Vídeo de alta definición

Las especificaciones modernas de alta definición se remontan a principios de la década de 1980, cuando ingenieros japoneses desarrollaron el estándar de televisión entrelazada HighVision de 1125 líneas (también llamado MUSE ), que funcionaba a 60 fotogramas por segundo. El sistema Sony HDVS se presentó en una reunión internacional de ingenieros de televisión en Argel en abril de 1981, y la cadena japonesa NHK presentó su sistema de televisión analógica de alta definición (HDTV) en una conferencia suiza en 1983.

El sistema NHK se estandarizó en Estados Unidos como el estándar n.° 240M de la Sociedad de Ingenieros de Cine y Televisión (SMPTE) a principios de la década de 1990, pero se abandonó posteriormente al ser reemplazado por el estándar analógico DVB. El vídeo HighVision aún se puede utilizar para el intercambio de vídeo HDTV, pero prácticamente no existen equipos modernos disponibles para realizar esta función. Los intentos de implementar HighVision como  canal de transmisión de 6 MHz resultaron en su mayoría infructuosos. Todos los intentos de utilizar este formato para la transmisión de televisión terrestre se abandonaron a mediados de la década de 1990.

Europa desarrolló HD-MAC (1250 líneas, 50  Hz), un estándar de vídeo híbrido analógico/digital perteneciente a la familia MAC ; sin embargo, nunca se popularizó como formato de transmisión de vídeo terrestre. HD-MAC nunca fue designado para el intercambio de vídeo, excepto por la Unión Europea de Radiodifusión .

El vídeo digital de alta definición no era posible con vídeo sin comprimir debido a los requisitos de memoria y ancho de banda impracticablemente altos , con una tasa de bits que superaba1 Gbit/s  para vídeo 1080p . ^{[ 1 ]} La HDTV digital fue posible gracias al desarrollo de la compresión de vídeo por transformada discreta del coseno (DCT) . ^{[ 2 ]} La DCT es una técnica de compresión con pérdidas que fue propuesta por primera vez por Nasir Ahmed en 1972, ^{[ 3 ]} y posteriormente se adaptó a un algoritmo DCT con compensación de movimiento para formatos de codificación de vídeo como los formatos H.26x del Video Coding Experts Group desde 1988 en adelante y los formatos MPEG desde 1993 en adelante. ^{[ 4 ] [ 5 ]} La compresión DCT con compensación de movimiento redujo significativamente la cantidad de memoria y ancho de banda necesarios para el vídeo digital, capaz de alcanzar una relación de compresión de datos de alrededor de 100:1 en comparación con el vídeo sin comprimir. ^{[ 6 ]} A principios de la década de 1990, la compresión de vídeo DCT se había adoptado ampliamente como el estándar de codificación de vídeo para HDTV. ^{[ 2 ]}

Los estándares actuales de video de alta definición en Norteamérica se desarrollaron durante el proceso de desarrollo de la televisión avanzada, iniciado por la Comisión Federal de Comunicaciones en 1987 a petición de las emisoras estadounidenses. En esencia, el final de la década de 1980 marcó el fin de la mayoría de las tecnologías analógicas de alta definición desarrolladas hasta entonces.

El proceso de la FCC, liderado por el Comité de Sistemas de Televisión Avanzada (ATSC), adoptó una serie de estándares que abarcan desde vídeo entrelazado de 1080 líneas (un descendiente técnico del  sistema analógico original NHK 1125/30 Hz) con una velocidad de fotogramas máxima de 30  Hz (60 campos por segundo) hasta vídeo de 720 líneas, con escaneo progresivo, con una velocidad de fotogramas máxima de 60  Hz.

Finalmente, sin embargo, el estándar DVB de resoluciones (1080, 720, 480) y sus respectivas velocidades de fotogramas (24, 25, 30) se adoptó en conjunto con los europeos que también participaron en el mismo proceso de estandarización. La FCC adoptó oficialmente el estándar de transmisión ATSC en 1996 (que incluía estándares de video HD y SD ).

A principios de la década de 2000, todo indicaba que la DVB sería el estándar de vídeo por mucho tiempo. Sin embargo, tanto Brasil como China han adoptado estándares alternativos para vídeo de alta definición que impiden la interoperabilidad que se esperaba tras décadas de transmisiones de televisión analógica prácticamente incompatibles.

Además, existen resoluciones UltraWide menos comunes pero aún populares , como 2560 × 1080p (1080p UltraWide).

También existe la opción WQHD+ para algunos de ellos.

La película fotográfica de alta resolución utilizada para la proyección cinematográfica se expone a una velocidad de 24 fotogramas por segundo, pero generalmente se proyecta a 48, proyectándose cada fotograma dos veces para minimizar el parpadeo. Una excepción a esto fue el cortometraje Momentum de la National Film Board of Canada de 1986 , que experimentó brevemente con la filmación y proyección a 48 fotogramas por segundo , en un proceso conocido como IMAX HD .

Dependiendo del ancho de banda disponible y la cantidad de detalles y movimiento en la imagen, el formato óptimo para la transferencia de video es 720p24 o 1080p24. Cuando se muestra en televisión en países con sistema PAL, la película debe proyectarse a una velocidad de 25 fotogramas por segundo acelerándola en un 4,1 por ciento. En países con estándar NTSC, la velocidad de proyección es de 30 fotogramas por segundo, utilizando una técnica llamada 3:2 pull-down. Un fotograma de la película se mantiene durante tres campos de video (1/20 de segundo), y el siguiente durante dos campos de video (1/30 de segundo), y luego el proceso se repite, logrando así la velocidad de proyección correcta con dos fotogramas de película mostrados en una doceava parte de segundo.

Las grabaciones antiguas (anteriores a la HDTV) en cintas de vídeo, como las Betacam SP, suelen estar en formato 480i60 o 576i50. Si bien se pueden convertir a un formato de mayor resolución, eliminar el entrelazado para adaptarlo al formato común de 720p puede distorsionar la imagen o requerir filtrado, lo que reduce la resolución del resultado final.

Las grabaciones de vídeo HDTV no cinematográficas se graban en formato 720p o 1080i . El formato utilizado lo establece la emisora ​​(en el caso de la transmisión televisiva). En general, el formato 720p ofrece mayor precisión en escenas de acción rápida, ya que escanea los fotogramas progresivamente, a diferencia del formato 1080i, que utiliza campos entrelazados y, por lo tanto, puede degradar la resolución de las imágenes rápidas.

El formato 720p se utiliza principalmente para la distribución de vídeo de alta definición por internet, debido a que los monitores de ordenador realizan un escaneo progresivo; además, el vídeo 720p requiere menos almacenamiento y decodificación que el 1080i o el 1080p. Este formato también se utiliza para las retransmisiones de alta definición en todo el mundo, y el 1080p se emplea para las películas Blu-ray .

El formato cinematográfico presenta limitaciones inherentes, como la dificultad de visualizar el metraje durante la grabación, y sufre otros problemas derivados de un revelado o procesamiento deficiente, o de sistemas de monitorización inadecuados. Dado el creciente uso de imágenes generadas o alteradas digitalmente en el cine, y que la edición de secuencias de imágenes se realiza a menudo de forma digital, algunos directores han rodado sus películas en formato HD mediante cámaras de vídeo digitales de alta gama. Si bien la calidad del vídeo HD es muy superior a la del vídeo SD y ofrece una mejor relación señal/ruido frente a películas de sensibilidad comparable, el formato cinematográfico sigue siendo capaz de capturar más detalles de imagen que los formatos de vídeo HD actuales. Además, algunas películas presentan un rango dinámico más amplio (capacidad para captar los extremos de zonas oscuras y claras en una escena) que incluso las mejores cámaras HD. Por lo tanto, los argumentos más convincentes para el uso del HD son actualmente el ahorro en el coste del material fílmico y la facilidad de transferencia a sistemas de edición para efectos especiales.

Dependiendo del año y el formato en que se filmó una película, el tamaño de la imagen expuesta puede variar mucho. Los tamaños van desde 24  mm × 36  mm para cámaras VistaVision / Technirama de 8 perforaciones (igual que  la película fotográfica de 35 mm) hasta 18  mm  ×  24  mm para películas mudas o cámaras de fotograma completo de 4 perforaciones, y tan pequeños como 9  mm  ×  21  mm en cámaras Academy Sound Aperture modificadas para el formato Techniscope de 2 perforaciones. También se producen películas con otros formatos , como películas de 70 mm (22  mm  ×  48  mm) o los formatos menos comunes de 55  mm y CINERAMA .

Los cuatro formatos de película principales proporcionan resoluciones de píxeles (calculadas a partir de píxeles por milímetro) aproximadamente de la siguiente manera:

• Academy Sound (Películas sonoras anteriores a 1955): 15  mm × 21  mm (1,375) = 2160 × 2970
• Cámara de la Academia en formato panorámico estadounidense: 11  mm  × 21  mm (1,85)  = 1605 × 2970
• Panavision anamórfico actual ("Scope"): 17,5  mm × 21  mm (2,39) = 2485 × 2970
• Super-35 para impresiones anamórficas: 10  mm × 24  mm (2,39) = 1420 × 3390

En el proceso de creación de copias para exhibición, este negativo se copia en otra película (negativo → interpositivo → internegativo → copia), lo que provoca una reducción de la resolución con cada paso de copia de la emulsión y cuando la imagen pasa a través de una lente (por ejemplo, en un proyector). En muchos casos, la resolución puede reducirse hasta 1/6 de la resolución del negativo original (o incluso menos). Cabe destacar que los valores de resolución para  película de 70 mm son superiores a los indicados anteriormente.

Muchos servicios de transmisión de video en línea, bajo demanda y descarga digital ofrecen video HD. Debido a la fuerte compresión, el detalle de la imagen que producen estos formatos puede ser muy inferior al de la transmisión ATSC 1 (8-18 Mbit/s MP2), e incluso a menudo inferior al de un DVD-Video SD (3-9 Mbit/s MP2) escalado al mismo tamaño de imagen. ^{[ 8 ]} A continuación se muestra una tabla con numerosos servicios en línea y su oferta de HD:

Desde finales de la década de 2000, un número considerable de fabricantes de cámaras de seguridad comenzaron a producir cámaras HD. La necesidad de alta resolución, fidelidad de color y velocidad de fotogramas es crucial para fines de vigilancia, a fin de garantizar que la calidad de la salida de video sea de un estándar aceptable que pueda utilizarse tanto para vigilancia preventiva como para fines probatorios. ^{[ 35 ]}

Si bien las cámaras HD pueden ser muy efectivas en interiores, ciertas industrias con entornos exteriores requerían resoluciones mucho mayores para una cobertura eficaz. La constante evolución de las tecnologías de sensores de imagen permitió a los fabricantes desarrollar cámaras con resoluciones de 10 a 20 MP, que se han convertido en herramientas eficientes para la monitorización de áreas extensas.

Para aumentar aún más la resolución de las cámaras de seguridad, algunos fabricantes desarrollaron cámaras multisensor. En estos dispositivos, varias combinaciones de sensor y lente producen las imágenes, que luego se combinan durante el procesamiento de imágenes . ^{[ 36 ]} Estas cámaras de seguridad pueden ofrecer incluso cientos de megapíxeles con una velocidad de fotogramas de película.

Sin embargo, resoluciones tan altas requieren tecnologías especiales de grabación, almacenamiento y visualización de vídeo en tiempo real.

Entre las consolas de videojuegos , la PS2 admite 1080i y la Xbox 1080p, pero solo en un puñado de juegos. La PS3 ^{[ 37 ]} y la 360 ^{[ 38 ]} emiten una señal de 1080p, pero pocos juegos son realmente 1080p; la mayoría solo se renderizan a 720p o menos y se escalan internamente. La Xbox, la PS2 y la PS3 no escalan universalmente y recurrirán a señales de menor resolución para la mayoría de los juegos; todas las consolas posteriores pueden escalar todos los juegos a la resolución máxima de la consola. La Vita / PSTV renderiza 544p qHD escalado a 1080p a través de la salida HDMI, mientras que la Wii no admite HD en absoluto. ^{[ 39 ]} La Wii U , ^{[ 40 ]} Switch , ^{[ 41 ]} Xbox One y PS4 admiten 1080p nativo, ^{[ 42 ]} aunque sin un televisor externo la pantalla integrada es 480p FWVGA en el Wii U GamePad y 720p en la Switch. ^{[ 41 ]}

Xbox One X , Xbox Series X , PS4 Pro , PS5 , ^{[ 42 ]} y Switch 2 admiten 4K nativo, aunque la pantalla integrada de Switch 2 es de 1080p. ^{[ 43 ]}

Se anuncia que Xbox Series X y PS5 son capaces de 8K después de futuras actualizaciones de firmware . ^{[ 44 ]} A pesar de que varios juegos renderizan internamente a 6K o 8K con reducción de escala, ^{[ 45 ]} el firmware que permite la salida de señales por encima de un límite estricto de 4K sigue siendo vaporware incluso para aplicaciones que no son juegos y para el escalado, ^{[ 46 ] [ 47 ]} con la mención de 8K eliminada silenciosamente de los envíos más nuevos de PS5. ^{[ 48 ]} La PS5 Pro sí admite 8K desde el lanzamiento, aunque los juegos nativos de 8K todavía están en desarrollo, ^{[ 49 ]} los juegos lanzados hasta ahora escalan desde no más de 6K. ^{[ 50 ]}

En teoría, los juegos de PC solo están limitados por la resolución de la pantalla y la compatibilidad del controlador de la GPU , aunque especialmente los juegos y puertos más antiguos tienen límites codificados arbitrariamente y a veces involuntariamente en la configuración del modo de video . Algunas GPU admiten DisplayPort 2.1 para una resolución nativa de 8K a altas frecuencias de actualización a través de un solo cable, ^{[ 51 ]} mientras que algunos monitores de PC admiten agregación de enlaces para controlar un solo monitor con mayor ancho de banda a través de múltiples cables. ^{[ 52 ]} Se admiten monitores ultraanchos , que pueden mostrar más del mundo del juego que una pantalla común con una relación de aspecto de 16:9 , ^{[ 53 ]} y son posibles configuraciones de múltiples monitores , como tener un solo juego que se extienda a través de tres monitores para una experiencia más inmersiva. ^{[ 54 ]}