Seguramente que tú al igual que yo te habrás preguntado en más de una ocasión qué es esto de los formatos de muestreo en TV, qué ocurre en la señal de vídeo para que aparezca una señal de una forma u otra, o qué tengo que saber para diferenciar un formato de otro.
Pues bien, para esto he escrito este artículo, para ayudarte en la manera que pueda a que comprendas de donde vienen estos conceptos que tantas veces has visto. Para ello, he dividido el artículo en varias partes:
- Muestreo en 4:2:2.
- Formatos de muestreo en SD.
- Formatos de muestreo en HD.
Aunque si lo prefieres puedes ponerte al día realizando este curso que analiza más detenidadmente todo lo que viene a continuación.
Muestreo en 4:2:2.
Para que comprendas de donde viene el concepto de muestreo de una señal de vídeo en 4:2:2, nos tenemos que trasladar al muestreo en el dominio del tiempo, y para ello, nos vamos a centrar en cómo se lleva a cabo esto en una señal de vídeo en alta definición observando la siguiente figura.
Fíjate en la señal de luminancia (color gris), la cual, presenta unas variaciones de amplitud y las de Cb y Cr (colores magenta y azul) que tienen variaciones de amplitud pero más lentas que las de luminancia.
Esto se debe, a que las componentes de color Cb y Cr tienen que pasar por un filtro paso bajo más estrecho, ya que la frecuencia de muestreo en alta definición es de 148,5MHz en el caso de la luminancia y de la mitad, 74,25MHz para las componentes de color Cb y Cr.
Estas dos señales de muestreo están sincronizadas, ya que la norma dice que la primera muestra de luminancia que se tome, tiene que tomarse exactamente al mismo tiempo que las dos de diferencia de color, es decir, que la sincronización es que las tres muestras se tomen a la vez.
A este hecho se llama que las muestras tienen que estar “cosituadas” en la pantalla (el mismo punto de la pantalla en el mismo instante).
Hasta aquí todo bien (espero…) pero claro, a la siguiente muestra de luminancia, si te fijas, no hay correspondencia con ninguna muestra de las señales diferencia de color, en ese punto se aprecia que coincide con el flanco de subida de la señal de muestreo de las señales diferencia de color en lugar de ser el flanco de bajada de la frecuencia de muestreo de la señal de luminancia.
Para la siguiente muestra de luminancia observa que ahora ya si coinciden los flancos de bajada de las dos frecuencias de muestreo, es decir que según se observa en la figura anterior, se van tomando las muestras de luminancia Y0, Y1, Y2, Y3,…… y las de las señales diferencia de color son las C0, C1 en la Cb y la C0 y C1…. en Cr.
Visto de otra forma se puede decir que el tiempo de validez de la muestra de luminancia tiene la mitad de ancho que la de crominancia. Es decir que el píxel más pequeño que podríamos tener correspondería a una muestra de Cb, una de Cr y dos muestras de luminancia para ese píxel.
En la siguiente figura intento que compruebes qué sucede a la hora de llevar a cabo otros muestreos como el de 4:1:1 o el de 4:2:0, este último muy utilizado en formatos desarrollados para informativos por su ahorro de información.
Si observas la figura que muestra el 4:2:2, como hemos visto anteriormente, sabemos que esto implica que se van a tomar cuatro muestras de luminancia y dos de cada una de las componentes de crominancia, o dicho de otra manera, que la crominancia tiene la mitad del ancho de banda que la luminancia.
Ahora, fíjate en el caso del 4:1:1, donde se puede ver que hay cuatro de luminancia y una muestra de cada una de las componentes de crominancia, o sea, que las señales de crominancia tienen la cuarta parte del ancho de banda de la luminancia (este caso sería como en el sistema PAL).
Por último, hay otro formato que es el 4:2:0 en el que nos podemos hacer el siguiente planteamiento. Cuando teníamos una resolución en 4:2:2 la resolución de la luminancia era el doble que la de la crominancia, ya que en ésta última se ha reducía la resolución a la mitad porque el ojo no lo ve en horizontal, ahora bien, en vertical al no reducirla seguimos teniendo la máxima resolución (cosa que el ojo tampoco ve).
Este sistema comprime bastante, ya que, ahorramos en resolución vertical y entonces en lugar de enviar una línea de luminancia, otra de crominancia, otra de luminancia, etc. , lo que se hace es que por cada dos líneas de luminancia se manda una sola de crominancia, para después, interpolar la crominancia entre la información de una línea y la siguiente.
Con este sistema se consigue enviar la mitad de las líneas de crominancia con respect a las que se enviarían con el 4:2:2.
Con este sistema, se pierde resolución vertical en crominancia, pero como el ojo no lo ve no ocurre nada. Esto es lo que se emplea para comprimir en MPEG-2 y MPEG-4 y como te decía antes, es un formato que se utiliza mucho para la realización en informativos.
Formatos de muestreo en SD.
En los formatos de muestreo, en el documento 601 de la ITU de definición estándar, la frecuencia de muestreo es 13,5MHz.
En el siguiente cuadro, puedes observar que para un sistema de 625 líneas la frecuencia de muestreo para la luminancia en 4:3 y 16:9 es de 13,5MHz, aunque también puede ser de 18MHz para una relación de aspecto de 16:9.
Aunque te he comentado antes los diferentes formatos de muestreo que se pueden dar, no quiero que se me olvide decirte que también se puede trabajar con las señales RGB con el ancho de banda total sin reducirlas, o también se puede trabajar si se quiere con la luminancia y las de diferencia de color, todas ellas con el ancho de banda total.
Esto se hace cuando se requiere llevar a cabo trabajos en estudios para tener buenos chroma-key o para posproducción. Cuando la señal se va a utilizar para difusión con lo que se trabaja es con el 4:2:2 y normalmente todos los equipos que se utilizan en televisión suelen emplear el 4:2:2.
Formatos de muestreo en HD.
Los formatos de muestreo para alta definición se muestran en la siguiente tabla aunque solo se exponen los europeos definidos en el documento 709 parte 2 de la ITU formato común de imagen.
En España, nos centraremos en el full HD que es el 50p, o también en el 50i que se le llama 1080i y que también puede ser entrelazado o el segmented frame dependiendo de cómo se haya hecho el escaneo de la captación de la imagen.
De manera que el número de imágenes por segundo son 50 y en los otros tres formatos son 25 pero todos siempre son de 1080 líneas.
En la tabla, los números que están en color verde son las líneas activas y en rojo las líneas totales del barrido, aunque debes recordar que en el sistema PAL cuando hablamos de 625 en definición estándar, las líneas a las que nos referimos son a las las líneas activas totales, que son 576 en el caso de SD.
Bueno, no me quiero extender más porque para el tema del muestreo hay mucha tela que cortar, así que si sabes más cosas sobre el muestreo sería muy interesante que hicieras un comentario a continuación o bien si tienes alguna duda.
Fuentes consultadas:
- ITU-R BT.601.
- ITU-R BT.709.
- “La señal de vídeo en alta definición”.
