InicioDivulgaciónUHD, mucho más que 4K (I): La Resolución y el transporte de señal

UHD, mucho más que 4K (I): La Resolución y el transporte de señal

UHD, 4K,

Texto: Yeray Alfageme

Cuando hablamos de Ultra Alta definición, o UHD, tendemos a quedarnos sólo con el aumento de definición que esto supone. Pero UHD no es sólo más píxeles, es mejores píxeles. En esta serie de artículos, TM Broadcast ahondará en lo que realmente significa UHD y los aspectos más importantes de esta nueva tecnología. Y comenzamos con lo más evidente: la resolución y el transporte de la señal en banda base.

 

Cuando la TV digital comenzó a implantarse y surgió el SDI (Serial Digital Interface), el avance era claro. Se abandonaba el vídeo analógico, ya fuera por componentes, con la alta complejidad que ello conllevaba a la hora de realizar cualquier producción transportando cada componente de color por separado, como el vídeo compuesto, con las limitaciones de calidad y su baja fiabilidad al ser muy susceptible a sufrir interferencias. Por aquel entonces surgieron dos estándares:

  • 480i59.94, retrocompatible con el estándar NTSC.
  • 579i50, retrocompatible con el estándar PAL.

 

Y es que en aquella época la retrocompatibilidad era algo necesario a la hora de implantar un nuevo estándar. La definición era la misma y el tipo de escaneo se mantuvo en el entrelazado por limitaciones técnicas de los monitores y cámaras de la época. Su ancho de banda, de tan solo 177 Mbps, era suficiente, sin embargo, para transportar tanto video como audio. Otro aspecto importantísimo respecto a la rápida implantación del SDI fue el audio embebido, con muchas menos interferencias y mayor fiabilidad que las señales analógicas.

 

Inicialmente tan solo estaba disponible una relación de aspecto 4:4, pero enseguida se implantó el 16:9 anamórfico. Con idéntica definición pero un pixel rectangular en lugar de cuadrado, permitía transportar imágenes panorámicas.

 

UHD, 4K

 

Cuando todo esto estuvo implantado y todo el mundo se entendía perfectamente, llegó el salto de definición, el HD, y con ello un pequeño caos que aún persiste. Y es que, al igual que el UHD no es solo un salto en definición, el HD tampoco lo era.

 

Se pasó de 177 Mbps a 1,5 Gbps, casi se multiplicó el ancho de banda por 10 y, en lugar de existir tan solo dos estándares de transporte de señal, apareció el progresivo, permitiendo la siguiente variedad de señales:

  • 1080i59.94
  • 1080i50
  • 720p59.94
  • 720p50

 

Así que podemos olvidamos, al menos, de la mezcla de relaciones de aspecto, porque tan solo existe el 16:9. Sin embargo, la introducción del modo de escaneo progresivo, más “cinematográfico” y mejor para escenas de deporte y alta velocidad, introdujo suficiente complejidad a la ecuación.

 

Un ancho de banda de 1,5 Gbps no permitía, en cambio, transportar toda la definición deseada en modo progresivo, porque la cantidad de información por fotograma es el doble que en entrelazado. Esto llevó a limitar la definición a 720 píxeles, creando una guerra en el mercado de consumo entre el HD Ready, 720, y el Full HD, 1080. Aún encontramos a compañeros profesionales realizando esta distinción, que no fue más que una estratagema para vender más televisores domésticos.

 

Otra opción era limitar el número de fotogramas por segundo a transmitir, lo que llevó a dos nuevas señales en todo este enjambre:

  • 1080p25
  • 1080p29.97

 

UHD, 4K

 

Tuvimos que volver a duplicar el ancho de banda, hasta los 3 Gbps, para que fuera posible transportar la deseada definición Full HD, 1920×1080 píxeles, con un escaneo progresivo sin perder fotogramas por segundo, llegando a las deseadas también:

  • 1080p50
  • 1080p59.94

 

Son señales que en la realidad casi nadie utiliza. Por un lado, requiere un entorno de producción en video banda base 3G, que no está muy extendido. El archivo en cuestión ocupa, además, el doble al guardarse, y el ancho de banda para transmitirlo también se duplica. En términos económicos, esto supone un sobrecoste que el cliente final no valora como un salto de calidad entre las señales progresivas o 720 y el Full HD progresivo, que gusta mucho a productores e ingenieros, pero ningún financiero está dispuesto a pagar.

 

Tímidamente surgió un sistema de transporte SDI-HD llamado Dual Link, que permitía, mediante dos señales 1,5 G, transportar una señal completa 3G combinando ambas. Pero existe un problema. Si el 3G es poco utilizado, este otro medio de transporte es prácticamente anecdótico. A los más veteranos del lugar, esto les recordará a una vieja tecnología en la que se requería de más de un cable para transportar la señal. Y existe otra cosa a la que les recordará incluso más, pero mantengamos la intriga para los más jóvenes.

 

Esto nos lleva, en resumen, a la siguiente amalgama de estándares:

  • 1080i59.94
  • 1080i50
  • 720p59.94
  • 720p50
  • 1080p25
  • 1080p29.97
  • 1080p50
  • 1080p59.94

 

UHD, 4K

Figura 1

 

NTSC, PAL, progresivo, entrelazado, HD ready, Full HD…, demasiado complicado. Y no llegamos a la definición 4K. Porque en 4K-UHD no tenemos una, sino dos definiciones posibles:

  • UHD: 3840×2160
  • 4K: 4096×2160

 

Pero tranquilos, vamos a centrarnos tan solo en el UHD, que es la definición adoptada en entornos Broadcast. El 4K completo es usado para el cine, y menos mal. Abandonamos, entre tanto, un viejo amigo que venía acompañándonos, casi sin quererlo, desde los televisores de tubos de rayos catódicos: el entrelazado. Dejamos el escaneo progresivo como única opción, lo que simplifica las señales existentes de nuevo, como en SD, a tan solo dos:

  • 2160p50
  • 2160p60

 

Tecnológicamente hablando, podríamos incluso evitar utilizar dos velocidades de muestreo, 50 y 60 Hz, pero imagino que nos meteríamos más en una discusión geopolítica que tecnológica, y ambos estándares conviven aún.

 

Evidentemente, el hecho de transportar de nuevo más información nos lleva a aumentar el ancho de banda -en este caso a cuadruplicarlo-, llegando hasta los necesarios 12 Gbps. Y, ahora sí, aparece también la combinación de varias señales 3G -en concreto 4- para crear un sistema de transporte combinado de 4*3G para disponer de una señal 12G. ¿A que esto sí nos recuerda al antiquísimo vídeo analógico por componentes? Parece que estamos ante un atraso, en vez de un adelanto…

 

Al combinar todas las posibilidades, y considerando tanto HD como UHD, disponemos del universo de posibilidades que muestra la figura 1.

 

Pero ahondemos algo más en el método de transporte Quad-Link en 4K. Si quiero transportar una señal que es cuatro veces más grande que otra, lo lógico es dividir la misma en cuatro partes, cuadrantes en este caso, y transportar por cada uno de los enlaces uno de estos cuadrantes. Efectivamente. Esto se llama Square Division, y es una de las formas de transporte de UHD a través de 4 señales 1080p50/59.94. Combinadas, estas señales producen la imagen UHD final deseada (Figura 2).

 

¿Qué ocurre, sin embargo, si perdemos uno de estos enlaces? El resultado no parece óptimo.

 

UHD, 4K

Figura 2

 

Este caso es más probable de lo que imaginamos. Por eso, existe otro método de transporte de una señal 12G sobre 4 señales 3G, el 2-Sample Interleave. No nos alarmemos: aunque la traducción directa sea “entrelazado”, no vamos a recuperar esa extinta tecnología.

 

Se trata de proteger la señal frente a pérdidas de uno de los enlaces complejizando su transporte, a cambio de hacerla más fiable ante fallos de conexión. En este caso, la imagen se divide en cuatro también, pero lo que se dividen son las líneas, transmitiendo en la primera las líneas 1, 5, 9, y así sucesivamente: en la segunda la 2, 6, 10…, en la tercera la 3, 7, 11…, y en la cuarta la 4, 8, 12… (Figura 3).

 

UHD, 4K

Figura 3

 

Esto nos brinda diferentes ventajas:

  • Un único enlace (que transporta una señal 3G-SDI con definición HD), nos permite monitorizar al completo la imagen UHD final con definición HD en cualquier monitor o sistema 3G.
  • La hace mucho más robusta a pérdidas de enlaces. Frente a la pérdida de uno de los 4 enlaces, es prácticamente imperceptible al ojo humano la pérdida de píxeles en la imagen final. ¿Bueno o malo?

 

Tal y como podemos ver, cada salto que da la tecnología aporta más complejidad a la ecuación, y eso que esta vez solo hablamos de definición. Pero permite, por otra parte, que la calidad de imagen que somos capaces de llevar a nuestras casas sea algo imposible de alcanzar hace tan solo unos años, de modo que se justifica esta complejidad y nuestro esfuerzo para que funcione un ecosistema complejo que arroja, finalmente, los resultados que todos disfrutamos.

 

En la siguiente entrega hablaremos del espacio de color, otra evolución aplicable al UHD y al HD que ofrece una gran cantidad de posibilidades y, por supuesto, complejidades.

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