Formato 4K Ultra HD

Por Diego Rodríguez Definiendo el nuevo High Definition. Desde los comienzos del servicio televisivo se ha intentado mejorar

Por Diego Rodríguez

Definiendo el nuevo High Definition.

Desde los comienzos del servicio televisivo se ha intentado mejorar el tamaño de las imágenes que forman al video y, por consiguiente, también mejorar el tamaño del televisor que las pondrá en pantalla; dicho en términos técnicos, la industria ha buscado fervientemente la forma de mejorar las resoluciones y relaciones de aspecto del video producido que mejore la experiencia del televidente, y obviamente encontrar la electrónica suficiente en el terminal para que la pueda mostrar.

Para mejorar las resoluciones y relaciones de aspecto del video producido que mejore la experiencia del televidente la industria siempre se encontró con un obstáculo grande que es el medio, la plataforma o la red de distribución de la señal televisiva y su capacidad limitada.

El medio mismo de distribución terrestre o por cable no poseía aún las herramientas necesarias para poder mejorar dicha calidad audiovisual.

Es con la aparición de las técnicas de digitalización y compresión del video que la televisión encuentra la manera adecuada para poder llevar una mejor expresión de calidad televisiva a los usuarios, es decir, comienzan a ser producidas, programadas y distribuidas señales de televisión de alta definición para ser recibidas y reproducidas por nuevos terminales que compatibilizan el tamaño y la electrónica de su pantalla a la cantidad de muestras y líneas que componen la nueva ventana de video.

Así, la alta definición o televisión HD (High Definition, por sus siglas en inglés) tomó protagonismo en el mercado televisivo mundial y, durante la última década, todos los canales de televisión empezaron a incursionar en originar y programar canales con esta nueva e imponente calidad de producto. También la evolución fue acompañada por la industria de la venta y renta de contenido, pasando desde DVD al formato blu-ray que soporta contenidos de larga duración en formato HD, hasta otros como la industria de los videos juegos, etcétera.

Hoy nos encontramos con una vasta oferta televisiva en formato HD y/o hemos hecho la inversión hogareña de comprarnos un televisor o monitor “Full HD” que posee la capacidad de recibir, procesar y mostrar videos con resoluciones de 1080 líneas por 1920 muestras por línea.

Pero el mundo de televisión HD necesitó también limitar su calidad para poder optimizar el medio de distribución, que muchas veces es utilizado para transmitir decenas o cientos de señales de TV (por ejemplo, a través de una red de cable, terrestre o satelital).

Así, ha elegido dos formatos como estándares de televisión de alta definición:

– 1920 x 1080 líneas, 50/60 entrelazado
– 1280 x 720 líneas, 50/60 progresivo

Mientras que en el primer caso puede resaltarse la mayor resolución, en el segundo lo que destaca es la mejor tasa de refresco de imágenes. En cualquier caso, con ambos formatos se logró un uso de capacidad de red definida y equivalente que le dio la oportunidad al medio para poder compartirse con otros servicios televisivos.

Pero como sabemos la industria no se detiene y desde hace años sigue intentando mejorar la resolución del producto televisivo y la experiencia del usuario, buscando formatos de mayor calidad que se acerquen a los límites de visualidad de la capacidad humana.

En 2006, y luego de algunos años de ser presentado, testeado y utilizado por muchos referentes de la industria (como por ejemplo la empresa japonesa NHK), un nuevo formato de video era estandarizado y recomendado por la Unión Internación de Telecomunicaciones (ITU-R BT 1769) para la producción y proyección en pantallas grandes o de alta densidad, lo que se conocería luego como la “Ultra HD”. Este estándar de video comprende dos formatos de video específicos, conocidos como 4K y 8K, que la ITU expone con las características de video reflejadas en el cuadro 1 (ver página siguiente).

Como vemos en el gráfico, dos altas resoluciones son incorporadas: una, denominada 4K con una resolución de 3840 muestras/pixeles por línea x 2160 líneas por imagen (8.29 megapíxeles, 4 veces la resolución del HD) y otra nombrada 8K, con 7680 muestras/píxeles por línea x 4320 líneas por imagen (33.18 megapíxeles, 16 veces la versión HD). Otra característica importante es que ambas trabajan en modo progresivo con tasas tradicionales de imágenes de 25/30/50/60fps (cuadros por segundo) y actualmente permite también manejar frecuencias de 120fps, lo que daría una mayor calidad al video capturado y a la representación de sus movimientos.

Otro factor muy importante es la representación de la colorimetría incorporada por la ITU a mediados de 2012 y asignada al tratamiento del color en la originación de videos Ultra HD. El estándar introduce una nueva recomendación de espacio de color (ITU Rec 2020) que puede reproducir muchos más colores que la anterior recomendación usada en HD (ITU Rec. 709). Los bits de cuantificación serán de 10 o 12 bits por muestra.

En cuanto al audio, el estándar permite muestreos de 48 a 96ksps (miles de muestras por segundo) con cuantificaciones de 16/20/24 bits por muestra y, además de los audios tradicionales (mono, estéreo y 5.1), incorpora una figura nueva de sistema de audio de 22.2 canales, destinada para contribución y reproducción de alta calidad que acompañe al producto 4K. Estos 24 canales están divididos en: 9 canales de capa superior, 10 de capa media, 3 de capa inferior y 2 canales de baja frecuencia.

En la práctica, la resolución 4K será acompañada por sistemas de audio 5.1, los cuales pueden ser reproducidos por todos monitores hogareños o los equipos de reproducción de audio tradicionales.

El nuevo formato de “ultra alta definición 4K” no sólo daría una experiencia de mayor calidad audiovisual, sino también acercaría el mundo de producción de cine digital al formato televisivo, donde ambos comparten resoluciones de 4K (cámaras profesionales que capturan una relación apenas superior al 4K televisivo, 4096 muestras por línea x 2160 líneas), además de muchas otras ventajas relacionadas al mundo de producción y post producción.

Pero años atrás todavía era impensada la programación y distribución de un canal televisivo con dicha resolución, ya que, en primer lugar, ninguno de los estándares de tratamiento y compresión de video existente soportaba tremenda cantidad de datos; en segundo lugar, todo el flujo de trabajo de producción, desde las cámaras de captura hasta el sistema de playout debería ser cambiado (esto incluye también sistemas de edición, grafica, etcétera) y, en tercer lugar, todos los equipos de recepción en el hogar (set top boxes) y el televisor mismo deberían ser reemplazados.

Sin embargo, unos años después, más específicamente en abril de 2013, la ‘ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG)’ junto a la ‘ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG)’ desarrollan y estandarizan un nuevo estándar de compresión de video y audio denominado HEVC “High Efficiency Video Coding”, también conocido como ISO/IEC 23008-2 MPEG-H o, más popularmente conocido como ITU-T H.265.

Entre tantos beneficios que este estándar entrega y que escapan a esta nota, encontramos dos puntos importantes de nuestro interés: el primero es la inclusión de tratamiento de señales 4K y 8K y, en segundo lugar, la mejora en la compresión obtenida del video manteniendo su calidad (casi el doble de compresión que lo obtenido con su antecesor H.264).

A partir de ese momento, toda la industria televisiva puso todas sus miradas hacia el formato televisivo 4K encontrándolo, ahora sí, como el inminente nuevo HD y lo pusieron dentro de sus planificaciones a corto y mediano plazo. Todos los eventos deportivos internacionales, los eventos musicales, las grandes producciones, entre otros contenidos, comenzaron a ser originados con cámaras 4K, y los fabricantes de cámara y componentes de producción empezaron a poner todo su esfuerzo en equipamiento 4K (como ejemplo, podemos citar la muy visible publicidad de tecnologías 4K que estuvo presente durante la última Copa Mundial de Fútbol en Brasil).

Pero cientos de interrogantes se desprenden, preguntas como ¿cuáles son los obstáculos que deben ser superados para poder poner una señal 4K al aire?, ¿qué capacidad de transmisión demanda una señal 4K comprimida con H.265?, ¿están preparados los canales de televisión para poner un canal 4K en marcha?, ¿el usuario final adquirirá televisores 4K? Mismas preguntas que hace 15 años atrás nos hacíamos sobre el HD.

Hacia la distribución de contenidos 4K

Para responder las preguntas anteriores, debemos comenzar por el principio de la cadena, es decir, desde la originación del contenido mismo. Para llegar al 4K, las productoras empezaron a adquirir cámaras con tecnologías 4K, mejorar sus flujos de video para soportar las altas tasas de transferencia de datos, incorporar sistemas de encoding profesional y manejo de archivos específicos para 4K, y aumentar las capacidades de almacenamiento. También la inclusión de nuevos sistemas de edición, con hardware mucho mas potentes y nuevas versiones de software que lo soporten, y además, incorporar nuevos sistemas de gráfica que permitan trabajar sobre el video 4K. Esto involucra inversiones muy altas, sin saber aún cómo el mercado se irá desarrollando.

A la hora de querer formar y transmitir una señal de televisión, debemos saber que será necesario cambiar el sistema de playout y la compresión de transmisión de señal a la nueva versión H.265, y saber que, luego de dicha compresión, y tomando valores razonables de calidad, la señal 4K podría demandar entre 20Mbps y 30Mbps de capacidad de transmisión (entre 2 y 3 veces la ocupación requerida por una señal HD comprimida con H.264).

Por lo tanto, los programadores que deseen distribuir una señal 4K necesitarán estas capacidades en sus anchos de bandas satelitales por la cual proveen las señales a los operadores, y estos últimos necesitarán la misma capacidad en sus redes, ya sean de cable, satelitales o terrestres, para llegar al televidente.

Además hay que tener en cuenta que todo el sistema de recepción y reproducción deberá ser reemplazado, tanto los receptores satelitales que lo programadores entregan a los operadores como los set top boxes que los operadores entregan a los usuarios. Esto demandará otra gran inversión de parte de ambos jugadores y también deberá ser acompañada por el cambio del televisor en la casa por uno que soporte electrónicamente el formato 4K (Ultra HD o 4K TV).

El desafío es muy grande, pero todos sabemos que estamos recién transitando la primera etapa de un formato nuevo que mejora notablemente la experiencia de visualización de televisión, y todos los intervinientes de la cadena deberán encontrar la mejor manera de acercarse a él.

¿Es posible transmitir un video 4k por Internet?

La respuesta es SÍ, y al estar seguros de esto, las preguntas más exactas serían: ¿veremos primero contenidos 4K ofrecidos por servicios tradicionales de TV o por OTT (Over the top) sobre Internet? ¿Qué calidad prestaría comparado con el mismo producto por redes tradicionales broadcast?.

La primera pregunta tiene respuesta, ya que, por un lado, algunos proveedores de contenidos por Internet están ofreciendo actualmente videos en formato 4K en sus plataformas y, por otro lado, algunos eventos particulares son transmitidos en formato 4k por sistemas de broadcast tradicional (por ejemplo, la final de la copa mundial de fútbol fue transmitida en 4K en algunas regiones de Europa y otros sitios).

Pero un punto importante es comparar la calidad de video que pueden brindar una u otra plataforma. Sabemos muy bien que esta calidad está relacionada directamente al tratamiento de compresión empleado para poder distribuir el contenido. En broadcast, sobre redes controladas, sabemos que la garantía de servicio es mucho mayor al mundo online, y además contamos con grandes anchos de bandas dedicados, es ahí que podemos hablar de servicios 4K a 25Mbps o 30Mbps.

En cambio, las tasas binarias manejadas para un contenido 4K por streaming podrían estar entre 15Mbps a 20Mbps, no más, ya que basándose sobre Internet y una red no controlada, el éxito del servicio dependerá de la velocidad de conexión a Internet por casa y su no garantizado tráfico constante.

Como sabemos, la tasa de compresión es determinada y configurada por quien presta el servicio y, a medida que aplicamos compresiones más altas (a veces necesario, como en el caso del servicio por internet), iremos degradando la calidad del video obtenida. Con el tiempo, y acompañando al progreso de las conectividades y velocidades de internet por casa, podremos ir mejorando las compresiones y, por consiguiente, mejorando la calidad visual del producto.

La provisión de servicios 4K por streaming además está aún pendiente de la incorporación completa del formato y del estándar de compresión HEVC H.265 en las computadoras, sus sistemas operativos y sus navegadores, como así también en los dispositivos terminales como los Smart TVs, consolas de juego, tablets, etcétera.

Nuevamente, la respuesta es SÍ, es posible el streaming de videos 4K hacia los dispositivos y sistemas que ya lo aceptan, pero en lo que corresponde a calidad, el mundo broadcast tiene la ventaja de manejarse sobre redes controladas con garantía de servicios. Pero la rápida adaptación y avances que la tecnología asociada al mundo online tiene hoy día hace pensar que la provisión de contenidos 4K por Internet tendrá una rápida expansión.

Cuadro 1

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Terminales 4K

Al final del día, sea por redes broadcast o Internet, el mercado necesita que los usuarios adquieran televisores o monitores 4K, que poseen la electrónica suficiente para aceptar y mostrar 3840 x 2160 píxeles y que superan los 50’’ de tamaño. Lo cual conlleva a un nuevo cambio de dispositivo en el hogar cuando no hace mucho los mismos usuarios invirtieron en sus unidades LED o LCD de alta definición HD. Entonces la pregunta será: ¿los televidentes estarán dispuestos a invertir nuevamente en un televisor que le dé oportunidad a mayor calidad de video?

Todo dependerá de cuándo estarán disponibles los contenidos para ser consumidos, a través de qué medio serán ofrecidos, qué tan atractivos serán y qué tan accesibles son los precios de dichos terminales para el público en general.

Hoy se venden en casi todos los países televisores 4K, los cuales además suman la función de Smart TV y muchos de ellos vienen con la nueva tecnología de oLED (organic LED) que cambia la estructura de pantalla plana a curva, otro cambio visible en la industria de pantallas.

En resumen, el tiempo de maduración de un estándar es algo que ya conocemos y sabemos que algo tendrá éxito o morirá de acuerdo a como todos los intervinientes del mercado actúen, pero sobre todo a como los usuarios acepten el nuevo producto y lo hagan un “deseo”.