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lunes, 15 de marzo de 2021

¿Qué es la "mejora de escala" en un televisor y cómo funciona?

 

Un televisor 4K que muestra cuatro resoluciones del mismo video.

A medida que 4K reemplaza a HD en nuestros hogares, los fabricantes están revelando una jerga de marketing interesante, como “Escalado Ultra HD” (UHD). Pero la ampliación no es una característica única, solo permite que los televisores 4K funcionen con formatos de video de menor resolución, como 1080p y 720p.

Todos los televisores tienen escalamiento superior

El aumento de escala significa que el contenido de baja resolución llenará toda la pantalla de su televisor. Sin él, un video de baja resolución ocupa menos de la mitad del espacio de la pantalla. Esta es una característica típica de todos los televisores. Incluso los televisores de 1080p lo tenían: podían mejorar el contenido de 720p y mostrarlo en modo de pantalla completa en una pantalla de 1080p.

La ampliación UHD es lo que hace que su televisor 4K funcione como cualquier otro. Puede tomar contenido de menor resolución y mostrarlo en toda la pantalla 4K.

El contenido de 1080p mejorado en una pantalla 4K a menudo se ve mejor que el contenido de 1080p en una pantalla normal de 1080p. Pero la ampliación no es mágica: no obtendrá la imagen nítida que obtendría del contenido 4K nativo real. Así es como funciona.

La resolución existe a nivel físico y visual

Antes de comenzar a escalar, debemos comprender el concepto de resolución de imagen. De un vistazo, es un concepto relativamente simple. Una imagen o un video con una resolución alta se ve "mejor" que una imagen o un video con una resolución baja.

Sin embargo, tendemos a olvidar algunos aspectos clave, a saber, la diferencia entre resolución física y resolución óptica. Estos aspectos funcionan en conjunto para crear una buena imagen y son la base para comprender el aumento de escala. También cubriremos la densidad de píxeles, pero no se preocupe, haremos las cosas breves y sencillas.

  • Resolución física : en una hoja de especificaciones de TV, la resolución física se denomina simplemente "resolución". Es la cantidad de píxeles en una pantalla. Un televisor 4K tiene más píxeles que un televisor 1080p, y una imagen 4K es cuatro veces el tamaño de una imagen 1080p. Todas las pantallas 4K, independientemente de su tamaño, contienen la misma cantidad de píxeles. Si bien los televisores con una resolución física alta pueden usar sus píxeles adicionales para ofrecer detalles adicionales, no siempre funciona de esa manera. La resolución física está a merced de la resolución óptica.
  • Resolución óptica : esta es la razón por la que las fotos de su vieja cámara desechable se ven mejor que las elegantes fotos de la cámara digital de su amigo pretencioso. Cuando una foto se ve nítida y tiene un rango dinámico claro, tiene una alta resolución óptica. Los televisores a veces desperdician su alta resolución física al mostrar videos con una resolución óptica de mala calidad. Esto conduce a imágenes borrosas y contraste. A veces, esto es el resultado de la ampliación, pero volveremos a eso en un minuto.
  • Densidad de píxeles : la cantidad de píxeles por pulgada en una pantalla. Todas las pantallas 4K contienen la misma cantidad de píxeles, pero en las pantallas 4K más pequeñas, los píxeles están más cerca entre sí, por lo que tienen una alta densidad de píxeles. Un iPhone 4K, por ejemplo, tiene una densidad de píxeles más alta que un televisor 4K de 70 pulgadas. Mencionamos esto para reforzar la idea de que el tamaño de la pantalla no es lo mismo que la resolución física, y que la densidad de píxeles de una pantalla no define su resolución física.

Ahora que todos hemos reparado en la diferencia entre la resolución física y la óptica, es hora de empezar a escalar.

El aumento de escala hace que una imagen sea "más grande"

Cada televisor contiene una serie de algoritmos de interpolación, que se utilizan para mejorar la escala de imágenes de baja resolución. Estos algoritmos agregan efectivamente píxeles a una imagen para aumentar su resolución. Pero, ¿por qué necesitarías aumentar la resolución de una imagen?

Disparidad de tamaño entre diferentes resoluciones.  1080p es aproximadamente el doble del tamaño de 720p y 4K es cuatro veces el tamaño de 1080p.

Recuerde, la resolución física se define por la cantidad de píxeles en una pantalla. No tiene nada que ver con el tamaño real de su televisor. Una pantalla de TV de 1080p se compone de solo 2.073.600 píxeles, mientras que una pantalla de 4K tiene 8.294.400. Si muestra un video de 1080p en un televisor 4K sin escalado, el video ocupará solo una cuarta parte de la pantalla.

Para que una imagen de 1080p se ajuste a una pantalla de 4K, debe ganar 6 millones de píxeles a través del proceso de ampliación (en ese momento, se convertirá en una imagen de 4K). Sin embargo, la ampliación se basa en un proceso llamado interpolación, que en realidad es solo un juego de adivinanzas glorificado.

El aumento de escala reduce la resolución óptica

Hay varias formas de interpolar una imagen. La más básica se llama interpolación del "vecino más cercano". Para realizar este proceso, un algoritmo agrega una malla de píxeles "en blanco" a una imagen, y luego adivina qué valor de color debe tener cada píxel en blanco mirando sus cuatro píxeles vecinos.

Por ejemplo, un píxel en blanco rodeado de píxeles blancos se volverá blanco; mientras que un píxel en blanco rodeado de píxeles blancos y azules puede aparecer en azul claro. Es un proceso sencillo, pero deja muchos artefactos digitales, borrosidad y contornos rugosos en una imagen. En otras palabras, las imágenes interpoladas tienen una mala resolución óptica.

A la izquierda, una imagen clara, brillante y sin editar de una mujer frente a un fondo amarillo.  A la derecha, una versión borrosa y pixelada de la misma imagen después de la interpolación del vecino más cercano.

Compare estas dos imágenes. El de la izquierda no está editado y el de la derecha es víctima del proceso de interpolación del vecino más cercano. La imagen de la derecha se ve terrible, aunque tiene la misma resolución física que la de la izquierda. Esto sucede a pequeña escala cada vez que su televisor 4K utiliza la interpolación del vecino más cercano para mejorar una imagen.

"Espera un minuto", podrías estar diciendo. "¡Mi nuevo televisor 4K no se parece en nada a esto!" Bueno, eso se debe a que no depende completamente de la interpolación del vecino más cercano; utiliza una combinación de métodos para mejorar la escala de las imágenes.

El escalado también intenta abordar la resolución óptica

Bien, entonces la interpolación del vecino más cercano es defectuosa. Es un método de fuerza bruta para aumentar la resolución de una imagen que no tiene en cuenta la resolución óptica. Es por eso que los televisores utilizan otras dos formas de interpolación junto con la interpolación del vecino más cercano. Estos se denominan interpolación bicúbica (suavizado) e interpolación bilineal (afilado).

A la izquierda: una imagen nítida pero irregular de una mujer frente a un fondo amarillo editada con interpolación bilineal.  A la derecha: la misma imagen editada con interpolación bicúbica parece cerosa y borrosa.

Con la interpolación bicúbica (suavizado), cada píxel agregado a una imagen busca que sus 16 píxeles vecinos adquieran un color. Esto da como resultado una imagen decididamente "suave". Por otro lado, la interpolación bilineal (nitidez) solo mira a sus dos vecinos más cercanos y produce una imagen "nítida". Combinando estos métodos y aplicando algunos filtros de contraste y color, su televisor puede generar una imagen que no tiene una pérdida notable en la calidad óptica.

Por supuesto, la interpolación sigue siendo un juego de adivinanzas. Incluso con la interpolación adecuada, algunos videos pueden tener "efecto fantasma" después de ser mejorados, especialmente si su televisor barato apesta en el aumento de escala. Estos artefactos también se vuelven más evidentes cuando las imágenes de muy baja calidad (720p e inferiores) se mejoran a una resolución de 4K, o cuando las imágenes se mejoran en televisores increíblemente grandes con una baja densidad de píxeles.

Nicholas Brendon del lanzamiento en HD DVD de Buffy The Vampire Slayer.

La imagen de arriba no es un ejemplo de ampliación de un televisor. En cambio, es un ejemplo de la mejora realizada para el lanzamiento en HD DVD de Buffy The Vampire Slayer (tomado de un ensayo en video de Passion of The Nerd). Es un buen (aunque extremo) ejemplo de cómo una mala interpolación puede arruinar una imagen. No, Nicholas Brendon no está usando un maquillaje de vampiro ceroso, eso es solo lo que le pasó a su rostro durante el proceso de mejora.

Si bien todos los televisores ofrecen escalado, algunos pueden tener mejores algoritmos de escalado que otros, lo que da como resultado una mejor imagen.

La mejora es necesaria y rara vez se nota

Incluso con todas sus fallas, la ampliación es algo bueno. Es un proceso que generalmente se realiza sin problemas y le permite ver una variedad de formatos de video en el mismo televisor. Es perfecto Por supuesto no. Es por eso que algunos puristas del cine y los videojuegos prefieren disfrutar del arte antiguo en su medio previsto: televisores antiguos. Pero, a partir de ahora, la ampliación no es algo por lo que emocionarse demasiado. Tampoco es algo por lo que enfadarse demasiado.

Vale la pena mencionar que los formatos de video 8K, 10K y 16K ya son compatibles con parte del hardware que usamos todos los días. Si la tecnología de ampliación no puede ponerse al día con estos formatos de alta resolución, existe la posibilidad de que resulte en una pérdida de calidad mucho mayor de lo que estamos acostumbrados.

Sin embargo, dado que los fabricantes y los servicios de transmisión siguen avanzando hacia 4K, tal vez no deberíamos preocuparnos por 8K todavía.

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