Porqué debes grabar en 4k, incluso cuando el formato final es HD

Phil Rhodes se pone técnico explicando el porqué se debe considerar seriamente grabar en 4k aunque termines exportando un HD.

Se esta volviendo algo común que el equipo que usamos para trabajar, maneje resoluciones más altas que HD. La distribución de imágenes 4k se encuentra en primeras etapas. Sin embargo, desde que las cámaras 4k producen un resultado tan bueno cuando el material se baja a HD, vale la pena discutir los beneficios que tiene grabar en 4K cuando el formato final será un HD.

Considera la Nitidez.

Tal vez es lo más obvio, pero la nitidez es uno de los factores más importantes. Las imágenes adquiridas desde un sensor que no resuelve la imagen de salida significativamente nunca van a satisfacer por completo los límites Nyquist de resolución de esa imagen. Esto es, incluso si consideramos un sensor monocromático, por ejemplo, 1920 x 1080 pixeles, el requerimiento de filtro low-pass para desaparecer el aliasing significa que los resultados tienen que tener menor nitidez de lo que un cuadro HD puede teóricamente contener.

Esto aplica más para las cámaras que tienen chip singular de color. Con los filtros multicolor Bayer o Bayer-like, estas cámaras requieren un filtro low-pass más agresivo (esto es, difuminar) para prevenir el aliasing en los elementos rojos y azules, y sufrir aún más imprecisión y pérdida de poder de resolución, especialmente de sujetos saturados, cuando la interpolación necesaria es aplicada para resolver una imagen a todo color. Un sensor 4K monocromático no puede llenar idealmente una imagen 4K, y un sensor 4K Bayer, menos.

Al momento, la única cámara que viene configurada de tal manera que el sensor de imagen tenga una resolución mayor que su formato de salida, es la Sony F65, aunque muchas otras cámaras, como la Alexa, pueden ser configuradas para que, aunque sea, un grado pequeño de resolución extra esté disponible y el resultado es una imagen que se ve mucho mejor. Esta es una falla muy notoria de cámaras DSLR como la Canon 5K Mk II (e incluso de su hermana mayor la MK III) que no hacen el sampling completo de la imagen del sensor y luego escalan cuidadosamente hacia abajo el resultado, lo que debe eliminar el aliasing y producir imágenes de gran nitidez, poco ruido, y en general gran calidad. El grado de oversampling, la práctica de grabar más información de la requerida y promediar para remover errores, sería enorme cuando consideramos una imagen de más de 10 megapíxeles de una DSLR contra los dos megapíxeles del cuadro HD.

Mayor precisión de color

Además de la nitidez, hay otras ventajas de grabar en 4K para un formato HD final. Muchos formatos e interconexiones como el HDMI, son 8-bit, esto quiere decir que cada uno de los 3 componentes (RGB o una variante de YUV) es representada con solo 256 valores de color. Prácticamente todo el trabajo profesional de cine y televisión es hecho ahora con sistemas que brindan 10-bit, o 1024 niveles por canal, para mayor precisión. Pero al menos algo de esta precisión puede ser recuperada al grabar en 4K (o, digamos, Quad HD) y luego bajado a HD. Entonces tendríamos cuatro píxeles HD por cada pixel HD, como consecuencia, cierto número de píxeles QHD serán promediados (necesario, para eliminar el aliasing en la imagen de salida) para producir un solo píxel de salida de mayor precisión. El hecho de que la suma de 4 pixeles con valor 8-bit deba de estar dentro del rango de un solo pixel 10-bit, ya que 4 x 256 = 1024, es una coincidencia y una conveniencia técnica; bien podríamos promediar 4 pixeles 10-bit y guardar el resultado en 16 bits, con cierta pérdida de potencial precisión.

Poder decir que un frame de 1920 x 1080 10-bit derivado de un frame 3840 x 2160 8-bit pueda genuinamente contener datos 10-bit precisos es algo que las personas van a discutir, especialmente ya que la mayoría de los frames 8-bit QHD no contendrán una representación lineal de luminancia, en vez serán procesados con funciones gamma como la definida en Rec. 709. Esto complica cualquier consideración en el tema en términos de información teórica formal, y también hay preocupaciones sobre el hecho de que muchos frames 8-bit, como los grabados en tarjetas SD por la serie de cámaras Sony NEX, también tendrían una comprensión razonable. Aunque aún así es razonable esperar una precisión de color como resultado del oversampling y de bajar la resolución de frames bit-depth bajo a un frame más pequeño pero de mayor bit-depth.

Superando el Subsampling

Hay otras ventajas en términos de precisión de color. Muchas imágenes 8-bit se verán representadas, sólo por ser más práctico, como una variación de lo que generalmente se le conoce como información YUV, donde el canal Y representa una imagen blanco y negro, la U y V representan la diferencia de color entre esa escala de grises y los canales RGB, respectivamente. La utilidad de esto, para quienes no lo saben, es que el ojo humano ve más detalle en términos de brillo, percibiendo la información de color a una resolución efectiva baja. Las proporciones usadas normalmente en relación a este acercamiento para guardar imágenes 4:2:2, 4:1:1 etc, se refieren a una reducción en resolución de los canales U y V, una técnica a la que se le conoce como subsampling. Los formatos de transmisión de alto nivel normalmente usan subsampling 4:2:2, con los canales U y V guardados la mitad de resolución horizontal de la escala de grises del canal Y, reduciendo los requerimientos de espacio para guardar la imagen a un tercio sin daño visible a la calidad de la imagen.

Este enfoque funciona bien para distribución y para adquisición de material que no será fuertemente procesado en post producción. De hecho, con la baja compresión, termina funcionando bien para muchas aplicaciones. Puede comenzar a fallar cuando se le aplica una gradación pesada o con técnicas como chromakey, donde la imagen es procesada por algo que no es el ojo humano y puede ver un detalle más fino en la información del color. Bajar un cuadro 4K a HD, sin embargo, los canales U y V pueden rendir sin necesidad de subsampling, permitiendo una conversión más completa a un resultado un-subsampled, imagina una imagen RGB con color y brillo idénticos. Hay advertencias: convertir entre YUV y RGB representa pérdida de calidad, ya que hay colores que no se pueden representar en ambos sistemas, y es difícil, matemáticamente, pedir los beneficios de un-subsampled y la precisión 10-bit al mismo tiempo; el beneficio difiere por la luminancia y la crominancia en este caso. Pero, una vez más, en práctica al menos, existirá algún beneficio.

Espera aún hay más…

Hay otras ventajas con oversampling. Reducción de ruido (en datos lineales) idealmente por una cantidad representando más de un paso de cualquier sensibilidad adicional o rango de brillos adicional. En set, la persona que se encarga de enfocar, puede tomar de referencia un display 4K con la confianza de que ese display es mejor que el resultado final. Se puede realizar un reencuadre o estabilización de la imagen en post-producción sin comprometer la calidad de la imagen. Y por supuesto, una producción terminada en HD puede ser remasterizada a 4K en un futuro. Así que, aun si por el momento el mercado 4K es algo limitado, tiene todo el sentido del mundo entrar en el.