Fundamentos de la tecnología audiovisual II

 Métodos de grabación en cinta de las imágenes de video.

La señal de vídeo analógica se puede registrar en un soporte de cinta magnética con cada uno de los tres parámetros que componen la imagen (luminancia, color y diferencia de color) grabados por separado o grabando una sola frecuencia que componen dichos parámetros. En el primer caso estamos ante el llamado video en componentes y es el método utilizado en la producción audiovisual profesional. El segundo caso es el llamado video en compuesto y se usa para sistemas domésticos.

Las cintas magnéticas utilizadas para grabar video tienen las siguientes pistas:

Esquema de cinta magnética para grabación de video.

Pista de video : En analógico o digital. En analógico tendría tres pistas para video si se trata de un sistema de video por componentes.

Pistas de audio : hasta cuatro pistas de audio en magnetoscopios profesionales. En analógico o digital.

Pistas para código auxiliar : Donde se graba el código de tiempo o TC (time code). Método de indexación electrónica utilizado para programas de edición y sincronización de vídeo. El código de tiempo indica las horas, minutos, segundos y fotogramas (00:00:00:00) transcurridos en una cinta de vídeo. El código de tiempo SMPTE es el estándar predominante. (SMPTE: Society of Motion Picture and Television Engineers. Una de las principales organizaciones de normalización de la industria del vídeo y del cine).

Pista de control : Parte de la grabación de vídeo utilizada para controlar el movimiento longitudinal de la cinta durante la reproducción. Puede describirse como una especie de perforaciones electrónicas de la cinta de vídeo.

Los magnetoscópicos pueden incorporar nuevas señales o datos a un cinta en dos modos distintos:

Modo ensamblaje : Es la primera grabación de señal en una cinta en la que se incluyen todas las pistas de esta: video, audio, pista de control y pista de código si lo tuviese.

Por inserto : para grabaciones posteriores en la cinta donde solamente se graban las pistas de video y/o audio sobre las pistas de control y código existentes. Solo magnetoscopios profesionales.

Según esto podemos clasificar las formas de edición en:

Edición por ensamblaje : Edición en la que todas las señales existentes en una cinta (caso de haber alguna) se sustituyen con nuevas señales. La edición por ensamblaje de modo secuencial añade nueva información a la cinta; durante el proceso de edición puede crearse una pista de control. La edición se realiza linealmente y se añade al final del material ya grabado.

Edición por inserto : Edición electrónica en la que no se sustituye la pista de control durante el proceso de edición. El nuevo segmento se inserta en el material de programa ya grabado en cinta de vídeo.

También conviene conocer los siguientes conceptos:

Formatear una cinta : Añadir negro de vídeo, código de tiempo y pista de control a una cinta de vídeo virgen. Las cintas con negro y código se denominan también cintas con pistas o ennegrecidas.

Tono de calibración: Señal de frecuencia de audio constante grabada al principio de una cinta a 0 VU (unidades de volumen) para proporcionar una referencia para su uso posterior. Suele grabarse junto con franjas de color.

Barras de color: Señal de frecuencia de video consistente en barras de colores o monocromas grabadas al principio de una cinta para proporcionar una referencia para su uso posterior. Suele grabarse junto tono de calibración de sonido.

Formatos de adquisición analógicos.

Esta sección de la cámara se denomina unidad electrónica, y está compuesta por los circuitos integrados que actúan en la amplificación y procesado de las señales y el gobierno del equipo en todas sus funciones.

En los orígenes del sistema de video, todavía no existían los actuales aparatos magnetoscopios, ya que no se había presentado una necesidad real de conservar el material televisado. El desarrollo de la televisión, y la diferencia horaria en países como Estados Unidos, creó la necesidad de grabar lo televisado y desde ese momento a la implantación de los modernos sistemas de grabación digital sólo han transcurrido unas décadas.

En un principio se utilizó el soporte cinematográfico, pero contaba con muchos inconvenientes. Por eso se buscó un sustituto acorde a las características de la imagen electrónica. Y en esa búsqueda, el camino natural fue el estudio de las posibilidades de la cinta magnética como método de registro de la imagen por métodos similares a los utilizados por el sonido.

Fue en 1956, después de largas investigaciones, cuando una pequeña empresa de California, la Ampex Corporation presentó en una convención de la ciudad de Chicago, un aparato que registraba la imagen y el sonido de una emisión de televisión. En este primer formato, las cabezas del magnetoscopio giraban a 255 r.p.s., producían 25 imágenes por segundo y grababa programas de una hora con 1.500 metros de cinta.

Cuando la cámara de video, como ocurre en la mayoría de los equipos actuales, incorpora en su estructura un magnetoscopio para conservar la señal de video, pasa a denominarse camascopio. El cabezal de video de este magnetoscopio puede tener un número variable de cabezales (normalmente 2 o 4) que se ubican en la hendidura de un tambor, dentro del cual giran. Este tambor es abrasado por la cinta que sale del cassette y es transportada por el mecanismo.

En su rotación, las cabezas de video graban en la emulsión ferromagnética de la cinta, una señal que ordena las moléculas de la emulsión en ese punto específico y de acuerdo a su especial modulación. Estas pistas invisibles se registran en forma transversal a la longitud de la cinta y paralelas entre si. Este sistema se denomina helicoidal, se ha estandarizado para todos los formatos y fue adoptado hacia principios de la década de los ochenta para sustituir al primitivo método de registro longitudinal que consumía mucha cinta.

La grabación de las cabezas de audio se registra en otro cabezal, donde las cabezas están fijas y las señales se imprimen en pistas paralelas al borde de la cinta. En la cinta también se graban pistas para las señales de sincronismo que regulan la precisión y velocidad del pasaje de la cinta por el equipo. Como ocurre en otros muchos sistemas electrónicos, a veces, en el consenso en cuanto al uso de un formato, se produce por una presión comercial de una determinada empresa en detrimento de algún otro con mejores prestaciones y menor implantación industrial. Los principales utilizados en el campo semiprofesional y profesional son los siguientes:

¾ de pulgada U-matic (19 mm)

– Sistema desarrollado en 1969 por Sony Corporation.
– Exploración helicoidal. – Casetes para 10 a 60 minutos (20 minutos máximo en los equipos portátiles ).
– Dos pistas de audio y una de control.
– Cassettes de 222 x 140 x 32 mm.

VHS (12,7 mm)

– Sistema desarrollado en 1976 por JVC.
– Dimensión del cassette 188 x 104 x 25 mm.
– 250 líneas de resolución horizontal.
– Pistas de audio : dos.

Super VHS (12,7 mm)

– Sistema desarrollado en 1987.
– Posibilidad de registrar audio digital o dos canales extras de audio Hi-Fi.
– Sistema semiprofesional desarrollado por JVS y adoptado por otros fabricantes.
– Más de 400 líneas de resolución horizontal.
– Requiere el empleo de cassettes con cinta especial.
– Separación entre las señales de luminancia y crominancia.

Video 8 (8 mm)

– Sistema desarrollado en 1982 en base a un acuerdo entre varios fabricantes.
– Sus posibilidades ampliaban la calidad del VHS para el mercado doméstico y permitían un empleo semiprofesional.
– Dimensión del cassette: 90 x 62 x 15 mm.
– 400 líneas de resolución horizontal.
– Actualmente desplazado por el sistema HI 8.

Hi8

– Formato introducido por Sony hacia 1989.
– Más de 400 líneas de resolución horizontal.
– Separación entre las señales de luminancia y crominancia.
– La duración de los cassettes alcanza las dos horas.
– Sonido de alta calidad.

Betacam

– Sistema puesto en el mercado por Sony en 1982 y de amplio uso profesional para todo tipo de requerimientos.
– Uso de cabezas independientes para las señales de crominancia y luminancia.
– 124 minutos de registro máximo.
– Sistema de monitorizado de imagen y sonido en el camascopio.
– Inserción del código de tiempo en los camascopios.

 Formatos profesionales de adquisición digitales.

Se van a analizar los diferentes formatos de vídeo digitales, pero solo desde la perspectiva de la captura de imágenes en vivo con cámaras portátiles. Por tanto, algunos formatos digitales que se usan para almacenaje o postproducción (sin ningún modelo de cámara de vídeo en el mercado) no serán considerados.

Iremos de peor a mejor (más o menos), finalizando con el sistema de Alta Definición CineAlta. Los precios van en consonancia, desde los 1.000€ hasta más de 100.000€. Se mostrarán algunos modelos representativos (preferentemente de formato 16:9 y no entrelazado) de cada formato o gama, no con la idea de ayudar a una posible compra, si no como simples referencias. Hay en el mercado cámaras con una relación calidad/precio superior a las aquí mencionadas.

Del audio no voy a citar nada ya que el tratamiento es muy similar en todos los sistemas, suelen ser 2 o 4 pistas a 16bits y 48Khz.

MINIDV / DV

El abanico de posibilidades del formato miniDV / DV es inmenso: tenemos cámaras domésticas de menos de 1.000 € y cámaras profesionales de 7000 o más euros. Todas comparten el sistema de compresión de imagen y sonido y también el formato de cinta (existen dos tipos de cintas, las “miniDV” y las “standard DV”). El sistema de compresión DV-25 usa un sampleo 4:2:0 (PAL) 4:1:1 (NTSC), con una frecuencia de muestreo de 13.5Mhz para la luma y de 6.75 Mhz para las dos cromas. Se cuantifica con 8 bits por muestra y se usa compresión DCT de coeficientes variables de relación 5:1. El flujo binario de imagen es de 25Mbits/s constantes. La compresión es “intraframe” no teniendo en cuenta similitudes entre cuadros de imagen próximos. Como nota relativamente negativa, el audio y el vídeo no van perfectamente sincronizados (unlocked audio), cosa que se soluciona en los sistemas DVCAM o DVCPRO.

Cámaras representativas de cada gama:

	Sony DCR-120: Modelo de gama alta de Sony, con un único captador de 1/4″ y 1.55Mpixels, de los cuales unos 960.000 se dedican a vídeo. El precio ronda los 2.100€. El modo foto es bastante bueno, pero lejos de lo que ofrecen las cámaras digitales de fotos con CCD de 3 o 4 Megapixels. EL vídeo es muy bueno, sobre todo en condiciones óptimas de luz, con una resolución cercana a las 500 líneas, pero para un público normal apenas si hay diferencias con el modelo anterior. Pero su captador único de 1/4″ impone sus limitaciones de luminosidad y las imágenes tienen más ruido y efectos indeseados (smear, ruido) que los modelos de 3 CCD.
		Canon XL1S: Cámara “fronteriza”, algún aficionado pudiente puede permitirse el lujo de pagar los 4.500€ que cuesta. Con una estética muy original, esta cámara es de las que “despierta pasiones”, excelente complemento técnico-artístico de un iMAC. Cuenta con 3 CCD de 1/3″ con 360Kpixels cada uno, ópticas y visores intercambiables, estabilización de imagen óptica y buenos controles manuales. Tiene un “frame mode” progresivo a 25 fps, por lo que algunos la usan para cinematografía digital de bajo presupuesto.
			JVC DV700WU: Este modelo representa lo máximo que se puede comprar en cámaras DV equipadas con cintas miniDV. Estamos ya ante una cámara profesional, con lentes intercambiables y sistema de 3 CCD 16:9 de 2/3″ y 480Kpixels cada uno (todos ellos útiles). El precio está sobre los 10.000€ (solo el cuerpo). Además de buena luminosidad (CCD de gran tamaño) y resolución (800 líneas), tiene múltiples controles manuales y prestaciones profesionales. Incorpora un doble DSP de 14 bits. Su CCD es de relación 16:9. Existe un modelo, el DV700WUCL, especialmente diseñado para conseguir un “film look” directamente de la cámara, ideal para cinematografía digital de presupuesto medio/bajo.

DVCAM de SONY

Las cámaras DVCAM de Sony (sistema propietario), usan los mismos principios técnicos que las DV, con compresión 5:1 y cuantización 4:2:0. Sin embargo la velocidad de arrastre de la cinta es mayor y el ancho de las pistas también (15u en vez de 10u del miniDV). Se pueden usar dos tipos de cintas, las “mini” con hasta 40 minutos de tiempo de grabación y las “normales” con 184 minutos. Pueden reproducir cintas grabadas en formato DV (o miniDV).

Sony presenta varios modelos DVCAM, desde los económicos PD100, PD150 (o el nuevo PD175), hasta la nueva serie DSR-570 y 370 . Las primeras, la PD100 o la PD150 son cámaras “pro-sumer” ya que su precio está al alcance de aficionados con dinero (sobre los 5.500€). La PD100 con 3 CCD de 1/4″, mientras que la PD150 tiene 3 CCD de 1/3″ y 450Kpixels cada uno. Estos dos modelos aceptan cintas mini DVDCAM . EL audio si está perfectamente sincronizado con la imagen.

Las DSR-390 y sobre todo la 570, tiene precios muy altos, por encima de los 20.000€.

La DSR-570WS es el modelo más alto de la gama DVCAM de Sony. Incorpora 3 CCD de 2/3″ y 570Kpixels cada uno, de relación de aspecto 16:9. Funcionan en modo entrelazado, no tienen un “frame mode”, con una resolución de 800 líneas para el modo 16:9 y 850 para el modo 4:3. Monta ópticas intercambiables, con bayoneta de 2/3″.Existe un modelo menos caro, el DSR-370, modo 4:3 y CCD de 1/2″.

DVCPRO de PANASONIC

Este sistema, DVCPRO , es la respuesta de Panasonic al DVCAM de Sony. De nuevo, se basa en el mismo esquema de compresión que el miniDV (DV), con cuatización 4:1:1 (PAL) y compresión 5:1. El régimen binario es de 25Mbits/s para vídeo. El ancho de las pistas es de 18u, para mayor fiabilidad. Las cintas duran un máximo de 66 minutos. EL audio si está perfectamente sincronizado con la imagen.

Como ejemplo en la gama alta, puede valer la AJ-D810A con 3CCD de 2/3″ y 480K píxeles cada uno, la resolución se sitúa sobre las 750 líneas. El precio aproximado es de unos 22.000€, hay modelos mucho más económico.

HDV

El formato HDV amenaza con desbancar al DV como estándar de vídeo de uso doméstico. Las videocámaras HDV pueden grabar imágenes de hasta 1080 líneas de definición en las habituales cintas miniDV y transferirlas al PC vía firewire para su edición con los programas de toda la vida.

Hay cinco características que definen el formato HDV. La primera es que las cintas utilizadas para grabar DV pueden usarse para grabar HDV, y los tiempos de grabación son también equivalentes. La segunda característica es la elección de MPEG-2 como formato de compresión. Se trata del mismo formato de compresión usado para broadcast digital y DVD. Esto permite que, manteniendo el mismo bit rate que en las grabaciones DV podamos grabar imágenes de alta calidad HD. Para comprimir en MPEG-2 la gran cantidad de datos HD se requiere un circuito de procesado de señal extremadamente largo. Pero los avances en el desarrollo de semiconductores y en la tecnología del procesado de señal permiten utilizar este estándar para dispositivos domésticos. Como tercera característica, el formato HDV hace uso de una capacidad de corrección de errores potenciada drásticamente. Esto se debe a que HDV es un formato de compresión intraframe, y el impacto en la imagen de cualquier dato perdido es mucho mayor que en DV. En HDV se ha potenciado la tolerancia a pérdida de datos debida a dropouts. La cuarta característica definitoria hace referencia al sonido. Este se graba en la cinta también comprimido, pero en este caso en MPEG-1 LAYER II, proporcionando una calidad equiparable a la de un CD.

BETACAM SX de SONY

Sistema de Sony orientado a la toma de noticias en directo y reportajes. Es el intento de Sony de reemplazar su propio gran éxito: el Betacam SP analógico que ha dominado el mercado durante años. Utiliza un sistema de compresión MPEG-2 con un esquema de adquisición 4:2:2 y un régimen binario de 18Mbits/s. Por tanto, la calidad teórica es realmente buena. El muestreo 4:2:2 asegura una correcta interpretación del color después de múltiples generaciones de edición, incluso en sistemas de edición analógicos. Para mantener la compatibilidad, los equipos Betacam SX suelen poder leer cintas analógicas Betacam SP. Las cintas son similares a las Betacam SP, pero ahora su tiempo de grabación se ve duplicado (193 m). A pesar de usar compresión MPEG-2, es posible una edición exacta de las imágenes (“frame accurate”).

La gama es relativamente amplia, con modelos que van desde el DNW-7P (3 CCD 2/3″ 4:3 con 470Kpixels cada uno, entrelazado) hasta el DNW-90WSP (3 CCD 2/3″ 16:9 con 620Kpixels cada uno, no entrelazado). Este último puede ser un modelo idóneo para cinematografía digital de presupuesto medio. La primera figura con un precio oficial de 25.000 US$, la segunda ya se va a 41.000 USD$.

DVCPRO 50 de PANASONIC

Panasonic intenta distanciarse de Sony diseñando una nueva generación de cámaras con mejoras sustanciales: el muestreo pasa a ser 4:2:2 (mejor que el 4:1:1) y la compresión DV se reduce a un factor 3.3:1. Con el muestreo 4:2:2 se mejora la pérdida de calidad tras varias ediciones analógicas (en reportajes y noticias se sigue trabajando mucho con mezcladores analógicos). Con la disminución de la compresión se limitan los “artifacts” que a veces se pueden observar en imágenes complejas o en movimiento.

Como ejemplo tenemos la AJ-D910WAE , con 3 CCD de 2/3″ 16:9 de 600Kpixels cada uno (entrelazado). Permite funcionar en modo 16:9 o 4:3 y también en modo DVCPRO o DVCPRO50, en este caso la cinta dura la mitad (33m). El precio del cuerpo de la cámara es superior a los 28.000€ ( ! más que un BMW 320 !)

Para el modo progresivo, Panasonic tiene el sistema DVCPRO-P , con cámaras tales como la AJ-PD900WA, aparentemente solo disponibles para el sistema NTSC.

BETACAM DIGITAL de SONY

Este sistema representa un paso más en calidad de imagen. Para la compresión se usa un método similar al DV, pero con una relación de compresión bastante menor, 2.3:1 . El muestreo es de relación 4:2:2 , con 10 bits por muestra de color, frente a los 8 bits de todos los demás sistemas referenciados. AL final, la velocidad binaria es muy elevada, hasta 95 Mbits/s , cosa que se nota en la calidad de imagen. La calidad del original es tan buena que se pueden hacer múltiples efectos y procesados de edición sin que se aprecie apenas merma en el resultado final.

En cuanto a cámaras disponibles, tenemos el “económico” DVW-707 , con 3 CCD de 2/3″ y 400Kpixels cada uno (entrelazado), o bien el DVW-790WS con 3 CCD de 2/3″ 16:9 con 520Kpixels cada uno (no entrelazado). Este último puede ser una excelente opción para cinematografía digital de presupuesto medio. La 707 está en las 41.000 USD$.

DVCPRO HD de PANASONIC

Entramos en el mundo de la Alta Definición. El estándar de Alta Definición promovido por el ITU (CIF Common Image Format), define un formato de píxel de 1920 (h) x 1080 (v), abreviadamente nos referimos a él como “1080”. Las cámaras de HD 1080 de Panasonic se basan en un soporte de cinta de 1/4″ lo cual las hace relativamente compactas. Son capaces de almacenar hasta 46 minutos en cada cinta.

Para conseguir esta alta resolución de recurre a un sistema de CCD bastante impresionante: 3 CCD de 2/3″ y 2.2 Megapixels por elemento. Tenemos cámaras destinadas al mundo de la TV que trabajan en modo entrelazado (IT), y cámaras equipadas con CCD progresivos (FIT) destinadas a la cinematografía digital. Se proporcionan salidas digitales SDI y por supuesto todo un set de accesorios y posibilidades de manejo. La cuantización sigue siendo en 8 bits (internamente se trabaja en 10 bits para mayor calidad). EL factor de compresión es relativamente alto, 6.7: 1, pero la cuantización es bastante “masiva” con frecuencias de muestreo de 74Mhz para la luma y 37 Mhz para las cromas (sería algo así como 20:10:10 comparado con el 4:2:2 de los demás sistemas). Al final, el bit rate es de 100 Mbits. Para este formato, tenemos cámaras de Panasonic como la AJ-HDC20A , que trabaja en modo entrelazado.

Panasonic tiene también otra gama de HD, con un formato de píxel de 720×1280 (llamado 720p), usando CCD de 1.1Mpixels. Para este formato tiene el modelo AJ-HDC27 , que funciona en modo progresivo y está directamente orientada a la cinematografía digital. Es una cámara Multi Frame Rate, por lo que adapta a diferentes necesidades, desde 4 fps hasta 33 fps.

Estas cámaras están en el entorno de los 60.000 USD$ de costo, solo el cuerpo.

XDCAM de SONY

El sitema que Sony propone como sucesor del Betacam Digital y probablemente también del DVCAM y HDV. En XDCAM se pueden encontrar cámaras de un precio cecano a los 5.000 o 6.000 € de las cámaras más baratas de DVCAM o HDV y también ofrencen cámaras de la gama más alta.

Compiten con el P2 de Panasonic.

La principal novedad es que no graban en cinta sino en tarjeta de memoria o discos tipo blu-ray denominados profesional disc.