TEMA 5. PRINCIPIS TECNOLÒGICS TELEVISIUS (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Pompeu Fabra (UPF)
Grado Comunicación Audiovisual - 1º curso
Asignatura Tecnologia de l'Audiovisual
Año del apunte 2014
Páginas 55
Fecha de subida 26/07/2014
Descargas 1
Subido por

Descripción

Prof: Ignasi Ribes. Aquests apunts són una barreja dels mateixos apunts que penja el professor a l'aula amb apunts que es prenen a classe. Per tant, és com estar a la mateixa classe.

Vista previa del texto

Tema 5: Codificació i transmissió electròniques de la imatge: la televisió        Breu història de la TV ........................................................................................................................2  Antecedents: la transmissió d'imatge a distància ..................................................................................2  La televisió mecànica..............................................................................................................................4  La televisió electrònica ...........................................................................................................................6  Les primeres emissions: de la radio a la “radio visual” ..........................................................................6  Definició mínima d’un sistema de televisió........................................................................................8  Exploració electrònica en el tub de raigs catòdics: producció, acceleració, focalització ......................9  El tub d'imatge d'un receptor de televisió en blanc i negre .............................................................. 11  Escombratge........................................................................................................................................ 11  L'exploració entrellaçada................................................................................................................. 14  El senyal de televisió en blanc i negre.............................................................................................. 17  Exemple: contrast i brillantor en un monitor en blanc i negre ........................................................... 20  El tub d'imatge d'una càmera de televisió en blanc i negre .............................................................. 21  Els sensors d'imatge: CCD i CMOS.................................................................................................... 22  Els sensors CCD.................................................................................................................................... 23  Els sensors CMOS ................................................................................................................................ 24  Breu comparació CCD / CMOS ............................................................................................................ 25  Les microlents i el fill factor................................................................................................................. 26  Resolucions i mides dels sensors d'imatge.......................................................................................... 27  La televisió en color: breu història, senyal RGB i característiques específiques ................................ 27  RGB i components. Exemple: el senyal de barres de vídeo ................................................................ 29  La càmera de color .......................................................................................................................... 31  Càmeres amb un sol sensor: màscara de Bayer.................................................................................. 32  Balanç de blancs .................................................................................................................................. 33  Imatge digital en moviment: la convergència de video, cinema i televisió ....................................... 33  L'alta definició en vídeo i televisió................................................................................................... 34  Formats de video HD ........................................................................................................................... 36  Formats informàtics d'imatge ............................................................................................................. 37  Cinema digital................................................................................................................................. 38  El vídeo d'alta definició i els primers "cinemes electrònics" ............................................................... 39  La iniciativa DCI Digital Cinema ........................................................................................................... 40  Sobre JPEG2000, el sistema de compressió del cinema digital........................................................... 41  Càmeres, sensors d'imatge i òptiques................................................................................................. 42  Resolució dels formats cinematogràfics.............................................................................................. 42  Alguns criteris per a la comparació dels dos cinemes......................................................................... 44  El tub d’imatge en color .................................................................................................................. 46  Dispositius de visualització plans: pantalles de cristall líquid, LCD ................................................... 47  Els cristalls líquids i el seu ús en dispositius de visualització............................................................... 47  Pantalles LCD actives i amb retroil∙luminació: els TFT ........................................................................ 49  El projector digital: de video o de cinema........................................................................................ 51  Tecnologia DLP (Digital Light Processing)............................................................................................ 52  Bibliografia emprada en aquest apartat. ......................................................................................... 54      Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                1/55  Breu història de la TV    Antecedents: la transmissió d'imatge a distància  Insistir en la necessitat de fragmentar la imatge per transmetre‐la en qualsevol sistema, antic o nou.    La  televisió,  com  indica  l’etimologia  del  seu  nom,  és  un  sistema  per  transmetre  imatge  a  distància.  Com  tots  els  conceptes  importants  del  camp  audiovisual,  es  tracta  d’una  idea  antiga:  hi  ha  propostes  ben  curioses  com  ara  sistemes  de  transmissió  d’imatge  a  base  de  miralls  oscil∙lants  sobre  diapasons,  altres  a  base  de  commutadors,  etc.  Però  els  primers  avenços tecnològicament significatius no es van donar fins a finals del segle XIX.    Tots  els  sistemes  mínimament  viables  que  es  comencen  a  desenvolupar  en  aquesta  època  coincideixen en renunciar a intentar transmetre imatges senceres una a una com es faria en  un  hipotètic  sistema  de  transmissió  directe  de  cinema.  En  comptes  d’això,  intenten  descompondre  les  imatges  en  petits  elements  que  sigui  possible  codificar  i  enviar.  Tots  es  basen  en  una  exploració  o  “lectura”  de  la  imatge,  usualment  seguint  el  patró  occidental  d’exploració de la informació d’esquerra a dreta i de dalt a baix.    Ja en 1860, 16 anys abans que Graham Bell aconseguís  transmetre la veu a distància en el seu primitiu telèfon,  el  francès  Caselli  construí  un  aparell,  anomenat  pantelègraf,  destinat a transmetre a distància dibuixos  en  estricte  blanc  i  negre  aprofitant  les  línies  telegràfiques.  Amb  tècniques  semblants  a  les  del  gravat, el dibuix es posava sobre una placa metàl∙lica i  s’envernissava  amb  un  material  resistent  i  aïllant  al  corrent elèctric excepte en els llocs on havia el traç del  dibuix.  Tot  seguit  un  estilet  metàl∙lic  connectat  a  una  pila  elèctrica  escombrava  la  imatge  de  dalt  a  baix  i  d’esquerra  a  dreta.  En  els  punts  on  havia  traç  es  produïa  un  contacte  i  passava  l’electricitat.  Aquest  corrent intermitent era enviat a un aparell receptor on  un altre estilet escombrava una placa igual a l’anterior  de  forma  sincronitzada.  A  sota  de  l’estilet,  un  paper  impregnat d'una substància especial s'enfosquia en els  punts  on  incidia  el  corrent  elèctric,  tot  reproduint  la  imatge original.    En aquest invent primitiu es troben ja les bases del que  seran  els  sistemes  reeixits  de  transmissió  d’imatges,  Emissor del pantelègraf una  exploració  a  base  d’un  escombratge  en  ratlles  paral∙leles  i  un  sincronisme  perfecte  entre  l’aparell  emissor i el receptor.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                2/55  També  és  interessant  remarcar  que  el  pantelègraf  és  capaç  de  distingir  només  si  hi  ha  una  línia o no i per tant només permet reproduir gravats o dibuixos fets en estricte blanc i negre.  Per això es va fer servir especialment per verificar signatures en transaccions bancàries.    Un  descobriment  clau  en  aquest  camp  va  ser  l’anomenat  efecte  fotoelèctric:  alguns  materials, els semiconductors, tenen la propietat d’emetre electrons quan la llum incideix a  sobre i a més amb una intensitat proporcional a la quantitat de llum rebuda: a més quantitat  de  llum,  més  quantitat  d'electrons.  Aquesta  propietat  està  a  la  base  de  tota  la  transducció  entre llum i electricitat.    També  permet  construir  cèl∙lules  fotoelèctriques  com  la  de  la  Fig.    1,  a  on  el  material  que  forma el càtode A de la cèl∙lula és un semiconductor. Si el circuit està a les fosques, el corrent  elèctric  generat  a  la  bateria  no  podrà  travessar l’aire des de A fins a B i no passarà  electricitat.  En  el  moment  en  què  incideix  llum  a  sobre  del  material  semiconductor  de  A, aquest començarà a emetre electrons que  seran  immediatament  atrets  a  l’ànode  B.  El  resultat  és  un  moviment  de  càrregues  elèctriques  a  través  del  circuit,  és  a  dir,  un  corrent  elèctric.  La  intensitat  d’aquest    corrent  serà  proporcional  a  la  quantitat  de  llum  incident  doncs  quant  més  electrons  Fig.  1: Cèl∙lula fotoelèctrica.  s’escapin  de  A  més  càrrega  elèctrica  i  més  corrent podran transmetre.    La utilitat de la transducció per convertir les imatges en electricitat és força òbvia i des d’el  principi els inventors de sistemes pre‐televisius el van fer servir. Un exemple el trobem en el  belinògraf , inventat a principis del segle XX per Édouard Belin, un derivat del qual es va fer  servir  fins  les  darreres  dècades  del  segle  XX  per  transmetre  imatges  de  baixa  qualitat  a  redaccions de diaris.    El  belinògraf  codificava  les  imatges  al  llarg  d’una  trajectòria  helicoïdal  a  la  superfície  d’un  cilindre  que  gira  i  avança  simultàniament.  La  fotografia  o  imatge  original  es  posa  a  sobre    Fig.  2: Belinògraf.  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                3/55  d'aquest cilindre. La imatge és il∙luminada per un focus puntual, un "spot" que envia raigs de  llum estretament dirigits. Quan incideix sobre una part molt clara de la imatge rebota molta  llum, quan ho fa sobre una part fosca en rebota poca. Un estilet amb una cèl∙lula fotoelèctrica  capta  més  o  menys  llum  i  per  tant  genera  més  o  menys  corrent  elèctric  en  funció  de  la  intensitat de la llum rebotada en la imatge en aquell moment.    Aquest corrent es transmet per via telegràfica i es recollit per un cilindre receptor que gira en  sincronia amb el primer. A sobre del cilindre s'ha posat un paper fotogràfic verge. Quan arribi  un  corrent  elèctric  molt  intens  la  làmpada  s'il∙luminarà  molt,  quan  arribi  un  corrent  fluix  a  penes s'il∙luminarà. En revelar el paper tindrem una imatge que a cada punt tindrà el nivell de  grisos de l'original.    En  aquest  cas  es  tracta  ja  d'una  codificació  analògica  electrònica  de  la  imatge:  hi  ha  una  correspondència o analogia perfecta entre el nivell de gris (entre els extrems blanc i negre) de  cada tros de línia de la imatge i el corrent elèctric variable que transporta aquesta informació  al belinògraf receptor.    Novament ens trobem amb els principis bàsics que heretarà la televisió: una exploració per  línies  paral∙leles  de  la  imatge,  en  aquest  cas  pels  passos  consecutius  de  l’hèlix  que  va  fent  l’estilet  i  una  sincronització  prou  bona  entre  emissor  i  receptor.  Per  aconseguir  aquesta  sincronització  l'aparell  emissor  emet  un  senyal  preestablert  quan  acaba  una  línia  i  un  altre  quan  comença  la  següent.  D'aquesta  manera  el  receptor  es  va  ajustant  línia  a  línia  i  els  possibles errors de desfasament no s'acumulen i acaben desapareixent.    Aquests dos aparells, pantelègraf i belinògraf són de fet antecedents del fax més que no pas  de la televisió. Serveixen per transmetre una imatge en paper en un temps diferit. Un sistema  de  televisió  ha  de  ser  capaç  d'explorar  més  o  menys  un  parell  de  desenes  d'imatges  cada  segon.     La televisió mecànica  Resumir la part final amb noms d'inventors secundaris.    Els primers 30 anys del segle XX és l’època en què es posen les bases del que finalment serà la  tecnologia reeixida per la transmissió d’imatge en moviment. Com en el cas d’altres invents,  com el mateix cinema o l’enregistrament del so, és un moment en que coexisteixen diversos  intents tecnològicament diferents que busquen la seva viabilitat. Tots coincideixen, però, en  descompondre la imatge segons aquest patró de línies paral∙leles.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                4/55  Els primers sistemes seriosos en aquest camp estan basats  en la roda de Nipkow, una idea d’aquest inventor alemany  que, el gener de 1884 la va fer servir en la seva patent d’un  telescopi elèctric. El dispositiu explorador era, com es veu a  la  figura,  una  roda  giratòria  amb  una  sèrie  de  forats  en  espiral. Aquesta roda estava entre una lent i un element de  seleni,  el  primer  material  fotoconductor  que  s’acabava  de  descobrir uns deu anys abans.    La llum reflectida a la imatge analitzada s’enviava a la lent i    a la roda situada al seu darrere. En girar, cada forat explora  Fig.  3: La roda de Nipkow.  un  petit  arc  paral∙lel  als  altres  i  que  es  pot assimilar a una  línia.  La  imatge  analitzada  té  una  altura  corresponent  a  la  diferència entre els radis més gran i més petit de l'espira de forats. Un segon disc girant a la  mateixa  velocitat  davant  de  la  llum  reconstruïda  a  través  del  senyal  elèctric  generat  a  la  primera servia per recuperar la imatge original sencera. (veure altres imatges més explícites a  la presentació del tema).    La roda de Nipkow i altres dispositius derivats, com ara els tambors de Bart, foren la base de  tot  un  conjunt  de  sistemes  primitius  de  televisió  anomenats,  a  causa  de  la  seva  tecnologia  bàsica,  d’exploració  mecànica.  El  pioner  més  important  en  aquesta  línia  fou  l’anglès  John  Logie Baird que durant molts anys  perfeccionà  sistemes  basats  en  aquests  tipus  d’exploració.  Ja  en  1924  construí  un  sistema  experimental de 30 línies, que anà  perfeccionant  i  mostrant  al  llarg  d’aquella  dècada,  al  final  de  la  qual arribà a un acord amb la BBC  per  fer  una  sèrie  d’emissions  experimentals.  Després  de  diverses  proves,  el  juliol  de  1930  va  transmetre  una  obra  de  Pirandello  i  en  juny  de  1931  la    final  del  Derbi  des  d'Epcot  fins  el  Fig.  4: Baird en 1923 amb un dels seus primers aparells.  cinema  Metropole  de  Londres  on  instal∙là  una  pantalla  de  2’80  x  3’50  metres.  Per  fer‐nos  una  idea  de  la  qualitat  de  la  transmissió,  segons  un  testimoni  presencial,  un  dels  mateixos  enginyers  de  Baird,  “no  es  podia distingir un cavall d’un altre, però si més no, podíem dir que eren cavalls”.    El sistema de Baird, com altres mecànics semblants com el de l’americà Charles Jenkins, el de  l’húngar  Von  Mihaly,  el  del  japonès  Kenjiro  Tahayanagi,  o  els  de  les  empreses  General  Elèctric  o  Bell  Laboratories,  van  anar  deixant  paleses,  després  de  bastants  anys  d’investigacions,  les  seves  limitacions.  El  sistema  tenia  sempre  una  inèrcia  difícil  de  compensar  i  una  resolució  que  mai  no  podia  superar  les  180  o  200  línies.  Tot  i  que  Baird  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                5/55  continuà  amb  entusiasme  els  seus  treballs  i  fins  i  tot  en  1932  va  transmetre  imatges  fins  a  Copenhaguen, el març de 1934 la BBC li retirà la seva llicència experimental.    La televisió electrònica  Importen Braun, Farnsworth i Zworykin.    En  aquesta  resolució  influí  el  fet  que  l’altra  línia  d’investigacions,  basada  en  l’exploració  electrònica de la imatge, estava donant ja resultats molt millors.    Aquesta tecnologia, que acabaria per imposar‐se, sorgeix de l’invent en 1897 per part de Karl  Braun del tub de raigs catòdics, una ampolla de vidre en la què es fa el buit i es produeixen  electrons. L’aplicació a la transmissió d’imatges fou obra sobre tot d’un conjunt de científics  russos. En 1900 Perskyi emprà per primer cop en un congrés a Paris, la paraula televisió. En  1907 Boris Rozing va patentar un dispositiu per fer servir un tub de raigs catòdics per explorar  una  imatge  a  base  d’enviar  un  raig  d’electrons  sobre  una  fina  placa  de  substància  fotosensitiva on es codificava la imatge. En 1908 el britànic A. Campbell Simpson suggerí la  possibilitat d’emprar també un feix d’electrons sobre una placa fosforescent per reproduir la  imatge. Ara bé, la imperfecció dels primitius tubs de raigs catòdics de l’època i la manca d’una  amplificació  electrònica  de  senyal,  impedien  portar  a  la  pràctica  aquestes  idees  i  semblava  que l’exploració mecànica havia de tenir més futur.    Fins  uns  anys  més  tard  no  va  ser  possible  la  construcció  d’aparells  operacionals  basats  en  aquesta  tecnologia.  En  1927  un  afeccionat  nord‐americà  de  19  anys,  Philo  T.  Farnsworth  patentà  una  càmera  electrònica  viable.  Finalment,  el  18  de  novembre  de  1929  Vladimir  Zworykin, un rus deixeble de Rozing que treballava per a la RCA, presentava l'Iconoscopi, una  càmera  similar  que  va  representar  la  possibilitat  d’assolir  ja  resolucions  de  centenars  de  línies, impossibles amb els sistemes mecànics.  veure  també  a  la  web  "Idees  i  Vincles":  Informació:  a  distància,  per  a  tothom,  per  a  cadascú  /  Imatge,  so  i  societat de masses / Veure a distància: la televisió    Les primeres emissions: de la radio a la “radio visual”  Resumir, no tants detalls però sí la idea general del què passava, a quins països i empreses, quan i perquè    Per  poder  transmetre  les  seves  imatges,  la  televisió  va  aprofitar  l’estructura  tecnològica  i  corporativa que s’havia anat creant durant els anys 20 i 30 al voltant de la ràdio.    Inventada a finals del segle XIX per l’italià de 20 anys Guglielmo Marconi, com un emissor i  receptor sense cables de missatges en codi morse, durant els primers anys del segle només  es va fer servir per enviar missatges codificats a vaixells o a uns pocs radioafeccionats aïllats.    En  aquells  anys,  als  Estats  Units  Reginald  Fessenden  va  fer  les  primeres  emissions  de  veu  i  Lee  De  Forest  va  inventar  en  1907  l’Audion,  una  làmpada  de  buit,  que  permetia  construir  circuits per captar i amplificar les ones de ràdio. A pesar de tot això, durant els següents 10  anys la ràdio com a mitjà de comunicació sonora només s’emprava entre un punt concret i  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                6/55  un  altre.  Les  emissions  col∙lectives  eren  coses  anecdòtiques  com  les  que  feia  el  mateix  De  Forest, que retransmetia cançons i discursos al buit de la ciutat de Nova York.    La Primera Guerra Mundial demostrà la importància de la ràdio com a mitjà de comunicació  de  masses.  A  poc  d’acabar,  en  1920,  començaren  les  emissions.  El  receptor  de  ràdio  es  convertí  en  el  nou  element  que  distingia  les  llars  modernes.  Al  voltant  del  nou  mitjà  s’establiren  noves  empreses,  es  reconvertiren  d’altres  i  es  crearen  corporacions  públiques,  privades  i  semipúbliques.  És  l’època  de  creació  o  consolidació  de  la  General  Electric,  la  Westinghouse, la AT&T, la RCA, la NBC, la BBC, la EMI, la Telefunken, la CBS, la ABC ... Totes  elles estaven, cada una des de la seva activitat peculiar, interessades també en el que llavors  es deia la “radio visual”.    La  televisió  va  néixer  en  aquesta  estructura  industrial,  plena  de  noms  encara  avui  vigents  i  va  aprofitar la tecnologia de transmissió d’informació  a  distància  a  través  d’ones  electromagnètiques  que s’havia desenvolupat i perfeccionat gràcies a la  importància econòmica que havia adquirit la ràdio.    Les  primeres  emissions  regulars  de  televisió  començaren  a  Alemanya,  en  març  de  1935,  exclusivament  en  sales  públiques,  a  càrrec  de  l’empresa  AG.  Estaven  basades  en  un  sistema  d’exploració mecànica de 180 línies que feia servir  com  a  suport  intermedi  una  pel∙lícula    cinematogràfica  que  es  revelava  en  un  minut  a  la  Fig.  5: Receptor de TV nord‐americà de 1931.  pròpia  càmera.  Al  cap  de  pocs  anys  la  companyia  Telefunken començà a competir amb un sistema electrònic basat en l’Iconoscopi que aviat es  demostrà superior.    A la Gran Bretanya les emissions regulars començaren el 2 de novembre de 1936. Al principi  s’alternaren l’últim sistema mecànic de Baird i un electrònic de l’empresa Marconi‐EMI, basat  en  la  càmera  Emitron  de  Isadore  Schoenburg,  una  còpia  de  l’iconoscopi.  En  febrer  de  1937  aquest fou adoptat com a sistema únic.    A  la  Rússia  soviètica,  on  continuava  la  tradició  d’investigacions  en  el  tema,  de  la  ma  del  mateix  Rozing,  les  emissions  començaren  a  Leningrado  i  a  Moscou  en  1938  però  es  van  interrompre amb l’entrada del país a la Segona Guerra Mundial.    Als  Estats  Units  les  emissions  s’endarreriren  uns  anys  a  causa  de  les  discussions  entre  indústria i govern sobre el nivell de qualitat que calia exigir. Finalment la RCA, que en aquell  moment tenia una situació monopolística, emeté pel seu compte el 30 d’abril de 1939. Això i  l’efecte  multiplicador  que  la  televisió  va  demostrar  tenir  sobre  les  produccions  cinematogràfiques i sobre l’”star system” van fer que en maig de 1940 hagués ja 23 emissores  a tots els Estats Units.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                7/55  La  indústria  del  cinema,  en  general,  com  la  majoria  d’inventors  i  companyies  implicades  en  l’invent de la televisió, van concebre‐la en principi com un sistema per transmetre imatges i  so a sales col∙lectives. Va ser la Paramount qui, adquirint accions d’un fabricant de televisors  domèstics  i  establint  a  Xicago  la  primera  emissora  de  televisió  propietat  d’una  companyia  cinematogràfica, va saber entendre on estava l’àmbit natural de la televisió.      Definició mínima d’un sistema de televisió  Resumir la part no inclosa al Tema 0    Com hem vist, molt al principi en la història de  l’invenció  de  la  televisió  va  quedar  clar  que  la  millor  manera  de  descompondre  la  imatge  per  tal  de  transmetre‐la  era  a  base  de  línies  horitzontals. La lluita entre els diversos sistemes  es basava en aconseguir una imatge de qualitat  suficient. Establir el nombre mínim de línies del  sistema  era  una  qüestió  transcendental  i  en  la    qual  era  fàcil  precipitar‐se.  Aquesta  decisió  va  endarrerir uns anys la introducció de la televisió  Fig.  6: Agudesa visual de l'ull.  als Estats Units. A la Gran Bretanya, però, en els  anys 30 es demanava un sistema de 240 línies.  Més  tard  es  va  començar  a  emetre  durant   molts  anys  en  405  línies  i  finalment  es  va  adoptar  l'estàndard  europeu  de  625,  amb  el  conseqüent problema de canvi d’aparells.    Afortunadament es pot determinar amb força  objectivitat  el  nombre  mínim  de  línies    necessari per a que l’espectador no les pugui  distingir  individualment  sinó  que  percebi  una  Fig.  7: Angle de visió d'un receptor domèstic  imatge  contínua  i  de  prou  qualitat.  Interessa  saber doncs, quina és la mida més petita que pot distingir l’ull quan vegi la televisió per tal de  fer les línies d’exploració una mica més estretes.    Com es veu al Tema 0, en parlar del sistema visual humà, el poder de separació o agudesa  visual de l'ull és aproximadament d’un minut d’arc (1'). Com en un grau (1º) hi ha 60’, això  significa que en una obertura de 1º l’espectador podrà distingir unes 60 línies.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                8/55  Pensant  en  la  mida  que  pot tenir un aparell de televisió domèstic i en les dimensions de la  sala en què es pot col∙locar per veure programes, es considera que l'espectador veurà la TV a  una distància d’unes 6 vegades l'altura de l'aparell. Amb això n’hi ha prou per determinar que  l’angle  de  visió  d'un  monitor  de  televisió  té  una  tangent  trigonomètrica  de  1/6  i  que  per  tant  valdrà  uns  10º.  Com  l’ull  pot  distingir 60 línies per grau, un sistema correcte de televisió haurà de  tenir al voltant d’unes 600 (60 x 10) línies horitzontals d'exploració. I,  tenint  en  compte  que  per  a  la  televisió  comercial  es  va  adoptar  un  format  4:3, la resolució horitzontal, és a dir el nombre aproximat de  “columnes” o punts per línia que es podran distingir, serà de 800.    Això  vol  dir  que,  per  exemple,  en  un  monitor  de  30  cm  d'altura,  la  distància  entre  dues  línies  consecutives  serà  d’uns  0'5  mm,  inapreciable si es mira des d’un parell de metres.    La roda de Nipkow, els tambors de Bart i els dispositius mecànics en  general són incapaços físicament de donar aquesta definició. En canvi,  els sistemes electrònics basats en el tub de buit, poden donar aquesta  i molt superiors resolucions. Només es tractava d’esperar que l’avenç  de la tecnologia ho permetés.      Ara que el cinema digital – una televisió de gran format ‐ és ja l'única  Fig.  8: Un tub de gran  opció de projecció, un exercici interessant a fer és calcular el nombre  precisió de 1937  de files que aquest sistema ha de tenir. Només cal saber la distància i  l'altura  de  la  pantalla,  el  seu  quocient  és  la  tangent  trigonomètrica  i  els  minuts  d'arc  que  tingui l'angle resultant són aquest nombre de línies mínim.      Exploració  electrònica  en  el  tub  de  raigs  catòdics:  producció,  acceleració,  focalització  Resumir molt. Explicar electrostàtica intuïtivament. Insistir en que hi ha tres processos fins aconseguir el "pinzell  d'electrons": producció, acceleració, focalització.    En  el  sistema  tradicional  de  televisió,  avui  en  vies  de  desaparició  davant  de  les  pantalles  planes,  més  còmodes  però  no  de  major  qualitat  en  tots  els  aspectes,  es  feia  servir  el  tub  d'electrons tant en el procés de generació com en el de restitució de la imatge, En el primer  procés  realitzava  la  conversió  o  transducció  de  llum  en  electricitat  en  l’anomenat  tub  de  càmera i en el segon el procés invers de restitució de la imatge a partir del senyal elèctric en  el tub del receptor de televisió. Tots dos tenen en comú el sistema de producció, acceleració  i  focalització  d'electrons  en  un  tub  de  buit  per  aconseguir  fer  el  que  s’anomena  un  canó  d'electrons. El posterior procés d’escombratge que fa aquest canó també és idèntic en un i  en altre.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                9/55  A la Fig.  9  es representa el procés que es du a  terme  a  la  part  posterior  de  qualsevol  tub  d’electrons.  En  aquell  punt  hi  ha  un  objecte  metàl∙lic,  usualment  un  cilindre  buit  de  níquel  recobert d’un material emissor d'electrons com  ara  òxid  d'estronci  o  de  bari,  que  s'escalfa  mitjançant  un  filament  o  resistència  elèctrica.    Això  fa  que  el  material  emissor  desprengui  Fig.  9: Producció d'electrons en el tub  electrons que, com s'ha fet el buit en el tub i no  hi ha fricció amb l’aire, poden moure’s lliurement. El cilindre amb el material emissor és un  càtode, o elèctrode negatiu, doncs es manté carregat negativament de forma contínua per tal  d’anar compensant la pèrdua d’electrons.    El tub de càmera i el de televisió fan servir els  electrons per generar o reproduir les imatges.  Per tant és necessari tenir un control total de  la trajectòria i velocitat d’aquests un cop han  sortit del càtode. Tots els elements presents a  qualsevol  tub  tendeixen  a  aconseguir  aquest  propòsit.  Per  fer‐ho  fan  servir  les  propietats  de l’electrostàtica com ara que les carregues  de  diferent  signe  s’atreuen  mentre  que  les  del  mateix  signe  es  repel∙leixen,  i  les  de  l’electromagnetisme  que  relacionen  camps  magnètics amb elèctrics.      El  primer  que  s’ha  d’aconseguir  és  que  els  Fig.  10: Les parts d'un tub d'imatge amb l'ànode final  electrons, que seguirien en principi de forma  espontània  un  moviment  força  caòtic  en  totes  direccions,  intentant  allunyar‐se  del càtode i  d’ells  mateixos,  es  dirigeixin  a  la  part  anterior  del  tub.  Això  s’aconsegueix  normalment  col∙locant tot un seguit d’ànodes positius, que els atreuen, al llarg del seu camí.    A la part de davant del tub es troba l’ànode final, elèctrode positiu que tanca el circuit amb el  càtode i al qual s’aplica una tensió elèctrica molt alta que pot ser de l’orde d’uns 18000 volts.  Aquest ànode per si sol ja fa que els electrons s’adrecin cap endavant, però, com tots tenen  càrregues iguals, la seva tendència espontània és a anar‐se separant a mesura que avancen.  Per  tenir  els  electrons  concentrats  en  un  sol  feix,  que  és el què ens interessa, cal introduir algun element que  els ajunti, que els focalitzi.    Aquesta  focalització  s’aconsegueix  mitjançant  camps  elèctrics. Recordem que, com la càrrega dels electrons  és negativa, si els fem passar per un camp elèctric com  el de la Fig.  11, en acostar‐se a la placa positiva patiran    una nova acceleració i a l’hora una desviació.  Fig.  11: Desviació d'un electró en un    camp elèctric  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                10/55  Més detalladament, es demostra que si es fa passar un conjunt d’electrons per l’interior de  dos  elèctrodes  cilíndrics  es  pot  aconseguir  que  el  feix  s’ajunti.  Canviant  els  voltatges  dels  elèctrodes  es  pot  regular,  a  més  de  l’acceleració  que  se'ls  comunica,  l’amplada  del  conjunt  d’electrons i el punt on es tornen a ajuntar. L’efecte d’aquests elèctrodes sobre els electrons  és  molt  semblant  al  de  les  lents  sobre  la  llum:  canviar  els  voltatges  equival  a  canviar  la  convergència  o  la  distància  focal,  doncs  afecta  la  desviació  dels  raigs.  Per  això  a  aquests  conjunts d'elèctrodes se'ls anomena lents electròniques.    A  qualsevol  tub  d’electrons  hi  ha  com  a  mínim  un  parell  de  lents  electròniques.  La  seva  col∙locació  es  veu  esquematitzada  a  la  figura.  L’important  és  aconseguir  una  focalització  perfecte  dels  electrons  exactament  en  el  punt  immediatament  anterior  a  la  pantalla  on  seran  desviats,  com  veurem  més    endavant,  per  les  bobines  deflectores.  D’aquesta  Fig.  12: Focalització dels electrons  manera,  a  tots  els  efectes  pràctics és com si els electrons anessin al llarg de tot el tub exactament un rere l’altre en un  feix finíssim anomenat també pinzell d’electrons. Per això es representen sempre d’aquesta  manera simplificada.      El tub d'imatge d'un receptor de televisió en blanc i negre    Escombratge  Resumir molt. No entrar en detalls d'electromagnetisme ni del funcionament exacte de les bobines. Entendre el  pas d'un punt a un "llenç".    Estudiarem  en  primer  lloc  el  tub  d’un  receptor  perquè  el  seu  funcionament  és  més  senzill  d'entendre  que  el  d'exploració  de  càmera.  Per  la  mateixa  raó  de  senzillesa  començarem  analitzant un tub receptor en blanc i negre i més tard afegirem el color.     Es tracta d'un tub de buit amb un canó com el què s'ha descrit en l'apartat anterior en el qual  es van produint electrons lliures. La seva característica definitòria és que la part de davant,  més  ample  i  on  es  produeix  la  imatge,  està  recoberta  interiorment  per  una  substància  fosforescent  que  té  la  propietat  d'il∙luminar‐se  en  ser  bombardejada  pels  electrons.  La  intensitat de la llum que emet és proporcional a la velocitat dels electrons: a més velocitat  més intensitat lluminosa.    Si  no  tinguéssim  cap  altre  control  sobre  els  electrons,  quan  poséssim  el  tub  en  marxa,  veuríem  un  punt  lluminós  molt  intens  en  el  centre  de  la  pantalla,  doncs  després  de  l’acceleració  i  focalització,  tots  els  electrons  incidirien  en  un  sol  punt  central.  Si  volem  una  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                11/55  imatge que ocupi tota la pantalla, el primer que hem d’aconseguir és que el feix il∙lumini no  només el punt central sinó tots els de la superfície fosforescent per igual: s’ha de fer que el  feix  escombri  tota  la  pantalla  d’esquerra  a  dreta  i  de  dalt  a  baix.  D’això  s’encarreguen  les  bobines deflectores o bobines d’exploració. El seu funcionament està basat en les propietats  de l’electromagnetisme que tot seguit recordem.    Si uns electrons com els que tenim ara a les proximitats de la pantalla focalitzats per les lents  electròniques,  es  mouen  en  línia  un  darrera  l’altre  formant  un  pinzell  o  feix  d’electrons,  constitueixen un corrent elèctric, és a dir, manifesten les mateixes propietats que si hagués  un conductor que els contingués.    Per  altra  banda,  com  varem  veure  en  estudiar  l’electromagnetisme,  els  camps  elèctrics  i  els  magnètics,  quan  estaven  en  moviment  relatiu,  s’exercien forces l’un respecte l’altre seguint les lleis  de  Maxwell.  I  en  particular,  un  camp  magnètic  exercia una força sobre un corrent elèctric. Per tant,    si  fem  passar  el  feix  d'electrons  entre  els  pols  d’un  camp magnètic, patirà una força i, en no tenir suport  Fig.  13: Desviació dels electrons en un  físic, es desviarà. A la Fig.  13  veiem que la direcció  camp magnètic  de  desviació  és  perpendicular  a  l’hora  al  camp  magnètic  i  a  la  direcció  dels  electrons,  de  manera  que  per  aconseguir  que  els  electrons  es  desviïn verticalment s’ha de posar un camp magnètic horitzontal.    Les  fórmules  derivades  de  les  lleis  de  Maxwell  ens  permeten  conèixer  amb  exactitud  la  intensitat  i  direcció  del  camp  magnètic  que  s’ha  d’aplicar  als  electrons  per  produir  una  desviació  determinada.  Interessa  doncs  aconseguir  un  camp  magnètic  del  qual  puguem  controlar  a  voluntat  les  característiques  i  especialment  la  intensitat.  Això  no  es  pot  fer  mitjançant materials imantats naturals o artificials que creen un camp constant, el que s’ha  d’emprar  són  unes  bobines.  Recordem  que  aplicant  un  corrent  elèctric  a  una  bobina  es  crea  un  camp  magnètic,  les  propietats del qual venen donades per les  del corrent elèctric. Per tant aquest camp  magnètic  es  controla  amb  un  corrent  elèctric.    Així  doncs,  per  controlar  la  desviació  del    pinzell  d'electrons  i  aconseguir  que  vagi  Fig.  14: Bobines d'exploració vertical i horitzontal.  escombrant  la  pantalla  horitzontalment  i  verticalment s'hi col∙loquen dos parells de  bobines  deflectores  molt  a  prop  de  la  part  interior  de  la  pantalla  on  el  feix  convergia.  S’anomenen bobines d'exploració vertical i horitzontal.     Les  dues  bobines  col∙locades  en  sentit  vertical  són  les  que  desvien  el  feix  horitzontalment i  l'obliguen  a  recórrer  la  línia  d'esquerra  a  dreta;  per  aquest  motiu  s'anomenen  bobines  de  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                12/55  línia. A l'inrevés, les dues bobines col∙locades en sentit horitzontal són les que desvien el feix  verticalment  i  l'obliguen  a  recórrer  la  trama  (o  camp)  de  dalt  a  baix;  per  aquest  motiu  s'anomenen bobines de camp.    El  corrent  elèctric  que  s’envia  a  les  bobines per a que crei el camp magnètic  deflector tindrà forma de dents de serra  com  es  veu  a  la  Fig.    14    i  amb  més  detall  a  la  Fig.    15    on  es  representa  la  tensió que controla l’exploració vertical  o  de  trama.  Cada  dent  de  la  serra  provoca  l’escombratge  d’una  pantalla  sencera  de  dalt  a  baix.  Quan  el  corrent    estigui  en  un  màxim  positiu  el  camp  Fig.  15: La tensió que controla l'escombratge vertical  magnètic  produirà  la  màxima  desviació  cap  amunt  i  la  línia  que  s’explorarà  serà  la  més  alta.  Quan  estigui  en  el  mínim  negatiu  la  desviació  serà  la  màxima  cap  avall  i  s’explorarà  la  línia  més  baixa.  I  quan  tingui  un  valor  entremig s’explorarà una línia entremitja.    Per  entendre  adequadament  aquest  procés  s’ha  de  tenir  present  que  aquesta  exploració  està  sincronitzada  amb  l’horitzontal  o  de  línia,  molt  més  ràpida,  de  manera  que,  mentre  es  produeix  una  exploració  de  dalt  a  baix  s’ha  produït  un  gran  nombre,  en  realitat  312’5,  d’exploracions d’esquerra a dreta.      Fig.  16: La tensió que controla l'escombratge horitzontal  A  la  Fig.    16    es  veu,  a  escala  diferent  d’abans, la tensió que controla aquesta exploració horitzontal pel cas d’una línia situada cap  el centre de la pantalla.    D’aquesta manera, l’exploració de la pantalla sencera és el resultat de l’actuació simultània  dels dos escombratges: mentre va explorant línies d’esquerra a dreta un cop i un altre, el feix  d’electrons va baixant a poc a poc de dalt a baix.    Una conseqüència evident del fet que tot aquest control de la imatge de la televisió es basi en  fenòmens electromagnètics és que es recomanable mantenir allunyat del monitor qualsevol  productor  de  camps  magnètics  com  ara  un  imant,  un  altaveu  potent,  etc.  En  una  línia  de  subversió  pròpia  de  l'art  de  l'època,  a  mitjans  dels  anys  60  es  produïren  les  primeres  propostes artístiques fetes en suport televisió. El seu autor va ser el nord‐americà d'origen  coreà Nam June Paik qui, mitjançant uns imants situats al coll del tub produïa desviacions en  els feixos d'electrons que es traduïen en deformacions de la imatge televisiva.  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                13/55    L'exploració entrellaçada  Resumir molt. Entendre com es formava el "llenç" entrellaçat per comparar‐lo amb el progressiu o no entrellaçat.  Sistema americà No    En el sistema analògic bàsic que estem recordant aquí, l'exploració de la pantalla de televisió  no  es  fa  de  manera  seguida  línia  a  línia  de  dalt  a  baix  sinó  que  primer  s’exploren  les  línies  "imparelles"  i  immediatament  després  les  "parelles".  Si  numerem  mentalment  cada  una  de  les línies de televisió, això vol dir que, en comptes d’explorar en l’ordre 1, 2, 3, 4, 5, etc., ho  fem primer en 1, 3, 5, 7, etc. i immediatament després en 2, 4, 6, 8, etc. Com aquest procés es  fa  molt  ràpidament,  l’ull  no  percep  cap  incomoditat  en  aquest  fet.  Aquest  procediment  d’exploració  i  restitució  de  la  imatge  s’anomena  entrellaçament  i  la  imatge  o  fotograma  o  "frame" o quadre de televisió es diu que està composta per dos camps o trames consecutius  entrellaçats.    Aquesta  no  sembla  la  forma  més  intuïtiva  de  treballar  la  imatge  de  televisió,  però  com  és  natural hi ha raons importants per fer‐ho.    La freqüència d'exploració vertical i horitzontal està basada en la de la xarxa de distribució de  corrent altern que és de 60 cicles per segon als Estats Units i de 50 a Europa. Això es va fer  així per comoditat en el disseny de circuits, doncs en l'època en què es va inventar la televisió  era  difícil  dissenyar  oscil∙ladors  i  valia  la  pena  aprofitar  el  "rellotge"  ofert  per  la  tensió  de  xarxa.  Com  veurem  més  endavant,  aquesta  tria  condiciona  el  nombre  exacte  de  línies  d’exploració de cada sistema i significa la primera i primerenca causa d’incompatibilitat entre  els sistemes de televisió americans i europeus.    Un avantatge addicional d’aquestes freqüències és que són de l'ordre de magnitud de la del  cinema  i  per  tant  força  convenients  a  priori  per  restituir  imatge  en  moviment.  A  partir  d’aquesta idea es va decidir que el nombre d’imatges analitzades en un segon fos la meitat de  la freqüència de xarxa: 30 als Estats Units i 25 a Europa. Les dues es poden obtenir fàcilment  com a submúltiples de l’oscil∙lador de xarxa i són molt semblants als 24 Hz de les pel∙lícules.  Un  avantatge  addicional  d’escollir  aquestes  relacions  numèriques  senzilles  és  que  les  possibles  interferències  en  la  imatge  provenints  del  propi  corrent  de  xarxa,  no  gens  menyspreables  en  els  inicis  de  la  televisió,  resultaran  estacionàries,  no  es  desplaçaran  bruscament al llarg de la pantalla.    Però, com varem veure en el cas del cinema, l’aparició i desaparició d’una imatge brillant un  nombre  petit  de  vegades  per  segon  produeix  una  sensació  estroboscòpica  de  centelleig  o  “flicker”.  Per  evitar  aquest  efecte  indesitjat  es  recorre  a  una  solució  semblant  a  la  de  la  projecció cinematogràfica, l’exploració de cada imatge en dos camps, parell i imparell,  que  immediatament s’entrellacen.    En no existir un obturador que tapi completament la llum que projecta la imatge, no és tan  intuïtiu com en el cas del cinema entendre perquè es produeixen pampallugues en un sistema  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                14/55  de televisió de baixa freqüència com aquests. De totes maneres, la idea és prou clara. Si es  formen  25  imatges  senceres  cada  segon  es  veuen  pampallugues.  En  canvi,  si  es  formen  50  mitges imatges cada segon, l'efecte indesitjat desapareix.    Una altra manera de d'entendre això és pensant que l’enfosquiment de les línies per les que  ja fa una estona que ha passat el feix d’electrons fa una mena d’efecte d'obturació. Dit d’una  altra  manera,  per  a  una  freqüència  lenta  es  trigaria  massa  temps  en  fer  una  exploració  completa  i  per  tant  quan  s’estiguessin  explorant  les  últimes  línies  ja  s'estaria  esborrant  la  imatge  i  fins  i  tot  la  persistència  retiniana  de  les  primeres.  Com  aquest  seria  un efecte que  patirien  cíclicament  totes  les  línies,  el  resultat  seria  una  alteració  intermitent  de  la  lluminositat, una pampalluga.    Es  podria  pensar  que  una  solució  més  directa  i  senzilla  seria  augmentar  la  freqüència  d’exploració  fins  a  50  imatges  per  segon.  Com  en  el  cas  del  cinema,  que  no  es  filma  a  48  fotogrames diferents per segon per estalviar pel∙lícula, en el cas de la televisió es treballa amb  dos  camps  entrellaçats  per  estalviar  amplada  de  banda  i  per  tant  amplada  del  canal  de  transmissió.  L’amplada  de  banda,  com  veurem  al  final  d’aquest  tema,  es  pot  definir  com  la  capacitat de passar informació a través d’un canal o sistema determinat.    Intuïtivament s'entén que si formem 50 imatges senceres necessitarem el doble d'informació  que  per  formar  50  mitges  imatges.  Si  treballéssim  a  50  imatges  per  segon,  necessitaríem  l’amplada  de  freqüències  de  dos  canals  analògics  de  televisió  per  transmetre  només  un.  I,  com  l’espectre  radioelèctric  és  limitat,  és  una  bona  idea  limitar‐ne  l’ús.  Per  altra  banda  l’electrònica  dels  primers  temps  de  la  televisió  hagués  tingut  problemes  per  gestionar  un  ample de banda doble del què es va prendre.    En  els  darrers  anys  dels  televisors  de  tub  hi  va  haver  aparells  (els  anomenats  de  50Hz.  o  100Hz.)  que  capturaven totes les imatges senceres i feien una segona visualització ultraràpida a 50 o 100 imatges per  segon. El resultat era una molt millor nitidesa d'imatge, una absència total de "flicker".    Preses les decisions sobre el nombre d’imatges per segon i el sistema d’entrellaçament és va  decidir  el  nombre  de  línies  que  constituirien  una  imatge.  En  els  sistemes  europeus  aquest  número es va fixar en 625 per diverses raons:    És de l’ordre necessari per a que l’ull no distingeixi les línies individuals.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                15/55  És  un  nombre  imparell,  de  manera  que  a  cada  camp  s’exploraran  312’5  línies,  és  a  dir  312  línies  senceres  i  mitja.  El  camp  1  començarà  al  punt  de  dalt a l’esquerra i acabarà al punt mig de la part de  baix  de  la  pantalla.  En  conseqüència,  el  camp  2  començarà al mig de la part de dalt de la pantalla i  acabarà  en  el  punt  més  baix  a  la  dreta.  Si  el  nombre  de  línies  fos  parell,  tots  dos  camps  començarien  al  mateix  punt  de  la  pantalla  i  es    solaparien  donant  una  resolució  vertical  dividida  per dos.   Fig.  17: L'entrellaçament    Existeix una relació senzilla amb la freqüència d’imatge escollida. En efecte 252 = 625. Això  simplifica l’electrònica del sistema.    Això es pot comprovar si analitzarem numèricament el procés d’entrellaçament. Durant 1/50  de segon s'exploren les línies imparelles, que s’anomenen conjuntament camp 1 o trama 1.  En el següent 1/50 de segon s'exploren les línies parelles anomenades camp 2 o trama 2. Les  dues  trames  juntes,  entrellaçades,  formen  una  imatge  o  quadre  o  fotograma.  L'exploració  d'una imatge sencera triga doncs 1/50 + 1/50 = 1/25 de segon.    La duració d'un camp és de 1/50 de segon = 0'020 s. = 20 ms (20 mil∙lisegons o mil∙lèsimes de  segon). La freqüència de camp, és a dir, el nombre de camps per segon és doncs de 50 Hz.    Com cada camp té 312’5 línies, la duració d'una línia és de 0'020s./312'5 = 0'000064 s. = 64  μs (64 microsegons) = 64 ∙ 10‐6 segons. També es pot expressar com 1/50 ∙ 1/312.5 = 1/15625.  Per tant la freqüència de línia, el nombre de línies explorades per segon, és de 15625 Hz (50  camps/segon x 312’5 línies/camp).    Aquestes dues freqüències es poden obtenir a partir de l’oscil∙lació fonamental de 50Hz. La  de  camp  ja  es  va  escollir  directament  perquè  hi  coincidís,  la  de  línia  és  pot  obtenir  amb  operacions  com  ara  50x5x5x5x5/2  =  15625Hz.  Totes  aquestes  operacions  matemàtiques  es  poden simular amb circuits electrònics. A partir de la freqüència d’oscil∙lació bàsica de 50Hz.  es poden aconseguir múltiples (oscil∙ladors més ràpids) i submúltiples (més lents). És a dir, de  manera senzilla es pot generar tant el senyal d'exploració de trama com el de línia.    Com és lògic, quan el feix d’electrons ha explorat una línia i es troba a la dreta ha de tornar  ràpidament a l’esquerra per començar la següent. Aquest procés, a causa de la inèrcia dels  circuits d'escombratge, no pot ser instantani. El petit temps que es gasta s’anomena retorn  de línia i val 12 microsegons. Així doncs, dels 64 microsegons que corresponen a cada línia,  12 es gasten en tornar a lloc el feix per a una nova exploració.    De la mateixa manera, quan s’ha acabat d’explorar un camp el feix ha de retornar a la part  superior  per  començar  el  camp  següent.  El  temps  emprat  s’anomena  retorn  de  camp  o  de  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                16/55  trama    i  val  1600  microsegons.  A  la  Fig.    17    s’observen  clarament  aquests  dos  retorns  i  la  trajectòria en zig‐zag d’aquest últim.    Òbviament el feix d’electrons haurà d’estar inactiu en els moments de retorn per tal de no  produir  uns  traços  indesitjats  a  la  pantalla.  Això  significa  que  a  cada  camp  es  perdran  el  nombre  de  línies  que  es  podrien  fer  en  els  1600  microsegons  de  retorn  de  trama,  és  a  dir  1600/64  =  25  línies  que  no  poden  transmetre  imatge.  En  total  a  cada  fotograma  es  perden  25+25 = 50 línies, i per tant les que de debò s'empren per a imatge són 625 ‐ 50 = 575. A més,  l'entrellaçament provoca una pèrdua de resolució deguda a la barreja d'informacions de les  dues  trames  que  es  mesura  amb  el  factor  de  Kell,  que  és  de  l'ordre  de  0'7.  Amb  això,  la  resolució vertical màxima és de 0'7 x 575 = 400 línies aproximadament.    En el sistema americà, que històricament és anterior a l’europeu, els números són diferents.  Té 525 línies, explorades 60 cops per segon en dues trames de 262'5 línies cada una. Com la  freqüència  de  xarxa  és  60Hz,  la  freqüència  de  trama  serà  també  de  60Hz.  La  de  línia  val  15750Hz que es pot obtenir com 60x3x5x5x7/2 = 525x30 = 262'5x60. El retorn de camp ocupa  20+20 = 40 línies, tot donant una resolució màxima de 485, que, un cop aplicat el factor de  Kell queden reduïdes a unes 340.      El senyal de televisió en blanc i negre  Resumir. Entendre especialment que és una nova codificació analògica. Molt basat en la interactivitat de "Idees i  Vincles". Senyals de retorn de trama, no    Fins  ara  hem  vist  gairebé  tots  els  processos  que  es  fan  en  un  tub  d’imatge:  creació  d’electrons,  acceleració,  focalització,  desviació  en  escombratge.  Amb  això  els  electrons  arribaran de forma uniforme a tots els punts de la pantalla i tindrem una imatge d’un gris més  o  menys  clar  però  absolutament  uniforme.  Si  volem  “pintar”  imatges  en  aquesta  superfície  gris  hem  d’estar  controlant  contínuament  la  intensitat  del  feix  d’electrons  per  tal  d’aconseguir a cada punt individual de la pantalla els tons de gris més o menys intensos que  globalment formaran la imatge.    Això  s’aconsegueix  enviant  un  senyal  elèctric  variable, en el qual estarà codificada la informació  visual,  a  un  altre  elèctrode  cilíndric  anomenat  wehnelt que es troba al coll del tub. La Fig.  18  és  un esquema de tots els elements del tub receptor  incloent‐hi aquest últim.    La  tensió  que  s’aplica  al  wehnelt  és negativa, per  tant es tracta d’un càtode. El seu efecte és doncs    frenar  el  feix  d'electrons  accelerats  pels  ànodes  diversos cap a la part frontal del tub. Si apliquem  Fig.  18: Esquema del tub d'imatge  una  tensió  negativa  molt  forta  frenarà  molt  els  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                17/55  electrons i aquests arribaran al front del tub amb molt poca velocitat. Si la tensió negativa és  petita, o és positiva. arribaran molt ràpids.    La  substància  fosforescent  situada  a  la  part  de  davant  del  tub  reacciona  en  funció  de  la  velocitat dels electrons que li arriben: si van molt ràpid emetrà molta llum i es veurà blanca; si  arriben pocs i per tant van lents n'emetrà poca i es veurà negre. Entre mig donarà diversos  nivells  de  grisos.  Aplicant  al  wehnelt  una  tensió  proporcional  a  la  intensitat  lluminosa  o  luminància de la imatge original, que és el què proporciona el tub de càmera, s'obtindrà una  restitució en nivells de gris de l'original. Aquesta tensió variable és el senyal de televisió o de  vídeo en blanc i negre.    A la Fig.  19  s’ha representat una línia  d’una  imatge  i  el  seu  senyal  vídeo  corresponent. Com havíem previst, als  punts d’un gris més clar o lluminós els  correspon un senyal més intens. Hi ha  una  proporcionalitat  entre  la  imatge  codificada  i  el  senyal  codificador:  es  tracta  d’una  codificació  analògica.  En  els extrems de lluminositat, al blanc li  correspon el nivell més alt de senyal i  al negre el més baix.    Com  es  va  veure  ja  en  els  sistemes  primitius  antecedents  de  la  televisió,  és necessari que els sistemes emissor i  receptor  estiguin  sincronitzats.  A  causa  d’això,  a  més  de  la  imatge,  el  senyal  controlador  haurà  de    transportar senyals de sincronització:  Fig.  19: Senyal vídeo d'una línia i la imatge corresponent  és  necessari  garantir  que  els  circuits  d'escombratge  del  tub  d'imatge  segueixin el mateix ritme que els del tub de la càmera que ha pres les imatges o en general  els del senyal procedent de l’emissora de televisió. Per això s'envien dos tipus de senyals, un  al principi de cada línia, un al principi de cada trama. El senyal vídeo, un cop se li han afegit  aquests senyals de sincronisme s’anomena senyal de vídeo compost en blanc i negre.    Per  fer  això  s'aprofiten  els  temps  morts  de  retorn  que,  degut  a  la  inèrcia  dels  circuits  d'escombratge, es gasten en anar del final d'una línia al principi d'una altra i del final d'una  trama  al  principi  de  l'altra  i  que,  com  hem  vist,  eren  12  microsegons  i  1600  microsegons  respectivament.    Aquests senyals de sincronisme s’envien en forma de caigudes de tensió que serveixen per a  reiniciar els circuits d'escombratge. És a dir, en tractar‐se de tensions negatives el seu efecte  és  frenar  els  electrons.  Els  senyals  de  sincronisme  de  línia  s’extrauran  del  senyal  compost  i  s'enviaran als circuits d'escombratge vertical i els de trama als de l'horitzontal per arrencar,  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                18/55  posar  en  marxa,  en  el  moment  adient  les  tensions  en  forma  de  dents  de  serra  que  controlaven l’escombratge.    A  la  Fig.    20    veiem  el  senyal  de  vídeo  compost per a una línia d’una imatge amb  quatre barres verticals de diversos tons de  gris.    Quantitativament,  el  blanc  s'aconsegueix  amb  una  tensió  de  700mV  (0'7  volts.).  El  negre  es  fa  correspondre  a  una  tensió  lleugerament  superior  a  0,  20mV  (0'020    volts).  Aquest  nivell  s'anomena  pedestal.  Entre aquests dos nivells màxim i mínim es  Fig.  20: Senyal de vídeo compost per a una línia en  grisos  trobaran  els  valors  de  tensió  corresponents  a  tots  els  possibles  nivells  de grisos. Els senyals de sincronisme són negatius, ‐300mV, per tal que no produeixin imatge.  Com  es  veu  a  la  figura,  el  senyal  de  sincronisme  de  línia  consta  d'una  caiguda  de  5  microsegons  i  dues  parts  immediatament  per  sota  del  nivell  de  pedestal  de  1'5  i  5'5  microsegons.     Aquests 5 + 1'5 + 5'5 = 12 microsegons constitueixen l'interval de supressió de línia o interval  d’esborrat de línia (horitzontal blanking). Amb això, la durada efectiva de la línia és de 64 ‐ 12  = 52 microsegons. Com el nivell del senyal que s'envia al pinzell d'electrons al llarg d'aquest  12 microsegons està sempre per sota del corresponent al negre, funcionen com uns impulsos  d'esborrat, de supressió de senyal, la missió dels quals és que en el retorn de línia no hi hagi  cap  mena  d'imatge  paràsita.  Enviant  aquesta  tensió  per  sota  del  nivell  de  negre  al  wehnelt  s’aconsegueix frenar completament els electrons    En el retorn de trama hi ha un conjunt de senyals equiparables a aquests. La duració és de  1600  microsegons,  que  equival  al  temps  de  25  línies.  És  l’anomenat  interval  d’esborrat  de  trama.  Els  impulsos  de  sincronització  ocupen el temps corresponent  a  2'5  línies,  és  a  dir  160  microsegons. Hi ha també uns  impulsos d'equalització deguts  a  la  necessitat,  provenint dels  inicis  de  la  tecnologia  televisiva,  de  sincronitzar  la    trama  a  partir  dels senyals de  Fig.  21: Sincronismes de línia i trama en el senyal de vídeo compost de  línia.  diverses línies    Amb  tot  això,  el  senyal  de  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                19/55  vídeo compost en blanc i negre per a diverses línies té un aspecte com el de la Fig.  21. En  ella es poden observar, quantitativament i qualitativa, tots els elements que hem esmentat  del senyal de vídeo compost.  veure  també  a  la  web  "Idees  i  Vincles":  Informació:  a  distància,  per  a  tothom,  per  a  cadascú  /  Imatge,  so  i  societat de masses / La televisió electrònica    Exemple: contrast i brillantor en un monitor en blanc i negre  Només com exemple de canvi de senyal analògica. Molt ràpid o suprimir      Per veure com afectaran els canvis en el senyal vídeo als resultats  visualitzats, podem analitzar quina funció fan sobre aquest senyal  els  controls  de  brillantor  i  contrast  d’un  monitor.  Canviant  els  valors de tensió del senyal vídeo canviarem contrast i lluminositat.    A la Fig.  22  es veuen els tres casos possibles de contrast. Si hi ha  molta diferència entre el nivell de blanc i el de negre, més dels 700  mV acceptats, el contrast serà més alt del normal, doncs hi ha més  separació entre els colors blanc i negre. Si la diferència és menor  el  contrast  disminuirà,  doncs  tots  els  tons  de  gris  entre  blanc  i  negre s’hauran de reproduir amb un marge de tensió més petit.    Si afegim o traiem tensió a tot el senyal per igual, el resultat serà  un augment o disminució de la brillantor de la imatge. Com es veu  a la Fig.  23, en el segon cas el que abans era un blanc ara serà un    Fig.  22: Modificació del  contrast  gris G, mentre que tot  un  conjunt  de  grisos  foscos  o  seran  negres  o  no  donaran  imatge.  En  el  tercer  cas,  en  que  s’ha  pujat  el  nivell de tot el senyal,    el  que  seria  negre  en  un  ajust  correcte  és  ara un gris. Amb això,  Fig.  23: Modificació de la brillantor  tota la imatge en conjunt resultarà excessivament clara.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                20/55    El tub d'imatge d'una càmera de televisió en blanc i negre  No    La part més específica de la càmera de televisió és un tub de raigs catòdics que s'encarrega de  convertir  la  llum  que  li  arriba  en  senyals  elèctrics.  L’òptica  és  semblant  a  la  de  la  càmera  cinematogràfica i s’encarrega de focalitzar la imatge sobre la part anterior del tub on es troba  la placa sensible.    A  la  Fig.    24  es  veu  un  esquema  de  la  càmera, amb l’òptica, el tub i el resultat final  que  és  el  senyal  vídeo,  codificació  electrònica analògica de la imatge.    Com  havíem  anunciat,  el  tub  de  càmera  té  una  gran  part  d’elements  comuns  amb  el    d’imatge.  Totes  les  parts  destinades  a  Fig.  24: Esquema de la càmera de televisió  produir  i  controlar  el  feix  d’electrons,  el  canó,  els  elèctrodes  de  focalització  i  les  bobines  d’escombratge,  són  idèntiques  i  funcionen  sincronitzadament.  A  la  part  de  davant  però, és completament diferent a fi i efecte de poder fer un procés de transducció invers del  tub d’imatge. En aquella part hi ha una placa amb material semiconductor que fa el paper de  l'emulsió  en  la  càmera  cinematogràfica,  doncs  és  la  qui  rep  els  raigs  de  llum  enfocats  per  l’òptica.  Es  pot  considerar  aquesta  placa  com  un  conjunt  de  petitíssimes  cèl∙lules  fotoelèctriques.    Aquesta  placa  serà  la  qui  traduirà  la  llum  en  electricitat.  Està  formada  per  materials  semiconductors  diferents  segons  el  tipus  de  tub.  Els  tubs  més  antics  eren  el  Orthicon  i  el  Vidicon que tenien trisulfur d'antimoni. Els últims que es van fer servir foren el Plumbicon de  Philips,  que  contenien  òxid  de  plom,  i  el  Saticon  de  NHK  i  Hitachi,  amb  òxid  de  seleni  amb  arseniürs i tel∙lurs.    Quan  la  llum  incideix  a  la  placa,  a  causa  de  l’efecte  fotoelèctric,  produeix  un  escapament  d'electrons  en  els  punts  en  què  hi  incideix.  Aquest  escapament  d'electrons  serà  proporcional a la intensitat de la llum  rebuda  per  cada  punt.  En  els  punts  on ha incidit la llum queda doncs una  càrrega  elèctrica  positiva    proporcional  a  la  intensitat  de  la  Fig.  25: El tub de càmera  llum. El que queda a la placa sensible  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                21/55  és  doncs  una  mena  de  "imatge  virtual"  o  representació  analògica  de  la  imatge  real  que  ha  captat la càmera, formada per càrregues positives de diversa intensitat.    El pinzell d'electrons, que explora amb els mateixos mecanismes d’abans aquesta placa a la  freqüència  pròpia  de  cada  sistema  de  televisió,  625  línies  en  1/25  segons  en  els  sistemes  europeus, 525 en 1/30 de segon en l’americà, s'encarrega de "llegir" aquesta informació.    Per fer‐lo es col∙loca entre el vidre anterior del tub i el material fotoconductor una capa molt  prima  de  material  conductor  transparent,  per  exemple  en  el  vidicon,  òxid  d'estany.  Aquest  conductor està sempre carregat positivament. Els electrons que, a causa de la llum, escapen  del material semiconductor són atrets cap aquest conductor i podran ser enviats a fora com  es veu a la Fig.  25, on podrà ser llegida la intensitat del corrent elèctric que formen. Quan el  pinzell  d’electrons  va  recorrent  la  placa,  va  “reomplint‐la”  punt  a  punt  amb  nous  electrons  per  substituir  els  que  s’havien  perdut.  En  cada  punt  de  la placa tanca momentàniament un  circuit; el corrent elèctric que envia és proporcional al nombre d’electrons que havien saltat  i per tant proporcional a la llum que els havia fet saltar. Com el pinzell d'electrons explora la  placa  en  sincronia  amb  les  freqüències  de  línia  i  quadre  usuals,  el  senyal  elèctric  recollit  correspon en cada moment a un punt ben conegut de la pantalla i en conjunt dóna la forma  contínua del senyal de vídeo.      Els sensors d'imatge: CCD i CMOS  Sí. Recolzat força en la interactivitat de "Idees i Vincles"    Des de fa més d'una dècada totes les càmeres fan servir aquests dispositius en substitució del  tub de càmera. Els primers van ser els CCD. CCD són les inicials de "Charged Coupled Device"  o dispositiu acoblat per càrrega o de transferència de càrrega. La principal diferència amb el  tub és que l'exploració del resultat d’exposar el material sensible a la llum no es fa mitjançant  el feix d'electrons. Això va permetre suprimir el tub que el genera i reduir la mida del sensor i  de la càmera.    Tots  aquests  sensors  són  plans,  rectangulars  i  amb  aspecte  i  mida  semblants  als  d’un  xip.  Estan  constituïts  per  moltes  i  molt  petites  cèl∙lules  sensibles  o  fotodíodes  disposades  en  forma de retícula molt fina de files i columnes. Aquestes cèl∙lules sovint s'anomenen píxels,  nom no del tot apropiat, doncs ni cada element del sensor ha de correspondre a un element  de la imatge o píxel, ni tots els sensors es fan servir per capturar imatge en forma digital. No  obstant això, en alguna ocasió farem servir aquesta terminologia tan senzilla.    En  els  primers  que  es  van  fer  servir,  que  avui  serien  de  molt  baixa  resolució,  s'hi  podien  encabir al voltant de 400.000 cèl∙lules sensibles en 575 línies de 700 punts en una superfície  molt  petita  de  4'8  per  6'4  mm.  La  quantitat  de  cèl∙lules  i  les  dimensions  dels  sensors  han  evolucionat molt. Quan avui es parla de sensors de 10 Megapíxels, per exemple, vol dir que el  nombre d'elements sensibles és de l'ordre dels 10.000.000. Aquesta és una quantitat normal  avui en el mercat domèstic. Els sensors de cinema professional, com veurem més endavant es  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                22/55  fabriquen amb dimensions que emulen les dels negatius cinematogràfics: 16, 35 o fins i tot  65mm.    Per principi i per la seva naturalesa, els CCD tenien molts avantatges respecte els tubs i per  això  els  van  substituir  completament.  Són  més  econòmics,  sensibles  i  lleugers,  cosa  que  permetia  fer  càmeres  millors  i  més  petites.  Per  construcció  tenen  excel∙lents  qualitats  geomètriques; els tubs, en formar la imatge a base de la deflexió del feix d’electrons sempre  tenen problemes d’ajustament que en el cas dels CCD, en ser plans, són irrellevants. No tenen  l'efecte  cometa  de  persistència  de  la  imatge  quan  es  desplaça  ràpidament  un  objecte  fortament  lluminós.  No  tenien  perill  de  ser  "cremats"  com  passava  lamentablement  en  els  tubs  si  s’enregistra  una  llum  molt  intensa  durant  massa  temps  sobre  el  mateix  punt  del  material  sensible.  Es  podien  fixar  millor  que  els  tubs  al  cos  de  la  càmera,  amb  la  qual  cosa  desapareixia el perill de desconvergència. A més, la seva construcció els fa molt adients per a  la divisió de la imatge en files i columnes tan característica de la imatge digital.    Això sí, cal assenyalar que en tots aquests sensors d'imatge el material sensible és el mateix ‐  silici amb impureses ‐ que hi havia en els tubs clàssics de televisió i encara el mateix que hi ha  a les plaques fotovoltaiques emprades per produir electricitat a partir de la llum solar.    Els sensors CCD    La  capa  de  material  sensible  la  formen  els  fotosits  o  fotodíodes,  constituïts,  com  dèiem,  per  silici  amb  impureses.  La  idea  general  d'aquesta mena de dispositius és que al darrere  o a prop de cada un d'aquests fotosits s'hi troba  un  elèctrode  amb  càrrega  positiva  separat  per  un altre descarregat. Quan la llum incideix en un  d'aquests  fotosits  allibera  electrons  a  l'interior  del  silici.  La  funció  de  cada  elèctrode  positiu  és  recollir  els  electrons  corresponents  al  seu  fotòsit.  La  manera  exacta  com  s'organitza  aquesta  recollida  depèn  del  sistema  on  està  muntat  el  CCD  (càmera  analògica,  escàner,  càmera  digital,  etc.).  Expliquem  ara  com    s'organitza  la  recollida  dels  electrons  en  una  Fig.  26: Fotosits i elèctrodes receptors en un CCD  càmera analògica.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                23/55  Un dispositiu electrònic sincronitzat amb les freqüències del que seria l'exploració de línia i de  trama fa saltar els electrons elèctrode en elèctrode, mitjançant una alternança de polaritats,  fins  a  un  dispositiu  de  mesura  on  es  recull  la  càrrega corresponent a cada un dels punts en què  ha quedat dividida la pantalla.    La  forma  com  es  produeix  aquesta  càrrega  i  descàrrega depèn de la geometria de construcció  del CCD. Inicialment els mateixos fotòsits feien la  funció de descàrrega.  Potser el tipus de CCD amb  una  geometria  més  senzilla  d'entendre  és  el  de  transferència  interlínia  o  I.T.  (Interline  Transfer),  on  fotosits  i  registres  estan  organitzats  en  columnes  independents.  En  el  període  de  retorn  de  trama  es  produeix  la  lectura  dels  fotosits,  el    pas  de  les  càrregues  als  receptors.  Durant  els  20  Fig.  27: CCD de transferència interlínia  ms de la següent exploració de trama, mentre als  fotosits  s'està  enregistrant  la  informació  de  la  propera imatge, es produeix la lectura de l'anterior: els registres verticals porten línia a línia  les  càrregues  al  registre  horitzontal  que  es  buida  cada  64  microsegons  com  correspon  al  temps de cada línia. La informació que aquest registre envia cada cop correspon a una línia  sencera: les va enviant consecutivament fins a tenir la trama sencera.    Un  amplificador  de  càrrega  recull  aquestes  poques  càrregues  i  dóna  un  senyal  amplificat  proporcional a aquestes idèntic al que produiria una càmera de tub. Com veurem, la forma i  el moment en què s'amplifica el molt lleu senyal del sensor és la principal diferència amb la  tecnologia CMOS.    Com ja hem dit, el sistema de descàrrega serà diferent si el CCD funciona a un escàner o a  una càmera digital.    veure  també  a  la  web  "Idees  i  Vincles":  Informació:  a  distància,  per  a  tothom,  per  a  cadascú  /  Imatge,  so  i  societat de masses / La televisió: la captura de les imatges    Els sensors CMOS    La principal diferència dels CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) respecte els  CCD és que la conversió de les petitíssimes càrregues generades a cada fotodíode en senyal  elèctric  i  la  seva  immediata  amplificació  és  fa  a  cada  píxel.  En  tractar‐se  de  càrregues  tan  petites,  el  curt  recorregut  que  fan  "baixant"  pel  CCD  provoca  lleus  pèrdues  degudes  a  la  resistència dels micro filets de coure. I, és clar, aquest efecte s'incrementa a mesura que els  sensors es fan més grans, que és la tendència actual.    Si  l'amplificació  es  fa  "in  situ"  aquestes  pèrdues  es  minimitzen.  Naturalment  la  dificultat  és  que hem de tenir un miniamplificador a cada punt. De fet els primers CMOS (CMOS de píxels  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                24/55  passius)  tenien,  com  els  CCD  un  sol  amplificador  al  final  i  donaven  pitjors  resultats.  En  col∙locar  un  amplificador  a  cada  punt  sensible,  la  tecnologia  CMOS  de  píxels  actius  s'ha  convertit en una alternativa viable a la dels CCD amb qui avui competeix.    Per  entendre  com  es  fa  la  descàrrega  en  un  sensor  CMOS  cal  afegir  que  cada  píxel  té  un  miniinterruptor – marcat com (e) a la imatge ‐ que, en tancar‐se permetrà la descàrrega del  senyal acumulat al píxel. Tots aquests interruptors de píxel estan units per columnes amb un  circuit  de  columna  ‐  etiquetat  (h)  –  i  cada  un  d'aquests,  finalment  amb  un  interruptor  de  columna – (g) – que permetrà la descàrrega cap a l'exterior.    Fig.  28: Funcionament d'un sensor CMOS    Per  descarregar  una  fila  concreta  com  la  (j)  remarcada  a  la  figura,  el  primer  que  cal  fer  és  tancar,  posar  ON,  tots  els  interruptors  (e)  dels  seus  píxels.  Això  fa  que  tots  els  voltatges  amplificats  de  cada  píxels  vagin  al  seu  corresponent  Circuit  de  Columna  (h).  Tot  seguit  els  interruptors de columna (g) es van tancant (ON) successivament d'esquerra a dreta, amb la  qual  cosa  els  senyals  retinguts  als  circuits  de  columna  es  van  "enganxant"  per  produir  ordenadament el senyal corresponent a la columna (j). I així successivament per a totes les  columnes.    Breu comparació CCD / CMOS    Avui  hi  ha  una  oberta  competència  entre  aquestes  dues  tecnologies  per  constituir‐se  en  la  referència en les actuals i futures càmeres digitals. Com acostuma a succeir, hi ha partidaris   força  radicals  d'una  o  altra.  Els  motius  tècnics  per  distingir‐les  no  són  de  fàcil  comprensió  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                25/55  sense  aprofundir  en  aspectes  sofisticats  de  l'electrònica.  Per  tant,  no  hi  entrarem  a  fons,  només apuntarem uns pocs arguments comparatius prou importants i de fàcil comprensió.    El CMOS necessita dedicar més espai a cada fotodíode per encabir altres elements. Per tant  en general el CCD tindrà un fill factor més gran (veure el següent apartat) o serà més senzill  augmentar aquest factor per mitjans òptics.    Els  CCD  necessiten  altres  processadors  units  al  sensor,  cosa  que  implica  una  mida  i  una  despesa  energètica  més  gran.  Per  tant,  els  CMOS  poden  ser  més  petits,  consumir  menys  energia i escalfar‐se menys.    En un CCD el mal estat d'un sol fotodíode pot malmetre el funcionament de tota la columna,  cosa que no passa amb un CMOS que pot ser raonablement operatiu amb més d'un element  defectuós.    El CMOS té més soroll electrònic que el CCD, però la seva arquitectura píxel a píxel fa que es  pugui filtrar millor que en el cas dels CCD d'arquitectura per columnes.    Les microlents i el fill factor    El principal inconvenient de tots aquests sensors d'imatge en forma de retícula venia donat  pel fet inevitable d'haver de tenir una petita separació entre els elements captadors. Això feia  difícil obtenir altes resolucions d’imatge i podia provocar un defecte de “smear”: en imatges  intenses  la  sobrecàrrega  dels  fotosits  podia  desbordar  i  incidir  en  els  elèctrodes  receptors  propers donat ratlles verticals intenses.    Diverses  tècniques,  com  ara  una  ja  força  antiga,  els  sensors  Hyper  HAD,  originària  de  Sony,  permeten  disminuir els problemes derivats de  la  construcció  del  CCD.  A  sobre  de  cada  petit  fotòsit  s’hi  col∙loca  una  petitíssima  lent  convergent  que  concentra  en  la  superfície  dels    captadors la llum que cauria en les  Fig.  29: Sensors Hyper HAD  separacions  i  es  perdria.  Es  comprèn  fàcilment  la  gran  dificultat  de  construir  una  lent  de  precisió  de  dimensions  tan  petites.  Però  el  resultat  és  molt  bo:  la  sensibilitat  del  CCD  és  pot  doblar  amb  aquest  procediment.  Amb  una  il∙luminació  de  2000  lux,  una  càmera  amb  sensor  Hyper  HAD  pot  treballar amb un diafragma f/8 enfront del f/5,6 que necessitaria un CCD normal.    Avui  tots  els  sensors  tenen  alguna  mena  de  xarxa  de  microlents  (microlenticular  array)  per  minimitzar  aquestes  pèrdues  de  superfície  eficaç.  El  resultat  acostuma  a  expressar‐se  en  forma  de  l'anomenat  "factor  d'ompliment"  fill  factor,  el  percentatge  útil  de  superfície  de  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                26/55  cada  fotodíode.  Amb  l'ús  d'aquests  sistemes  de  microlents  es  pot  passar  d'un  fill  factor  del  50% a valors superiors al 90%.    Resolucions i mides dels sensors d'imatge    Com hem apuntat més amunt, la mida i la resolució dels sensors d'imatge ha evolucionat molt  en  molts  pocs  anys.  Per  entendre  aquest  procés  és  important  considerar  la  relació  que  s'estableix  entre  els  dos  paràmetres  més  importants  d'un  sensor  d'imatge,  la  resolució  i  la  sensibilitat.    Com  el  material  dels  fotodíodes  és  el  mateix  o  molt  semblant,  la  seva  capacitat  per  captar  més  llum  dependrà  de  forma  significativa  de  la  seva  mida.  Això  ens  permet  entendre  la  relació  força  evident  entre  els  dos  paràmetres:  per  a  una  mateixa  mida  de  sensor,  si  augmentem la resolució disminuirà la mida de cada fotodíode i per tant la seva sensibilitat i  a la inversa: resolució i sensibilitat són inversament proporcionals.    En conseqüència, per aconseguir un sensor de molta resolució i bona sensibilitat haurem de  augmentar  la  mida  del  captador.  I  aquest  és  el  camí  que  s'ha  seguit  en  el  procés  de  digitalització de vídeo, televisió, vídeo d'alta definició i cinema.    En  l'apartat  corresponent  parlarem  dels  sensors  del  cinema  digital.  Apuntem  aquí  que  els  sensors habituals en televisió i vídeo solen ser de tres mides, anomenades habitualment de  de 1/3 de polzada, de 1/2 polzada  i de 2/3 de polzada. Cal dir que les seves dimensions reals  no són en realitat aquestes: els noms provenen de les mides dels tubs de captació d'imatge  als quals van substituir.    Les  dimensions  d'aquests  sensors  són  les  següents:  pel  de  1/3  de  polzada  un  rectangle  de  5,37x4,04mm i diagonal 6,72mm, pel de 1/2 polzada un rectangle de 7,20x5,35mm i diagonal  9mm i pel de 2/3 de polzada un rectangle de 8,8x6,6mm i diagonal 11mm. Els dos primers es  fan  servir  en  el  mercat  domèstic  i  semiprofessional,  mentre  que  el  tercer  és  l'estàndard  professional en formats SD i HD.    Una variant del tercer, el 2/3 polzada HDTV és un rectangle de 9,6x5,4mm amb la mateixa  diagonal de 11mm. Com es pot veure, els tres primers tenen la relació d'aspecte clàssica 4:3  mentre  que  aquest  últim  s'adapta  a  la  relació  panoràmica  16:9  de  la  resolució  de  vídeo  digital.    La televisió en color: breu història, senyal RGB i característiques específiques    La imatge de televisió està produïda per una sèrie d’impulsos lluminosos de diversa intensitat  que,  en  arribar  en  rapidíssima  successió  a  l’ull  donen  la  sensació  d’imatge  i  moviment  continus. En conseqüència, per captar i reproduir el color en el senyal de televisió es fa servir  la síntesi additiva que consisteix, com es veu al Tema 0, en la suma directa dels colors que  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                27/55  arriben  al  nostre  ull.  La  millor  elecció  possible  dels  tres  colors  primaris  és  el  vermell  (R),  el  verd (G) i el blau (B).    Quan,  a  principis  dels  anys  50,  es  va  decidir  desenvolupar  una  televisió  en  colors  als  Estats  Units, el Comitè Federal de Comunicacions va imposar una sèrie de condicions de tipus social  i  econòmic  al  grup  d’experts,  el  National  Television  System  Committee,  que  l’havia  de  desenvolupar.  Aquestes  condicions,  per  altra  banda  molt  raonables,  van  condicionar  negativament des del punt de vista tecnològic tots els sistemes analògics de televisió en color  posteriors.    Les  més  importants  eren  dues.  El  nou  sistema  en  color  havia  de  ser  compatible  en  els  dos  sentits  amb  l’antic  sistema  en  blanc  i  negre.  És  a  dir  el  senyal  de  color  havia  de  poder‐se  veure en un televisor en blanc i negre, naturalment sense color. I, al revés, les emissions que  durant els primers anys es continuessin fent en blanc i negre havien de poder ser captades  pels nous televisors en color, òbviament en blanc i negre.    Per altra banda, el nou sistema havia de tenir la mateixa amplada de banda que l’antic, de  manera  que  es  pogués  transmetre  pels  mateixos  canals  de  radiodifusió  que  ja  estaven  repartits pels senyals en blanc i negre.    Aquestes  condicions  significaven  que  no  es  podien  enviar  directament  els  tres  senyals  de  color  R,  G    i  B,  com  hagués  estat  lògic,  doncs  els  televisors  en  blanc  i  negre  no  els  podrien  interpretar  i  per  altra  part,  en  tractar‐se  de  tres  senyals,  ocuparien  una  banda  molt  més  ampla que la del blanc i negre.    Com  els  televisors  en  blanc  i  negre  el  que  poden  descodificar  és  un  senyal  que  conté  les  variacions en la intensitat lluminosa de la imatge, era evident que, a partir dels senyals R, G i  B, s’havia d’obtenir un senyal acromàtic que només portés informació de la lluminositat.    Com  es  veu  al  Tema  0,  a  partir  de  la  teoria  del  color  se  sap  que  per  obtenir  el  blanc,  o  qualsevol nivell de gris, a partir dels fonamentals, la proporció ha de ser aproximadament la  següent:    L = 0'59G + 0'30R + 0'11B    Per  tant,  a  partir  dels  senyals  R,  G  i  B  que  genera  la  càmera,  i  amb  circuits  electrònics  sumadors  i  multiplicadors,  obtenim  un  senyal  elèctric  donat  per Y = 0'30R + 0'59G + 0'11B,  que  s’anomena  luminància  i  es  pràcticament  idèntic  al  que  donaria  una  càmera  en  blanc  i  negre.  Els  televisors  en  blanc  i  negre  no  notaran  diferència  i  interpretaran  els  canvis  en  aquest senyal com canvis en el nivell de grisos de la imatge. A la part dreta de la Fig.  31  es  pot veure la generació d’aquest senyal a la sortida del cos de càmera.    Els televisors en color necessitaran una informació cromàtica addicional per poder restituir  completament les imatges. Com ja se'ls envia un senyal, la luminància, que conté informació  barrejada dels tres colors R, G, B, n’hi haurà prou amb enviar dos senyals de color més. Com  el color que té més pes en la luminància és el verd (G), un 59%, és bona idea enviar els altres  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                28/55  dos, R i B. En realitat el què es fa és enviar la resta d’aquests senyals menys la luminància, és a  dir,  R‐Y  i  B‐Y,  doncs  és  un  sistema  més  coherent  i  facilita  la  construcció  de  circuits.  Normalment s’escriu U = B ‐ Y i V = R ‐ Y. Novament a la Fig.  31  es representa la generació  d’aquests altres dos senyals.    El conjunt dels tres senyals, Y, R‐Y i B‐Y, s’anomena components de vídeo i són les que feien  servir  directament  els  magnetoscopis  anomenats  “per  components”  com  ara  l'analògic  Betacam  que  va  dominar  la  producció  de  vídeo  professional  fins  a  l'extensió  del  digital.  Aquest format, més petit i econòmic, va permetre, a partir dels anys 1990, una producció de  gran  qualitat  a  un  preu  molt  inferior  al  dels  vells  equipaments  en  RGB  i  per  tant  l'accés  de  productores mitjanes a programes fets per emetre per televisió.    Més enllà de les raons històriques o de compatibilitat, la separació de la informació visual en  un senyal que transporta tota la informació de llum, la luminància i 2 senyals que transporten  la  informació  de  color,  les  crominàncies,  té  altres  avantatges.  Molt  especialment  derivades  del seu bon ajust al sistema visual humà. Efectivament, aquest és molt sensible als canvis en  intensitat lluminosa i molt poc als canvis de tonalitat de color. Això permet aplicar enormes  ràtios  de  compressió  –  tant  per  procediments  analògics  com  digitals  –  a  la  informació  de  color,  mantenint  tant  com  es  pugui  la  informació  de  luminància.  El  resultat  pot  ser  subjectivament indistingible de la informació sense comprimir.    Tots els codecs de compressió d'imatge real es basen en aquesta idea. De fet, com es veu al  tema 6, la digitalització del vídeo es fa a partir dels senyals en components, cosa que permet,  ja d'entrada aplicar un mostreig molt més fi i precís a la luminància que a les crominàncies.  Per  exemple,  en  l'anomenat  format  4:2:2  la  luminància  Y  és  mostrejada  a  13,5  Mhz.  i  les  crominàncies V = R‐Y i U = B‐Y a, 6,75 Mhz. En el format 4:1:1 es mostreja la luminància a 13,5  Mhz. i les crominàncies a la quarta part, és a dir 3’375 Mhz. amb la conseqüent petita pèrdua  de qualitat a canvi d’un major estalvi d’emmagatzemament.    RGB i components. Exemple: el senyal de barres de vídeo  Només per reforçar la idea de que la informació és la mateixa en RGB o components    Les 8 barres característiques de la televisió analògica en color, que es feien servir per ajustos i  com a referència de principi i final de programes, consten del blanc, el negre, els tres colors  primaris vermell, verd i blau i els seus complementaris cian, magenta i groc en l’ordre que es  veu a la Fig.  30, a la part superior de la qual apareix el senyal corresponent per a una línia  d’aquestes barres en un sistema de televisió en blanc i negre. Com és lògic només correspon  als canvis en la luminància o intensitat lluminosa.  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                29/55    En un sistema en color, si captem i visualitzem els tres  senyals  R,  G  i  B,  de  color,  tindrem  una  descomposició  de les 8 barres com la que es veu a la part intermèdia  de la mateixa figura. Observem que cada un dels colors  bàsics té el coeficient necessari – 0,59, 0,30 i 0,11 ‐ per  a que la suma, quan els tres hi són presents, doni blanc.  Sumant  dos  a  dos  s’obtenen  els  mateixos  colors  que  eren  de  preveure  d’acord  amb  la  teoria  de  la  síntesi  additiva  de  colors.  Per  exemple  per  obtenir  la  barra  groga  es  prenen  verd  i  vermell,  per  obtenir  la  barra  cian es sumen verd i blau, etc.    Aquestes  combinacions  per  generar  les  barres  les  podem representar mitjançant una petita taula amb els  coeficients  necessaris  per  obtenir  els  colors  de  les  barres a partir de R, G i B:    Colors  G  R  B  blanc  1  1  1  groc  1  1  0  cian  1  0  1  verd  1  0  0  magenta  0  1  1  vermell  0  1  0  blau  0  0  1  negre  0  0  0        Fig.  30: Una línia de barres en blanc i  Si  visualitzem  ara  els  senyals  corresponents  a  les  negre, en RGB i en components  components de vídeo Y , U = B ‐Y i V = R ‐ Y per a les 8  barres obtindríem unes formes com les de la part inferior de la mateixa Fig.  30. Observem en  particular  que  el  senyal  de  luminància  Y  coincideix  formalment  amb  el  corresponent  a  la  intensitat lluminosa en blanc i negre.    Per  obtenir  matemàticament  els  colors  de  les  barres  a  base  dels  senyals  de  components  només  cal  substituir  els  valors  obtinguts  per  RGB.  Amb  això  obtindrem  els  coeficients de la  figura. Per exemple, per obtenir el primer color, el blanc, a partir de R, G i B, es feia R=1, G=1,  B=1, i per tant,    Y = 0’59x1 + 0’3x1 + 0’11x1 = 1;  d’on  R ‐ Y = 1 ‐ 1 = 0  i  B ‐ Y = 1 ‐ 1 = 0;    Pel segon color de les barres, el groc teníem en la descomposició RGB,  R = 1, G = 1, B = 0 i per  tant,   Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                30/55  Y = 0’59x1 + 0’3x1 + 0’11x0 = 0’89 ≈ 0’9   d’on  U = R ‐ Y = 1 ‐ 0’9 = 0’1   i  V = B ‐ Y = 0 ‐ 0’9 = ‐0’9    Finalment,  per  obtenir  per  exemple  el  color  magenta,  que  en funció de RGB s’obtenia amb  G=0, R=1, B=1 tindrem,  Y= 0’59x0 + 0’30x1 + 0’11x1 = 0’41  V = R ‐ Y = 1 ‐ 0’41 = 0’59 ≈ 0’6  U = B ‐ Y = 1 ‐ 0’41 = 0’59 ≈ 0’6    Això  funciona  també  a  l’inrevés:  coneixent  un  color  expressat  en  components  es  poden  deduir els seus coeficients en descomposició RGB resolent el sistema de 3 equacions amb tres  incògnites en què els valors de Y, U, V són coneguts i els de R, G i B són les incògnites.    Naturalment,  aquestes  descomposicions  es  podrien  fer  per  qualsevol  imatge,  no  necessàriament les senzilles barres de colors, cosa que demostra que un sistema de vídeo es  pot basar indistintament en components o en RGB.    La càmera de color    La  càmera  de  color  és  essencialment  una  variant  de  la  de  blanc  i  negre  amb  un  tub  o  sensor  d'imatge  (CCD  o  CMOS)  per  a  cada  un dels 3 colors primaris.     L'esquema  d'una  càmera  clàssica  de  color  de  tres  sensors  és  el  de  la  Fig.    31.  Després  de  passar  per    l’objectiu,  la  llum  troba  un  primer  mirall  o  prisma  Fig.  31: Esquema de la càmera de color, senyal RGB i components  dicroic  vermell,  caracteritzat  per  reflectir  només  el  vermell  i  deixar  passar  les  altres  radiacions.  Un  segon  mirall  dicroic  desvia  només  el  blau  deixant  passar  el  verd.  Cada  color  va  a  un  sensor  independent  i  produeix  un  senyal  diferent.  Així  doncs,  la  càmera  de  televisió  en  color  produeix inicialment 3 senyals, un pel vermell, un pel verd i un pel blau: és el què s’anomena  senyal RGB.      Tradicionalment  i  fins  fa  pocs anys, les càmeres de televisió o vídeo de qualitat han dividit la llum en components RGB  gràcies a un bloc dicroic – un conjunt de prismes i miralls – com el que acabem de descriure.  Las  càmeres  de  color  d'un  sol  tub  o  un  sol  CCD  tenien  una  qualitat  (i  un  preu)  inferior.  La  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                31/55  digitalització  i  l'increment  de  la  resolució  dels  sensors  d'imatge  han  fet  viable  una  solució  alternativa.    Càmeres amb un sol sensor: màscara de Bayer    Inventat per l'enginyer Bryce E. Bayer de Kodak, es tracta d'una solució per poder treballar en  color  amb  un  sol  sensor.  La  màscara  es  col∙loca  immediatament  a  sobre  del  sensor  i  està  constituïda per petits filtres de color de la mateixa mida que els fotodíodes. Hi ha diverses  estructures de filtratge de colors, però la més típica és la GRGB, que cobreix cada quadradet  de 2x2 píxels amb 4 filtres, un de vermell, un de blau i dos de verds (a causa de que l'ull humà  és més sensible a la llum verda). Això fa que la informació de luminància es reculli a tots els  píxels mentre que la informació de color només a 1 o 2 de cada 4. Novament es produeix una  retallada en la informació de color que és imperceptible pel sistema visual humà.    Per  intentar  compensar  la  pèrdua  de  resolució  cromàtica  interessarà  incrementar  la  mida  del  sensor  tant  com  sigui possible.    La geometria de la màscara ‐ GRGB, RGBW  (W, white o transparent), CYMW, etc. ‐ té  aspectes  que  constitueixen  secret  industrial;  cada  fabricant  –  Sony,  Panavision,  Kodak  ...  –  fa  servir  la  seva    pròpia,  intentant  aconseguir  resultats  Fig.  32: Màscara de Bayer GRGB  millors.    El senyal que surt dels sensors amb aquestes màscares s'anomena RAW o "dades en brut". A  causa de la incompatibilitat d'arquitectures, el RAW no és un únic format estàndard i pot ser  complicat convertir‐lo en un altre d'interpretable pels programes. A canvi, les seves dades són  "pures",  no  se'ls  ha  aplicat  cap  dels  filtres  que  el  programari  de  les  càmeres  fa  abans  de  tancar la imatge en un format determinat, JPEG, per exemple.    L'avantatge  clar  de  fer  servir  aquestes  màscares  és  que  una  càmera  amb  un  sol  sensor  sempre serà més econòmica, petita i consumirà menys energia que una amb tres. A canvi, la  qualitat  que  proporciona  en  principi  tenir  tres  senyals independents sembla inevitablement  superior.  A  més,  hi  ha  una  llarga  tradició  en  la  construcció  de  càmeres  professionals  amb  prismes dicroics que alimenten tubs de raigs catòdics o CCDs.    No  obstant  les  càmeres  amb  tres  sensors  tenen  també  problemes  importants,  molt  especialment els derivats de l'escalfament que es produeix en els sensors. El bloc de prismes  dicroics,  amb  3  sensors,  pot  produir  massa  calor  i  esdevenir  una  font  indesitjada  de  soroll  d'imatge o fins i tot arribar a produir desajustos en la càmera.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                32/55  En  el  mateix sentit, al millora de la resolució amb el conseqüent increment en la mida dels  sensors,  fa  que  aquest  problema  augmenti.  Cap  fabricant  no  ha  construït  una  càmera  amb  tres  sensors  del  format  "equivalent"  al  cinema,  S35mm.  L'opció  majoritària  per  aquest  formats d'alta resolució està esdevenint les càmeres d'un sol sensor amb màscares de Bayer  sofisticades.    Balanç de blancs    Per a un correcte funcionament de la càmera és molt important l'equilibrament de blancs. El  balanç  de  blancs  s'ha  de  fer,  en  cas  que  no  sigui  automàtic,  cada  cop  que  canvia  la  il∙luminació  amb  la  que  estem  treballant.  Aquest  equilibrament  permet  ajustar  el  rendiment  de  color  de  la  càmera  a  la  temperatura de color (veure el Tema 0) de la  llum  amb  què  es  treballa.  És  per  tant  equivalent  per  tècniques  fotogràfiques  a  treballar  amb  l'emulsió  adient  a  la  llum  que  Fig.  33: Balanç de blancs analògic  s'empri. Si està mal fet el resultat tindrà unes  dominants  de  color  determinades  i  potser  molt ostensibles    La manera de fer aquest reglatge és enviant al sistema un senyal d'alguna cosa que s'ha de  veure de color blanc com ara la imatge d'un full correctament il∙luminat amb la mateixa llum i  el mateix filtre que es faran servir. En analògic, aquest reglatge assegurava que els tres tubs  donessin el màxim d'intensitat, 700mV.     Les càmeres digitals acostumen a incorporar mecanismes automàtics de balanç de blancs. El  què fan és assignar a la part més brillant de la imatge el color blanc i a la més fosca el negre.  També  hi  ha  ajustos  predeterminats  per  a  quan  es  treballa  amb  il∙luminació  perfectament  coneguda:  interiors  o  tungstè,  assoleiat,  núvol,  fluorescent...  Però,  com  és  natural,  l'ajust  manual permet un control superior de la qualitat cromàtica resultant.      Imatge digital en moviment: la convergència de vídeo, cinema i televisió    Amb  l'aparició  i  consolidació  de  l'anomenat  "cinema  digital"  es  produeix  una  definitiva  confluència  entre  els  àmbits  del  vídeo, la televisió i el cinema fotoquímic, sota la influència  determinant  de  la  informàtica  que  els  unifica  a  tots.  No  hi  ha  una  diferència  tecnològica  significativa entre cap dels tres i, al contrari, tots comparteixen característiques.    Són electrònics: vídeo i televisió ho van ser gairebé sempre, però el cinema ha conservat fins  ara  la  seva  vinculació  amb  la  fotografia  química.  Els  dos  primers  van  comptar  sempre  amb  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                33/55    l'avantatge de la gran capacitat de manipulació de l'electricitat; el segon s'ha beneficiat de la  seva superior qualitat derivada del llarg recorregut i de la simplicitat de la seva tecnologia.     Són  digitals:  vídeo  i  televisió  hi  van  esdevenir  de  manera  "natural",  digitalitzar  un  senyal  electrònic  és  un  procés  electrònic.  El  cine,  en  canvi,  modificarà  la  seva  naturalesa  per  esdevenir digital.    La distribució s'aproxima a la televisiva: tot i que el cinema digital es pot distribuir en discos  durs  o  en  altres  formats  físics  d'alta  capacitat,  el  seu  mitjà  de  transmissió  natural  és  deslocalitzat ‐ internet, connexions de cable o satèl∙lit d'alta velocitat, etc. – i de fet el control  del producte que això proporciona a les majors és una de les raons del canvi.    A  manca  de  diferències  tecnològiques  de  base,  l'ús  d'un  o  altre  terme  ve  condicionat  principalment pel context d'utilització. Si es tracta del rodatge d'un llargmetratge o d'un altre  producte  que  sempre  s'havia  fet  amb  tecnologia  cinematogràfica,  es  parlarà  de  cinematografia digital. Si es treballa en l'àmbit d'una televisió o una productora que uns anys  enrere treballava amb vídeo analògic, es parlarà de vídeo digital.    Les  diverses  necessitats  d'aquests  contextos  d'utilització  determinen  també  les  diferències  tècniques  que  existeixen  entre  les  diverses  branques  d'aquests  sistemes  electrònics  digitals  d'enregistrament, tractament, distribució i reproducció d'informació audiovisual.  De manera  molt  especial  sovint  venen  determinades  també  pels  diferents  i  importants  interessos  econòmics de les indústries que els suporten.    Aquesta  convergència  de  vídeo,  cinema  i  televisió  no  és  altra  cosa  que  un  important  cas  particular del què avui s'anomena convergència de mitjans i que és característic de l'entorn  digital, un àmbit que dilueix les fronteres entre els mitjans tradicionals. De suma importància  és  també  la  innata  bidireccionalitat  del  digital,  àmbit  dels  ordinadors:  les  dades  poden  ser  modificades  per  programes  que  poden  respondre  a  tota  mena  d'accions  fetes  per  l'usuari.  Aquesta  interactivitat modifica radicalment la forma de consumir l'audiovisual introduint la  figura de l'espectador actiu, participant i col∙laborador, consumidor i productor, el què sovint  s'anomena  prosumer.  La  conjunció  de  la  interactivitat  i  d'aquesta  forma  natural  d'integrar  mitjans  s'anomena  transmedialitat.  Amb  tota  seguretat  el  futur  del  consum  audiovisual  seguirà paràmetres transmedia.      L'alta definició en vídeo i televisió    Naturalment, el concepte "alta definició" és relatiu i canvia amb el temps. Alguns dels primers  sistemes electrònics de televisió dels anys 1930 o 1940, d'apenes 400 línies, es van dir d'alta  definició  durant  un  cert  període  de  temps.  En  substituir  els  mecànics,  de  qualitat  molt  inferior, l'ús del terme estava justificat.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                34/55  Com hem vist, l'època de l'hegemonia de la televisió "broadcast" es sustentà en els sistemes  NTSC,  originari  dels  Estats  Units  i  PAL  provinent  d'Europa.  El  primer  tenia  525  "línies  electròniques" de les quals 485 representaven realment la imatge. El segon dividia cada cicle  entre imatges en 625 línies, de les quals 575 es feien servir realment per generar la imatge.  Tots dos sistemes feien un escanejat entrellaçat de la imatge, dividida en dues parts o camps  a 30 i 25  imatges/segon respectivament (60 i 50 camps/segon).    L'aproximadament mig segle d'hegemonia d'aquests dos sistemes i el fet que tota la indústria  i  el  llenguatge  de  la  televisió  es  desenvolupessin  en  aquella  època  va  fer  que  els  nivells  de  qualitat  de  NTSC  i  PAL  es  consideressin  normals  o  "estàndard".  I  com  hem  vist  abans,  des  d'un  punt  de  vista  objectiu  tenien  la  qualitat  necessària  per  estar  per  sota  del  poder  de  separació o agudesa visual de l'ull per pantalles "normals" en sales domèstiques "normals".    En aquest moment s'acostuma a anomenar "alta definició" tot allò que supera aquells vells  estàndards. Són sistemes pensats per aconseguir una qualitat més fina en pantalles petites i a  l'hora per poder‐se visualitzar en pantalles més grans en sales o espais més grans. El cinema  en sales grans o algunes aplicacions no convencionals com ara la projecció sobre arquitectura  ("maping") són els seus límits superiors.    Ja a principis dels anys 1970 es va desenvolupar al Japó un sistema de televisió – HighVision o  MUSE – de 1.125 línies entrellaçades a 60 imatges per segon. Però va ser a partir dels anys  1980  que  el  vídeo  analògic  va  estar  en  condicions  de  generar  i  gestionar  raonablement  resolucions significativament superiors a les dels sistemes de televisió domèstics, NTSC, PAL o  SECAM. Entre altres factors, la substitució progressiva dels tubs pels CCD va ser clau per fer  viable aquesta opció.    La tecnologia més coneguda de l'època va ser la HDVS de Sony. Es basava en un format de  vídeo  analògic  en  components  de  1.125  línies  de  resolució  entrellaçada  amb  una  relació  d'aspecte  de  5:3.  Els  primers  magnetoscopis  empraven  cintes  d'1  polzada  d'amplada  semblants a la dels format C, estàndard de la televisió de qualitat broadcast de l'època.    I  és  que  tant  aquesta  com  les  altres  tecnologies  que  hi  competien  durant  aquells  anys  80,  principalment  la  HDTV  de  la  japonesa  NHK  adoptada  també  als  Estats  Units,  o  el  conjunt  d'estàndards  europeus  HD‐MAC,  que  només  es  van  emprar  en  transmissions  per  satèl∙lit,  tenien el seu àmbit natural en la televisió convencional, tant la terrestre (amb antenes) com  la de cable o la de satèl∙lit. El seu greu problema va ser tractar‐se de sofisticades tecnologies  analògiques en el moment en que s'estaven desenvolupant les primeres i encara primitives  alternatives digitals.    En aquest context va ser molt oportuna la iniciativa, engegada entre 1991 i 1993 per unes 200  companyies, inicialment europees però ben aviat d'arreu del mon, de crear el Projecte DVB  (Digital  Vídeo  Broadcasting).  Aquest  projecte  tenia  la  finalitat  de  proposar  acords  en  les  especificacions dels sistemes de distribució de mitjans digitals en general i en la transmissió o  broadcasting en particular. La FCC (Federal Communications Commision) americana, que des  de 1987 treballava en una direcció similar i amb estàndards equivalents va acabar adoptant  majoritàriament els del projecte DVB.  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                35/55    Avui,  DVB  és  el  conjunt  d'estàndards  de  tota  mena  que  permeten  la  major  part  de  la  comunicació  audiovisual  digital.  Són  especialment  importants  les  especificacions  per  a  la  televisió terrestre DVB‐T (que dóna aixopluc a la TDT), per cable DVB‐C, per satèl∙lit DVB‐S o  per  dispositius  mòbils  DVB‐H.  També  ha  estat  bàsica  la  concreció  dels  codecs  de  vídeo  –  MPEG‐2 per a la resolució estàndard SD, MPEG‐4 per a l'alta definició, ... – o d'àudio – MP3,  AAC, ... – entre d'altres.    L'establiment  de  la  família  MPEG  com  a  estàndard  de  difusió  digital  de  vídeo  va  reforçar  definitivament  el  paper  que  el  DVD  Forum  (una  agrupació  inicialment  d'empreses  productores  de  tecnologia  de  vídeo  com  Sony  o  Panasonic),  actiu  a  partir  de  1995,  li  havia  donat ja com a codec bàsic de la distribució editorial en el format DVD.    Formats de vídeo HD    Per definir les característiques d'un format de vídeo cal especificar tres paràmetres principals,  la  resolució,  l'escombratge  o  forma  d'escanejat  de  la  imatge  i  la  cadència  o  nombre  de  fotogrames que es generen cada segon.    Dels tres, el que qualifica un format com alta definició és , naturalment, la seva resolució. Per  quantificar‐la,  en  tots  els  sistemes  de  vídeo  es  fa  servir  el  nombre  de  línies  horitzontals  o  files, és a dir, la resolució vertical. Això és probablement conseqüència de la seva vinculació  amb la televisió convencional analògica, que explora la imatge horitzontalment, línia a línia,  determinant així una resolució vertical concreta. Els dos formats actuals d'alta resolució són el  de 720 files i el de 1.080 files.    Els dos formats tenen la mateixa relació d'aspecte, la panoràmica 16:9 i per tant el nombre  de columnes ve determinat unívocament: a 720 files li corresponen 1.280 columnes i a 1.080  files 1.920 columnes. La resolució acostuma a escriure's com a producte formal d'aquests dos  valors: 1.280×720 i 1.920×1.080. Al nivell de l'usuari final que compra una pantalla acostumen  a indicar‐se amb noms com HDReady i Full HD o similars.    L'escombratge,  el  sistema  d'exploració  de  la  imatge  pot  ser  progressiu  (p)  o  entrellaçat  interlaced  (i).  En  el  progressiu  s'exploren  les  línies  una  a  una,  sense  interpolacions.  A  l'entrellaçat es divideix l'exploració d'una imatge en dues parts – la mitja imatge de les línies  imparelles  i  la  mitja  imatge  de  les  parelles  –  i  després  es  componen  en  un  procés  d'entrellaçat.    L'exploració en la resolució de 720 línies es fa sempre de forma progressiva. La resolució de  1.080 línies, però, és pot explorar tant de forma progressiva com entrellaçada. Això dóna lloc  a dos formats, el 1080p i el 1080i. D'aquesta forma, en un sistema europeu amb 25 imatges  per segon, en el format 1080p és capturen 25 imatges senceres de 1920x1080 cada segon. En  el  format  1080i,  en  canvi,  es  capturen  50  mitges  imatges,  de  1920x540  cada  segon  que  es  reprodueixen de manera entrellaçada.  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                36/55    La cadència o nombre de fotogrames o imatges per segon (ips o framerate) és subsidiària de  la històrica gran quantitat d'alternatives, des dels 24 Hz. del cinema (projectats a 48 Hz.) als  30 (60) dels sistemes americans o els 25 (50) dels sistemes europeus. Les raons tecnològiques  que justificaven aquesta darrera divergència ja no tenen sentit avui, però, tot i haver existit  propostes d'unificació, especialment al voltant de la cadència 23,976 Hz. que permetria una  bona  sincronització  de  tots  els  sistemes  antics,  el  què  hi  ha  avui  és  un  gran  ventall  de  possibilitats  segons  el  país  on  s'estigui  treballant.  Naturalment  només  els  més  habituals  s'implementen en les aplicacions majoritàries. Tots ells es poden veure a la taula següent.      Mode  Resolució  Escombratge  Frame rate (Hz)  720p  1,280×720  Progressiu  23.976, 24, 25, 29.97, 30, 50, 59.94, 60, 72  1080i  1,920×1,080 Entrellaçat  25 (50 camps/s), 29.97 (59.94 camps/s), 30 (60 camps/s)  1080p  1,920×1,080 Progressiu  24 (23.976), 25, 30 (29.97), 50, 60 (59.94)      Com és natural, es treballa també en formats de resolucions superiors sovint anomenats Ultra  HD. Els dos que potser tinguin més futur poden ser el 2.160p de resolució (3.840x2.160) i amb  60 o 120 ips i el 4320p amb resolució (7.680x4.320) i també amb 60 o 120 ips.    Formats informàtics d'imatge    En  paral∙lel  als  processos  de  la  televisió,  el  vídeo  o  el  cinema,  la  indústria  dels  microordinadors va anar desenvolupant els seus propis sistemes de visualització. Els primers  ordinadors personals només podien reproduir text en blanc i negre i en 40 o 80 columnes. A  poc a poc, les targetes gràfiques van anar millorant i els primers i molt senzills gràfics es van  poder visualitzar a les pantalles dels ordinadors. Evidentment, la imatge en moviment encara  va trigar més temps en poder ser processada de manera "normal" pels ordinadors.    La  primera  targeta  gràfica  amb  capacitat  més  enllà  del  text  en  la  línia  majoritària  dels  compatibles PC va ser la  CGA (Color Graphics Adapter) introduïda per IBM el 1981. Permetia  visualitzar text en 25 files i 40 o 80 columnes amb 16 colors i una resolució de 640x200 píxels  o gràfics en aquesta mateixa resolució en blanc i negre o en 4 colors amb una resolució de  320x200 píxels.    La  següent  targeta  gràfica  en  aquesta  línia  va  ser  la  EGA  (Enhanced  Graphics  Adapter)  introduïda  també  per  la  pròpia  IBM  el  1984.  Els  seus  dos  millors  modes  permetien  representar  imatges  de  16  colors  fixos  a  una  resolució  de  640×200  píxels  o  de  16  colors  a  escollir entre 64 a una mida de 640×350 píxels.    El salt qualitatiu definitiu en la visualització d'imatges en ordinadors personals es va donar el  1987 quan IBM va llençar la VGA (Vídeo Graphics Array) que proporcionava ja una resolució i  un  nombre  de  colors  mínimament  acceptables.  Els  dos  modes  més  interessants  de  la  VGA  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                37/55  eren el de 640×480 píxels (en relació d'aspecte televisiva 4:3) en 16 colors o monocrom i el  de 320×200 en 256 colors.    Millores  posteriors  i  molt  ràpides  com  el  nou  estàndard  XGA  d'IBM  i  molt  especialment  el  triomfant Super VGA o SVGA, resultat de la unió de diversos fabricants, van obrir el camp de  les  majors  resolucions  i  nombre  de  colors  a  l'àmbit  dels  ordinadors  personals.  En  la  seva  primera  versió  de  1989  SVGA  establia  un  mode  de  800  ×  600  píxels  amb  16  colors  que  ràpidament es va ampliar fins els 1024 × 768 píxels amb 256 colors.    Aquestes  resolucions  ‐  640×480,  800  ×  600  i  1024  ×  768,  totes  en  relació  d'aspecte  4:3  –  i  nombre de colors – 256, 16 milions – es van anar consolidant com els formats més habituals  en  els  ordinadors  personals.  Són  també  tot  sovint  les  resolucions  de  referència  per  a  la  visualització de vídeo en telèfons mòbils. També ho són sovint en l'àmbit dels videojocs o en  el vídeo a través de la web    En no ser SVGA un estàndard acordat, cada fabricant va començar a oferir les seves pròpies  característiques  i  avui  el  nombre  de  formats  derivats  de  la  VGA  en  alta  resolució  és  inabastable. Entre els molts existents podem mencionar els WUXGA, de 1920x1200, WQXGA,  de 2560x1600 o el WHXGA, de5120x3200.    La  confluència  d'elements  provinents  del  vídeo,  del  cinema  i  dels  ordinadors  en un sistema  conjunt  fa  que  de  vegades  sigui  necessari  anar  amb  compte  en  aquest  tema  de  les  resolucions. Un cas típic és la visualització d'un senyal de vídeo d'alta definició o de cinema  digital en un monitor o projector informàtic. En aquest cas s'ha de vigilar que la resolució del  monitor permeti encabir tots els formats a treballar en la seva "resolució nativa" de manera  que  potser  hi  hagi  píxels  que  no  es  facin  servir  però  que  en  cap  cas  no  calgui  reeescalar  la  imatge.    També va ser una iniciativa provinent del camp informàtic el procés d'estandardització de la  imatge  en  moviment.  Aquest  procés  va  derivar  en  bona  mesura  de  l'anterior  per  arribar  a  establir  estàndards  de  compressió  de  la  imatge  digital  de  qualitat  fotogràfica,  conduit  pel  Joint  Photographic  Experts  Group  que,  a  partir  de  1982  ha  anat  generant  els  diversos  estàndards coneguts amb les seves inicials JPEG. Quan la tecnologia va començar a permetre  la restitució de vídeo d'una qualitat raonable en ordinadors personals es va posar en marxa el  Moving  Picture  Experts  Group,  que  des  de  1988  estableix  estàndards  d'àudio  i  vídeo  coneguts generalment amb les sigles MPEG.      Cinema digital    Abans  d'entrar  en  detalls  tècnics  recuperarem  alguns  antecedents  que  mostren  l'existència  d'una voluntat permanent de realitzar pel∙lícules cinematogràfiques convencionals en format  electrònic. Naturalment, per poder‐se projectar en pantalles grans a sales grans, la millora de  la qualitat havia de ser el factor clau.  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                38/55    El vídeo d'alta definició i els primers "cinemes electrònics"    Ja  hem  vist  que  en  els  seus  inicis  la  televisió  es  concebia  principalment  com  un  sistema  de  visionat públic en sales que hauria de substituir el cinema. L'èxit del sistema de transmissió  d'un punt a molts punts, broadcast, implementat per a la ràdio durant els anys 1920 i 1930  va fer que finalment s'apliqués aquest mateix model a la televisió. També va ser important  que  la  qualitat  de  la  imatge  electrònica  durant  les  primeres  dècades  de  la  televisió  convencional fos extraordinàriament inferior a la del cinema. Com hem vist no va ser fins els  anys 1980 que el vídeo analògic va començar a comercialitzar sistemes de resolució superior  a les 1.000 línies horitzontals.     La voluntat de "donar el salt" a la qualitat cinematogràfica comença a ser creïble en aquesta  època i en els immediats anys 90. El 1987, Giulia e Giulia, una pel∙lícula italiana dirigida per  Peter  Del  Monte  amb  Kathleen  Turner,  Gabriel  Byrne  i  Sting  va  ser  filmada  en  la  nova  tecnologia de vídeo d'alta definició HDVS de Sony i transferida posteriorment a pel∙lícula de  35 mm per a la seva projecció en cinemes.    Però l'intent era prematur a més d'exagerat per raons de màrqueting: Sony promocionava la  seva tecnologia HDVS sota el concepte de "cinematografia electrònica". I l'empresa japonesa  va perseverar en aquesta orientació comercial del seu vídeo vers el cinema: uns anys després,  en  1998  promocionava  els  seus  primers  equips  d'alta  definició  digital  com  "cinematografia  digital".    Els  experiments  van  continuar:  el  1998  es  va  produir  The  Last  Broadcast,  el  primer  llargmetratge  enregistrat  amb  càmeres  digitals  domèstiques  i  postproduit  amb  programes  d'edició  en  ordinadors  personals.  Aquesta  mateixa  pel∙lícula  va  ser  la  primera  en  ser  projectada  digitalment  amb  els  primers  projectors  de  la  tecnologia  DLP  de  Texas  Instruments,  a  cinc  cinemes  dels  Estats  Units.  Per  tant  va  ser  també  la  primera  pel∙lícula  distribuïda parcialment de forma digital.    El canvi de segle va veure els primers intents de la gran indústria cinematogràfica per emprar  la producció digital en el seu negoci. Molt especialment George Lucas, el 1999, va introduir  alguns fragments enregistrats amb càmeres digitals d'alta resolució a l'episodi 1 de la Guerra  de  les  Galàxies,  "La  Amenaza  Fantasma",  sense  que  es  notés  la  diferència  amb  l'enregistrament  fotoquímic.  Aquesta  pel∙lícula  també  es  va  projectar  digitalment  a  quatre  cinemes dels Estats Units emprant la mateixa tecnologia, DLP.    El  mateix  Lucas  va  intervenir  a  "Once  Upon  a  Time  in  Mexico"  (El  mexicano)  de  2003  de  Robert Rodriguez amb Antonio Banderas, Salma Hayek i Johnny Depp, considerada la primera  pel∙lícula enregistrada íntegrament en vídeo d'alta definició a 24 imatges per segon. També  va  enregistrar  el  2002  l'episodi  2  de  la  Guerra  de  les  Galàxies,  "El  ataque  de  los  clones",  completament en digital.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                39/55  Una altra experiència significativa va ser "L'arca russa" dirigida el 2002 per Alexandr Sokurov,  que va aprofitar la possibilitat d'enregistrar imatges sense comprimir en un disc dur de gran  capacitat per fer la primera pel∙lícula de llarg metratge formada per un sol pla seqüència. La  seva duració són 96 minuts. Hitckoch, que va fer el mateix a "La soga" el 1948, no va tenir  més  remei que tallar quatre cops, en punts gairebé imperceptibles, per canviar el rotlle de  càmera.  Sokurov  va  emprar  una  Sony  HDW‐F900  d'ús  professional  muntada  en  una  Steadicam.    També  val  la  pena  esmentar  aquí  l'estàndard  E‐Cinema,  que  treballa  amb  resolucions  de  la  HDTV i que es fa servir per a les transmissions d'events, com ara òperes o esports a pantalles  de  cinema.  Aquest  cinema  electrònic  disposa  de  l'equipament  necessari  per  a  les  transmissions  en  directe  –  càmeres  lleugeres,  unitats  mòbils,  etc.  –  que  no  té  el  cinema  digital.  Els  projectors  necessaris  també  són  més  econòmics.  A  causa  del  seu  ús  en  sales,  aquest cinema electrònic de vegades s'anomena cinema 1,4K o 1,3K.    La iniciativa DCI Digital Cinema     Tot i l'explícita voluntat del vídeo d'alta definició de "convertir‐se" en cinema, va ser la gran  indústria de la producció tradicional la que va acabar generant uns nous estàndards d'imatge  electrònica pel cinema. I va triar diferenciar‐los clarament dels provinents de la indústria de  l'electrònica audiovisual.    La consolidació, en els anys del canvi de segle, de la tecnologia de projecció digital – a finals  de l'any 2000 havia 15 cinemes digitals als Estats Units, 11 a Europa, 4 a Àsia i 1 a Sudamèrica  – juntament amb la difusió de les pel∙lícules de George Lucas i de les provinents de Pixar, el  primer gran estudi d'animació 3D, va motivar l'arrencada definitiva del cinema digital.    A principis del 2000, la SMPT (Society of Motion Picture and Television Engineers) engegà un  grup  de  treball  per  formular  estàndards  de  cinema  digital.  Però  van  ser  els  grans  estudis  ‐  Disney, Fox, MGM, Paramount, Sony Pictures Entertainment, Universal i Warner Bros. Studios  – els qui el març del 2002 van crear el projecte Digital Cinema Initiatives (DCI) amb la finalitat  expressa de desenvolupar les especificacions del futur cinema digital.    Al cap d'un parell d'anys la DCI i la ASC (American Society of Cinematographers) van crear la  ASC‐DCI Standard Evaluation Material (StEM), la referència per garantir la qualitat d'imatge  en els dos formats 2K i 4K. La primera especificació DCI pel cinema digital (Versió 1.0) es va  presentar  el  juliol  de  2005.  El  codec  escollit  per  a  la  imatge  és  el  JPEG2000  (extensió  .j2c)  explorat  a  12  bits  per  component  i  suportant  dos  nivells  de  resolució,  el  2K  (2048×1080  píxels) restituït a 24 o a 48 imatges per segon i el 4K (4096×2160 píxels) només a 24 frames  per second.  Pel so s'especificaven fins a 16 canals d'àudio sense comprimir en format  .wav  ("Broadcast Wave") amb un nivell de quantificació de 24 bits i una freqüència d'exploració de  48 kHz o 96 kHz.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                40/55  Tot i què en països com Xina, l'Índia o el Japó es fan servir formats propis, el DCI és el sistema  majoritari a la resta del mon i molt especialment a Estats Units i Europa.    Com  és  natural  en  un  sistema  digital,  el  projector  digital  dels  cinemes  és  alimentat  per  un  ordinador que actua de servidor. En aquest servidor es copia l'arxiu que conté la pel∙lícula i  que s'anomena "Digital Cinema Package" (DCP). La mida normal d'aquest arxiu és d'uns 200  o 300 GBytes. Sol arribar a la sala de cinema en un disc dur de gran capacitat o per connexió  via  satèl∙lit,  per  cable  o  per  internet. Sembla que hores d'ara el transport físic és majoritari  però  aquesta  és  una  situació  que  hauria  de  canviar‐se  si  no  és  que  interessos  econòmics  frenen el procés.    Doncs la seguretat i el control de la còpia és un dels factors característics del cinema digital.  Els  arxius  arriben  encriptats,  la  clau  per  desencriptar‐los  es  transmet  per  una  via  diferent,  com  ara  el  correu  electrònic,  i  el  software  control∙la  tot  el  procés  de  projecció:  els  arxius  només es poden copiar en el servidor contractat, el temps durant el qual seran disponibles i  el  nombre  de  projeccions  que  es  poden  fer  està  predeterminat  per  contracte.  Això  sí,  el  mateix programa pot control∙lar, a més a més del projector, altres elements relacionats amb  la projecció com ara el sistema de so, la il∙luminació de l'auditori, el moviment del teló si n'hi  ha, etc.    Altres  elements  que  formen  la  sessió,  com  ara  els  anuncis  o  els  tràilers  també  estan  en  format  DCP  però  arriben  per  vies  diferents,  com  ara  DVD‐ROMs,  memòries  USB,  etc.  que  poden encabir les seves menors dimensions.    Sobre JPEG2000, el sistema de compressió del cinema digital    En  primera  instància  pot  semblar  estrany  que  el  cinema  digital  adoptés  com  a  sistema  de  compressió  de  la  seva  imatge  en  moviment  un  estàndard  d'imatge  fixa.  Efectivament,  JPEG2000 és una versió actualitzada del clàssic format JPEG de compressió d'imatge fixa, vàlid  especialment per imatges de tipus fotogràfic. Fer servir un format d'imatge fixa per restituir  imatge en moviment significa que el sistema comprimeix i descomprimeix un fotograma rere  l'altre,  sense  deixar‐se  cap,  tractant  el  flux  de  vídeo  com  una  successió  d'imatges  fixes.  En  altres paraules, es fa servir la compressió interframe i es renuncia a la compressió intraframe.    Recordem que la compressió intraframe o delta frame era la que buscava redundàncies entre  frames consecutius, de manera que només guardava un fotograma sencer – key frame ‐ de  tant en tant, típicament cada 10 o 15 fotogrames i restituïa la resta a partir d'aquests. Amb  això s'aconsegueixen ràtios de compressió espectaculars que són a la base de la major part  d'algoritmes de compressió de la imatge en moviment com ara els de la família MPEG.     L'inconvenient  de  la  codificació  intraframe  sorgeix  quan  es  necessita,  com  en  els  processos  d'edició o muntatge de cinema, recuperar amb tota qualitat tots i cada un dels fotogrames.  Per  fer  això,  per  recuperar  un  fotograma  que  no  sigui  un  key  frame,  el  sistema  ha  de  descomprimir una sèrie de fotogrames abans i després del key frame més proper per tal de  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                41/55  restituir  en  les  millors  condicions  possibles  la  imatge  desitjada.  La  necessitat  reiterada  d'aquest procés afecta el funcionament i la qualitat dels sistemes d'edició.    Per  altra  banda,  en  la  compressió  intraframe,  si  per  algun  petit  problema  es  perd  la  informació d'un fotograma, això afecta la dels més propers, de forma que es poden arribar a  perdre  bastants  fotogrames.  Per  exemple,  en  el  format  720p  de  vídeo  en  alta  resolució  es  poden arribar a perdre fins a 6 fotogrames i fins a 15 en el format 1080i. Això, que no és un  problema en el flux continu de dades del visionat, és crític en processos de muntatge acurats.    Càmeres, sensors d'imatge i òptiques    En  l'àmbit  de  les  càmeres  de  cinema  digital  s'ha  produït  una  convergència  real  entre  els  fabricants de càmeres de cinema fotoquímic que s'han passat al digital – Arri, Panavision– i  les companyies de vídeo de consum o professional com Sony, Panasonic o Thomson (Grass  Valley)  que  han  entrat  en  el  nou  mercat.  A  elles  s'han  unit  empreses  de  nova  creació  o  d'altres  àmbits  propers  que  han  aprofitat  el  canvi  de  tecnologia  per  entrar  al  nou  mercat,  sovint amb força èxit: Red, Silicon Imaging, Vision Research, Blackmagic, Weisscam, GS Vitec,  etc.    Totes les càmeres de cinema digital fan servir sensors CCD o CMOS per capturar les imatges.  Normalment,  com  la  majoria  de  càmeres  fotogràfiques  digitals,  fan  servir  un  sol  sensor  proveit d'un dispositiu de tractament del color com la màscara de Bayer. Aquesta disposició  permet  que  la  càmera  digital  se  sembli  molt  a  les  càmeres  fotoquímiques  tradicionals.  La  possibilitat  de  construir  sensors  d'imatge  de  grans  dimensions,  semblants  als  habituals  fins  ara,  fa  que  l'analogia  entre  negatiu  químic  i  sensor  es  pugui  arribar  a  fer  absoluta.  Això  és  molt  important  si  recordem  la  relació,  esmentada  al  Tema  2,  entre  les  dimensions  del  "negatiu" i la focal de les òptiques a emprar: l'angle d'obertura i per tant la condició d'òptica  normal, angular o tele, depèn de la mida de la zona sensible, química o electrònica.    Les càmeres de cinema digital incorporen sensors de mides molt similars als 16, 35 i fins i tot  65 mm. del cinema fotoquímic. Això possibilita l'ús de les mateixes òptiques habituals en la  producció cinematogràfica i fins i tot mantenir els estàndards de muntures òptiques com ara  el PL i el PV. L'ús de les mateixes òptiques fa que aspectes visuals que poden ser summament  expressius com ara i molt especialment la profunditat de camp es puguin mantenir sense a  penes canvis en la transició entre fotoquímic i digital.    Resolució dels formats cinematogràfics    A diferència dels formats de vídeo, els de cinema s'especifiquen habitualment en termes de la  seva  resolució  horitzontal  i  per  tant  en  funció  del  nombre  de  columnes.  Els  formats  més  habituals són múltiples enters de 1.024 i, com aquest valor correspon al prefix Kilo (K) en la  numeració en base 2, pròpia del digital, s'expressen en la forma nK.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                42/55  Així, el format 2K té 2x1024 = 2.048 columnes, o 2.048 píxels d'amplada i el format 4K en té  4.096 columnes, o píxels d'amplada. La resolució vertical, naturalment, és funció de la relació  d'aspecte de cada pel∙lícula en particular. L'especificació DCI ha decidit adoptar com a format  de pantalla bàsic o sencer (anomenat Full Container) el de 1,89:1. Això dóna un nombre de  files per a cada un dels dos formats de 2.048 / 1,89 = 1083,6 files i 4.096 / 1,89 = 2167,2 files  que s'arrodoneixen a 1.080 i 2.160 respectivament. Amb això, el nombre de píxels de cada un  dels dos formats, 2K i 4K, és 2.048x1.080 i 4.096x2.160 respectivament.    Això significa que quan es distribueixen en el format propi de DCI, el Digital Cinema Package  (DCP),  les  pel∙lícules  amb  altres  relacions  d'aspecte  s'ajustaran  mitjançant  la  inserció  de  franges negres horitzontals (letterboxing) o verticals (pillarboxing) i per tant no s'aprofitarà la  resolució  sencera  del  format.  Tot  seguit  posem  uns  quants exemples de les resolucions per  diverses relacions d'aspecte.    Format Scope (2,39:1):  2K (2048×858) letterboxet  4K (4096×1716) letterboxet    Format Flat (1,85:1):  2K (1998×1080) pillarboxet  4K (3996×2160) pillarboxet    Format HDTV 16:9 aspect ratio (~1.78:1):  2K (1920×1080) pillarboxet  4K (3840×2160) pillarboxet    Tots dos formats són d'exploració progressiva de la imatge i passen a una cadència bàsica de  24 imatges per segon. Alternativament, el format 2K admet també una cadència ràpida de 48  fps. La primera pel∙lícula produïda i projectada en aquest format 2K 48ips és "El hobbit".      Fig.  34: Comparació de dimensions entre els formats principals de cinema i vídeo digitals  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                43/55      Alguns criteris per a la comparació dels dos cinemes    No tots els directors o creadors implicats en el mon del cinema estan d'acord que el pas del  format fotoquímic al digital sigui un avenç. Alguns, com ara Christopher Nolan han manifestat  obertament la seva convicció que el canvi es deu exclusivament a raons econòmiques i de cap  manera  a  una  millora  de  la  qualitat.  Quentin  Tarantino  ha  amenaçat  amb  retirar‐se,  doncs,  tot i que encara pot produir íntegrament en pel∙lícula, es veu obligat ja a que les seves obres  es vegin amb projectors digitals. Considera despectivament aquesta forma de distribució una  simple  "televisió  en  públic".  Steven  Spielberg,  al  seu  torn,  considera  la  projecció  digital  inferior a la tradicional i en el seu moment va intentar estrenar "Indiana Jones y el templo de  la Calavera de Cristal" exclusivament en cinemes tradicionals.    Com acostuma a passar en tots els canvis radicals de format – només cal recordar la polèmica  permanent entre vinil i CD – no és possible donar arguments tecnològics irrebatibles. Només  podem  assenyalar  alguns  dels  aspectes  més  rellevants  de  la  polèmica  i  apuntar  breus  consideracions generals.    Un punt de gran importància i de cap manera resolt objectivament és el de la comparació de  les resolucions dels dos sistemes. Essencialment perquè on el digital treballa amb una xarxa  de sensors quadriculada el negatiu químic té un patró irregular de grans de diferents mides.  Hi  ha  estudis  científics  que  conclouen  que  aquesta  distribució  aleatòria  permet  emmagatzemar  en  el  negatiu  original  una  quantitat  extraordinària  d'informació  a  una  resolució  molt  fina,  inabastable  per  les  càmeres  digitals;  molt  especialment  quan  es  tracta  dels enormes negatius de 70mm emprats per cinemes com l'IMAX.    En  contra  d'això,  els  partidaris  de  la  tecnologia  digital  poden  argumentar  que  assolir  grans  resolucions és una qüestió de temps – de fet es diu que el 4K és ja equivalent al 35mm. – i  que la textura aleatòria es pot simular algorítmicament.    Més  difícil  és  argumentar  en  contra  de  la  veritable  resolució  dels  enregistraments  amb  càmeres  digitals  d'un  sol  sensor.  En  efecte,  l'ús  de  dispositius  com  la  màscara  de  Bayer,  interposats entre la llum i els sensors fa que el sistema no capti de debò les components de  color  RGB  a  cada  punt.  Al  contrari,  per  a  cada  píxel  d'un  grupet  es  filtra  la  part  d'un  sol  d'aquests colors bàsics i esperden les altres.    La imatge restituïda és el resultat de complexos algoritmes de "recuperació" dels valors de  color  de  la  "imatge  original"  píxel  a  píxel.  Tant  l'arquitectura  física  de  la  màscara  com  els  processos  matemàtics  implementats  en  aquests  algoritmes  condicionen  radicalment  les  característiques de la imatge resultant en general i la seva resolució en particular. El resultat  és sempre i inevitablement una imatge fins a cert punt "inventada". La resolució "real" – sigui  el què sigui – serà sempre inferior a la resolució nativa del sensor.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                44/55  Per altra banda, els filtres  anti‐aliasing (el pixelat visible com a corbes "serrades" degut a la  discontinuïtat  de  la  imatge  digital)  que  fan  servir  moltes  càmeres,  disminueixen  també  la  resolució òptima.    Un altre aspecte important relacionat amb l'anterior i altament subjectiu és el de la diferent  textura  de  les  dues  imatges.  En  efecte,  la  imatge  granulada  pròpia  del  procés  fotoquímic,  amb la seva variabilitat fins i tot entre diversos fabricants o processos no té res a veure amb  el soroll electrònic, més uniforme, del digital. Triar un o l'altre pot ser finalment una qüestió  de gustos.    Un paràmetre de gran importància per avaluar la qualitat d'un resultat fotogràfic en general i  cinematogràfic en particular és el rang dinàmic, la relació entre els valors de luminància més  alt  i  més  baix  que  el  sistema  pot  restituir.  Cap  sistema  tecnològic  pot  recuperar  el  rang  dinàmic de l'ull humà i en general s'accepta que el cinema digital dóna millors resultats que el  vídeo digital, però pitjors que el cinema fotoquímic. Aquest permet a un bon fotògraf jugar  amb  la  subexposició  i  la  sobreexposició  per  enregistrar  els  detalls  de  les  zones  més  importants. No obstant, les tècniques algorítmiques digitals permeten, per exemple a partir  de 3 captures diferents de la mateixa imatge, reconstruir una imatge única amb un nivell de  detall diferenciat a cada una de les zones d'exposició.    Contra  el  què  podria  semblar  en  primera  instància  el  cinema  tradicional  és  superior  en  diversos  aspectes  al  digital  com  a  sistema  d'arxiu  de  les  obres.  L'extrema  volatilitat  i  constants  canvis  en  les  tecnologies  electròniques  fan  que  ningú  no  pugui  garantir  una  restitució  senzilla  de  les  dades  digitals  després  d'uns  anys.  Mantenir  una  permanent  "compatibilitat  cap avall" pot significar uns costos i dificultats tècniques notables. Per altra  banda,  cap  dels  suports  físics  de  la  informació  electrònica  o  digital  i  molt  especialment  els  magnètics – discs durs magnètics, cintes – té una permanència de 100 anys que sí pot tenir el  suport  químic  en  condicions  adients.  Només  alguns  tipus  de  memòries  òptiques  poden  garantir  aquests  100  anys  de  permanència  o  fins  i  tot  més;  però,  a  causa  de  la  manca  d'experiència directa, aquest és un tema subjecte a un debat obert.    Amb  tot  això  s'ha  calculat  que  el  cost  d'emmagatzemar  directament  un  màster  digital  en  format 4K pot resultar fins a un 1100% més car que el corresponent en pel∙lícula de 35mm.  Per tot això el costum és fer còpies químiques d'arxiu en la majoria de llargmetratges fets en  format digital.    Hi  ha  molts  altres  aspectes  tècniques  en  el  debat  entre  les  dues  tecnologies  cinematogràfiques, com ara el diferent tractament del color o la possible aparició de petits  errors de hardware o software ‐ technical glitches – quan es fan servir les càmeres digitals en  situacions  extremes  –  entorns  caòtics  o  imprevisibles,  objectes  a  velocitats  molt  altres  i  variables ‐ més enllà dels límits de funcionament inicialment previstos. Però amb tot això ja  n'hi ha prou per entendre que estem davant d'un altre debat sense fi i potser inevitablement  amb forta càrrega apriorística.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                45/55    El tub d’imatge en color  Resumir. Com el color es forma com a suma de RGB    En el tub d'imatge d’un televisor en color hi  ha  tres  canons.  L’ideal,  per  poder  restituir  els  colors  per  síntesi  additiva  a  base  dels  tres colors fonamentals, és que a un es faci  arribar  el  senyal  vermell  (R),  a  un  altre  el  verd  (G)  i  a  un  altre  el  blau  (B).  Com  la  informació  de  luminància  i  crominància  ve  de  la  forma    Y,  R‐Y  i  B‐Y,  el  què  es  fa  en  realitat, és enviar la luminància Y a tots tres  i tot seguit enviar a cada un les diferències    G‐Y,  R‐Y,  B‐Y.  Amb  això  el  resultat  són  les  Fig.  35: Esquema del tub d'imatge en color  sumes Y + G ‐ Y = G;   Y + R ‐ Y = R   i   Y + B ‐  Y = B  i que a cada tub arribi el senyal corresponent a un color fonamental.    La  capa  luminiscent  de  la  pantalla  d’un  monitor  en  color  està  constituïda  per  tríades  o  grups  de  tres  fòsfors  o  luminòfors.  Un  d’ells,  en  rebre  l’impacte  dels  electrons  emet  llum  vermella,  un  altre l’emet verda i el tercer blava. Aquests punts  són molt petits, en un monitor hi ha de l’ordre de  1.500.000. Des de lluny l'ull fa una síntesi additiva  de les tres llums de colors, de manera que enviant  la intensitat necessària a cada component es pot  obtenir gairebé qualsevol color natural. Hi ha una  analogia  entre  els  tres  nivells  dels  senyals    elèctrics  R,  G,  B  i  el  nivell  d'intensitat  de  la  component de color corresponent per a obtenir el  Fig.  36: La reproducció dels colors en el tub  color de què es tracti.    Immediatament  abans  de  la  pantalla  hi  ha  una  làmina  amb  forats  anomenada  màscara.  La  seva funció és dirigir o enfocar cada feix d’electrons sobre els seus fòsfors corresponents, de  manera que el canó controlat pel senyal vermell incideixi només en els fòsfors vermells i el  mateix  passi  amb  els  altres  dos  canons.  El  disseny  dels  forats  de  la  màscara  ha  anat  evolucionant per tal d’aconseguir focalitzacions cada cop millors.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                46/55    Dispositius de visualització plans: pantalles de cristall líquid, LCD    A diferència dels tubs, els sistemes de visualització plans es caracteritzen per dividir la imatge  en minúsculs elements alineats en files i columnes, de forma que en sistemes digitals resulta  molt natural controlar‐los a partir dels valors de la memòria de vídeo per a cada píxel. Entre  totes les tecnologies basades en aquesta idea de construir una xarxa o retícula d'elements, els  més emprats són les pantalles de cristall líquid o LCD (liquid cristal display) i els seus derivats,  com ara els TFC.    Els cristalls líquids i el seu ús en dispositius de visualització    El  botànic  austríac  Friedrich  Reinitzer  va  ser  el  primer  en  obtenir  el  1888  un  material  amb  propietats de cristall líquid. Com el nom indica es tracta de substàncies amb propietats a mig  camí  entre  les  del  sòlid  cristal∙lí  i  les  del  líquid.  Recordem  que  en  el  primer  les  molècules  estan  fortament  orientades  i  a  penes  es  poden  moure  mentre  que  en  el  segon  és  tot  el  contrari  i  la  llibertat  és  molt  gran.  Per  tant  un  cristall  líquid  sembla  unir  propietats  aparentment contradictòries.    Per entendre les bases de com funcionen aquests materials, podem considerar, en un model  simplificat, que les seves molècules tenen forma de varetes i estan ordenades al atzar però  amb una tendència a orientar‐se cap a un eix comú, anomenat eix director. Aplicant un camp  elèctric  extern  a  aquest  material  es  pot  aconseguir  que  les  molècules  s’orientin  segons  la  direcció d’aquest camp elèctric, és a dir que l’eix director segueixi una direcció controlada a  voluntat. En les figures 35 i 36 l'eix director és vertical.    Aquest  és  el  fet  fonamental  que  es  fa  servir  per  a  controlar  els  dispositius  de  visualització  basats  en  aquests  materials,  doncs  les  propietats  òptiques  dels  cristalls  líquids  canvien  segons quina sigui l’orientació de les molècules. La propietat fonamental és què si un raig de  llum  polaritzada  linealment  travessa  el  cristall  líquid,  el  seu  angle  de  polarització  tendeix a  girar  en  la  direcció  de  l'eix  director.  L'angle  girarà  més  o  menys  en  funció  de  com  estiguin  orientades les molècules. Controlant l'orientació de les molècules amb el camp elèctric extern  es pot controlar la direcció de polarització de la llum que travessa el cristall.    Recordem  que  la  llum  polaritzada  (això  està  explicat  al  Tema  0)  és  aquella  en  què  tots  els  trens d'ones ‐ breus impulsos electromagnètics que la componen ‐ vibren en un mateix pla.  En la llum ordinària els trens d'ones vibren, en principi, en totes les direccions possibles. Quan  es fa que aquesta llum travessi un filtre polaritzador, només passen els trens orientats en una  determinada  direcció.  I  per  tant,  si  ara  aquesta  llum  es  fa  passar  per  un  filtre  girat  90º  respecte el primer, no passarà cap tren d'ones i el resultat serà la foscor.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                47/55  La  propietat  fonamental  dels  cristalls  líquids  és  que  quan  les  seves  molècules  estan  completament desordenades fan girar 90º l'angle de  polarització  de  la  llum.  En  canvi,  quan  estan  completament  alineades  al  llarg  de  l'eix  director  no  canvien  en  absolut  la  direcció  de  polarització  de  la  llum. I entre el màxim desordre i el màxim ordre són  possibles tots els valors intermitjos.    Els elements que formen una pantalla de visualització  basada en LCD són una mena de sandwich. Es col∙loca  una capa de cristall líquid entre dos elèctrodes i això  es situa entre dos filtres polaritzadors girats 90º, un a  sobre  i  l’altre  a  sota.  La  llum  incident  és  polaritzada  pel  primer  filtre.  Com  es  representa  a  la  primera  imatge,  quan  les  molècules  estan  orientades  lliurement  fan  girar  90º  l’angle  de  polarització  de  la  llum  i  per  tant  aquesta  pot  passar  pel  segon    polaritzador.  Fig.    37:  Display  de  cristall  líquid:  la  llum    passa.  En canvi, si s’aplica un determinat corrent al cristall a  través  dels  elèctrodes,  les  molècules  s’alineen  i  el  cristall  perd  la  propietat  de  fer  girar  l’angle  de  polarització  de  la  llum.  Aquesta  restarà  inalterada  i  per tant no passarà pel segon polaritzador, com veiem  a la segona figura.    I  si  s'apliquen  corrents intermitjos l'orientació de les  molècules  serà  també  intermitja,  la  direcció  de  polarització  estarà  entre  0º  i  90º  i  passarà  una  quantitat de llum intermitja entre la màxima possible i  la  foscor.  D’aquesta  manera  es  pot  aconseguir  controlar  el  pas  de  la  llum  a  voluntat.  Es  pot  dir  que  els  cristalls  líquids  (amb  els  elèctrodes  que  els  controlen)  són  una  mena  de  filtres  polaritzadors  dinàmics o variables.  Fig.  38: Display de cristall líquid: la llum no    Els  display  numèrics  emprats  en  passa.  algunes  calculadores,  rellotges  i  dispositius  semblants  des  de  fa  anys  es construeixen a base de 7 elements que s’encenen i s’apaguen per produir  qualsevol  de  les  10  xifres  del  0  al  9.  El  cristall  líquid  es  situa  entre  dos    elèctrodes. El de sota té forma de 8, la unió dels 7 fragments que formen els  Fig.  39: Display  números.  El  de  sobre  també  està  dividit  en  les  7  parts  amb  les  formes  LCD numèric.  adequades,  però  a  més  es  poden  activar  independentment.  Als  fragments  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                48/55  que es volen apagar se'ls aplica corrent elèctric de manera que l’angle de polarització no giri i  no passi la llum, i als que es vol encendre no se'ls aplica corrent de forma que l’angle gira i la  llum pot passar pel filtre polaritzador de sota.    Aquests dispositius acostumen a fer servir la pròpia llum ambient i per tant no es veuen a les  fosques. Fan servir un mirall col∙locat a sota del segon polaritzador per reflectir la llum cap a  l’ull de l’espectador.    Pantalles LCD actives i amb retroil∙luminació: els TFT    Aquesta  manca  de  llum  pròpia  és  un  inconvenient  per  fer  servir  aquests  dispositius  com  a  pantalles  de  televisió.  Les  pantalles  TFT  (Thin‐Film  Transistor)  solucionen  aquest  problema  amb sistemes de llum pròpia, habitualment un conjunt de fonts de llum situades al darrera o  als costats que produeixen una llum uniforme que travessarà la capa de LCDs per arribar als  ulls de l'espectador. Les làmpades més emprades són les CCFL, molt semblants als coneguts  fluorescents però més eficients.    Aquesta  dependència  d'una  font  de  llum  aliena  juntament  amb  altres  inconvenients  relacionats  amb  el  tipus  de  llum,  com  ara  la  lentitud  en  arrencar  o  la  dificultat  en  arribar  uniformement a tota la pantalla, constitueixen clars desavantatges d'aquesta tecnologia. Per  això  es  busquen  alternatives.  Darrerament,  aquest  tipus  d'il∙luminació  està  sent  complementat  o  substituït  per  LEDs,  que  es  poden  distribuir  més  uniformement,  són  més  duradors,  més  estables,  més  eficients  energèticament  i  poden  donar  una  llum  més  blanca,  cosa  que  permet  una  millor  reproducció  dels  colors.  També  s'estan  estenent  les  pantalles  OLED  (Organic  Light‐Emitting  Diode)  en  les  què  els  cristalls  líquids  han  estat  substituïts  per  làmines d'uns materials orgànics que tenen la propietat d'emetre ells mateixos llum en rebre  el corrent elèctric. Això permet suprimir la il∙luminació aliena. També pot arribar a permetre  pantalles flexibles.    Però  la  dificultat  més  gran  és  estructural,  conseqüència  de  la  necessitat  de  controlar  individualment  un  nombre  enorme  d'elements  de  pantalla  –  píxels  –  diferents.  Com  a  referència,  una  pantalla  típica  de  només  17  polzades  pot  contenir  aproximadament  1,3  milions d'elements diferents. Si es connectessin i controlessin individualment la quantitat de  connexions  elèctriques  necessàries  seria  immensa.  De  manera  alternativa  el  què  es  fa  és  enviar  el  senyal  separadament  a  files  i  columnes.  S'envia  a  una  fila  i  a  una  columna  cada  vegada, de manera que només l'element situat en la intersecció rep el senyal codificador que  serà la suma dels dos. Es fa de manera que aquesta suma sigui el voltatge necessari per a que  l'element s'activi amb la intensitat necessària en aquell punt. Amb això es redueix el nombre  de connexions de milions a centenars i també la complexitat del circuit.    El problema és que els altres elements de la fila i la columna activades també reben un senyal  indesitjat que pot interferir en el seu comportament. Per evitar‐lo es munta cada un amb un  transistor  que  actua  com  a  pantalla  electrònica,  evitant  que  el  corrent  indesitjat  activi  els  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                49/55  cristalls líquids quan no toca. Per tant, hi ha un d'aquests transistors per a cada píxel; això és  la causa del nom TFT (Thin‐Film Transistor) d'aquestes pantalles.    Aquests  transistors  permeten  controlar  individualment  cada  element  de  la  pantalla.  Això  ajuda també a compensar bastant el defecte més greu que té aquesta tecnologia i que prové  del  temps,  relativament  llarg,  que  els  cristalls  líquids  triguen  a  recuperar  el seu estat inicial quan es  deixa  d'aplicar  corrent  elèctric. L'efecte en la visió  és  l'anomenat  "motion  blur"  (sensació  de  moviment  borrós,  entelat,  difuminat),  una  mena  de  fantasma  seguint  el  desplaçament  de  les  formes  al  llarg  de  la  pantalla  i  que  es  pot  observar  fins  i  tot  a  les  pantalles més cares.    Aquest efecte fa que una pantalla construïda sense làmina de transistors no es pugui emprar  per  visualitzar  més  d'uns  8  o  10  fotogrames  per  segon.  Són  pantalles  LCD  passives.  En  contrapartida, les pantalles LCD TFT amb un transistor per a cada píxel s'anomenen pantalles  actives.    Naturalment, per aconseguir reproduir el color, cada píxel està dividit en tres subpíxels, cada  un  amb  un  filtre  vermell,  verd  i  blau  i  l'electrònica  del  sistema  controla  cada  subpíxel  de  manera individual per aconseguir a cada punt el color desitjat.    Aquestes  pantalles tenen avantatges i inconvenients. El principal avantatge respecte el tub  és  que  poden  construir‐se  molt  planes  i  amb  la mateixa precisió als extrems de la pantalla  que al seu centre, cosa molt difícil d’obtenir en els tubs, on la desviació del feix d’electrons en  les cantonades és molt gran i de control difícil.    Però també tenen molts desavantatges. La seva lluminositat és inferior i també ho és el rang  de colors que poden reproduir. També tenen un angle de visió més estret. I, per altra banda,  en  formar  la  imatge  a base d'un nombre discret, no continu, d'elements, donen problemes  per reproduir resolucions que no siguin múltiples o submúltiples d'aquest nombre.    Però  el  principal  problema  són  els  "artefactes"  (neologisme  provinent  de  l'anglès  artifacts)  com  ara  el  "motion  blur"  (un  altre  barbarisme)  provinents  del  llarg  temps  de  latència  dels  cristalls. Es milloren a base de sofisticats algoritmes previs a la visualització, amb l'increment  de la freqüència de refresc, etc. No obstant, és aquest un tema de gran complexitat.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                50/55  Tot  i  què  per  naturalesa  aquest  tipus  de  pantalles  semblen  fetes  per  a  una  exploració  no  entrellaçada, també anomenada progressiva, també reprodueixen formats entrellaçats. Això  passa, per exemple, en els formats de vídeo en alta definició 1080i i 1080p. El format 1080 té  1080 línies de resolució espacial vertical (files), amb un format panoràmic de 16:9, cosa que  dóna 1920 píxels de resolució espacial horitzontal (columnes). En el format 1080p és capturen  25 imatges senceres de 1920x1080 cada segon. En el format 1080i, en canvi, es capturen 50  mitges imatges, de 1920x540 cada segon i es reprodueixen de manera entrellaçada.      El projector digital: de vídeo o de cinema    La projecció digital es pot dividir, atenent al seu àmbit d'ús i en certa mesura a la tecnologia  emprada, en dues línies principals, la projecció de vídeo i la projecció de cinema.     Ens  referim  a  projecció  de  vídeo  quan  parlem  d'utilitzacions  domèstiques  o  en  la  feina.  La  projecció digital cinematogràfica és la que es fa servir en les sales de cinema habituals. És la  que està substituint els projectors fotoquímics després de més de 100 anys d'ús.    Aquest  dos  tipus  de  projectors  són  força  similars  tecnològicament,  no  obstant  els  cinematogràfics  han  de  subjectar‐se  a  les  exigències  de  qualitat  de  la  DCI  (Digital  Cinema  Initiatives) i han d'incorporar sofisticats sistemes antipirateria: els algoritmes d'encriptament i  desencriptament  dels  fluxos  de  dades  només  funcionen  per  aquells  projectors  de  marca,  model i número de sèrie reconeguts.    Els  projectors  de  vídeo  actuals  treballen  en  un  ventall  "moderat"  de  resolucions:  des  dels  800×600 píxels (resolució SVGA) característics dels projectors portàtils, als d'alta resolució de  vídeo 1920×1080 píxels (format 1080p), passant pels 1024×768 píxels de la resolució XGA o  els  1280×720  píxels  del  format  720p.  Per  altra  banda,  la  potència  lumínica  de  la  projecció  també  serà  "relativament"  limitada,  des  dels  1500  o  2500  lúmens  ANSI  per  a  una  pantalla  petita en una habitació prou fosca, als 4000 necessaris per a pantalles grans en habitacions  amb molta llum ambient.    Per  contra,  els  projectors  cinematogràfics  han  d'arribar  a  les  resolucions  2K  i  4K  estandarditzades per la indústria a través de la DCI i que hem explicat més amunt.    Hi  ha  molt  pocs  fabricants  de  projectors  de  cinema  digitals  i  encara  menys  tecnologies.  D'aquestes  n'hi  ha  dues,  la  SXRD  de  Sony  i  la  majoritària  DLP  (Digital  Light  Processing)  de  Texas  Instruments,  implementada  per  les  marques  Christie  Digital  Systems,  especialment  activa als Estats Units, Barco, dominant a Europa i NEC, d'arribada més recent. En el moment  actual  al  voltant  d'un  85%  dels  projectors  segueixen  la  tecnologia  DLP  i  per  tant  és  la  que  explicarem tot seguit.  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                51/55    Tecnologia DLP (Digital Light Processing)    Aquesta tecnologia es basa en l'ús d'un DMD  (Digital Micromirror Device) i, a més de en els  projectors  cinematogràfics  està  implementada  també  en  projectors  de  vídeo  o  fins  i  tot  en  els  miniprojectors  associats  a  càmeres domèstiques o smartphones.    Tot i la seva sofisticació no és una tecnologia  extraordinàriament  recent:  va  ser  desenvolupada  el  1987  per  Larry  Hornbeck  a    Texas Instruments.     Fig.  40: Un xip DMD  Un  xip  DMD  és  una  matriu  de  miralls  microscòpics muntats sobre un xip de silici. El nombre de micromiralls depèn de la resolució  màxima del sistema: 800×600, 1024×768, 1280×720, 1920×1080 (HDTV), 2K, 4K.    Tot i tractar‐se d'una tecnologia de gran complexitat tècnica, el seu funcionament bàsic no és  difícil d'entendre.   Cada mirallet pot girar rapidíssimament entre  dues  posicions  lleugerament  diferents,  d'angles  ‐10º  o  +10º  anomenades  sovint  on  i  off.    Els  miralls  estan  fets  d'alumini  i  tenen  de  l'ordre  d'una  desena  de  micròmetres  de  costat. Cadascú es munta en un jou que al seu  torn  es  connecta  a  dues  bases  de  suport  per  mitjà d'unes frontisses de torsió (en vermell a  la  figura).    Aquesta  frontissa  està  fixada  pels  dos  extrems  de  l'eix,  cosa  que  l'obliga  a    retorçar‐se  per  la  seva  meitat.  Les  petites  Fig.  41: Dos miralls adjacents en el xip DMD (es  dimensions  d'aquestes  frontisses  minimitzen  mostren transparents per veure el muntatge.
extraordinàriament el perill de trencament.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                52/55  La posició del mirall es control∙lada per  dues parelles d'elèctrodes situats a les  frontisses i als propis miralls. Els canvis  de  la  càrrega  electrostàtica  determinen la posició de cada mirallet  en cada instant.    Quant  el  mirallet  està  en  un  dels  dos    extrems, per exemple amb un angle de  +10º  reflecteix  la  llum  cap  a  l'òptica,  Fig.  42: Imatge real de miralls adjacents en el xip DMD  des  d'on  es  projectarà  a  la  pantalla.  Quan està inclinat ‐10º la llum no s'aprofita i es dirigeix cap a un sistema dissipador de calor  que evita reescalfaments.    A  la  figura  43  es  veu  el  funcionament  del  sistema  a  partir  de  les  petites  i  rapidíssimes  vibracions  del  miralls.  Típicament,  cada  mirallet  oscil∙la  independentment  dels  altres  uns  quants  milers  de  vegades per segon.    Per aconseguir reproduir nivells de gris es control∙la el  temps en què el mirallet es manté en una determinada  posició  en  el  temps  corresponent  a  un  fotograma.  Si  aquest  temps  es  divideix,  per  exemple,  en  1024  oscil∙lacions, es podran tenir 1024 nivells de gris, entre  el 0 que voldria dir que el temps que s'ha il∙luminat el  píxel  és  0  i  es  projecte  negre  fins  el  1023  que  correspondria  al  blanc,  doncs  tota  l'estona  el  píxel  haurà estat il∙luminat.    És  a  dir,  control∙lant  el  temps  que,  per  a  cada  fotograma,  es  manté  cada  mirallet  en  una  o  altre    posició es pot generar un nombre discontinu però molt  Fig.  43: El canvi d'angle produeix  elevat de grisos diferents. En el cas anterior el nombre  10 diferències d'il∙luminació  1024  és  2 ,  adient  per  projectar  un  senyal  de  vídeo  codificat amb 10 bits de profunditat.    Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                53/55  Per  reproduir  el  color,  en  els  projectors  més  senzills  es  fa  servir  una  sola  llum  blanca  que  passa  a  través  d'una  roda  giratòria  transparent  amb  tres  sectors,  vermell,  verd  i  blau,  i  s'envia  de  manera  seqüencial  i  sincronitzada  la  informació  d'aquests tres colors bàsics.    Això  pot  donar  defectes  de  tipus  "arc  de  Sant Martí" per la qual cosa els projectors  de  gran  qualitat,  com  ara  els    cinematogràfics  fan  servir  tres  fonts  de  llum independents i tres xips DMD, un per  a cada color.  Fig.  44: Sistema de projecció DLP d'un sol xip      Bibliografia emprada en aquest apartat.    BARBEY, Pierre. Iniciació al vídeo. Barcelona: Marcombo i TV3, 1988.    BETHENCOURT    MACHADO,  Tomás.  Sistemas  de  televisión.  Clásicos  y  avanzados.  Madrid:  Departamento de Publicaciones. Centro de Formación RTVE, 1991.    BROUSSAUD, G.: Les vidéodisques, Masson, París, 1986    KING, G. J. Introducción a la televisión. Barcelona: Labor, 1976    LUXERAU, François. Vídeo. Principes et techniques. Paris: Editions Dujarric, 1989.    LLORENS,  Vicente.  Fundamentos  tecnològicos  de  vídeo  y  televisión.  Barcelona:  Ediciones  Paidós, 1995.    MATTHEWSON, D.K. Vídeo. Madrid: Alhambra, 1983.    MILLERSON,  Gerald.  Técnicas  de  realización  y  producción  en  televisión.  Madrid:  Centro  de  Formación RTVE, 1990.    MOMPIN POBLET, José. Estudios de grabación de TV. Barcelona: Orbis / Marcombo, 1986.    PAREJA  CARRASCAL,  Emilio.  El  magnetoscopio  digital  profesional.  Barcelona:  Marcombo,  1994.    TORRES URGELL, Luis i altres. Sistemas analógicos y digitales de televisión. Barcelona: Edicions  de la Universitat Politècnica de Barcelona, 1994.  Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                54/55    WYVER, J. La imagen en movimiento. Valencia: Filmoteca Valenciana, 1991.    CARRASCO,  Jorge.  Cine  y  televisión  digital.  Manual  técnico.  Barcelona:  Universitat  de  Barcelona, 2010.    SONY CORPORATION. CCD and CMOS Image Sensors: A Comprehensive Guide for Professional  Videographers. www.sony.com/professional  http://pro.sony.com/bbsccms/ext/BroadcastandBusiness/minisites/NAB2008/docs/CCD_CM OS.pdf , 2008    WIKIPEDIA. Charge‐coupled device, High‐definition vídeo, Sony HDVS, Julia and Julia, Digital  cinematography, Digital cinema, Digital Light Processing., Digital micromirror device, Écran à  cristaux liquides, Dynamic Range, High‐definition video, Digital Cinema Package, Digital Movie  Camera i altres.    (JENKINS, 2006) Jenkins, Henry, Convergence culture: where old and new media collide. New  York: New York University Press, 2006    (JENKINS, 2008) Jenkins, Henry Convergence culture. La cultura de la convergencia de los  medios de comunicación. Barcelona: Paidós, 2008    DOUGLASS, M. R. (1998). "Lifetime estimates and unique failure mechanisms of the Digital  Micromirror Device (DMD)". 1998 IEEE International Reliability Physics Symposium  Proceedings 36th Annual    HORNBECK, L.J. “Digital Light Processing and MEMS: Timely Convergence for a Bright Future”  (Invited  Plenary  Paper),  Proceedings  SPIE,  Vol.  2639,  p.2,  Micromachining  and  Microfabrication Process Technology (1995).    HORNBECK,  L.J.  “Digital  Light  Processing  for  High‐Brightness,  High‐Resolution  Applications”  (Invited Paper), Proceedings. SPIE, Vol. 3013, pp. 27‐40, E1 ‘97 Projection Displays I11 (1997).    La majoria d’il∙lustracions són adaptacions de les originals d’aquesta bibliografia.     Apunts de Tecnologia de l’Audiovisual   Curs 2013/14       Tema 5                                55/55  ...