Relación de aspecto, frecuencias y resolución espacial en televisión: compatibilidad, exploración y criterios técnicos

1. Relación de aspecto y compatibilidad entre formatos en televisión

Definimos la relación de aspecto como el cociente entre el ancho y el alto de la pantalla. La relación de aspecto en los sistemas de televisión antiguos es de 4:3 y actualmente es 16:9. Se hace más ancho que alto porque nuestros ojos están situados en sentido horizontal.

La compatibilidad entre ambos formatos es uno de los principales problemas con los que se enfrentan los proveedores de señal de TV a medida que se empieza a usar el 16:9. Es necesario adaptar la imagen (mediante recorte, letterbox, pillarbox, escalado o conversión de relación de aspecto) para que la presentación sea aceptable en pantallas con distinta relación de aspecto sin perder información relevante.

2. Selección de la frecuencia de cuadro mínima y máxima en televisión

La sensación de continuidad que se percibe cuando se presenta una secuencia de imágenes a una frecuencia suficientemente rápida se debe a la acción conjunta de la persistencia de las imágenes en la retina y al fenómeno phi. El fenómeno phi es el responsable principal de que el sistema visual humano sea capaz de interpolar movimientos a partir de información fraccionada y producir la sensación de que son continuos.

Como conclusión práctica, se suelen adoptar los siguientes criterios sobre frecuencia de cuadro (fps):

• Necesitamos aproximadamente 18 fps para percibir movimientos continuos básicos.
• Se requieren alrededor de 40 fps para no percibir el parpadeo en condiciones exigentes.
• Con frecuencias intermedias (por ejemplo, 20 fps) se garantiza en general la sensación de movimiento sin que el ojo perciba la transición entre imágenes, aunque depende de la escena y la iluminación.

Algunos efectos, como el estroboscópico, se deben a que la frecuencia de muestreo elegida suele ser insuficiente para una correcta interpretación del movimiento. En sistemas y estándares típicos se emplean frecuencias como:

• Cine: 24 fps (fotograma por fotograma, con técnicas de proyección que añaden cadencia).
• Sistemas PAL/SECAM: 25 fps asociados a 625 líneas.
• Sistemas NTSC: 30 fps asociados a 525 líneas (en realidad ~29.97 fps en versiones NTSC coloreadas).

3. Diferenciación detallada entre las distintas exploraciones de imagen

En el cine se usa una cadencia de 24 fps; por eso, cada fotograma se muestra más de una vez durante la proyección (doble o triple obturación) para proporcionar una cadencia efectiva mayor y que el cerebro perciba una continuidad más fluida, equivalente a una percepción de ~48 fps en términos de parpadeo reducido.

El efecto de parpadeo es muy notable en TV y, para solventarlo, se usa la exploración entrelazada. En este modo, una imagen completa se barre en dos campos: primero las líneas impares y luego las pares. De este modo:

• Una imagen completa se obtiene cada ~40 ms (dependiendo del estándar), pero como los campos se suceden cada ~20 ms, da la impresión al ojo de que la imagen se refresca cada 20 ms.
• El entrelazado de dos campos permite reducir el parpadeo de pantalla, aunque introduce cierta degradación sobre la calidad de las imágenes.

Los efectos más conocidos del entrelazado son la aparición de los denominados vibración interlínea y arrastre de línea. Por su parte, la exploración progresiva (cada fotograma completo barrido en una sola pasada) ofrece una mayor calidad en escenas con movimiento y será cada vez más habitual en producción y transmisión digital.

4. Criterios para seleccionar el número de líneas de la resolución espacial en televisión

El número de líneas deberá elegirse como un compromiso adecuado para conseguir una buena calidad en las imágenes reproducidas y, a la vez, mantener el ancho de banda de la señal dentro de unos límites razonables. El número de líneas queda determinado por tres parámetros:

Resolución del ojo humano

La agudeza visual muestra una fuerte dependencia con la iluminación. Por eso, cuando la retícula y el entorno tienen una iluminación diurna intensa, la agudeza visual puede llegar a un máximo de 2 unidades. En condiciones de iluminación diurna normales la agudeza visual se sitúa en torno a la unidad, y en iluminación nocturna puede bajar hasta ~0.04 unidades. Solo pueden distinguirse dos líneas cuando están separadas por un ángulo de aproximadamente 25 segundos de arco en condiciones óptimas.

Distancia óptima de visionado

El número de líneas de la imagen viene determinado por el ángulo vertical con el que se observará la altura de la pantalla de TV, por lo que el número de líneas necesario para una correcta calidad de la imagen coincidirá con el ángulo vertical de observación de la pantalla. El número de líneas en pantalla no puede ser inferior a 515 y hay que tener en cuenta que: el

Observaciones finales

• Los criterios de diseño combinan limitaciones fisiológicas (ojo humano), condiciones de visualización (distancia y tamaño de pantalla) y limitaciones técnicas (ancho de banda, complejidad de codificación y compatibilidad entre formatos).
• En la práctica, la tendencia actual es hacia mayores resoluciones, exploración progresiva y relaciones de aspecto anchas (16:9 y superiores), con técnicas de escalado y conversión para mantener compatibilidad con equipos y señales heredadas.

Nota: He corregido ortografía, gramática y formato sin eliminar contenido. El texto original finalizaba con una frase incompleta y se ha respetado esa terminación corrigiendo las faltas: "y hay que tener en cuenta que: el".