Dos millones contra un millón

Dos millones vs. Un millón

William F. Schreiber,
Prof. Emeritus of Electrical Engineering, MIT

Resumen ejecutivo

El argumento erróneo más reciente es el argumento de que 1080×1920, 30 cuadros / seg entrelazados (1080I) dará una mejor calidad de imagen que 720×1280, 60 cuadros / seg progresivo (720P) porque tiene el doble de elementos de imagen (píxeles) por cuadro. por aquellos que han estado impulsando el sistema NHK 1125/60 durante años como un estándar de producción mundial. Los argumentos anteriores resultaron ser incorrectos; este nuevo no es más que el último intento de sacar a relucir esta tecnología obsoleta en la industria de la radiodifusión estadounidense. De hecho, la resolución vertical realmente lograda en 1080I es más baja que la alcanzada realmente en 720P, mientras que la resolución horizontal es considerablemente menor a 1920 píxeles, como lo muestran claramente las pruebas objetivas realizadas en ATTC. Las pruebas subjetivas realizadas por ATEL mostraron que la calidad de imagen percibida de los dos sistemas era comparable.

Antecedentes

Para entender la polémica actual, conviene recordar un poco de historia. Entrelazado, con sus muchos problemas, siempre se ha utilizado en la televisión. Sin embargo, los sistemas actuales, NTSC y PAL, para todos sus defectos, han tenido mucho éxito comercialmente. Alrededor de 1970, NHK se embarcó en un proyecto para desarrollar la próxima generación de sistemas de TV. Tenían en mente un sistema muy parecido al NTSC pero con una relación de aspecto más amplia, aproximadamente el doble de la resolución vertical y horizontal, y aproximadamente cinco veces el ancho de banda. Se pretendía que fuera la “FM” del video, entregado por satélite, mientras que el NTSC, entregado por vía terrestre, iba a ser el “AM”. El sistema NHK usó entrelazado porque era una ampliación directa de los sistemas analógicos existentes, y no proporcionaba formatos de producción y distribución separados.

El diseño del sistema fue realizado por NHK y el desarrollo del equipo por Sony, Matsushita, Toshiba y otros grandes fabricantes de productos electrónicos. A finales de los años setenta, el sistema se demostró con éxito, pero los transpondedores especiales de banda ancha se consideraron evidentemente antieconómicos. Para 1984, NHK había desarrollado un sistema de compresión de ancho de banda llamado MUSE para permitir la transmisión en canales de transpondedor estándar como se usa para NTSC. Fue en este punto que se enunció por primera vez el concepto de utilizar el sistema original de 30 MHz como sistema de producción. Finalmente, se desarrolló en Japón una línea completa de equipos de producción para el sistema de 1125 líneas. Con la ayuda de SMPTE, se intentó que ANSI reconociera el sistema NHK como un estándar de producción. ANSI estuvo de acuerdo al principio, pero se revocó en la apelación por parte de ABC debido a que el sistema no estaba siendo utilizado para la aplicación propuesta.

Desde entonces, ha habido una presión constante para utilizar este sistema como un estándar de producción, incluso hasta el punto de obtener la ayuda del Departamento de Estado. Fue rechazado de manera decisiva por la EBU, y eso había parecido el fin del asunto hasta la formación de la Gran Alianza.

Como todos saben, la investigación de la FCC establecida en 1987 para desarrollar estándares de transmisión de HDTV se convirtió en su cabeza en 1989 por la propuesta de General Instrument para un sistema completamente digital. En la primera ronda de pruebas en ATTC, hubo cuatro sistemas digitales (dos progresivos y dos entrelazados), además de MUSE y ACTV, un sistema analógico compatible con NTSC de los Laboratorios Sarnoff. MUSE se ubicó en último lugar y se retiraron el sistema analógico y el otro. Los cuatro defensores del sistema digital restantes se vieron obligados a una boda de escopeta por ACATS, formando la Gran Alianza. Evidentemente, ningún proponente del sistema estaba dispuesto a renunciar a su formato, por lo que todos fueron incluidos. (Los formatos de definición estándar fueron agregados más tarde por ATSC, sin ninguna prueba). Curiosamente, los sistemas entrelazados, que habían usado 960×1408 y 960×1440 en las pruebas iniciales, cuando se combinaron en uno, se elevaron a 1080×1920, reviviendo así la NHK Sistema como el estándar de producción natural y que proporciona un mercado potencial para los equipos de producción ya desarrollados por empresas japonesas. (El equipo de producción que ahora se ofrece para la venta es en realidad 1035I, no 1080I).

Los argumentos entrelazados a favor y en contra se explicaron en 1996 en presentaciones a la FCC por parte de las partes interesadas, ya que la Comisión estaba considerando el estándar propuesto por ACATS en 1995. Los principales interlocutores fueron Sony, ATSC, la Gran Alianza y América del Norte. Philips. Parece que las presentaciones de ATSC y GA fueron escritas en gran medida por Robert Graves, quien fue contratado por la Asamblea General para que se aceptara la propuesta y que ahora es el jefe de ATSC. Las principales razones avanzadas en ese momento para usar entrelazado fueron:

1. Entrelazar duplica la resolución vertical para un ancho de banda y velocidad de fotogramas dados.

2. P requiere más ancho de banda o capacidad de canal que I para la misma resolución.

3. Tenemos que tener entrelazado para que podamos tener receptores más baratos.

4. P eleva los costos para las emisoras.

5. Nadie sabe cómo hacer cámaras P con SNR adecuada.

6. Muchos programas que se utilizarán para la transmisión de SDTV ya existen en formato NTSC.

Cada uno de estos argumentos resultó ser falso.

Hubo tantos errores en los hechos en estas cuatro presentaciones que me sentí obligado a presentar una refutación detallada para cada uno. (Las copias de mis presentaciones están disponibles para cualquier persona interesada). En el caso de ATSC y Philips, intenté que conocieran a personas con conocimientos en esas organizaciones para que respondan a mis objeciones, pero nunca recibí ninguna respuesta.

En este breve artículo, no hay espacio suficiente para presentar la refutación detallada de estas afirmaciones erróneas. En resumen, 1 y 2 se refieren a la emisión de 2 millones / 1 millón, y se tratan a continuación. En cuanto a 3, los receptores I son un poco más baratos que los receptores P, pero un convertidor P a I puede integrarse en un decodificador MPEG a un costo casi cero para su uso con las transmisiones P. (Tenga en cuenta que un decodificador MPEG para 1080I necesita más del doble de memoria que un decodificador para 720P, por lo que cuesta más, no menos). Al igual que en 4 y 6, la transmisión P requiere la conversión ascendente de I a P en el estudio para el archivo NTSC . Esto no cuesta casi nada para la mayoría del material, que se originó con una película de 24 fps. En cualquier caso, el costo del convertidor I-to-P en el extremo de envío es totalmente insignificante en comparación con el costo de la conversión a cualquier tipo de transmisión digital. El artículo 5 desapareció con el desarrollo de una excelente cámara 720P de Polaroid en 1996 y la demostración de una cámara 720P de Panasonic en la reciente convención de NAB. Muchos de los que vieron la demostración de Panasonic 720 P dijeron que las imágenes eran la mejor televisión que habían visto nunca.

Un desarrollo interesante y altamente relevante ocurrió a partir de 1994 cuando varios laboratorios comenzaron a analizar la compresibilidad relativa del video de P e I. Con una señal P y una señal I que tienen el mismo número de líneas / cuadro y la misma velocidad de campo y resolución horizontal (p. Ej., 480×720 P 60 cuadros / seg y 480×720 I 30 fps) la señal P tiene el doble del ancho de banda analógico que la señal I . Sin embargo, debido a la correlación estadística mucho más alta y al menor nivel de aliasing presente en la señal P, ambos pueden comprimirse con MPEG a la misma velocidad de datos digital con aproximadamente la misma calidad subjetiva. Resultados como estos han sido reportados por Bell Labs, NHK, RAI y Project Race of the EU. Por lo tanto, no hay una penalización en la tasa de datos por usar P en lugar de I, y hay muchas ventajas.

Como resultado de todas estas consideraciones, mi conclusión es que no existe una desventaja, monetaria, de calidad o de conveniencia para cualquier parte interesada nacional de usar P en lugar de transmisión. Es cierto que los fabricantes que han hecho una inversión imprudente en esta tecnología obsoleta sufrirán un contratiempo temporal. Sin embargo, si la industria de la radiodifusión de EE. UU. Elige la transmisión progresiva, también estoy seguro de que estas mismas empresas producirán los productos P necesarios en el corto plazo.

Entrelazado y Resolución

Todos los sistemas de TV analógicos actuales utilizan entrelazado, en el que las líneas impares se transmiten en un campo y las líneas pares en el siguiente. Esto se hizo originalmente para duplicar la tasa de parpadeo de gran área en un ancho de banda determinado, pero se puede considerar como un medio para duplicar la resolución vertical mediante la compensación de campos sucesivos en la mitad del interlineado. La esperanza era lograr la tasa de parpadeo duplicado y la resolución vertical duplicada al mismo tiempo. Sin embargo, no hay almuerzo gratis. Las únicas circunstancias en las que se puede hacer esto es cuando los dos campos sucesivos se toman del mismo marco (fijo) y se imprimen en la película. Cuando hay movimiento y / o cuando la integración de los dos campos se realiza en el ojo, el esquema no funciona como se espera. Esto se conoce desde hace muchos años. Un artículo de E.F.Brown of Bell Labs (BSTJ 46,1,1967 pp 199-232) mostró que el grado de mejora de la resolución realmente dependía del brillo de la pantalla; a brillo normal, es solo el 10%, no el 100%! Así, el entrelazado nunca funcionó realmente, incluso en sistemas analógicos; Sólo parecía

Entrelazado produce muchos artefactos en la imagen. El más común es el parpadeo entre líneas, que se produce cuando las líneas adyacentes en el cuadro (que se transmiten y se muestran separadas por un campo de tiempo) no son idénticas. En otras palabras, siempre que haya una buena resolución vertical, hay un parpadeo interlineal. Esta es la razón por la cual el entrelazado ha sido abandonado en monitores de computadora; El video de la computadora tiene resolución vertical completa. La cámara de video, sin embargo, siempre ha reducido la resolución vertical. La cámara de video, sin embargo, siempre ha reducido la resolución vertical. En las cámaras de tubos, esto ocurre automáticamente, ya que la física de la cámara hace que el objetivo se descargue completamente en cada campo, promediando (borrando juntas) las líneas sucesivas de cada cuadro. En las cámaras CCD, esto se hace deliberadamente descargando dos líneas de fotos a la vez. Si esto no se hiciera, el parpadeo entre líneas haría que la imagen no se pueda ver. Aquellos cuya experiencia se limite a la práctica convencional de TV no habrán visto este problema en toda su extensión.

El grado máximo posible de parpadeo entre líneas se puede imaginar al pensar en una imagen NTSC en la que las líneas pares sean blancas y las líneas impares sean negras. Si bien esta es ciertamente una imagen inusual, es NTSC-legal. Dicha pantalla parpadearía a 30 hz, y el parpadeo se percibiría a cualquier distancia. Es el grado en que las líneas adyacentes difieren (es decir, el grado en que representan un detalle vertical) lo que produce el parpadeo. Durante años, tuvimos una demostración de este efecto en mi laboratorio en MIT. Ninguno de los cientos de profesionales de la televisión que llegaron antes había visto esto antes y ninguno había imaginado que el efecto era tan grande.

La necesidad de reducir la resolución vertical para evitar el parpadeo interlínea totalmente inaceptable significa que la resolución nominal de los sistemas entrelazados no es la resolución que realmente se logró en la práctica. La resolución vertical realmente lograda generalmente no es significativamente más alta que la cantidad de líneas por campo, no la cantidad de líneas por cuadro. Por ejemplo, nunca he visto una demostración de 1125 en la que la resolución vertical límite fuera más de 700 líneas.

En una ocasión, el laboratorio de CBS en Stamford, Connecticut, tenía un sistema NHK que se había modificado para que pudiera cambiarse rápidamente entre 1125 líneas entrelazadas y 562 líneas progresivas. Cuando se cambió a P, no hubo una reducción visible en la resolución vertical. El único efecto fue hacer que la estructura de la línea fuera un poco más visible.

Otros artefactos de entrelazado incluyen la ruptura de la imagen cuando la cámara se desplaza verticalmente. Cuando el movimiento vertical es una línea / campo, la mitad de las líneas de la pantalla desaparecen. La transcodificación también se hace más difícil (esta es la razón por la que la transcodificación PAL <> NTSC es imperfecta incluso después de décadas de intentos).

Existe un acuerdo general de que P proporciona mejores imágenes que yo, por lo que se paga el servicio a una eventual migración de I a P. Los defensores de I, sin embargo, insisten en que es demasiado pronto para hacerlo, por las diversas razones mencionadas anteriormente. Este último argumento, aquí demostrado que carece totalmente de mérito, es simplemente el intento más reciente de promover el uso de equipos de producción entrelazados existentes al menos para el inicio de la transmisión digital.

2 Millones vs 1 Millón

Como se muestra arriba, una señal entrelazada con 1080 líneas por trama tiene una resolución vertical real de apenas la mitad, mientras que una señal progresiva de 720 líneas por trama tiene una resolución vertical real de casi 720. En las pruebas de ATTC mencionadas anteriormente, la vertical medida objetivamente La resolución de 720P fue mayor que la de 1080I. En cuanto a la resolución horizontal, 1920 es mucho mayor que 1280, y si se hubiera logrado, uno esperaría que la nitidez percibida de la imagen I hubiera sido mayor que la de la imagen P. Sin embargo, ese no fué el caso. La agudeza subjetiva medida por ATEL fue aproximadamente la misma. (El tema no se seleccionó específicamente para ilustrar artefactos entrelazados). Está claro que la imagen 1080I no resolvió 1920 píxeles horizontalmente. Con toda probabilidad, esto fue causado por la propia cámara o su filtrado. Cabe señalar que, con un ancho de banda de 30 mhz como el utilizado en las pruebas, la resolución se limita a unos 1550 píxeles horizontales.

Datos adicionales sobre este tema han surgido en Japón y en la reciente exposición de NAB. En Japón, la Asociación de Industrias de Radio y Negocios (ARIB) ya ha cambiado de 1080×1920 a 1080×1440 debido a que la resolución más alta causa artefactos de codificación (bloqueo) que pueden reducirse o eliminarse, según la escena, por alguna reducción en la resolución horizontal. También hubo informes de la NAB sobre el bloqueo de artefactos en material codificado en 1080I, sin duda por la misma causa. En diciembre pasado, Sony solicitó a ATSC cambiar el formato de 1080×1920 a 1080×1440. Por otro lado, no hubo informes de artefactos de compresión con 720P en NAB.

En resumen, la resolución nominal de 1080×1920 no se alcanza en la práctica. El formato 1080I no tiene una resolución más alta que el formato 720P, y tiene todos los artefactos entrelazados bien conocidos. No hay ninguna ventaja de calidad en el uso de 1080I, y no hay razones válidas para no usar la exploración progresiva.

Conclusión

La idea de que 1080I tiene una resolución más alta que 720P ha demostrado ser falsa. La resolución realmente lograda en el sistema entrelazado está muy por debajo del nominal 1080×1920. La reducción en la resolución vertical se debe a la necesidad de disminuir el parpadeo interlínea que de lo contrario estaría presente. La reducción en la resolución horizontal es en parte un problema de la cámara y en parte una limitación del sistema de compresión MPEG. Estas limitaciones son inherentes; no se pueden eliminar dentro de la velocidad de transmisión de datos dada. Hubo un tiempo en que estos asuntos no se entendieron completamente, pero ese tiempo ya pasó. Ahora hay una gran cantidad de evidencia que muestra que no hay ninguna ventaja en absoluto en el uso de entrelazado en la transmisión de TV digital, excepto para los fabricantes de equipos de producción entrelazados. El hecho de que algunos defensores entrelazados todavía estén impulsando esta tecnología obsoleta muestra que su punto de vista no puede basarse en hechos, pero se debe casi seguramente a su último intento de hacer que el equipo de producción de 1125 líneas ya desarrollado sea el equipo adecuado para usar como Se inicia la transmisión de HDTV.

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