espacio largo (entre frases).

TIPOS DE SEÑALES

Una señal analógica es una señal eléctrica cuyo nivel es variable continuamente. En la imagen analógica todo es cuest ión de vol taje y el voltaje puede ser afectado por muchos factores: la longit ud del cable, los conectores, el c alor y el frío, el tipo de cinta de vídeo, c onexiones incorrectas de masa, etc.

Una señal digi tal sólo tiene variaciones discretas de ni vel. En realidad s e alternan sólo dos niveles que repres entan el encendido y el apagado, el no y el sí, el cero y el uno.

Cuando una señal digital es grabada, los ruidos que distorsionan el sistema no serán nunca tan extremos como para destruir toda distinción entre el 0 y el 1.

Una señ al digital es impermeable al ruido del sistema que está grabando, procesando o transmitiendo.

En los s istemas analógicos la s eñal final contiene la suma de las degradaciones in troducidas en las diferentes etapas. Estas degradaciones no pueden separarse de la señal original.

No hay manera de arreglar una señal analógica deteriorada por el ruido

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MUESTREO Las señales de vídeo suponen la variación constante del nivel de una corriente eléctrica y se basan por tanto en la variación de una de las características de la señal eléctrica: su tensión o voltaje. La forma de onda de una señal expresa su variación a lo largo del tiempo. Para pasar de un punto a otro, del Vb al Va en la forma de onda de la figura 1, los valores de tensión han pasado por los infinitos valores intermedios de modo continuo, fluido y sin interrupciones como bien muestra la gráfica. Se trata de una señal de obvia naturaleza analógica.

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Fig. 1. La señal analógica está representada por la variación constante de la tensión (voltaje) a lo largo del tiempo

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Veamos ahora qué ocurriría si lográramos descomponer la señal analógica en varias muestras tomadas a lo largo del tiempo. Supongamos que de la información de la línea de imagen tomamos ocho muestras (de M1 a M8) durante ocho intervalos regulares de tiempo, y que a cada una de ellas le corresponde un valor concreto de voltaje (V). La obtención de las muestras se representa en la figura 2.

Fig. 2. Descomposición de la señal analógica en varias muestras tomadas a lo largo del tiempo. En la columna de la derecha sus valores numéricos

3 Esta disposición asigna un valor numérico a cada una de las muestras tomadas con lo cual debería ser posible recuperar la forma de la señal si dichos valores numéricos se volvieran a reproducir en sus intervalos correspondientes. El resultado sería entonces la figura 3. La forma de la señal “reconstruida” ciertamente recuerda la señal original, pero aún está lejos de reproducir fielmente las variaciones y los matices de la señal analógica original de la figura 1.

Fig. 3. Reconstrucción de la señal original a partir de las ocho muestras tomadas.

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La solución es obvia: tomar muestras en mayor número (con mayor frecuencia). La figura 4 corresponde a la curva obtenida tomando 33 muestras en vez de las 8 iniciales. El gráfico resultante tiene mayores puntos de referencia y contempla muchos más matices de las variaciones en la curva analógica original que vimos en la figura 1.

Fig. 4. La señal analógica descompuesta ahora en 33 muestras, mucho más representativa de la original (figura 1)

Muestreo es el proceso que se aplica para convertir una señal analógica (continua) en una serie de valores digitales (discontinuos), es decir, es la forma de expresar un fenómeno continuo mediante medidas periódicas. Consiste, por tanto, en tomar muestras periódicas de la amplitud de la señal analógica. Estas muestras (samples) no se toman de forma aleatoria, al azar, sino a intervalos fijos de tiempo (de ahí que hayan quedado definidas como periódicas). Cada muestra debe durar el mismo tiempo y efectuarse tras el mismo intervalo. La velocidad a la que se hace este muestreo, es decir, el número de muestras que se toman por segundo es lo que se conoce como frecuencia de muestreo.

MUESTREO CONCLUSIONES - Una señ al analógica (continua) se transforma en discreta (discontinua) al ser muestreada. - Si aumentamos el número de muestras por unidad de tiempo, la señal muestreada se parecerá más a la señal ori ginal continua (analógica).

Si el número de muestras por segundo (frecuencia de muestreo) es suficientemente alto, la señal muestreada contendrá casi igual información que la original. Muestreo: conversión de señales continu as a señales discretas mi diendo la señal en momentos periódicos del tiempo. FRECUENCIA DE MUESTREO Normas EBU (Europ ean Broadcasting Union): para digital izar una señal se deben tomar 13.500.000 muestras por segundo (13,5Mhz), es deci r una muestra cad a 88ns (nanosegundos o milmillonésimas de segundo).

Por muy eficaz que sea el muestreo realizado, por muy alta que sea su frecuencia, siempre va a haber una cierta pérdida de calidad de la señal porque habrá matices de la misma que no van a ser tenidos en cuenta, dado que no han sido muestreados. Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 13 de 26


FRECUENCIA DE MUESTREO Y NIVEL DE CUANTIFICACIÓN Parece claro que lo que va a condicionar la fidelidad del sistema digital es justamente la cantidad de muestras que se puedan obtener por unidad de tiempo: en principio, cuantas más muestras, mayor fidelidad. El número de muestras obtenidas en cada segundo se llama frecuencia de muestreo y se especifica en hertzios (muestras por segundo). La relación numérica de las muestras es lo que constituye la cuantificación de la señal. Esta cuantificación podría constituir simplemente una lista escrita; pero ese procedimiento resultaría incómodo, interminable y, sobre todo, muy lento. Así, una imagen de vídeo podría resumirse en una larguísima lista de valores numéricos. El problema lo constituiría la enorme cantidad de cifras que serían necesarias para conseguirlo. Sin embargo, la electrónica y la informática sí son capaces de realizar y procesar a una gran frecuencia (docenas de millones de muestras por segundo), y a cada muestra asignarle un valor (1, 2, 3, ... n), al que, como ya hemos dicho, llamaremos cuantificación. Si en esa cuantificación, utilizáramos tan solo dos cifras diferentes, tendríamos mucha mejor operatividad ya que resulta más sencillo distinguir entre solo dos niveles diferentes en una corriente eléctrica (o en cualquier otra magnitud). Las matemáticas han aportado la solución estableciendo el sistema binario de numeración en el que se puede definir cualquier valor decimal utilizando únicamente las cifras 1 y 0. Por ejemplo: 0=0 1=1 2 = 10 3 = 11 4 = 100 5 = 101 6 = 110 7 = 111 8 = 1000 9 = 1001 10 = 1010 11 = 1011

100 = 1100100 101 = 1100101 102 = 1100110 103 = 1100111 ¯ 1000 = 11111110110

Esto significa que cualquier valor finito puede representarse por una sucesión de unos y ceros o lo que es lo mismo, distinguiendo entre dos únicas posibilidades. Una señal eléctrica con dos niveles distintos podrá ser interpretada como un “1” o como un “0” según adquiera uno u otro nivel. Cada una de estas dos posiciones se conoce con el nombre de bit <5>.

Aspecto de la señal correspondiente al número binario 0101110010

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El bit es el equivalente digital de una subpartícula atómica. Es el pedazo más pequeño de información digital. Un bit es un octavo de un byte como enseguida veremos. Solamente hay dos estados posibles de un bit: no activado y activado, también expresado como 0 ó 1. Así, es muy difícil la confusión entre ambos pues 0 significa “ausencia” y 1 “existencia”, no hay posibilidad alguna de valores intermedios. Resuelto el problema de la cuantificación en la forma esquemáticamente explicada, queda por definir el valor de la frecuencia de muestreo y el nivel de cuantificación. ·

Frecuencia de muestreo

Como hemos visto, el muestreo consiste en el proceso de conversión de señales continuas a señales discretas en el tiempo. Este proceso se realiza midiendo la señal en momentos periódicos del tiempo. En televisión, y cumpliendo con las normas de la EBU (European Broadcasting Union) se establece que para digitalizar una señal se deben tomar 13.500.000 muestras por segundo (13,5 Mhz), lo que supone que se toma una muestra cada 88ns (nanosegundos o milmillonésimas de segundo). Así, una línea de televisión en definición estándar se concreta en 720 muestras digitales. ·

Nivel de cuantificación – profundidad del bit

Cada muestra tiene un valor numérico. En la figura 5 son: 135, 150, 160, 165, 145 y 130. 5

A cada una de estas muestras se le ha asignado un valor de cuantificación de 8 bites, es decir, el valor más bajo será: 0 0 0 0 0 0 0 0 = cuyo valor es cero Y el valor más alto que podrá alcanzar es 1 1 1 1 1 1 1 1 = cuyo valor es 255. Por lo tanto, cada una de las muestras podrá tomar cualquier valor comprendido entre 0 y 255, es decir, disponemos de 256 escalones para valorar cada muestra. A modo de ejemplo, la cuantificación de las muestras de la señal de la figura 5 sería: 135 = 10000111 150 = 10010101 160 = 10100000

165 = 10100101 160 = 10100000 145 = 10010001

130 = 10000010

Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 15 de 26


Y esta sería la señal que representaría a estas cifras:

A cada uno de estos bloques de 8 “bits” se le da el nombre de “byte” <6>, lo que significa que en televisión/vídeo digital en definición estándar, cada muestra está definida normalmente por 1 byte. Pero existen otras posibilidades. Recordemos aquellas cajas de lápices de colores que teníamos en la escuela, todos ordenados y alineados. No es igual la caja de 6 lápices que la de 24 o la de 88 lápices. Lógicamente, cuanto mayor sea el nivel de cuantificación, mayor será la fidelidad de la señal digital respecto a la señal analógica original. La norma de televisión digital en definición estándar es de 8 bits por muestra como ya hemos dicho. Sin embargo, en sistemas de audio digital es frecuente cuantificar a 16 “bites” (32.768 escalones o niveles distintos) <7>. Los sistemas de alta definición y 24P cuantifican a 12 bits, es decir, hay 4096 escalones (212) para valorar cada muestra <8>. Las cámaras de cine digital lo hacen a 16 bits, que significa 65.536 escalones (216). Estas diferentes posibilidades de cuantificación determinan lo que comúnmente se conoce como profundidad del bit o profundidad de color. De ella depende la cantidad o gama de colores y tonalidades que poseerá la imagen digital, ya sea en color o en blanco y negro. Indica el número de bits asignados para describir el color de cada píxel. Cuantos más matices de color pueda representar un píxel, mayor es el valor bit. Así, 1 bit solo ofrece dos posibilidades en una imagen: blanco o negro. Una imagen en blanco y negro (bitonal) está representada por píxeles que constan de 1 bit de información cada uno, por lo que pueden representar dos tonos (típicamente negro y blanco), utilizando los valores 0 para el negro y 1 para el blanco o viceversa <9>.

Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 16 de 26


La pésima exactitud en la reproducción de la señal en los gráficos de la página anterior es consecuencia de la pequeña cantidad de píxeles: 16x12 Una imagen a color está típicamente representada por una profundidad de bits entre 8 y 48 bits. En una imagen de 24 bits, los bits por lo general están divididos en tres grupos (8 para el rojo, 8 para el verde y 8 para el azul). Para representar otros colores se utilizan combinaciones de esos bits, consiguiéndose en total 16,7 millones de valores de color (256 x 256 x 256 = 16.777.216 posibles combinaciones) En el caso de los camascopios en definición estándar de nuestra Escuela de Cine y TV, ambos están equipados de tres CCD siendo el nivel de cuantificación de 8 bits. Así, la imagen digital en color se compone de 3 “imágenes”: la que contiene la parte roja (capturada por el CCD “rojo”), la verde (CCD “verde”) y la azul (CCD “azul”). La suma de las 3, por síntesis aditiva, compone Una cámara digital de un solo CCD y 8 bits la imagen final. Cada píxel va definido por 3 bytes (8 bits de profundidad está restringida a obtener cada uno): el rojo, el verde y el azul. Si cada uno de ellos uno de estos 256 tonos de color tiene una gama de 256 tonos, en la imagen final habrá una gama de 16,777.216 colores posibles (256 x 256 x 256), que se suele abreviar como “16 millones de colores”. Es lo que se llama una imagen con una profundidad de color de 24 bits (8 por cada color).

TABLA DE PROFUNDIDAD DE COLOR Número máximo de colores Número de bits por canal

Color simple

Colores RGB

1 bit

2

8

2 bits

4

64

4 bits

16

4.096

DEFINICIÓN ESTÁNDAR 8 bits

256

16,7 millones (24 bits)

10 bits

1.024

1.073 millones (30 bits)

ALTA DEFINICIÓN 12 bits

4.096

68.700 millones (36 bits)

14 bits

16.384

4,4 billones (42 bits)

65.536

281 billones (48 bits)

CINE DIGITAL 16 bits

El proceso de cuantificación asigna valores digitales a los píxeles que determinan la profundidad del píxel o profundidad de color. Cuantos más bits procese el convertidor analógico-digital, más valores podrá representar. Un convertidor de 8 bits (1 byte) representa 256 niveles de luminosidad. Uno de 12 bits representa más de 4000 niveles de luminosidad (4096 para ser exactos). En una imagen en color, cada píxel recibe tres números de 8 bits para los valores de intensidad de rojo, verde y azul. Por ejemplo, el píxel en la imagen de la derecha queda definido por un nivel de luminosidad para el rojo de 227, un nivel de 166 para el

verde y un nivel de 97 para el azul. Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 17 de 26


El efecto de la cuantificación viene dado por la imposibilidad de tener un rango infinito de valores de medida para la intensidad de brillo de los píxeles. La tecnología de ciertas cámaras de vídeo digitales en definición estándar permitía en algunos casos llegar hasta 10 bits de información (Betacam Digital), aunque lo general es tener 8 bites, o equivalentemente 256 niveles (2 elevado a 8) para codificar este valor lumínico. Como ya hemos dicho, los sistemas de alta definición y 24P cuantifican a 12 bits, es decir, hay 4096 escalones para valorar cada muestra. En cine digital, la cuantificación puede ascender a 16 bits (281 billones de colores). La importancia de la profundidad del bit o profundidad de color a efectos de la calidad final de una imagen queda patente en los ejemplos inferiores sobre la imagen obtenida por una cámara de un solo CCD y mosaico Bayer.

256 colores – 8 bits

64 colores – 6 bits

16 colores - 4 bits

4 colores - 2 bits

2 colores - 1 bit Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 18 de 26


La degradación - no ya en el color, que resulta evidente - sino adicionalmente en la nitidez observada, se pone de manifiesto en la serie de imágenes inferiores que van desde los 8 bits por CCD (256 tonos por CCD, 16.7 millones de colores en total en la superior) a los 2 bits por CCD (4 tonos por CCD, 64 colores en total en la imagen inferior)

Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 19 de 26


No existen criterios que nos permitan decidir el número óptimo de píxeles y de bits con los que muestrear una determinada imagen. Distintos estudios experimentales, usando la opinión de personas, han llegado a la conclusión de que existen determinados valores de umbral por encima de los cuales no se aprecia una significativa ganancia pero por debajo de ellos si se aprecia una perdida efectiva en la imagen. En lo que a la tecnología de vídeo en definición estándar respecta, una profundidad de 8 bits produce un tipo de imagen con la que podemos manejarnos en términos normales. Una profundidad mayor, como por ejemplo los 12 bits de los formatos en alta definición mejora muy sustancialmente la nitidez observada en la imagen. Como resumen del asunto de la profundidad de color, podemos decir lo siguiente: 1.- Los sistemas digitales funcionan en bits, la unidad mínima de información que cualquier procesador puede entender. Un bit sólo puede tener 2 valores: 1 (encendido) o 0 (apagado). Es la manera en que funciona el sistema binario. 2.- 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. El color en las imágenes digitales, se construye mediante bits. Por ejemplo una imagen de 1 bit, tendrá sólo valores de blanco y negro, 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. 3.- 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 = 16.777.216 de colores. 4.- 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 (por color), es lo mismo que una imagen de 24 bits por píxel (8x3)

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PROFUNDIDAD DEL BIT (PROFUNDIDAD DE COLOR)

En una ima gen en color en las cámaras en de finición estándar de la Escuela, cada píxel recibe tres números de 8 bits para los valores de intensidad de rojo, verde y azul. El píxel en la imagen superior queda definido por un nivel de luminosidad para el rojo de 227, un nivel de 166 para el verde y un nivel de 97 para el azul.

Sony DSR-500W S (Formato DVCam)

Cada píxel va definido por 3 bytes (8 bits) : el rojo, el verde y el azul . Si cada uno de ellos tiene una gama de 256 tonos, en la imagen fin al habrá una gama de 16,77 7.216 colores posibles (256 x 256 x 256), que s e suele abreviar como “16 millones de colores”.

Es lo que se llama una imagen con una profundi dad de color de 24 bits (8 por cada color).

Sony DSR-500W S (Formato DVCam)

<5>. El diccionario de la Real Academia Española de la Lengua define así la palabra bit:

(Del ingl. bit, acrónimo de binary digit, dígito binario). 1. m. Inform. Unidad de medida de información equivalente a la elección entre dos posibilidades igualmente probables. El plural de bit, en español, debería escribirse bites; como álbum-álbumes, antigüedad-antigüedades, adalidadalides, líder-líderes, perdiz-perdices, cristal-cristales, montón-montones y el resto de las muchas palabras que acaban en consonante. Sin embargo, como de hecho todo el mundo usa bits en América Latina y España, sería demasiado raro escribir bites y mucho más pronunciarlo. Hay batallas lingüísticas que más vale darlas por perdidas. Lo cual no significa, por el momento al menos, que se dé por perdida la guerra. En el portal www.elcastellano.org aparece una curiosa explicación del origen de esta palabra:

Bit ¿Ésta es una palabra española? No exactamente, pero algunas de sus acepciones actuales se remontan al siglo XV, más precisamente, al reinado de Fernando de Aragón e Isabel de Castilla. Es verdad que bit es una voz inglesa que se infiltró en casi todas las lenguas, el español incluido, impulsada por la embestida tecnológica de las últimas décadas del siglo XX, cuando la computación se puso al alcance de una parte importante de la población mundial. Los franceses se atrincheraron con encomiable denuedo en la defensa de su idioma y acuñaron octet (octeto) para denominar cada uno de los grupos de ocho elementos, unos y ceros, utilizados en la numeración binaria. Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 21 de 26


Pero lo que pocos saben es que el uso de la palabra bit para designar cada elemento de un conjunto de ocho proviene de una antigua moneda española de plata, el real, creada por los Reyes Católicos en su reforma monetaria de 1497 para la España unificada. El peso se dividía en ocho reales (real de a ocho) y, si bien los pueblos angloparlantes rechazaron esta designación, la costumbre de dividir la moneda en ocho partes siguió ejerciendo su influencia y frecuentemente su moneda principal, primero la libra y hoy el dólar, era llamada eight bits (ocho pedazos) o también pieces of eight (piezas de ocho pedazos). Hasta hoy, en zonas rurales y pequeñas ciudades de los Estados Unidos, la moneda de veinticinco centavos (quarter) es llamada two-bits (dos pedazos entre ocho), como recuerdo del viejo dólar inspirado en el “real de a ocho”. La explicación de que el uso del bit en informática proviene de BInary digiT fue adicionada, pues, varios siglos después de que el bit designara por primera vez a cada unidad de un conjunto de ocho. <6> La unidad más pequeña de información digital corresponde a un dígito binario, es decir 0 o 1. A este dígito se le denomina bit, abreviatura de la palabra inglesa binary digit. Al conjunto de 8 bits se le denomina byte. Esta unidad de medida resulta muy pequeña, por lo que se necesitan diferentes múltiplos del byte. Así, hablamos de kilobyte, Megabyte, Gigabyte, etc. En la tabla está la relación entre las distintas unidades: El motivo de que la proporción entre las distintas unidades sea de 1024 se debe a que esta cantidad es la potencia de base 2 que más se aproxima al múltiplo 1000 (210=1024), equivalente al prefijo kilo.

1 kilobyte (Kb)

1024 bytes

1 Megabyte (Mb) 1024 kilobytes 1 Gigabyte (Gb)

1024 Megabytes

1 Terabyte (Tb)

1024 Gigabytes

1 Petabyte (Pb)

1024 Terabytes

1 Exabyte

1024 Petabytes

1 Zettabyte

1024 Exabytes

1 Brontobyte

1024 Zettabytes

<7> Las señales de vídeo analógico tienen que ser cuantificadas antes de la digitalización en un ADC (conversor analógico-digital), de manera que la amplitud total de la señal utilice todos los niveles disponibles en el sistema digital. La norma de codificación digital ITU-R 601 especifica que el nivel de negro se corresponda con el nivel 16 y el de blanco con el 235. Los sistemas de ordenadores suelen funcionar con una gama de cuantificación diferente: el negro corresponde al nivel 0 y el blanco al 255. Obviamente, pasar de un sistema a otro requiere un procesamiento para ajustar la señal. <8> En algunos casos el proceso de cuantificación es a 12 bits pero el de grabación es a 8. Es decir, justo antes de comprimir reduce la profundidad de color a 8 bits. Este es uno de los motivos por los que desde los menús de la cámara se puede recuperar señal donde no se podría en postproducción. Una señal bien configurada produce más margen de trabajo en postproducción. De hecho las Sony F900 cuantifican a 12 bits, las F750 a 10 bits y la HDCAM (el formato en sí) a 8bits. <9> El código Morse es, según los conceptos modernos, la primera versión del sistema de comunicaciones digitales. La palabra “COMUNICACIONES” se codifica con la clave Morse en el conjunto de puntos y rayas de la siguiente manera: “-.-.- - - - -..- -...-.-..- -.-...- - - -.....” Si ahora, a cada raya se le asigna un “1” y a cada punto se le asigna un “0”, la codificación resulta ser: 1010111110011000101001101000111100000 Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 22 de 26


VENTAJAS DE LA DIGITALIZACIÓN Desde la década de los años 80 del siglo pasado, las cámaras de tubos han sido reemplazadas por las equipadas de sensores en estado sólido (CCD, CMOS, etc), obteniéndose beneficios sustantivos en cuanto a calidad de imagen y fiabilidad. Mejorar aún más la calidad de imagen mediante la digitalización de la circuitería de la cámara era el paso siguiente en la evolución lógica y que hoy resulta muy fácil gracias a los avances en la tecnología de los semiconductores <10>. En los últimos años, las investigaciones realizadas por un gran número de científicos sobre el comportamiento al paso de la corriente eléctrica en los materiales llamados semiconductores, han dado por resultado una serie de descubrimientos y adelantos de tal naturaleza que es imposible prever su desenlace. Muy pocas tecnologías han avanzado tan rápida y espectacularmente como las de los semiconductores. En el mínimo espacio que ocupa el procesador Pentium IV de la vieja computadora portátil sobre la que inicialmente escribí estas líneas, se alojan nada menos que 43 millones de transistores; eso, al menos, afirma Intel <11>. El milagro se debe a los semiconductores. Aunque para cámaras y camascopios algunos de los beneficios que proporciona el procesado digital son claramente reconocibles, como también lo son para otros equipos de vídeo, el impacto total de la digitalización en el funcionamiento de la cámara no resulta tan evidente a primera vista. El procesado digital en una cámara de vídeo ofrece una serie de beneficios, muchos tienen que ver con mejoras en el diseño y reducción del coste de fabricación. Otros, específicamente útiles para el usuario profesional, son los siguientes: ·

Elevada estabilidad y fiabilidad

A pesar de su cuidadoso diseño, la circuitería de las últimas cámaras analógicas está inevitablemente afectada por derivas y desviaciones que requieren correcciones manuales. Cada una de esas correcciones está a su vez sujeta a la interpretación del operador. En consecuencia, resulta muy difícil definir en qué condiciones de ajuste se encuentra una cámara analógica en un determinado momento. En las cámaras de procesado digital de la señal se genera una gran estabilidad y fiabilidad en los ajustes cuyos parámetros se memorizan y permanecen inalterables con lo que la tarea del operador de cámara se reduce considerablemente. Con el procesado digital, aquellos parámetros que se hayan memorizado permanecerán inalterables a lo largo del tiempo.

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Una ventaja añadida del empleo del procesado digital es que resulta mucho más fácil de implementar en circuitos integrados lo que se traduce en un considerable aumento de la fiabilidad. ·

Precisión en los ajustes

El procesado digital permite que los ajustes de la cámara se realicen con la máxima precisión. Además, las diferencias entre los ajustes de distintas cámaras, difícilmente evitables y corregibles en los modelos analógicos, se pueden reducir al mínimo mediante el procesado digital simplemente igualando los valores numéricos de los parámetros a ajustar. ·

Flexibilidad de operación

Una ventaja significativa del procesado digital es la gran flexibilidad de operación que permite. Se pueden controlar y variar un elevado número de parámetros y dentro de un amplio rango de valores. Todos los ajustes son fáciles de ejecutar pudiendo ser memorizados o recuperados con gran precisión. ·

Cámaras Panavision Genesis (cine digital) durante el rodaje de Superman Returns (2006)

Sistema de control basado en menús

En las cámaras digitales actuales, los ajustes se realizan a través de un sistema de control basado en menús. De esta forma, los complicados procedimientos de ajuste y configuración de las cámaras analógicas que requerían la apertura de los paneles laterales de las mismas y el ajuste de potenciómetros, han desaparecido. El menú de ajuste y configuración es accesible a través de unos conmutadores que se encuentran en el exterior de la propia cabeza de cámara. Mayores posibilidades Por otro lado, la digitalización de la señal de video permite una serie de tratamientos y efectos muy difíciles - cuando no imposibles - de realizar sobre una señal analógica es decir, posibilita implantar funciones muy complejas. Entre las más importantes que pueden realizarse destacan por su importancia y frecuente uso: Obtención de la señal digital – Antonio Cuevas – Pág. 24 de 26


·

Mezcladores de vídeo Generadores de efectos Correctores de base de tiempos Memorias de cuadro y campo Compensadores de fallo de señal Códigos de tiempo Grabación magnética en formato digital

Copias de gran calidad a menor precio

Quizá una de las ventajas más importantes que puede aportar la digitalización sea la de la grabación de este tipo de señal sobre soporte magnético. La señal sufre importantes transformaciones para ser grabada, lo que origina que cada copia sucesiva (generación) comporte un deterioro de la señal con la consiguiente degradación y pérdida de calidad de la misma. La señal digital tan solo consta de dos posiciones, por lo que la copia sucesiva de generaciones apenas tiene importancia, habiéndose llegado en plan experimental a superar el centenar de generaciones sin una pérdida aparente de la calidad de la señal. Si la realización de copias no ocasiona perdidas de calidad, los equipos de grabación no tienen por qué ser mejor de lo necesario. No hay necesidad del alto consumo de cinta que tienen los equipos de grabación análogos <12>. Cuando la información que se ha de grabar adopta la forma de números discretos, estos pueden empaquetarse densamente en un soporte sin pérdida de calidad. De darse el caso de que algunos bits estén defectuosos por causa del ruido o de pérdidas de señal, el sistema de corrección de errores puede restituir el valor original. Con la señal analógica, conseguir una cuarta o quinta generación válida no es nada fácil a menos que se utilicen equipos de altísimas prestaciones puesto que el paso por cada circuito o cada copia sucesiva deteriora la señal (distorsiones, ruido, pérdida de detalle, etc.) Si tenemos en cuenta que en algunas posproducciones a veces es necesario realizar dos o tres copias sucesivas, por la inclusión de efectos o mezclas, comprenderemos lo importante que puede ser el realizar estos tratamientos sobre señal digital.

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<10> Los semiconductores son elementos cuya resistencia eléctrica varía con el calor en unos, con el potencial eléctrico empleado en otros, en algunos aún con la luz o cantidad de flujo magnético a que estén sometidos. Para conseguir esto, se introducen átomos de otros elementos en el semiconductor. Estos átomos se llaman impurezas y tras su introducción, el material semiconductor presenta una conductividad controlable eléctricamente. Los más empleados son el selenio, el silicio, el germanio, aunque últimamente comienzan a emplearse combinaciones como antimoniuro de indio, seleniuro de cadmio, sulfuro de plomo, etc. Igualmente se utilizan mezclas de óxidos tales como el óxido ferroso-férrico o magnetita y combinaciones oxigenadas de titanio, magnesio, cromo, circonio, titanato de cinc, el aluminato de magnesio, etc. <11> Gordon Moore, cofundador de Intel, profetizó allá por 1972 – tiempos en que las afirmaciones de este tipo no eran fáciles – que, cada dos años, la velocidad y las prestaciones de los sistemas informáticos se irían duplicando mientras que su tamaño y precio se irían reduciendo a la mitad. La profecía de Moore, aunque no en términos matemáticos exactos, se ha visto reflejada en la realidad y hoy la industria informática ha hecho de ella un axioma casi universal. Sólo a título de ejemplo. Si la industria automovilística hubiera avanzado al mismo ritmo, un automóvil Mercedes Benz que en 1972 costaba 15.000 dólares, hoy costaría menos de un dólar y su velocidad máxima se acercaría a los dos millones de kilómetros por hora.

<12> El excelente formato Betacam SX fue presentado por Sony en 1996 como el auténtico sucesor del Betacam SP con el que es compatible incluso en las cintas: los magnetoscopios Betacam SX pueden utilizar los mismos casetes que el analógico pero duran el doble ya que la velocidad de paso de la cinta respecto a la cabeza es justo la mitad.

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Obtención de la señal digital  

Manual de Tecnología Audivisual de Antonio Cuevas.

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