Fundamentos de Física Audiovisual: Señales, Conversión y Resolución

FÍSICA APLICADA AL ÁMBITO AUDIOVISUAL

I. Alcance de la Física Audiovisual

• Waveform: Para visualizar la forma de onda (luz y sus tonalidades). La ubica en el espacio: ordenadas = más claro o más oscuro; abscisas = espacio.
• Vectorscopio: Para medir la saturación y el matiz.
• Histograma: Para valorar la cantidad de luz (sin ubicarla en el espacio).
• Parade: Waveform de los componentes RGB.

II. Señales Analógicas y Digitales

• En la práctica, es preferible lo digital por el mayor espacio de almacenamiento.
• Origen: analógico; Procesamiento: digital; Receptor: analógico.
• Volumen mínimo audible: 0 dB; máximo: 140 dB.
• Frecuencia mínima audible: 20 Hz; máxima: 20 000 Hz.
• Presión sonora mínima audible: 20 mPa; máxima: 200 Pa.
• Luminosidad mínima visible: 0 nits; máxima: 10 000 nits.
• Espectro visible: de 450 a 700 nm.
• Resolución: infinita (en analógico).
• La señal digital es altamente inmune al ruido.
• Ambas señales (digital y analógica) son, en su base, analógicas (electrones que pasan por un cable conductor).
• La señal digital está compuesta de puertas lógicas.

III. Conversión Analógico-Digital (ADC)

• Presente en todos los aparatos audiovisuales.
• Consta de 3 etapas principales: muestreo, cuantificación y codificación.

Muestreo

• La señal muestreada está formada por muchos impulsos con la misma amplitud que la señal original, conocida como Modulación por Amplitud de Pulso (PAM).
• Al muestrear se pierde información; cuanto más alta sea la frecuencia de muestreo, menos información se sacrificará. Esto se rige por el Teorema de Nyquist.
• El Teorema de Nyquist establece que la frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la máxima frecuencia que se desee digitalizar.

IV. Resoluciones y Formatos de Imagen

• 720 x 576: Standard Definition (SD).
• 1920 x 1080: High Definition (HD).
• 3840 x 2160: Ultra High Definition (UHD).
• Las ventajas de UHD incluyen: incremento de resolución, alto rango dinámico (HDR), alta frecuencia de imagen, ampliación del espacio de color y mayor profundidad de color.
• Los parámetros que condicionan la relación de aspecto del píxel son: la frecuencia de muestreo y la relación de aspecto de la pantalla.
• La resolución óptima de una imagen depende de la relación entre su altura y la distancia de visionado (Nv = 1 / (an)).

Submuestreo de Croma

Las señales de color (C) suelen tener una frecuencia de muestreo igual entre ellas, pero distinta a la señal de luminancia (Y). Esto da lugar a las siguientes subnormas de croma:

• 4:4:4: Todos los píxeles tienen información de luz (luminancia) y color (crominancia).
• 4:2:2: Todos los píxeles tienen información de luz, pero solo la mitad (1/2) tienen información de color.
• 4:1:1: Todos los píxeles tienen información de luz, pero solo un cuarto (1/4) tienen información de color.
• 4:2:0: Todos los píxeles tienen información de luz, pero solo un cuarto (1/4) tienen información de color, y algunas filas carecen de ella.
• El ancho de banda se determina en función del muestreo.