En 1940, Ray Davis Kell evidenció que
el telespectador percibe una resolución inferior a la real. Una buena
señal PAL tan sólo ofrece 400 líneas de resolución, mientras que
una señal XGA ofrece 690 líneas de resolución. Las resoluciones de
la televisión digital (DVB) abarcan desde 260 líneas (LDTV) a 756 líneas
(HDTV).
En el desarrollo de la televisión en color (NTSC, PAL o SECAM) se
tuvieron en cuenta la relación de aspecto (4:3), la distancia de visión
(6 veces la altura de la pantalla en PAL y 7 veces la altura de la
pantalla en NTSC), la agudeza del ojo (aproximadamente, un minuto de
grado o 0,002907 radianes) y la sensibilidad del ojo al color (el
verde se percibe con mayor brillo que el rojo y el azul).
El número de Líneas (N), en función de la agudeza (A) y de la
distancia de visión (D), queda expresado por la fórmula siguiente:
N= 1 / (A x D)
Si en la fórmula se introducen los
valores de agudeza (0,002907 radianes) y de distancia de visión (6 en
PAL y 7 en NTSC) se obtienen 572,7 líneas en PAL y 490,9 líneas en
NTSC. A través de estas necesidades se desarrollaron el NTSC con 525
líneas totales y el PAL con 625 líneas totales.
Los estándares de televisión de alta
definición de 1.125 y 1.250 líneas requieren distancias de visión más
cortas para ver los detalles más finos. En ambos sistemas la
distancia de visión es 3 veces la altura en lugar de 6 o 7.
Factor de Kell
A raíz de la aparición de la televisión
digital (DTV) se ha observado la importancia del factor de Kell o
relación de utilización, que evidencia que la exploración
progresiva es preferible a la entrelazada. Por esta circunstancia, la
industria de la teledifusión, especialmente en Estados Unidos, se está
equipando con cámaras y sistemas para exploración progresiva. En
Europa los teledifusores, aunque difundan en digital, todavía siguen
anclados en el viejo y querido PAL.
En 1940, Ray Davis Kell de la RCA Labs
colaboró con Vladimir Kosma Zworkin en el desarrollo de la televisión.
Ray Davis Kell realizó investigaciones sobre la resolución subjetiva
y objetiva de la imagen de televisión. A través de sus
investigaciones se desprende que el telespectador visualiza una
resolución subjetiva inferior a la resolución objetiva (real). La
relación entre la resolución subjetiva y la resolución objetiva se
conoce por factor de Kell o relación de utilización. El factor de
Kell toma en consideración efectos psicovisuales, en donde el cerebro
resuelve menos información de la que existe en realidad. En los
sistemas de exploración entrelazada en factor de Kell es de 0,7 y en
los sistemas de exploración progresiva es de 0,9. En NTSC, también
conocido por 480i, se utiliza un sistema de exploración de 525 líneas
totales y 480 líneas activas (las que se restituyen en pantalla),
pues 45 líneas, que no son visibles, se utilizan para el borrado. Por
tanto, en NTSC el espectador tan sólo percibe 336 líneas (330 líneas,
redondeando).
En PAL, también conocido por 576i, se
utiliza un sistema de exploración de 625 líneas totales y 576 líneas
activas, pues 49 líneas se utilizan para el borrado, y por tanto, el
espectador percibe 403,2 líneas (400 líneas redondeando). Las 400 líneas
del PAL corresponden a la resolución vertical, es decir, la habilidad
del sistema para definir las líneas horizontales de la imagen. Se
desprende, por tanto, que el PAL ofrece una resolución de un 21,2%
superior al NTSC.
El término resolución espacial es
aplicable en fotografía, pero no en televisión o vídeo. En fotografía
la resolución espacial depende del grano de la emulsión y es idéntica
en todas las direcciones. En televisión debido a los barridos
horizontal y vertical existen dos resoluciones: vertical (función del
número de líneas del sistema) y horizontal (función del ancho de
banda del sistema). En PAL, para mantener una resolución espacial idéntica
tanto en sentido vertical como horizontal y teniendo en cuenta que la
relación de aspecto es de 4:3, la resolución horizontal (habilidad
del sistema para definir las líneas verticales de la imagen) debe ser
de 533,3 líneas (530 líneas redondeando). Estas 530 líneas de
resolución horizontal equivalen a la sucesión de 265 puntos blancos
y 265 puntos negros a lo largo de una línea horizontal. Las 530 líneas
de resolución horizontal se expresan, comúnmente, como 530 LTV (Líneas
de TV). Para que el espectador perciba las 530 LTV, y tomando en
consideración el tiempo activo de una línea (52,5 microsegundos)
se requiere un ancho de banda de 5 MHz. Los formatos magnéticos analógicos
sobre cinta en cassette, por trabajar con una banda pasante más
reducida, ofrecen menos resolución. Así, basta recordar que el VHS
ofrece 240 LTV y el S-VHS y el Hi8, 380 LTV.
Resolución
informática
La industria informática, a diferencia
de la industria teledifusiva, se apoya en sistemas cerrados, en donde
cada fabricante diseña el sistema que mejor se adapta a sus
necesidades técnico-económicas. Por esta circunstancia se ha
desarrollado una gran diversidad de sistemas. Además, la industria
informática, que se apoya en sistemas digitales, utiliza el término
resolución vertical para definir el número de líneas activas y el término
resolución horizontal al número de elementos elementales o pixels
por línea. En la tabla 1 se muestran las características básicas de
diferentes resoluciones. Puede apreciarse que la resolución espacial,
tomando en consideración la relación de aspecto, es idéntica, tanto
en sentido horizontal como en vertical. Todas las imágenes informáticas
son de resolución progresiva y en estas condiciones el factor de Kell
es de 0,9. Por tanto, para una imagen XGA la resolución vertical que
percibe el espectador es de 0,9.768, es decir, 691,2 líneas (690 líneas,
redondeando). Por tanto, si este espectador la compara con una buena
imagen PAL (400 líneas) aprecia una notable diferencia, ya que la
imagen XGA ofrece una resolución de un 72,5% superior a la imagen
PAL.
Parámetro
|
VGA
|
SVGA
|
XGA
|
XVGA
|
Relación
de aspecto
|
4:3
|
4:3
|
4:3
|
5:4
|
Resolución
horizontal
|
640
|
800
|
1.024
|
1.280
|
Resolución
vertical
|
480
|
600
|
768
|
1.024
|
Líneas
activas
|
480
|
600
|
768
|
1.024
|
Líneas
totales por cuadro
|
525
|
666
|
806
|
1.068
|
FH
(KHz)
|
37,8
|
48,077
|
56,476
|
76,02
|
FV
(Hz)
|
72,2
|
72,188
|
56,476
|
71,18
|
Ancho
de banda (MHz)
|
15,75
|
25
|
37,5
|
63,24
|
Figura 1.- Resoluciones horizontal y
vertical de algunas tarjetas gráficas informáticas.
Resoluciones en
teledifusión digital
Con la aparición de la televisión
digital han aparecido nuevos términos relativos a la resolución que
contribuyen a definir mejor el sistema. Así, la resolución espacial
queda definida por el producto de las líneas activas por cuadro por
los pixels activos por línea. Para una imagen de HDTV de 1.080 líneas
activas y 1.920 pixels por línea la resolución espacial será de
2.073.600 pixels. Ahora bien, si la imagen es de exploración
entrelazada la resolución espacial que percibirá el espectador,
tomando en consideración un factor de Kell de 0,7, será de 1.451.520
pixels. Para una imagen de HDTV de 720 de líneas activas y 1 .280
pixels por línea, la resolución espacial será de 921.600 pixels. Si
esta imagen se explora en modo progresivo la resolución que se
percibirá, tomando un factor de Kell de 0,9 será de 829.440 pixels.
Ello significa que la imagen de HDTV de 1.451.520 pixels ofrece una
resolución espacial superior al 75% en comparación con una imagen de
HDTV de 829.400 pixels. Por el momento, no existen sistemas
visualizadores de HDTV para 1.451.520 pixels de precio asequible y
debido a ello, esta elevada resolución tan sólo está destinada para
quedar implantada en salas profesionales. Para el mercado doméstico
la resolución espacial de 829.400 pixels es la más idónea, pues ya
existen visualizadores de precio asequible.
En el cine electrónico se utiliza el
formato 24P, el cual es capaz de ofrecer una resolución espacial de
1.866.240 pixels.
En televisión digital también hay que tomar en consideración la
resolución temporal, un término que no existe ni en fotografía ni
en informática, pues en ambos sistemas se visualizan imágenes estáticas,
es decir, detenidas en el tiempo. La resolución temporal es la
capacidad de resolver imágenes en movimiento dando una sensación de
un movimiento totalmente continuo. Un estándar tiene mayor resolución
temporal cuando mayor sea su frecuencia de exploración. Así por
ejemplo, un estándar explorado a 25 cuadros por segundo tiene menos
resolución temporal que uno de 60 cuadros por segundo.
Otro concepto que aparece en la
televisión digital se refiere a la resolución dinámica y sirve para
indicar la resolución aparente percibida por el espectador en un
objeto que se mueve por la pantalla, dentro de los limites de
seguimiento preciso del ojo. En otras palabras, es la capacidad de
resolver los detalles espaciales de un objeto en movimiento.
Exploraciones
Gracias a la televisión digital es
posible enviar imágenes de exploración progresiva. La exploración
progresiva está ganando adeptos, ya que ofrece sustanciales ventajas
frente a la exploración entrelazada. Las características que ofrece
la exploración entrelazada se pueden resumir de la forma siguiente:
tecnología ampliamente experimentada en PAL, mejor resolución
espacial para un determinado ancho de banda, menor ancho de banda,
presencia de artefactos con objetos inclinados, notable parpadeo entre
líneas, más difícil de procesar que la exploración progresiva,
diseño económico de los visualizadores de TRC (Tubo de Rayos Catódicos),
no adecuada para visualizadores de nuevo diseño (plasma, LCD, D-ILA,
DMD, etc.) y resolución dinámica vertical un 50% inferior a la
resolución vertical en exploración progresiva.
Las características que ofrece la
exploración progresiva se pueden resumir de la forma siguiente:
compresión más eficiente que la exploración entrelazada, máximas
facilidades de conversión bidireccional de la resolución (hacia
arriba o hacia abajo), máximas facilidades para reducir el ruido
(moscas y escalados), totalmente compatible con la nueva generación
de visualizadores (plasma, LCD, D-ILA, DMD, etc.), mejor resolución
vertical percibida (mejor factor de Kell) y parpadeo con velocidades
de 24, 25 o 30 cuadros por segundo (se solventa con memorias de cuadro
en los visualizadores).
Estándares
digitales
En DTT (Televisión Digital Terrestre)
existen, básicamente, tres estándares: ATSC de Estados Unidos, DVB-T
en Europa y el ISDB-T en Japón. La ATSC desde un principio apostó
por una televisión de superior calidad a la NTSC, pero utilizando
para ello el ancho de banda del canal (6 MHz). En Europa se apostó
por una televisión de calidad similar al PAL capaz de difundir datos
(radio o Internet), y adecuada para una recepción móvil. En Japón
se apuesta por la difusión jerárquica (HDTV, SDTV y datos) por el
mismo canal. Por el momento, Estados Unidos es el único país del
mundo que difunde en HDTV y próximamente, lo hará Australia (estándar
de difusión en DVB y sonido Dolby Digital).
En la figura 2 se muestran las características básicas de los
diferentes formatos de la ATSC. Existen tres resoluciones básicas:
alta (HDTV), realzada (EDTV) y estándar (SDTV). Para HDTV existen dos
posibilidades: 720P (720 líneas activas en exploración progresiva) y
1.080i (1.080 líneas activas en exploración entrelazada). El 720P es
el formato que se está implantando, pues existen visualizadores de
precio razonable y el progresivo ofrece mejor calidad que el
entrelazado. No hay que olvidar, que en un visualizador de TRC la
iluminancia es inversamente proporcional a la resolución horizontal.
Debido a ello, los monitores de TRC para 1.080 líneas son de grandes
dimensiones y de precio muy elevado.
Transmisión |
Analógica |
Digital |
Digital |
Digital |
Digital |
Denominación |
NTSC |
SDTV |
EDTV |
HDTV |
HDTV |
Resolución máxima |
480i
|
480i
|
480P
|
720P
|
1.080i
|
Relación de aspecto |
4:3
|
|
|
|
|
Capacidad de canal |
1
|
5-6 |
5-6 |
1-2 |
1 |
Descripción |
Lo que se conoce actualmente
|
Imagen y sonido similar al DVD
|
Mejor imagen, función de la
fuente
|
Máxima calidad de imagen
|
Máxima calidad de imagen
|
Figura 2.
Características básicas de los diferentes formatos del estándar
ATSC y de la NTSC
En la figura 3 se muestran las
resoluciones de los formatos digitales de la ATSC: SDTV (televisión
de definición estándar) y HDTV.
Formato
|
Líneas
de exploración
|
Frecuencia
de exploración
|
Pixelación
(V x H)
|
Velocidad
de cuadro
|
Relación
de aspecto
|
Formatos
|
SDTV
|
525
total
480
activas
|
15.750Hz
(60i)
|
640
x 480
|
24P,
30P, 60P o 60i
|
4:3
|
4
|
EDTV
|
525
total
480
activas
|
31.500Hz
(60P)
|
704
x 480
|
24P,
30P, 60P o 60i
|
4:3
y 16:9
|
8
(4 x 2)
|
HDTV
|
750
total
720
activas
|
45.000Hz
(60P)
|
1.280
x 720
|
24P,
30P o 60i
|
16:9
|
3
|
HDTV
|
1.125
total
1.080
activas
|
33.750Hz
(60i)
|
1.920
x 1.080
|
24P,
30P o 60i
|
16:9
|
3
|
Figura 3. Resoluciones de los formatos
digitales ATSC. La definición baja (LDTV) no se contempla en esta
norma.
En la figura 4 se muestran las características
básicas de los diferentes formatos de la DVB. Existen cuatro
resoluciones básicas: HDTV, EDTV, SDTV y baja (LDTV). En la DVB se
contempla la relación de aspecto de 20:9, una relación muy panorámica.
La relación de 20:9 es similar a la relación 2,21:1 utilizada en el
cine panorámico (70 mm). En DVB la resolución de la LDTV se apoya en
la resolución del Vídeo-CD de Philips. En la figura 5 se muestran
las resoluciones de los formatos digitales de la DVB.
Transmisión
|
Analógica
|
Digital
|
Digital
|
Digital
|
Digital
|
Digital
|
Denominación
|
PAL
|
LDTV
|
SDTV
|
EDTV
|
HDTV
|
HDTV
|
Resolución
máxima
|
576i
|
288P
|
576i
|
576P
|
720P
|
1.080i
|
Relación
de aspecto
|
4:3
|
4:3
|
4:3,
16:9 y 20:9
|
4:3,
16:9 y 20:9
|
16:9
y 20:9
|
16:9
y 20:9
|
Capacidad
del canal
|
1
|
8-16
|
5-6
|
2-3
|
1-2
|
1
|
Descripción
|
Lo
que se conoce actualmente
|
Vídeo
CD
|
Similar
al PAL
|
Superior
al PAL
|
Máxima
calidad de imagen
|
Máxima
calidad de imagen
|
Figura 4. Características básicas de
los diferentes formatos del estándar DVB y del PAL.
Formato
|
Líneas
de exploración
|
Frecuencia
de exploración
|
Pixelación
(V x H)
|
Velocidad
de cuadro
|
Relación
de aspecto
|
Formatos
|
LDTV
|
625
total
288 activas
|
15.625Hz
(25P)
|
352
x 288
|
24P,
25P o 50i
|
4:3
|
3
|
SDTV
|
625
total
576 activas
|
15.625Hz
(50i)
|
720
x 576
|
24P,
25P, o 50i
|
4:3
y 16:9
|
6
(3 x 2)
|
EDTV
|
625
total
720 activas
|
31.250Hz
(50P)
|
1.080
x 720
|
24P,
25P o 50i
|
4:3
y 16:9
|
6
(3 x 2)
|
HDTV
|
750
total
720 activas
|
37.500Hz
(50P)
|
1.280
x 720
|
24P,
25P o 50i
|
16:9
y 20:9
|
6
(3 x 2)
|
HDTV
|
1.250
total
1.080 activas
|
31.250Hz
(50i)
|
1.920
x 1.080
|
24P,
25P o 50i
|
16:9
y 20:9
|
6
(3 x 2)
|
Figura 5. Resoluciones de los formatos
digitales DVB. En DVB, además de la relación de aspecto de 16:9, se
contempla la relación de aspecto 20:9, muy similar al cine panorámico
de 70 mm.
El número de programas que se pueden vehicular o transportar por el
canal (6, 7 u 8 MHz) es función de la resolución escogida y del tipo
de programas. Las imágenes muy dinámicas absorben una elevada
cantidad de datos y por tanto, reducen el número de programas. Por
esta circunstancia, la emisora debe diseñar la rejilla de programación
con gran cuidado para evitar una degradación de los programas que se
transportan por el canal.
|