D-1 (Sony)

D-1 o 4:2:2 Component Digital es un estándar de grabación de vídeo digital de SMPTE , introducido en 1986 gracias a los esfuerzos de los comités de ingeniería de SMPTE . Comenzó como un producto de Sony y Bosch - BTS y fue el primer formato de vídeo digital profesional importante . SMPTE estandarizó el formato dentro de la norma ITU-R 601 (originalmente CCIR-601), también conocida como Rec. 601 , que se derivó de los estándares SMPTE 125M y EBU 3246-E.

El D-1 o 4:2:2 D-1 (1986) fue una hazaña importante en la grabación de video digital en tiempo real con calidad de transmisión. Almacena video de componentes digitalizado sin comprimir , codificado en Y'CbCr 4:2:2 usando el formato de trama CCIR 601 con 8 bits, ^{[ 1 ] [ 2 ]} junto con pistas de audio PCM y código de tiempo en una cinta de videocasete de 3/4 de pulgada (19 mm) (aunque no debe confundirse con el omnipresente casete U-Matic/U-Matic SP de 3/4 de pulgada).  

El vídeo por componentes sin comprimir utilizaba un ancho de banda enorme para su época: 167  Mbit/seg (tasa de bits). ^{[ 3 ]} Uno de los primeros VTR D-1, el Sony DVR-1000, requería un procesador de vídeo grande e independiente. ^{[ 4 ]} Su sucesor, el DVR-2000, lo integró en el mismo chasis que el VTR. El tiempo máximo de grabación en una cinta D-1 es de 94 minutos. Las cintas medianas podían grabar hasta 34 minutos, y las pequeñas hasta 6 minutos. ^{[ 5 ]}

El formato utiliza escaneo helicoidal, con un patrón de envoltura en M en el que la cinta se enrolla alrededor del tambor de cabezales por los lados izquierdo y derecho. ^{[ 6 ] [ 7 ]} El tambor de cabezales de escaneo helicoidal gira a 10 800 RPM para vídeo NTSC, o a 9000 RPM para PAL. Tiene 75 mm de diámetro y las pistas helicoidales, leídas por los cabezales de vídeo montados en el tambor de cabezales, tienen 40 micras de ancho. ^{[ 1 ]} La velocidad de escritura en los cabezales es de 33,63 m/s, las velocidades lineales de la cinta son de 286,588 mm/s para NTSC, 286,875 mm/s para PAL. ^{[ 4 ]}

Debido a su calidad de imagen excepcional, el procesamiento de componentes y la grabación sin comprimir, la D-1 fue muy popular en la producción gráfica y de animación de alta gama, donde la superposición de múltiples capas se realizaba anteriormente en cortos periodos de tiempo mediante discos duros ( Quantel Harry, Henry, Harriet, Hal o Abekas DDR) o mediante varias máquinas analógicas funcionando simultáneamente. Los discos duros de la década de 1980 que almacenaban vídeo con calidad de emisión solían tener una capacidad de solo 30 segundos a unos pocos minutos, y los sistemas que los hacían funcionar podían costar 500 000 dólares. En cambio, la máquina D-1 permitía grabar 94 minutos en un casete de 200 dólares.

La resolución D-1 es de 720 (horizontal) × 486 (vertical) para sistemas NTSC y de 720 × 576 para sistemas PAL ; estas resoluciones provienen de Rec. 601. ^{[ 8 ]}

Posteriormente se introdujo una pequeña variación que eliminaba las 6 líneas superiores para ahorrar espacio, la cual se popularizó en los formatos DV/DVCAM/DVCPRO de 1/4 de pulgada y para la transmisión digital, que tienen 720 x 480 píxeles para NTSC; y también se utiliza en DVD-Video y televisión de definición estándar .

Las unidades D1 son conmutables entre NTSC y PAL. La luminancia se muestrea a 13,5  MHz y la crominancia a 6,75  MHz con una velocidad de datos total de 27  MHz. Se utilizó el muestreo a 13,5  MHz porque es un múltiplo común de la velocidad de línea NTSC/PAL (6 x 2,5  MHz). La primera interfaz de entrada/salida fue un cable paralelo de 25 pines (SMPTE 125M) y posteriormente se actualizó a una interfaz digital serie en cable coaxial (SDI, SMPTE 259M, coaxial de 75 Ω, 270  MHz). Los datos auxiliares se pueden colocar en intervalos de borrado H/V. El espacio de color para Y' B'-Y' R'-Y' también está definido en el espacio de color ITU Rec. 601 o Rec. 709.

El formato D-5 de Panasonic tiene especificaciones similares, pero se muestrea a 10 bits en lugar de los 8 bits del D-1. Tuvo la ventaja del tiempo de desarrollo, ya que se lanzó mucho más tarde que el D-1 de Sony y un año después de que se presentara el formato Digital Betacam de Sony.

El sistema de formato D-2 de Sony y Ampex llegó dos años después, utilizando vídeo compuesto para reducir el ancho de banda necesario. Esto redujo el precio del D-2 a la mitad del del D-1. Dado que el D-2 era digital compuesto en lugar de por componentes, se podía integrar fácilmente en la infraestructura de las grabadoras analógicas compuestas que se utilizaban en ese momento (Quadruplex de 2 pulgadas, Tipo C de 1 pulgada y U-Matic de 3/4 de pulgada). Como se grababa menos información en el D-2 que en el D-1, la velocidad de la cinta se podía reducir y almacenar un máximo de 208 minutos en comparación con los 94 minutos del D-1. Sin embargo, el D-2 seguía siendo una solución de compromiso, al ser vídeo compuesto.

A medida que las emisoras migraron del cableado analógico al digital, la infraestructura digital por componentes se hizo viable. El popular sistema Digital Betacam de Sony facilitó esta transición al mantener los colores separados en el espacio digital por componentes (D1/D5) en lugar de combinados en el espacio compuesto (D2/D3). Digital Betacam podía reproducir las cintas analógicas Betacam/Betacam SP anteriores, que para entonces ya habían creado un archivo para las emisoras gracias a su formato de cinta de 1/2 pulgada (a diferencia de los casetes D1/D2 de 19 mm, más voluminosos). De este modo, Digital Betacam de 1/2 pulgada se convirtió en el estándar de facto para la edición, distribución y archivo de señales de radiodifusión en definición estándar.

Aunque la transmisión y distribución en alta definición se generalizó en Estados Unidos entre 2008 y 2010, las cadenas solían requerir copias en definición estándar en formato Digital Betacam. Programas de televisión como The Rachael Ray Show de la CBS todavía se grababan y archivaban en Digital Betacam hasta bien entrado el año 2012.

El formato D-1 era notoriamente caro y requería grandes cambios de infraestructura en las instalaciones que se actualizaban a este formato de grabación digital , porque las máquinas, al no comprometer la calidad, volvían al procesamiento por componentes (donde la luminancia o la información en blanco y negro de la imagen) y sus colores primarios rojo, verde y azul (RGB) se mantenían separados en un algoritmo de muestreo conocido como 4:2:2, razón por la cual muchas máquinas tienen una insignia de "4:2:2" en lugar de "D-1".

Las primeras operaciones del D-1 estuvieron plagadas de dificultades, aunque el formato se estabilizó rápidamente y sigue siendo reconocido por su excelente calidad de imagen en definición estándar. ^{[ 9 ]}

El formato D-1 fue el primer formato de cinta digital en tiempo real con calidad de transmisión. El Sony DVR-1000 original, presentado en 1986, tenía un precio de venta sugerido por el fabricante (MSRP) en EE. UU. de 160 000 dólares. Unos años más tarde, los ingenieros de Sony lograron reducir drásticamente el tamaño del dispositivo al minimizar el procesamiento electrónico para integrarlo en el chasis principal de la unidad de casete, dando lugar al DVR-2000, lo que redujo su precio en EE. UU. a 120 000 dólares.

Una unidad externa de un solo rack permitiría a la máquina grabar un canal clave (de máscara) adicional (4:2:2:4) o duplicar la resolución horizontal (8:4:4) combinando dos VTR que funcionen simultáneamente.

Los modelos posteriores "SP" y "OS" funcionaban a velocidad reducida , lo que los hacía técnicamente adecuados para transferencias de películas de telecine de 24 fotogramas a cinta D1, y permitía que una sola cinta proporcionara tanto másteres NTSC (525 líneas verticales) como PAL (625 líneas) al mismo tiempo.

Si bien los primeros experimentos con la televisión en color se realizaron dentro del dominio de componentes RGB, la mayor parte de la transmisión y posproducción de televisión en color se vio comprometida en las décadas de 1960 y 1970 para simplificar la infraestructura y la transmisión mediante la combinación del color y la luminancia (composición). Sin embargo, una vez combinada la información de color y luminancia, nunca se podía separar con la misma pureza con la que se originó.

El vídeo por componentes rara vez se procesaba en formato RGB, como ocurre en las pantallas de ordenador. Existía la necesidad histórica de mantener las señales en blanco y negro. Además, dado que el ojo humano es más sensible a la información visual en blanco y negro que al color, los ingenieros calcularon que, con el tamaño de la pantalla de televisión doméstica más grande, no era necesario muestrear las líneas de vídeo en color para cada píxel digital convertido.

La videocámara Betacam de Sony de 1982, con formato de vídeo de 1/2 pulgada para la recopilación de noticias, fue la primera combinación de videocámara y sistema de vídeo que llegó a un compromiso, conocido como YUV. La "Y" representaba la luminancia , o el detalle de la imagen de vídeo, en blanco y negro. Contenía el fotograma de sincronización necesario para obtener una imagen estable. Si se conecta solo el cable "Y", se puede ver una imagen en blanco y negro, pero no si solo se conectan los otros dos canales de información de color.

El "UV" era un algoritmo matemático de RY (rojo menos luminancia) y BY (azul menos luminancia). La información del verde se derivaba de la diferencia (por eso YUV se conoce como procesamiento de diferencia de color). Por ejemplo, si hay cinco ositos de peluche panda blancos y negros en una caja (Y); más ocho manzanas rojas (RY) y dos arándanos (BY); y el número total de artículos debe ser igual a 20, se puede calcular fácilmente cuántas manzanas verdes quedan, ya que 20 menos 15 daría una diferencia de cinco.

Cuando los ingenieros buscaron procesar y grabar en tiempo real la enorme cantidad de datos digitales necesarios para crear el primer formato de cinta de vídeo digital, mantener el algoritmo Y, RY, BY o YUV fue clave para simplificar y reducir la información de imagen inicial muestreada, ahorrando así un valioso espacio.

4:2:2 significa Y, RY y BY; no RGB. A menudo se interpreta erróneamente que 4 significa rojo y los 2 restantes representan verde y azul. Si esto fuera cierto, se produciría una distribución desigual de los datos verdes y azules en comparación con los rojos.

En una pequeña muestra determinada de la imagen de vídeo, por ejemplo, los primeros cuatro píxeles que se extienden horizontalmente en la esquina superior izquierda de la pantalla, el primer "4" significa que el detalle más importante de la imagen en blanco y negro/luminancia se muestreó en cada píxel de esa muestra de 4 píxeles.

Los siguientes dos 2 indican que RY y BY se muestrearon en píxeles alternos, omitiendo el intermedio. El ojo no debería percibir que los dos píxeles intermedios carecen de la información de color original registrada por la cámara; simplemente se replica el píxel de color anterior. Por lo tanto, con 4:2:2, todos los colores (rojo, verde y azul) se muestrean a la mitad de la velocidad de detalle de la imagen en blanco y negro (luminancia). Se podría decir que se registra realmente el 50 % del color, ya que para la pantalla del televisor era suficiente para el ojo humano.

El popular formato DV/DVCAM/DVCPRO de 1/4 de pulgada de 1995/96 tenía un muestreo digital YUV de componentes de 4:1:1, lo que significa que solo se grababa 1 de cada 4 píxeles o el 25 % del color, razón por la cual el color se veía "apagado" y menos vibrante en comparación con cualquier grabación 4:2:2. Esto hacía que las máscaras de pantalla verde fueran de menor calidad en este formato. El formato DV comprimía aún más los datos digitales a 5:1, para obtener 25 millones de bits por segundo en una cinta pequeña que se movía a baja velocidad. En ocasiones, se podían apreciar sutiles artefactos de compresión.

Las grabadoras de vídeo modernas de alta definición, como el formato HDCAM-SR de Sony (SR significa resolución superior), tienen la capacidad de alternar entre la grabación 4:2:2 y RGB completa para trabajos cinematográficos en pantallas gigantes; por lo tanto, el RGB se muestrea en cada píxel y se denomina 4:4:4.

• Grotticelli, Michael, ed. (2001). Manual de vídeo para cineastas estadounidenses. The ASC Press, Hollywood, CA. ISBN 0-935578-14-5
• Página del DVR-1000 en Sony.com
• Historia de Sony: El comienzo de la era digital
• nfsa.gov.au El Archivo Nacional de Cine y Sonido de Australia, TV
• smpte.org, Requisitos del usuario para la grabadora de vídeo digital por componentes 4:2:2, por William C. Nicholls
• Procesamiento y codificación de señales, imágenes y vídeo multidimensionales, página 381, por John William Wood
• Manual del cineasta: una guía completa para la era digital, por Steven Ascher y Edward Pincus.
• tech.ebu.ch Rec 601 Los orígenes del estándar DTV 4:2:2
• Serializador de vídeo digital TI CLC021 SMPTE 259M con generación e inserción de EDH.