Soportes de almacenamiento digital en vídeo 4. Soportes...

Soportes de almacenamiento digital en vídeo

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4. Soportes de almacenamiento digital en vídeo

4.1. IntroducciónLa grabación digital de la señal de video, a diferencia de la grabación analógica, permite

mantener la calidad de la imagen después de procesos repetitivos de grabación reproducción; esdecir, permite la multigeneración. Esta posibilidad de regrabar la señal múltiples veces facilitaen gran medida la generación de efectos multicapa, tanto en el proceso de postproducción de altonivel, como en el caso de ligeros retoques en el producto final.

La ventaja de la multigeneración es muy grande pero no es la única, también es muyimportante la posibilidad de introducir sistemas de corrección de errores, que permiten, entreotras cosas, la cancelación de los frecuentes defectos en las superficies magnéticas o “drop-outs”de las cintas. Un sistema de corrección de errores adecuado puede llegar a mantener una señaldentro de unos límites aceptables de calidad, incluso en el caso de que falle alguna de las cabezaslectoras.

Los sistemas de corrección de errores pueden hacer frente a errores de bit provocados porruido electrónico, o también errores de ráfaga debidos a los citados drops, a la suciedad o malfuncionamiento de alguna de las cabezas, y a defectos en el seguimiento de las pistas; lostambién llamados errores de “tracking”

A la hora de decidir la digitalización de la señal de video, así como en la grabacióndigital, aparecen dos métodos ya comentados en temas anteriores: podemos considerar eldigitalizar la señal compuesta, o digitalizar cada uno de los componentes por separado.Actualmente se tiende más a la digitalización en componentes debido a que desaparecen losefectos de intermodulación, y se permite un procesado discreto de las imágenes más sencillo, queen el caso del vídeo compuesto. La digitalización del vídeo compuesto puede verse como elmétodo más sencillo e incluso económico para sistemas situados en un entorno analógico, y enlos que exclusivamente se digitaliza para almacenar. Estos sistemas de grabación en compuestose utilizan en aplicaciones concretas, como son la reproducción de espacios publicitarios.

4.2. Corrección de errores en el dominio digitalEn este capítulo, se ha incluido un apartado de introducción a la corrección de errores,

debido a que es muy común su utilización en todos los magnetoscopios digitales. El tema de lacorrección de errores en el dominio digital es muy amplio. No obstante, en nuestro caso la ideaes presentar las ideas generales que soportan estas técnicas sin entrar en complejos algoritmos,ni grandes desarrollos matemáticos.

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Comenzamos este apartado de corrección de errores haciendo alusión a la teoría de lacomunicación planteada por Shanon y Weaver. Según ellos, consideramos “entropía” a lainformación útil mínima que permite recuperar un mensaje completo en el receptor. En un canalruidoso, como puede ser cualquier canal de comunicación o un sistema de videograbación, unmensaje excesivamente entrópico corre un gran riesgo de perder información vital. Por ello, sehace conveniente prevenir dichas pérdidas en base a la introducción de informacióncomplementaria, o redundante.

Un ejemplo muy simple de esto, puede ser el siguiente. Consideramos un emisor queemite símbolos de dos bits, pero cada vez que se transmite el mensaje 00 a continuación se envíala combinación 111, y en caso contrario se añade un 0 a la cadena. Así pues los posibles símbolosa recibir son (00111, 010, 100, 110). En este caso, se está añadiendo una información redundantecon la combinación 111 que trata de proteger al mensaje 00. En el caso en que una interferenciaafectara al mensaje 00, el receptor podría deducir su recepción al recibir el 111.

Este concepto de carga redundante protectora es fundamental tanto en el almacenamientocomo en las comunicaciones. Claro está que la carga redundante también está sometida a ruidoy puede dejar de proteger en un cierto instante. Este hecho, debe tenerse en cuenta en laconfiguración de la técnica de corrección de errores. En ocasiones, es útil aplicar sistemas decorrección de errores cruzados, que se protejan entre sí. Como puede verse, la corrección deerrores se basa en sumar, a la carga útil, una protección redundante. Cuanta más protecciónnecesitemos, mayor cantidad de redundancia hemos de utilizar.

Dentro de la teoría de tratamiento de errores nos podemos encontrar con tres términosbásicos: “detección”, “corrección”, y “cancelación”. Por un lado, hablamos de “detección”cuando la redundancia detecta la existencia de un error, pero no realiza ninguna operación paraintentar evitarlo; simplemente avisa. La detección puede realizarse sobre un bit, una palabra oun símbolo de varios bits. Un segundo caso se da cuando la redundancia protectora detectaprimero el error, y después lo corrige; en ese caso hablamos de “corrección”. Para hacercorrección se requiere siempre más redundancia que la necesaria para realizar sólo una detección.El tercer caso se basa en que si la redundancia protectora detecta un error pero no lo puedecorregir, puede tomarse la decisión de eliminar la palabra errónea, y sustituirla por unainterpolación de los valores adyacentes. Entonces, estamos hablando de “cancelación”. Lacancelación es un procedimiento muy usual en la producción televisiva y en el interior de losmagnetoscopios.

Los errores de ráfaga, que son los más típicos en videograbación, afectan a muchos bitsconsecutivos. Estos errores pueden producirse de muy diversas maneras entre las queencontramos los conocidos “drop outs”. Para minimizar sus efectos se utiliza la técnica delbarajado de muestras. Esta técnica consiste en desordenar, por supuesto de forma controlada, lasmuestras que se van tomando, evitando así que se almacenen de manera consecutiva. Alterandoel orden de los píxeles, un error de ráfaga localizado en un sector de la cinta no causará unamancha grande en la imagen sino que tendrá un efecto difuso sobre esta, ya que afectará a píxelesrepartidos por toda la imagen.


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Figura 1. . Barajado de píxeles ante errores de ráfaga.

Dentro de la detección de errores, es muy común la utilización de bits de paridad, quesimplemente indican si el número de “unos” lógicos de un código es par o impar. Estos bits deparidad se calculan en transmisión y se envían, comprobándose su valor en recepción. Unavaloración distinta en recepción implica la existencia de al menos un error.

Otro ejemplo de detección de errores es la utilización de “códigos de redundancia cíclica -CRC”, utilizados extensivamente en las grabaciones informáticas. Dentro de un paquete demuestras, que puede abarcar hasta un campo de televisión completo, se calcula un código (elCRC) mediante un algoritmo matemático. Este código CRC se envía insertado en el propiopaquete de manera que el receptor puede compararlo con los códigos que genera internamente.En el caso en que exista alguna diferencia entre el CRC recibido y el calculado por el receptor,se concluirá que existió un error de transmisión dentro del paquete de datos.

Existen otro tipo de métodos con los que no solamente se detectan errores, sino quetambién se pueden corregir. Probablemente, el más sencillo de estos es el de verificación de lassumas o “checksum”. En el siguiente ejemplo se muestra este método de manera sencilla.

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7 4 9 20

5 12 3 20

8 4

20 20

7 4 9 20

6 12 3 21

8 4

21 20

Consideramos como mensaje a transmitir la cadena 7, 4, 5, 12. Para conseguir la cargaredundante del proceso de verificación de sumas, agrupamos estos datos en una matrizbidimensional y calculamos la carga redundante mediante la suma de filas y columnas para quedé una cantidad fija, por ejemplo 20. Esto se puede ver en la figura siguiente.

Los símbolos redundantes son 9, 3, 8, 4. Agrupamos la carga útil y la redundante en elmismo mensaje, quedando 7, 4, 5, 12, 9, 3, 8, 4.

El proceso en caso de error se sigue sin problemas. Supongamos ahora que recibimos lasecuencia 7, 4, 6, 12, 9, 3, 8, 4. Rehaciendo las sumas correspondientes se llega a

A partir de este proceso podemos deducir que existió un error en el tercer dato siendorealmente su valor 5.

Éste es un ejemplo de los conceptos de “síntoma” y “síndrome” que aparece en lacorrección de errores en transmisiones digitales, y que desarrollaremos a continuación de formabreve. Denominamos ”síntoma” a cada uno de los indicios de dato correcto o erróneo, queobtenemos durante el proceso de detección. Asimismo, denominamos “síndrome” al conjuntode “síntomas” que apuntan directamente al error que se ha producido. En el siguiente ejemplose pueden entender mejor estos conceptos.


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Consideramos que estamos transmitiendo mensajes de 4 bits B1, B2, B3, y B4, y que losvamos a proteger con tres bits de redundancia R1, R2, R3, de la siguiente manera:

R1 forma paridad par con B1, B2 y B3;R2 forma paridad par con B2, B3 y B4;R3 forma paridad par con B1, B3 y B4.

Formar paridad par significa que entre los bits afectados y el bit redundante haya unnúmero par de 1.

A continuación confeccionamos la siguiente tabla en la que se señalan aquellos bitsoriginales que afectan a cada uno de los bits redundantes.

B1 B2 B3 B4 R1 R2 R3

Fila R1 (20=1) x x x x



Peso 5 3 6 7 1 2 4

A continuación observemos los siguientes mensajes transmitido y recibido

B1 B2 B3 B4 R1 R2 R3

Transmitido 0 1 1 0 0 0 1

Recibido 0 0 1 0 0 0 1

En recepción comprobamos el mensaje (en la tabla se observa que contiene un biterróneo), y sacamos las siguientes conclusiones

R1 no da paridad par con B1, B2 y B3. Por tanto síntoma1 => R1 = 1R2 no da paridad par con B2, B3 y B4. Por tanto síntoma2 => R2 = 1R3 si da paridad par con B1, B3 y B4. Por tanto síntoma3 => R3 = 0

El apuntamiento del síndrome hacia el error es, en este caso, consecuencia de haberleotorgado un peso diferente a cada uno de los síntomas:

(R3, R2, R1) = (0, 1, 1) = 3

Este número 3 apunta directamente al bit B2 según el cuadro de la página anterior. Lacorrección es automática y consiste simplemente en cambiar el 0 por un 1, para recuperar elmensaje original con el error corregido.

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Los algoritmos más eficaces para la corrección de errores tienen por fundamento elprincipio de síntoma y síndrome antes señalado. Los objetivos fundamentales que se buscan alaplicar un procedimiento de corrección de error son los siguientes: por un lado, que laredundancia protectora sea lo más pequeña posible, con respecto a la carga útil, para noincrementar mucho el flujo total de transmisión; y por otro, que el algoritmo sea controlable, estoes que exista una forma sencilla de determinar la corrección deseada en términos de tipo de error,y de número de bits erróneos a detectar y corregir.

Hasta ahora, los algoritmos polinómicos son los que han dado mejor resultado, y entreellos el propuesto por Reed y Solomon. La corrección de errores polinómica se iniciaconsiderando el mensaje a transmitir como los coeficientes de un polinomio. Por ejemplo elmensaje 101011 sería el polinomio P(x) = 1x5 + 0x4 + 1x3 + 0x2 + 1x + 1 == x5 + x3 + x + 1. El transmisor y el receptor, o en su caso, el codificador de grabación y eldecodificador de reproducción, establecen un polinomio cociente, también llamado polinomiogenerador G(x), por el cual se va a dividir la carga útil. El transmisor incluirá como redundancialos coeficientes del resto de dividir el polinomio P(x) entre G(x). Cuando el mensaje llegue alreceptor, éste dividirá nuevamente la carga útil P(x) por el polinomio generador G(x), y deberáobtener como resto la redundancia. Si en esta operación existen diferencias, tendremos la certezade que se ha producido un error.

Las diferencias que se producen en caso de error son síntomas que dan como resultadoun síndrome que apunta al coeficiente erróneo del polinomio P(x), y lo cambia automáticamente.La característica más notable de este algoritmo radica en que la carga redundante es muy pequeñacomparada con otros sistemas de detección; ya que el polinomio de resto siempre es de pocoscoeficientes. Otra virtud es que la elección del polinomio G(x) permite fijar el número de bits acorregir, lo que es función del ruido esperado en el canal. La capacidad de este código paradetectar y corregir errores define que la posibilidad de detectar “2t” errores, implica la posibilidadde corregir “t”.

Como ejemplo de nomenclatura de este tipo de códigos, un código Reed Solomon connotación RS(204, 188) expresa que 204 bytes es la carga total del paquete enviado, y que 188 esla carga útil protegida en este caso por los 16 bytes restantes. La proporción de bytes protegidoscon respecto a bytes redundantes es muy alta. El algoritmo RS elegido asegura la detección dehasta 16 errores, y la corrección de hasta 8 bytes erróneos en la carga total de 204 bytes.

En el caso de utilizar dos códigos RS cruzados, las posibilidades de corrección aumentan,pues si el primer código detecta que existe un error pero no puede corregirlo, el segundo códigoaumenta enormemente las posibilidades de corregir el error previamente detectado por el primercódigo.


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4.3. Codificación de canalPosteriormente a la codificación para la permitir la corrección de posibles errores, hemos

de volver a codificar el tren de datos con el objetivo de que, en el momento de la decodificación,sea posible sincronizar las palabras y recuperar el reloj con el que han sido almacenadas. Estetipo de codificación se denomina codificación de canal.

Todos los códigos de canal tratan de mantener una alta tasa de transiciones entre “1s” y“0s”, o lo que es lo mismo, romper largos recorridos de bits iguales que pueden hacerdesengancharse al PLL del receptor. Con ello, además se consigue eliminar las componentes debaja frecuencia en la información grabada, permitiendo una mejora en la capacidad de grabaciónde las cintas.

4.4. Grabación magnética sobre cintas

4.4.1. Características de funcionamiento de losmagnetoscopios

De todos es sobradamente conocida la cinta magnética como soporte de información,tanto en el dominio analógico como en el digital. Dejando a un lado los aspectos más físicos delproceso de grabación y reproducción, que quedan lejos del objetivo de esta asignatura, sí nosinteresa conocer la estructura que tiene los datos en dicho soporte. Esta estructura, habitualmentese denomina huella magnética, y podemos ver un ejemplo representativo en la figura 2. En estecaso se trata de la huella magnética del sistema de grabación Betacam Digital.

En esta figura puede observarse la existencia de dos tipos fundamentales de pistas, unaslongitudinales, en la dirección de la propia cinta, y otras inclinadas que habitualmente se llamanpistas helicoidales. En todos los formatos de grabación, las pistas helicoidales se utilizanbásicamente para almacenar la información de audio y vídeo, mientras que las pistalongitudinales se reservan para incluir otras informaciones de control del sistema. En este puntoes conveniente puntualizar que existe cierta información de control que reside en las pistashelicoidales, y que también en la mayoría de los sistemas se incorpora una pista longitudinal quecontiene información de un canal analógico de audio cuya finalidad se tratará posteriormente.

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4.4.1.1. Información de vídeo almacenada

Entre las características de la información de vídeo almacenada, podemos destacarcaracterísticas comunes a la mayoría de los sistemas y características diferenciadoras. En cuantoa las características comunes, la más importante es que en todos los sistemas se graba,exclusivamente, la información de la parte activa de cada línea de las imágenes. Las partes desincronismos se consideran información innecesaria, ya que se puede reconstruir en el momentode la reproducción; en cambio, como elementos diferenciadores de cada sistema podemos hablardel formato de muestreo, o del método y del factor de compresión utilizados.

Como formatos de muestreo podemos encontrarnos con sistemas 4:2:2, 4:1:1, y 4:2:0. Deestos tres, únicamente se considera técnicamente profesional en primero; los otros dos sobretodose utilizan en aplicaciones de periodismo electrónico, que tienen menos requerimientos demultigeneración, y por lo tanto se penaliza la calidad de las imágenes, en pro de la portabilidadde los equipos.

En cuanto a los métodos de compresión, nos podemos encontrar sistemas que nopresentan ningún tipo de compresión. Estos tienen como ventaja principal una mayormultigeneración; puesto que no existirá prácticamente degradación por muchas veces que segrabe y se reproduzca. A su vez, estos sistemas sin compresión tienen el inconveniente de lacantidad de datos a almacenar, que se refleja sobretodo en una capacidad de las cintas limitadaen cuanto al tiempo. De hecho, estos sistemas son probablemente los que menos se hanextendido.

El resto de sistemas que utilizan algún tipo de compresión tienen en común el trabajo enel dominio de la DCT. Gran parte de ellos utilizan exclusivamente una compresión intracuadro,con el fin de facilitar el acceso no-lineal a cada imagen, en el momento de la edición. Lossistemas orientados a aplicaciones con requerimientos de calidad y multigeneración altos, utilizanfactores de compresión muy moderados; del orden de 2:1 hasta 3,3:1. Estos factores decompresión no penalizan en exceso la multigeneración; podemos hablar del orden de 20multigeneraciones que es más que suficiente para la mayoría de las aplicaciones de ediciónmulticapa; y en cambio la capacidad de grabación en tiempo de las cintas aumentaconsiderablemente. Este tipo de equipos, son los que más se han extendido en el ámbito de losestudios de televisión. Equipos con menos requerimientos de calidad y multigeneración son losdedicados al periodismo electrónico. En estos, en los que ya queda limitada la calidad por elformato de muestreo, se les dota de factores de compresión mayores; del orden de 5:1.

Dentro del ámbito profesional, sólo existe un formato en la actualidad que utilizacompresión intercuadro. Son los equipos Betacam SX. Estos equipos utilizan el método MPEG-2con un tamaño de GOP de 2 fotogramas siendo el primero de tipo I y el segundo de tipo B. Coneste procedimiento se consigue un factor de compresión de 10:1 sin mermar en exceso lacapacidad de multigeneración. Obviamente, la posibilidad de acceso no-lineal a fotogramasindependientes será algo más compleja que en los casos anteriores; necesitando la lectura de losfotogramas I anterior y posterior antes de poder decodificar cada fotograma de tipo B.


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4.4.1.2. Almacenamiento de audio

Los videograbadores digitales almacenan, junto con la información de vídeo, dos o hastacuatro canales digitales de audio. Estos canales de audio se graban en bloques independientes,uno por canal, en las pistas helicoidales. Hay fabricantes que prefieren situar dichos bloques enel centro de la pista separando el vídeo en dos bloques, mientras que otros prefieren hacerlo enun extremo, dejando un bloque de vídeo compacto. Claramente, la grabación en el extremo dela pista tiene la ventaja de facilitar la edición separada del vídeo respecto del audio. Losdefensores de escribir los bloques de audio en el centro argumentan que el oído es más sensiblea los errores que el ojo, y que el centro de la cinta está más protegido que los extremos en cuantoa posibles daños.

Dependiendo de los sistemas nos encontramos con audio muestreado con 12, 16 y hasta20 bits, y con frecuencias de muestreo de 32 a 48 kHz., dependiendo del ancho de banda de audioque se elija.

Una característica importante a destacar en la grabación de audio en los magnetoscopioses la ausencia de compresión. Ciertamente, en un sistema en que la cantidad de información devídeo que se almacena es tan grande, el comprimir o no la información de audio es un datopuramente anecdótico en lo que a volumen de datos se refiere; en cambio, el no comprimirpermite prácticamente mantener la calidad sea cual sea la cantidad de procesos que se realicensobre él.

Otro detalle a tener en cuenta en la grabación de audio es, lo habitual de almacenarseparadamente las muestras pares y las muestras impares. Esto se hace con fines de correcciónde errores de ráfaga. Un bloque de muestras pares, por ejemplo, marcado como erróneo por lossistemas de corrección de errores, puede ser sustituido, de forma rápida, por interpolaciones delbloque de muestras impares.

4.4.1.3. Características generales de funcionamiento

Independientemente de los procesamientos que intervienen en las señales de audio yvídeo, lo que hace físicamente incompatibles unos sistemas con otros son las característicasfísicas de las pistas: su anchura, su inclinación, y otros detalles de este estilo.

La decisión del ancho de pista a utilizar dependerá, por una parte, de la capacidad de lacinta que se requiera en cada aplicación, y por otra, de la robustez necesaria a la hora de lalectura. Hay que tener en cuenta que en el ámbito profesional, muchas veces las cintas pasan deunos equipos a otros, y en ellos puede haber ligeras diferencias entre las cabezas. En todos loscasos hemos de conseguir una lectura correcta, a pesar de estas diferencias; por ello esconveniente establecer un margen de seguridad apropiado que permita asegurar unfuncionamiento correcto sea cual sea el equipo de reproducción. Un ancho de pista muy pequeñopuede requerir a veces sistemas de corrección de errores más potentes, debido a que se produceun incremento en la probabilidad de error.

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Por otra parte, es necesario asegurar que las cabezas lean exclusivamente la informaciónque reside en cada pista sin que existan interferencias con las pistas adyacentes. Para ello, se hanpuesto en práctica dos técnicas. La primera y más antigua consiste en dejar un espacio libre, o“espacio de guarda” entre cada dos pistas; de manera que la cabeza no pueda llegar a leer enningún caso información de las pistas contiguas. El segundo método es más elaborado, pero esel que se ha impuesto en la actualidad. Consiste en establecer una inclinación diferente de lascabezas de lectura y escritura, en las pistas pares respecto de las impares. Así, cada pista debeleerse con una inclinación diferente del cabezal, llegando la información de pistas contiguas muyatenuada respecto de la información de la pista actual. La inclinación de cada cabeza debeproporcionar una lectura óptima para la pista actual y muy defectuosa para las pistas adyacentes.A este método se le denomina “grabación azimutal”.

Con el fin de poder editar libre e independientemente la información de audio en cada unode sus canales, y la información de video sobre la pista helicoidal, todos los sectores de audio yvídeo están físicamente separados en cada pista. En las pistas, se reservan zonas de guardallamadas “GAP”, separando cada uno de los bloques de datos. Con esto se evita que las cabezas,a la hora de reproducir, y sobretodo a la hora de grabar, no se salgan fuera del espacio asignadocomo consecuencia de un leve error de posicionamiento.

Las pistas helicoidales se graban mediante cabezas móviles que giran en un tambor a altasrevoluciones, y las pistas longitudinales se generan a partir de cabezales estáticos. Como eslógico, ambos tipos de cabezas, móviles y estáticas se encuentran desplazadas longitudinalmentea lo largo del recorrido de la cinta. Esto hace que la información de un mismo instante de tiempoen las distintas pistas quede desplazada en el espacio.

Para conseguir una buena lectura de las pistas helicoidales es necesario que las cabezasde lectura pasen justamente por el centro de ellas. Esto implica que se debe evitar cualquierposible desfase entre el movimiento de la cinta y el del tambor de cabezas. Los magnetoscopiosantiguos incorporaban un sistema manual de control de “seguimiento”, o también llamado“tracking” con el que se actuaba sobre este desfase. Todavía en algunos magnetoscopiosdomésticos, cuando una cinta se ve con mala calidad puede arreglarse ajustando este mando. Encambio, en los equipos actuales, y más aún en los profesionales, puesto que sería un derrochetener un técnico reajustando controles de “tracking”, se han desarrollado sistemas de seguimientoautomático de pistas.

Actualmente se han desarrollado dos tipos de sistemas de seguimiento: el sistema“autotracking” y el sistema “multitracking”. En el sistema “autotracking” se graba, en un sectorde la pista helicoidal, una señal piloto cuyos parámetros se utilizan en reproducción para situarcorrectamente las cabezas. Si estas señales piloto no dan la amplitud correcta estamos ante unerror de seguimiento, y el propio sistema actúa sobre la velocidad de la cinta para corregirlo. Elsistema “multitracking” en cambio se basa en disponer varios cabezales lectores paralelos yligeramente desplazados, de manera que en cada momento, se asegura que al menos uno de ellossiempre está correctamente situado. Aquél cabezal que simplemente reciba un mayor nivel deseñal será el mejor situado, y la información válida se extraerá de él.


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Las pistas longitudinales, en general, contienen información de control del sistema. Deentre ellas, en la mayoría de los sistemas se dispone una pista longitudinal de audio analógicodenominada “CUE”. Generalmente, esta pista no se utiliza en el modo de reproducción normal,ya que su nivel de calidad es ostensiblemente menor que el de las señales grabadas digitalmente;sin embargo, posibilitan monitorizar el audio en una operación de búsqueda a alta velocidad, yaque la mayoría de los formatos no tienen previsto el uso de los canales digitales de audio a unavelocidad distinta de “play”.

En la pista longitudinal de control aparecen una serie de impulsos que sirven de referenciaa los servomecanismos del equipo. Estos impulsos pueden indicar el principio de un campo, deun cuadro, etc. Esto permite la visualización del material en camara lenta o a velocidad inversa.

Finalmente, en la pista de códigos de tiempo, que también es longitudinal se grabanmultiplexados dos códigos de tiempo independientes, que son los que nos aparecerán en el panelde visualización. Este doble código permite tener una referencia absoluta desde el principio dela cinta, y una referencia relativa desde el principio de la secuencia actual.

4.4.1.4. Otras funcionalidades

Todas las características vistas hasta el momento corresponden a detalles relacionadoscon el funcionamiento normal de un magnetoscopio. Son datos sobre la información de audio yvideo que se almacena, y peculiaridades sobre la forma en que se almacenan permitiendo suacceso fácilmente, y en ausencia de errores. En este apartado, se verá otro tipo de particularidadesque dotan a los equipos de funcionalidades diferentes.

Una de las funciones que incorporan la mayoría de los sistemas en algún equipocomercial es la llamada “función de prelectura” o “preread”. Esta función de prelectura es muyútil, como ahora veremos, en la producción de efectos multicapa en secuencias de vídeo.

La postproducción de imágenes dentro de entornos totalmente digitales, abre nuevasposibilidades para la creatividad artística. El copiado de imágenes de un magnetoscopio a otroya no sufre pérdidas perceptibles, y por tanto, es posible hacer montajes y efectos capa sobrecapa, que requieren múltiples generaciones. La acumulación de varias capas consecutivas deefectos (incrustaciones con “keys”, titulaciones, etc.) se conoce como “multilayering” o“procesado multicapa”. Estos procesos son posibles, gracias al procesado digital, dentro delnúmero de generaciones posibles del sistema de grabación utilizado. Por supuesto, esto es ciertosiempre y cuando la señal de vídeo sea procesada siempre en el dominio digital, sin ningunaconversión a analógico por medio.

Dado que lo que interesa en un trabajo de multilayering complejo es conservar lagrabación final y no las intermedias; y como casi siempre se trata de añadir efectos u objetossobre la misma imagen de fondo, será ideal poder leer de la cinta la capa anterior y grabardirectamente la imagen procesada directamente sobre la misma pista. De esto se trata con lafunción “preread” o “prelectura” de los magnetoscopios digitales. Esta función se consigue

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situando la cabeza de grabación retrasada en el tambor respecto de la cabeza de reproducción,de manera que cuando pasa la cabeza de grabación por una pista, ésta ya ha sido leída por lacabeza lectora, y ha dado tiempo para procesarla.

Otra posibilidad que contemplan todos los sistemas es la existencia de distintos interfacesde transmisión digitales y analógicos, que permiten la integración de estos en entornos de ediciónno-lineal. Por una parte, encontramos interfaces de datos que permiten la transmisión de lasimágenes y el sonido desde, y hacia otros equipos del estudio; y por otra parte, encontramosinterfaces de control que sirven para enviar comandos, o recibir información de estado delequipo. Desgraciadamente, cada fabricante ha desarrollado sus propios interfaces característicos,dejando los interfaces digitales estandarizados como el SDI, como una opción menos económica.Esto supone muchas veces, que salvo que invirtamos dinero extra en desarrollar un estudiocompletamente estandarizado, una vez que se diseña un estudio, para cualquier ampliación oactualización que se quiera realizar, tengamos que contar en exclusiva con mismo fabricante quenos proporcionó los equipos actuales.

Muchos sistemas permiten grabar y reproducir los datos de las cintas sin errores avelocidades mayores de la reproducción normal. Esto permite la transmisión o el volcado asoportes no-lineales, como discos duros, tres o cuatro veces más rápido de lo habitual; lo quereduce el tiempo de elaboración de las ediciones. En algún caso, los discos duros para ediciónno lineal están incluso, incorporados dentro del propio magnetoscopio.

Es habitual que los equipos de grabación de cinta sean compatibles con los miembrosmenores de la misma familia. Incluso con sistemas analógicos, facilitando la migración desde eldominio analógico al digital.

Si profundizamos en los listados de prestaciones de los catálogos, podemos encontrarotras funciones como el reforzamiento de las componentes de alta frecuencia para compensarerrores de múltiples conversiones D/A y A/D. Podemos encontrar también sistemas deinterpolación y diezmado para comprimir o expandir secuencias de audio y vídeo. Incluso seofrece hardware adicional para corregir el tono de la señal de audio, y mantener dicho tono adiferentes velocidades. Otra posibilidad factible es la corrección el ángulo de croma en +/- 15º.Con ello, por ejemplo se podría corregir una grabación tomada con un balance de blancosincorrecto.

4.4.2. Clasificación de los magnetoscopios digitales según suscaracterísticas.

Ante la necesidad de almacenar información audiovisual en cinta magnética, y a falta deun estándar común, cada fabricante ha tratado de resolver los problemas que se plantean segúnsu criterio. En parte esta disparidad de criterios, y en parte las batallas comerciales, han dadolugar a una multitud de sistemas con prestaciones semejantes, pero cada uno de ellos condistintas características que los diferencian, e incluso que los hacen incompatibles entre sí. En


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este apartado se realizará un recorrido por los sistemas más extendidos tratando de exponer susventajas y sus inconvenientes.

En el momento de la clasificación, las características más importantes en las que nospodemos basar son: en primer lugar, el tipo de muestreo utilizado en la información de video;en segundo lugar, la existencia o no de compresión, su factor y método utilizado; en tercero, laduración de las cintas; y finalmente, algunas otras funcionalidades que nos pueden hacerdecidirnos por uno, u otro sistema.

En cuanto al tipo de muestreo, el formato de partida es el 4:2:2, que es el que se considerarealmente profesional. Puede observarse que ninguno de los sistemas enunciados en este capítulocontemplan un formato 4:4:4. Hemos de tener en cuenta que el uso de un formato 4:4:4 sejustifica, casi en exclusiva, para operaciones de croma-key. Estas operaciones se suelen realizardirectamente a partir de la señal que llega de la cámara, y su almacenamiento suele realizarse conel fondo ya sustituido; por lo que un muestreo 4:2:2 es suficiente para almacenar la informacióncon toda la calidad necesaria.

A partir de ahí, formatos como el 4:1:1 y 4:2:0 se utilizan, como sabemos paraaplicaciones de periodismo electrónico. Para estas aplicaciones, es más importante reducir elpeso y el consumo de los equipos, que el obtener una imagen con alta multigeneración.

Aunque algunos sistemas de videograbación no incluyen mecanismos de compresión dela información, una gran mayoría sí opta por dichos mecanismos. Con ello, se aumenta lacapacidad en tiempo de las cintas, sin penalizar sus características físicas de peso, volumen etc.La compresión, dependiendo del método utilizado, y del factor conseguido, afecta más o menosa la calidad, y lo que es más importante, a la multigeneración. El método utilizado está basadoen todos los casos en la DCT con algunas peculiaridades que los diferencian. En cuanto al factorde compresión, diferentes aplicaciones utilizan distintos factores con el fin de ajustar la calidada las necesidades de multigeneración de cada aplicación.

Tipo de muestreo y factor de compresión configuran el flujo binario en cada caso. Esteflujo binario, dependiendo de las características físicas de las cintas, y del método de grabación,determina la capacidad de almacenamiento en tiempo de cada sistema.

Además de todos estos parámetros fundamentales, otras características técnicas, u otrasprestaciones de los equipos, nos pueden hacer decidir por un sistema u otro. No sólo hay queatender a las prestaciones técnicas de un equipo concreto, sino también, su compatibilidad conotros equipos, como cámaras o estaciones no-lineales; las características de estos elementos, ycomo se ha visto en anteriores ocasiones, su integración en todo el entorno en el que se utilizará.

En los apartados siguientes se puede encontrar una clasificación de los videograbadoresen cinta magnética. En primer lugar, aparecen algunos sistemas de los más antiguos y queprácticamente han dejado de usarse. En segundo lugar, se presentan aquellos sistemas queutilizando un formato de muestreo 4:2:2 se pueden considerar como realmente profesionales. Lossiguientes son formatos orientados a aplicaciones de periodismo electrónico, con niveles de

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multigeneración más limitados. Se tratan también los formatos domésticos, con exigencias muypequeñas aunque ofreciendo una calidad importante. Y finalmente, se abordarán otros sistemasmás específicos y con una clasificación más compleja.

4.4.2.1. Formatos en desuso.

4.4.2.1.1. Formato D1

Fue el primer formato digital práctico introducido por Sony en 1986. A pesar de ser enla actualidad una referencia en cuanto a calidad, es demasiado caro de comprar y utilizar; y porello ha sido reemplazado por otros formatos posteriores más eficientes.

Se trata de un formato digital en componentes que utiliza muestreo 4:2:2 sin compresión.La resolución que utiliza son 8 bits. Según estas características, el flujo binario que necesita esde 166 Mb/s.

En el formato D1 sólo se define el formato de las pistas sobre la cinta dejando parámetroscomo la elección del número de cabezas, la velocidad de la cinta, o el ángulo del tambor con lascabezas a los fabricantes de los productos; de forma que magnetoscopios mecánicamentediferentes deben producir cintas idénticamente grabadas.

El ancho de pista que se propone es de 15 micras; existiendo una separación entre ellas,o zona de guarda, de 30 micras. Cada campo en PAL se graba en 6 pistas a 50 líneas por pista.Cada pista se divide en cuatro sectores de video y cada sector en 10 bloques de datos quecontienen además de la información de vídeo, códigos para detección y cancelación de errores.Sólo se graban de la línea 11 a la 310 y de la 324 a la 623, quedando 12 líneas y media porcampo sin grabar.

En cuanto al audio, el sistema D1 contempla 4 canales digitales de audio con 20 bits deresolución y una frecuencia de muestreo de 48 kHz. El audio no se comprime y como vimos esuna constante en todos los sistemas.

Como parámetros accesorios, la velocidad de la cinta es de 286,875 mm/s. La inclinaciónde las pistas es de 5º aproximadamente y el tiempo máximo de grabación es de 94 minutos. Acontinuación se muestra la huella magnética de este sistema y una tabla resumen de los datosimportantes.


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Figura 2. . Huella magnética del sistema D1.

D1

Video Muestreo 4:2:2 Resolución 8 bits

Compresión No

Audio Canalesdigitales

4 Frecuenciamuestreo

48 kHz Resolución 20 bits

Compresión No CUE Sí

Otros Flujo binario 166Mb/s

Tiempo degrabación

94 min

4.4.2.1.2. Formatos D2 y D3

Estos son formatos obtenidos de digitalizar la señal PAL o NTSC compuesta. Laresolución con que se muestrea es de 8 bits, y la frecuencia de muestreo, por ser una señalcompuesta, debe conservar la información de fase de la subportadora de color; por ello se utilizauna frecuencia de 4 veces la subportadora de color. Esto en el caso del sistema PAL implica17,7MHz. Para el audio, contiene 4 canales digitales de audio a 48 kb/s.

El sistema D2 fue desarrollado por AMPEX al mismo tiempo que el D1 y se introdujocomo totalmente transparente para video compuesto. Este formato es muy utilizado para spotspublicatarios y noticias.

La compresión utilizada tiene un factor de 2:1 lo que implica un flujo binario de 115Mb/s, dando en total una duración máxima de las cintas de 221 minutos. El ancho de pista es de39 micras con grabación azimutal de +/- 15º. De esta manera no se necesitan bandas de guardalo que incrementa la densidad de grabación de los datos, pero obliga a tener un número par de

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Figura 3. . Huella magnética del sistema D2.

cabezas.

El sistema D3 fue desarrollado por Panasonic y tiene un funcionamiento similar a D2pero con una mayor densidad en la grabación lo que le permite grabar en cintas de mediapulgada.

Estos formatos PAL digitalizados conservan, como es lógico, el problema de laintermodulación entre la señal de luminancia y la de crominancia

D2

Video Muestreo componentes Resolución 8 bits

Compresión 2:1




Compresión No CUE No


Tiempo degrabación

221 minutos


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4.4.2.2. Formatos 4:2:2 con calidad de estudio

4.4.2.2.1. Formato D5

El formato D5 fue desarrollado por Panasonic como sucesor del D3; por eso utiliza elmismo tipo de cinta, y en algunos equipos es incluso compatible con éste.

La señal que se almacena en la cinta está digitalizada en componentes con el tipo demuestreo 4:2:2. El sistema permite grabar con resolución de 10 bits para formato 4/3 y confrecuencia de muestreo 13,5 MHz; o de 8 bits para el formato 16/9 con frecuencia de muestreode 18 MHz.

Este formato no utiliza compresión con lo que resulta un flujo binario de 288 Mb/s. Esteflujo binario lo almacena en pistas de 18 micras de ancho, necesitando para cada campo 16 pistashelicoidales.

Para el audio, D5 utiliza 4 canales digitales de 20 bits a 48 kHz sin compresión, y unoanalógico CUE. Se dispone de un interfaz AES/EBU para los canales de audio e interfacesdigitales y analógicos de video tanto en serie como en paralelo. La señal digital de vídeo puedellevar incorporada la señal de audio y los códigos de tiempo; aunque estas señales tambiénpueden tomarse de interfaces independientes.

Además de los interfaces de información, se incorporan entradas de control mediantepuestos RS-232C o RS-422A. Los sistemas de altas prestaciones incorporan además sistemas deautochequeo controlables desde estos conectores.

Panasonic desarrolló una versión del sistema D5 para alta definición. Este utiliza unacompresión de 4:1 para acomodar, en las mismas cintas el flujo binario de 1,2 Gb/s de la TVADpudiendo funcionar con 1080 líneas entrelazadas o progresivas.

Uno de los inconvenientes que se achacan a este sistema es que utiliza un sistemamecánico muy complicado y que necesita abundantes ajustes a la hora, por ejemplo, de cambiarlos cabezales.

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D5

Video Muestreo 4:2:2 Resolución 8 o 10 bits

Compresión No Frecuenciamuestreo

13,5 MHz con 10 bits18 MHz con 8 bits






Tiempo degrabación

127 min

4.4.2.2.2. Formato Betacam Digital

Este formato fue introducido por Sony en 1993. Utiliza cintas Betacam y es totalmentecompatible en reproducción (no en grabación) con el sistema analógico Betacam SP, que estámuy extendido, para aprovechar todo el material existente, y permitir la migración progresiva deanalógico a digital.

El sistema graba la señal de video en componentes, digitalizada en formato 4:2:2 segúnla recomendación 601, y con una resolución de 8 o 10 bits. Este sistema permite los formatos 4/3y 16/9; este último con frecuencia de muestreo de 13,5 MHz.

Este formato sí utiliza un método de compresión; es el denominado por el propiofabricante como BRR - Bit Rate Reduction. El factor de compresión que se utiliza es 2,3:1, quepor ser muy moderado permite una alta multigeneración

El método BRR consiste en una compresión intracuadro que se realiza por campos, paraevitar perturbaciones en el movimiento. A cada campo se le aplica por separado la DCT enbloques 8x8, la cuantificación ponderada de los coeficientes, la lectura en zig zag al estilo JPEG,la codificación de longitud variable (Huffman) y la codificación de longitud de recorridos.

En cuanto a la información de audio, se almacenan hasta 4 canales digitales confrecuencia de muestreo 48 kHz. y 20 bits de resolución. Estos canales son editables de formaindependiente. Como estamos acostumbrados, en los canales digitales de audio no se utilizacompresión. Se añade también el típico canal CUE, para realizar búsquedas a alta velocidadtomando como referencia el audio, puesto que éste se escucha sincronizado en modo búsqueda.

Todas estas características implican un flujo binario de 125'58 Mb/s. Este flujo binariose acomoda en pistas de un ancho de 26 micras. La grabación se realiza girando las cabezas enazimut +/-15º para evitar diafonías entre pistas adyacentes. Además de las pistas helicoidales, la


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Figura 4. . Huella magnética del sistema Betacam Digital.

cinta contiene pistas longitudinales para albergar códigos de tiempos, datos de control y la señalCUE. El tiempo de grabación que se puede conseguir llega hasta 40 minutos en las cintaspequeñas, y 124 en cintas de carcasa grande.

Además del sistema de autotracking en lectura, se incorpora un sistema de autotrackingen grabación. Éste se consigue mediante unas señales piloto grabadas en cada pista que permiteque la cabeza grabadora se sitúe exactamente en el centro de la pista cuando va a empezar agrabar.

Junto con los sistemas de seguimiento automático de pista que minimizan la probabilidadde error de lectura, se dispone de un sistema de corrección de errores para recuperaciónmatemática de datos perdidos; y en el caso de pérdidas de largas ráfagas de datos, se incluye unsistema de cancelación de errores mediante interpolación. Con estos dos sistemas se garantizala recuperación de “drops” de hasta 0,81 mm de cinta.

Los equipos Betacam Digital incluyen gran cantidad de interfaces de conexión, analógicosy digitales, compuestos y en componentes, con el fin de integrar el sistema en cualquier entornode trabajo. Además de interfaces los de información, los equipos disponen de accesos a loscontroles y al sistema de autodiagnóstico mediante una línea RS-232.

Dentro de las prestaciones adicionales, podemos contar con señales de test tales comobarras de color, rampas, señal de test SDI, y un tono de audio de 1kHz. Los equipos de estesistema han sido diseñados optimizando los costes de mantenimiento, con sistemas de autoajustey limpieza automática de cabezales, que permiten el funcionamiento prolongado de los equipos.

Otras funciones con las que se cuenta son: la función de pre-lectura, en la que el cabezalde grabación se sitúa retrasado respecto del de lectura, permitiendo grabar en la misma pista que

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se está visualizando. También se permite grabar temporizando con los sincronismos de una señalentrante diferente de la señal de sincronismo del estudio, y posteriormente reproducir de formasíncrona con los sincronismos del estudio.

Betacam Digital

Video Muestreo 4:2:2 Resolución 8 o 10 bits

Compresión 2,3:1 intracuadro basada en DCT Formatos 4/3, 16/913,5 MHz






Tiempo degrabación

40 - 124 min

4.4.2.2.3. Formato Betacam SX

Este formato también procede del fabricante Sony, y también es compatible enreproducción con el analógico Betacam SP. Éste utiliza un formato de muestreo 4:2:2 con unaresolución de 10 bits. Algunos equipos permiten conmutar entre formatos 4/3 y 16/9 dentro dela misma frecuencia de muestreo.

Como método de compresión, es el único de los aquí expuestos que utiliza compresiónintercuadro. Utiliza para ello el método MPEG-2 dentro del perfil 4:2:2 y el nivel principal. Estesistema utiliza un GOP de tamaño 2, codificando imágenes de tipo I y B exclusivamente. Conello consigue un factor de compresión de 10:1 con una alta calidad en la respuesta, necesitandoun flujo binario de 18 Mb/s

El sistema incorpora 4 canales de audio digitales de 16 bits muestreados a 48 kHz. Comoen casos anteriores la información de audio no se comprime.

Los datos de audio y video se graban por bloques en las pistas helicoidales, que tienenun ancho de 32 micras. Estas pistas disponen de espacios de guarda “GAPs” para editarseparadamente el video, y cada uno de los canales de audio. Utiliza grabación azimutal, con unazimut de las cabezas +/- 15º para evitar diafonías entre las pistas contiguas. Además de las pistashelicoidales, se incluyen otras pistas longitudinales de control de tracking, código de tiempos yuna pista auxiliar. La capacidad de las cintas pequeñas es de 60 minutos y el de la cinta grandees de 194 minutos


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En lugar del sistema autotracking que incorporan otros sistemas, el SX introduce lanomenclatura “multitracking” disponiendo varias cabezas por pista ligeramente desplazadas afin de leer las pistas si errores de tracking. Esto permite cambiar las cabezas sin necesidad deajustes, además de una alta calidad en modo avance y retroceso rápido.

Los equipos cuentan con interfaces digitales que permiten la comunicación con estacioneslineales y no-lineales externas. En el caso de transmisión a un soporte no lineal, el magnetoscopioes capaz de transmitir el audio y el video a una velocidad 4x. Algunas versiones incluyen discosduros en la misma unidad, llegando al concepto de magnetoscopios híbridos.

En este sistema, se ha conseguido hacer compatible el uso de las cintas analógicasBetacam SP, rentabilizando las inversiones y los stocks realizados, con un sistema rudimentariode edición no lineal, ya que se permite el trabajo con estas, y su grabación digital en el disco duroen tiempo real.

Betacam SX


Compresión 10:1 MPEG-2. Perfil 4:2:2 y Nivel principal GOP = 2




Compresión No CUE No


Tiempo degrabación

60 - 194 min

4.4.2.2.4. Formato D9 (Digital-S)

El sistema Digital-S fue desarrollado por JVC y es un formato compatible con el Super-VHS, del cual puede reproducir sus cintas. Utiliza un tipo de muestreo 4:2:2 con una resoluciónde 8 bits.

Este sistema utiliza un método de compresión basado en la DCT, llegando a un factor decompresión de 3,3:1. Para la aplicación de la DCT, divide la imagen en bloques de 8x8 píxeles.Cada bloque de salida de la DCT se clasifica según cuatro niveles de detalle donde el nivel 0significa poco detalle, y por lo tanto pocos componentes de alta frecuencia, y un nivel 3 significamucho detalle, es decir muchos coeficientes de alta frecuencia. Esta clasificación en niveles lautiliza para aplicar un mayor redondeo en el nivel 0 que en el 3.

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Figura 5. . Huella magnética del sistema Digital-S.

Las matrices de cuantificación que se utilizan tienen cuatro zonas de frecuencias de formaque cada una se cuantifica con un factor diferente. Posterior a la cuantificación se realiza lalectura en zig-zag, y la codificación Huffman.

En este formato también se utiliza el concepto de macrobloque, pero no para lacompensación de movimiento, sino como unidad mínima de corrección de errores, utilizándoseel método de corrección Reed-Solomon. Cada macrobloque está compuesto por cuatro bloquesde luminancia y dos de crominancia Y-R e Y-B.

Para el audio, el sistema contempla dos canales digitales de audio en formato PCM conresolución de 16 bits, y frecuencia de muestreo de 48 kHz. Además se incluyen dos pistaslongitudinales de audio analógicas CUE, por compatibilidad con el sistema S-VHS. La cintatambién incorpora dos pistas longitudinales más que son una pista de código de tiempos y otrade datos de control.

Toda esta información da como resultado un flujo binario de 50 Mb/s que se almacenaen pistas helicoidales de 20 micras de ancho con grabación azimutal, utilizando un azimut de +/-15º para evitar diafonía entre pistas. Las pistas helicoidales tienen un ángulo sobre la cinta de5,96º, y la velocidad de la cinta es de 57,8 mm/s obteniendose un tiempo de grabación 104minutos.

Rivaliza con formatos mucho más caros como el Betacam Digital en términos de calidadde imagen, ya que utiliza una compresión muy baja con un formato 4:2:2. Incorpora también lafunción “pre-lectura”, lo que le permite ediciones “A/B roll” sólo con dos vídeos. Tambiénincorpora un interfaz, llamado DIF, de datos comprimidos para transmisión de audio y videoentre equipos digital-S.


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D9, Digital-S


Compresión 3,3:1 Intracuadro basada en DCT y codif. Huffman




Compresión No CUE 2 compatibles con S-VHS


Tiempo degrabación

104 min

4.4.2.2.5. Formato DVC-Pro50

El sistema DVC-Pro50 fue desarrollado por Panasonic en 1997, y es una variante delDVC-Pro que duplica la velocidad de la cinta con el fin de aceptar mucho mayor flujo binario.Aunque el formato DVC-Pro utilice un formato de muestreo 4:1:1, los equipos DVC-Pro50 soncapaces de reproducir DVC-Pro. Este sistema además es compatible con el sistema DV yDVCAM en reproducción.

El tipo de muestreo de la señal de video que utiliza es el 4:2:2, con resolución de 8 bits.Al flujo binario resultante del muestreo se le aplica una compresión intracuadro de factor 3,3:1,basada en la DCT, y en los códigos Huffman.

Por otra parte, se almacenan cuatro canales digitales de audio con resolución de 16 bits,y con una frecuencia de muestreo de 48 kHz, junto con la información de video. A estos hay queañadirle además, un canal de audio analógico CUE, almacenado en una pista longitudinal.

Toda esta información requiere un flujo binario de 50 Mb/s, que se almacena en las pistashelicoidales. Éstas tienen un ancho de 18 micras, y utilizan la grabación azimutal, que permiteno tener espacio de guarda entre pistas. La velocidad de la cinta es de 67,7 mm/s., consiguiendoseun tiempo máximo de grabación 92 minutos.

El formato utiliza el sistema automático de seguimiento de pistas o autotracking medianteseñales piloto que se graban en las pistas helicoidales.

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Figura 6. . Huella magnética del formato DVC-Pro50.

DVC-Pro50


Compresión 3,3:1. Intercuadro basada en DCT y Huffman






Tiempo degrabación

92 min

4.4.2.3. Formatos portátiles y de periodismo electrónico

Como se ha repetido ya muchas veces en apartados anteriores, las características másimportantes de los equipos para aplicaciones de periodismo electrónico son el peso de losequipos, su consumo de energía, y su volumen; penalizando, aunque mínimamente, la calidadde las imágenes y la multigeneración.

4.4.2.3.1. Formato DVCAM

El sistema DVCAM es una variación de Sony del formato DV, que se comentará másadelante, y con el cual es compatible. Este formato podemos situarlo a la altura del DVC-Propero tiene algunas ventajas en cuanto a los sistemas de 625 líneas. En este sistema se aumentala velocidad de la cinta y el ancho de pista respecto al sistema DV, pero no tanto como en el casode DVC-Pro.


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Figura 7. . Huella magnética del sistema DVCAM.

Este sistema utiliza un formato de muestreo diferente para sistemas de 625 líneas y de 525líneas. Para los sistemas de 625 líneas utiliza un muestreo del tipo 4:2:0; y para sistemas de 525líneas, un formato 4:1:1. La resolución utilizada es en ambos casos de 8 bits. El hecho de utilizardos tipos de muestreo diferentes según el sistema utilizado, se debe a que en cada caso seconsigue una mejor calidad subjetiva. En el caso de 625 líneas se recomienda el sistema 4:2:0que da un aspecto a las imágenes de más calidad, debido a que utiliza la mitad de muestras decrominancia en vertical y en horizontal respecto de la luminancia. Este tipo de muestreo, parasistemas de 525 líneas da un resultado peor, ya que la cantidad de líneas horizontales esostensiblemente menor (100 líneas menos que PAL). Para sistemas de 525 líneas se recomiendael tipo 4:1:1 que aunque muestra una resolución cuatro veces menor en horizontal, en verticalcuenta con toda la definición.

El tipo de compresión utilizada es intracuadro, alcanzando un factor de compresión de5:1. El método consiste en dividir las imágenes en bloques de tamaño 8x8 y aplicarles la DCT.Para aprovechar al máximo la compresión, antes de la grabación se realiza un barajado de losbloques mezclando aquellos que tienen mucho detalle con otros que no tienen tanto, de maneraque se consigue un flujo de datos constante.

La compresión se realiza por cuadros, o por campos, de forma adaptativa según elmovimiento de la escena. Posteriormente a la cuantificación y a la lectura en zig-zag, se realizauna codificación de longitud variable tipo Huffman.

Para el audio, el sistema es capaz de almacenar dos pistas de audio digital muestreadasa 48 kHz, y con 16 bits de resolución; o 4 pistas con 12 bits de resolución y con una frecuenciade muestreo de 32 kHz.

Toda esta información implica un flujo binario de 25 Mb/s que se almacena en las pistashelicoidales. Éstas forman un ángulo de 9º con el borde de la cinta, y tienen una anchura de 15micras. Se utiliza una grabación azimutal con 10º de azimut para evitar interferencias entre las

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pistas. La velocidad de la cinta es de 28,193 mm/s lo que permite almacenar hasta 184 minutosde imágenes en la cinta grande y 40 minutos en la cinta pequeña.

Los equipos incorporan un sistema de autotracking mediante tres señales piloto que segraban alternativamente en las pistas helicoidales.

DVCAM

Video Muestreo 4:2:0 PAL4:1:1 NTSC

Resolución 8 bits

Compresión 5:1. Intercuadro basada en DCT y Huffman




4 32 kHz 12 Bits

Compresión No CUE


Tiempo degrabación

40 - 184 min

4.4.2.3.2. Formato D7 (DVC-Pro)

DVC-Pro es otra variante del sistema DV diseñada, en este caso, por Panasonic. Esteformato ofrece compatibilidad con todos los formatos de grabación DV pudiendo reproducirtambién DVCAM y DVCPRO50. Solo necesita adaptador para la cinta miniDV. La mayordiferencia con el DV es el doblar la velocidad de la cinta, lo que permite una mayor toleranciaa los “drops”.

Este sistema utiliza un tipo de muestreo 4:1:1, tanto para sistemas de 525, como de 625líneas, obteniendose, en este último caso, una calidad subjetiva algo menor que en el sistemaDVCAM. La resolución de los píxeles es de 8 bits.

Para el almacenamiento del video se utiliza compresión intracuadro por cuadros, y no porcampos. El factor de compresión al que se llega es de 5:1 teniendo como base la DCT. Lospíxeles de luminancia se agrupan en bloques 8x8 para aplicarles la DCT, excepto en la parte finalde las señales de diferencia de color que los bloques son de 4 columnas por 16 filas. Antes de lagrabación se realiza un barajado de los bloques mezclando aquellos que tienen mucho detalle conotros que no tienen tanto de manera que se consiga un flujo de datos constante.

Este sistema almacena, junto con el vídeo, dos canales de audio digitales de 16 bits deresolución, con una frecuencia de muestreo de 48 kHz. Además se incluye una pista analógicade audio CUE longitudinal, que permite incorporar un tercer canal de audio de referencia, yfacilita la selección de los puntos de entrada y salida para editar. Otras pistas longitudinales que


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Figura 8. . Huella magnética del sistema DVC-Pro.

pueden apreciarse en la huella magnética son la pista de código de tiempo, y la pista de controlque mejora la respuesta de los servos

Con esta información se requiere un flujo binario de 25 Mb/s que se guarda en pistas de18 micras de ancho, con una inclinación respecto del borde de la cinta de 20,03º. La velocidadde la cinta es de 33,85 mm/s; y esto permite unos tiempos de grabación de 63 minutos para cintapequeña de cámara, y 123 minutos para cinta grande en magnetoscopios de estudio.

Estos equipos incorporan diversos interfaces de entrada y salida para vídeo compuesto,y en componentes. Para audio digital, está disponible un interfaz AES/EBU, y puede disponersede un interfaz SDI para vídeo como una opción. Estos equipos también son capaces de leer avelocidad 4x restecto del play, lo que significa una aceleración en el paso de información aestaciones no lineales.

El sistema también dispone de mecanismo autotracking.

DVC-Pro






Compresión No CUE


Tiempo degrabación

63 - 123 min

En cuanto a la calidad de las imágenes, tanto DV como DVCPRO y DVCAM tienecalidades cercanas a la calidad de estudio. Para periodismo electrónico y usos similares la calidades ciertamente suficiente, especialmente considerando que la postproducción típica que se aplica,

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se hace en el dominio digital, que no degrada en exceso la calidad. La compresión essuficientemente pequeña como para mantener alejados a los artefactos, salvo en escenas muycomplejas.

Los defectos de los formatos 4:2:0 y 4:1:1 sólo son visibles en procesamientos como elcroma-key. El formato 4:1:1 muestrea las señales de diferencia de color a la cuarta parte defrecuencia que la luminancia. El 4:2:0, muestrea las señales de diferencia de color a la mitad quela de luminancia pero en líneas alternadas, una sí y otra no. En los dos casos se obtiene el mismoflujo total de datos, pero el muestreo 4:2:0 ofrece una resolución de color aparente mejor parael sistema PAL.

En el mundo NTSC, las tres variantes de DV utilizan un muestreo 4:1:1. En lasaplicaciones PAL los formatos DV y DVCAM utilizan 4:2:0, mientras que DVC-Pro sigueutilizando 4:1:1. Esto tiene un problema: si se graba una secuencia entre PAL DVC-Pro y otrode los formatos, se consigue una calidad peor que cualquiera de los dos anteriores. Se obtiene unaimagen muestreada a 4:1:0 donde las resoluciones de color verticales y horizontales son la mitadque en el formato 4:2:2.

4.4.2.4. Formatos domésticos

4.4.2.4.1. Formatos DV, DVC

El formato DV tiene características muy similares a los DVC-Pro y DVCAM, y se estáafianzando como formato digital doméstico. Éste fue desarrollado por varias marcas como Sony,Philips, Thomson, Hitachi, Panasonic y otros.

Este sistema utiliza un tipo de muestreo 4:2:0 para 625 líneas, y 4:1:1 para 525 líneas; yofrece una resolución de 8 bits por píxel. Utiliza compresión por campos o por cuadro,dependiendo del contenido de las imágenes. Es el codificador el que decide de manera adaptativasi comprime cada campo por separado, o conjuntamente en un mismo bloque. El factor decompresión que se consigue es de 5:1.

Para el audio, se dispone de dos canales de audio digitales de 16 bits por muestra a 48kHz de frecuencia de muestreo, o 4 canales de 12 bits a 32 kHz en codificación PCM. El flujobinario que maneja este sistema es de 25 Mb/s. Con una velocidad de cinta de 18,8 mm/s, eltiempo máximo de grabación es de 60 minutos en la cinta pequeña, y hasta 210 minutos en cintagrande. Por otra parte, el desarrollo del modo LP reduce el tamaño de las pistas a 6,67 micras ymultiplica el tiempo de grabación en 1,5 veces.


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DV

Video Muestreo 4:2:0 PAL4:1:1 NTSC

Resolución 8 bits





4 32 kHz 12 Bits

Compresión No CUE


Tiempo degrabación

60 - 210 min

4.4.2.4.2. Formato Digital8

Este sistema ha sido introducido recientemente por Sony y graba igual que el DV en todoslos sentidos; la única diferencia es que para ello utiliza la cinta Hi8 que es más económica, ypuede reproducir cintas Hi8 y 8mm analógicas.

4.4.2.4.3. Formato D-VHS

Este es un nuevo formato de JVC, que intenta almacenar en el futuro la señal difundidadirectamente en su formato comprimido. En particular, estos sistemas no tienen entradas nisalidas convencionales de video. Únicamente decodifican la señal recibida directamente de laantena, y la almacenan.

Los equipos de este sistema poseen un interfaz digital IEEE 1394, de la misma maneraque otros equipos DV.

La cinta de más larga duración puede almacenar hasta 44,4 GB de datos. El tiempo degrabación depende del modo utilizado; oscilando entre 3,5 horas de HDTV a 49 horas a 2 Mb/sdel modo LP. En modo normal graba 7 horas de vídeo a 19,4 Mb/s.

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4.4.2.5. Otros formatos

4.4.2.5.1. Formato D6

Es un formato de alta definición en componentes desarrollado por Toshiba, que almacena600 GB de datos en una cinta de 64 minutos. Parece ser que su utilización no se ha extendidomucho, pero los resultados de demostraciones son muy buenos. No utiliza compresión, y lavelocidad de la cinta es de 16 cm/s.

4.4.2.5.2. Formato DVCPRO-HD

Este formato ha sido desarrollado en 1998 por Panasonic, para la televisión de altadefinición de Estados Unidos, con formatos de 1080 líneas, y una frecuencia de campos de 59,94Hz. Utiliza un muestreo del tipo 4:2:0 con resolución de 8 bits. Como es un formato de altadefinición, utiliza como frecuencias de muestreo de luminancia 74 MHz, y de crominancia 37MHz. Este sistema utiliza un método de compresión intracuadro basado en la DCT de bloques8x8. El factor de compresión utilizado es de 6,7:1.

Se dispone de 4 canales de audio digitales con resolución de 16 bits a 48 KHz defrecuencia de muestreo, y una pista analógica CUE.

Con un flujo binario de 100 Mb/s, la velocidad de la cinta es de 135,28 mm/s llegándosea un tiempo de grabación de hasta 46 minutos.

4.5. Unidades de disco magnético para vídeo digitalEl concepto no-lineal en video aparece cuando es posible digitalizar una imagen y

grabarla, independientemente, en un soporte de acceso aleatorio como lo es un disco duro. Enesencia, consiste en poder acceder para grabar y visualizar un fotograma, sin tener que pasar porlos demás y de un modo instantáneo.

En las grabaciones sobre cinta magnética, las imágenes se graban una detrás de la otra,lo que significa que para poder visualizar la primera que se grabó, debemos rebobinar todos losmetros de cinta posteriores, como ocurre en una película cinematográfica. La grabación digitalsobre disco duro permite posicionar instantáneamente uno de sus múltiples cabezales de lecturasobre el principio de la imagen sin pasar por las demás.

Como ventajas del acceso no-lineal podemos destacar la posibilidad de acceso directo.No hay pérdidas de tiempo en la búsqueda de los puntos de edición, ni de secuencias deimágenes. Este tiempo supone en las ediciones lineales casi un 30% del total del montaje. Porotra parte, el montaje no se hace grabando ni borrando imágenes, sino insertando puntos de


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entrada y de salida de cada fragmento. De esta manera, resulta inmediato deshacer ediciones, yefectuar cambios posteriores. La posibilidad de guardar las secuencias en ficheros de discopermite introducir indexación por medio de comentarios.

La grabación en disco también tiene sus inconvenientes. En primer lugar, debido a quela adquisición y el archivo de imágenes sigue siendo en cinta, hay que perder tiempo en elcopiado de la cinta al disco, y en algunos casos es necesario también un proceso dedescompresión y compresión. Por otra parte, la capacidad de almacenamiento en disco duro estálimitada a algunos minutos de imágenes y sonido por unidad de disco, y su peso es bastantesuperior. En el momento presente, el archivo (entendido como almacenaje) de imágenes en discoes todavía impensable, dado el elevado precio por minuto, y la relativa fragilidad de los discos.Los discos son bastante robustos pero frente a caídas, golpes etc. su robustez no es comparablecon la de las cintas.

En esta guerra de cintas contra discos, Sony ha propuesto, en la familia SX, un equipohíbrido que tratan de sacar las ventajas de los dos sistemas. La edición lineal de las cintas, y lasposibilidades no-lineales de los discos, con transferencias entre cinta y disco de hasta 4x, con lamínima pérdida de calidad.

La aplicación básica de la grabación de vídeo en disco magnético está en las plataformasde edición no-lineal, también llamadas estaciones digitales abiertas. Una plataforma de ediciónno-lineal es un sistema de video no lineal, que no edita con cintas, sino sobre disco duro. En unaplataforma de este tipo, tanto el audio como el video se digitalizan y se almacenan en uno ovarios discos duros. El acceso a la imagen deseada se hace instantáneamente durante el montaje.

Una plataforma de edición no-lineal, se compone de un ordenador con su interfaz gráfico,un monitor de video, y un magnetoscopio grabador-reproductor para los copiados hacia, y desdela cinta. En las estaciones digitales abiertas, los equipos periféricos, que hacen efectos digitales,mezclas de video y de audio, y los controladores de edición desaparecen, y se integran en elmismo ordenador que acepta una gran cantidad de configuraciones por software.

Estos sistemas son buenos para edición off-line, pero para una edición en tiempo real, lapotencia necesaria es muy alta, y por tanto, excesivamente cara.

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4.6. Magnetoscopios híbridosComo se introdujo en el apartado anterior, Sony lanzó al mercado un equipo Betacam SX

introduciendo la idea de los magnetoscopios híbridos. Estos magnetoscopios híbridos incorporanun sistema de cinta en formato digital, y un sistema de discos duros en la misma unidad. Con ellose hace posible volcar la información de la cinta a los discos y viceversa a velocidades 4x, ytambién permiten reproducir una cinta y grabar en los discos simultáneamente.

La capacidad máxima de almacenamiento en el disco duro interno es de 90 minutos peroincorporan un interfaz SCSI para conectar discos duros externos, que amplían la capacidad dealmacenamiento hasta 6 horas.

Los discos internos facilitan la edición no lineal, tanto desde el panel como desde uneditor externo. Estos equipos incorporan además interfaces con plataformas lineales y no-lineales, tanto para transmisión de datos, como para el control. De esta manera, losmagnetoscopios híbridos pueden ser controlados como reproductores desde editores linealesconvencionales, para reproducir tanto desde cinta como desde disco. Además pueden sercontrolados desde un editor no-lineal integrándose en sistemas no-lineales sin dificultades.

Existen dos modos de edición con los magnetoscopios híbridos: en el modo “simple edit”el video y el audio de todas las escenas se mantienen juntos a lo largo de todo el programaedición. Los mismos puntos de edición son para audio y video, grabándose ambos en el mismofichero. En este modo es posible, utilizando los discos duros internos, grabar una fuente mientrasse está editando o reproduciendo un programa. La edición en este modo es equivalente al modo“assemble” de edición lineal, ya que no es posible editar separadamente audio y video.

En el modo “full-edit”, el video y el audio se graban en ficheros separados, pudiendoseeditar de manera independiente, el video y el audio, o los diferentes canales de audio entre sí. Eneste modo, no es posible la reproducción simultánea de un programa mientras se graba unafuente, salvo que se conecten discos externos. La edición en este modo puede corresponderse almodo “insert” en edición lineal, ya que es posible introducir marcas de IN y OUT diferentes paravideo y audio.

En el disco duro, los datos de audio y de video se administran en modo el “master”. Eneste modo, al igual que en el modo de edición “simple edit”, se graban conjuntamente el audioy el vídeo, y no es posible editar. Pueden realizarse hasta 256 grabaciones de diferentesduraciones. Los ficheros master pueden visionarse con la función “index”, saltando de ficheroen fichero.

La edición en el disco duro incorporado se puede realizar desde el propio videograbador,o desde otro magnetoscopio externo. En cualquiera de los casos, la edición se debe realizar enmodo “program”. En el modo “program”, se insertan los datos de edición, que determinan lasecuencia en la cual será reproducida la información de video y audio grabada en el disco. Lasecuencia editada se denomina “program”, y se compone de secciones de los ficheros “master”seleccionados.


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4.7. Estructura de las unidades de disco ópticoEl formato digital de disco óptico más común es el DVD (Digital Video Disk, Digital

Versatile Disk). Este formato aparece en 1995, y es desarrollado por un fórum de fabricantesentre los que encontramos a Sony, Philips, Panasonic, etc.

4.7.1. Descripción técnica básicaEste formato admite formatos de imagen de 4/3 y 16/9 con un tipo de muestreo 4:2:0. Se

utiliza el método de compresión MPEG-2 llegando a un factor de compresión de 15:1aproximadamente.

El formato de los DVD permite utilizar dos formas de compresión y almacenamiento queson el modo “constant bit rate” y el modo “variable bit rate”. En el modo “constant bit rate” sefija un ratio constante de transferencia que se aplicará al vídeo. Cuanto más alto sea este ratio(necesidad de mayor velocidad binária), mejor calidad tendrá la imagen resultante, pero al aplicaruna velocidad binaria constante la posibilidad de obtener una mayor duración del DVDdesaparece.

El modo “variable bit rate” permite fijar ratios mínimo y máximo de transferencia, quese desean aplicar al vídeo. De esta manera, se optimiza al máximo la capacidad dealmacenamiento de un disco DVD, puesto que aplica automáticamente factores más altos detransferencia a aquellas escenas que por su contenido más lo necesitan, ahorrando informaciónen aquellas que, por su carácter estático, no requieren niveles altos de transferencia. En este caso,se llega a un máximo de transferencia de 10 Mb/s y un promedio de 4,7 Mb/s.

Para el sonido, el DVD está preparado para soportar sonido multicanal. Se utilizanformatos de audio PCM u otros formatos multicanal, determinando inicialmente un nivel decalidad constante para toda la transferencia. El estándar DVD admite formatos Dolby AC-3,Dolby Digital 5.1, o DTS, proporcionando un excelente sonido.

Una película puede ofrecerse con hasta ocho líneas de datos de Dolby Digital, o bien ocholíneas de audio digital PCM, el utilizado en los CDs de audio, permitiendose de esta maneraediciones en varios idiomas de una misma película, inserción de fondos musicales, sonido real,comentarios, versiones para audiencia invidente, etc.

Además del audio y del vídeo, se dispone de hasta 32 canales para subtítulosseleccionables en el acto.

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Figura 9. . Espaciamiento de la información en un CD y un DVD.

DVD


Compresión 15:1. MPEG-2


5 vías Frecuenciamuestreo


8 canales

Compresión No

Otros Flujo binario 4,7 a 10Mb/s

Tiempo degrabación

135 minutos DVD - 58 horas DVD - 18

4.7.2. Parámetros físicos de los discosEn cuanto al soporte de información, se trata de discos de 8 o 12 cm de diámetro, aunque

los más habituales son de 12, y 1,2 mm de espesor. Su alta capacidad se consigue creando pistasmuy estrechas, y posibilitando la lectura de doble capa, y doble cara.

Este soporte está diseñado para permitir hasta dos superficies de lectura / escritura porcara, y hasta dos caras, consiguiendo las capacidades que aparecen en la siguiente tabla.


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Tamaño (cm) Nº Capas Nº Caras Capacidad(GB)

Tiempo (h)

12 1 1 4.7 2:15

12 2 1 8.5 4

12 1 2 9.4 4:15

12 2 2 17 8

En las figuras inferiores aparecen los cuatro tipos de soporte y su forma de lectura.

La lectura se realiza en espiral, y en el caso de soportes de doble capa, se comienza a leersiempre por la capa más externa. La primera capa se lee desde dentro hacia afuera. Para el casoen que el disco tenga una segunda capa, existen dos configuraciones: en la configuraciónparalela, la segunda capa se lee también desde adentro hacia afuera; y en la configuración enoposición se lee desde afuera hacia adentro.

Existen varios tipos de formatos según su utilidad, y según las posibilidades de grabacióny borrado. El DVD-Rom es un formato que se entrega ya grabado, y que no tiene posibilidad deborrado ni regrabación. Los DVD-R vienen en blanco, y son grabables una sola vez. Los DVD-Ram, y los DVD-RW son regrabables cuantas veces se quiera; ambos formatos regrabables sonincompatibles entre sí; detalle que es importante tener en cuenta. Finalmente, según su utilidad

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podemos encontrar “DVD-Audio”, que incluye formatos como PCM, Dolby Digital, MPEGaudio, DTS, y “DVD-Video”, que es el que hemos analizado hasta ahora, y que utiliza MPEG-2para almacenar la información de vídeo.

Los reproductores domésticos, como medida antipiratería están programadospermanentemente con un código que identifica la zona, permitiendo solamente la reproducciónde discos de esa zona.

En la siguiente figura se muestran las distintas zonas establecidas:

Zona 1: Norte AméricaZona 2: Europa, Japón, Sudáfrica, Israel, Líbano y Medio-EsteZona 3: CoreaZona 4: Sudamérica y AustraliaZona 5: Rusia, países del Noroeste y Africa.Zona 6: China

Además, también como protección contra copias, se utiliza un sistema de encriptación;el CSS: (Content Scrambling System), que codifica el DVD con una clave de seguridad.

4.8. Unidades magneto-ópticas para vídeo digitalEntre las unidades magneto-ópticas que se utilizan para la grabación de vídeo digital,

encontramos los discos magneto-ópticos, y los nombrados DVD regrabables. Las característicasde los discos magneto-ópticos en cuanto a su utilización son semejantes a los discos magnéticos;y las características de los DVD-Regrabables podemos compararlas con los DVD sencillos. Eneste aspecto, sólo nos quedaría por ver como se produce la grabación y la lectura en estossoportes.

El almacenamiento en soportes magneto-ópticos se basa en la característica que tienenalgunos materiales de ser magnetizables exclusivamente a partir de una determinada temperaturadenominada su “temperatura de Curie”. Las unidades de grabación utilizan un rayo láser paracalentar la superficie sensible, y un campo magnético para imantar la zona calentada. Laorientación magnética de los elementos de estos soportes afectan a la polarización de la luz del


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rayo láser durante la lectura, que es menos potente que el de escritura para no borrar los datos.Un receptor sensible a la polarización de la luz será capaz de separar la información de los unosy los ceros.

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4.9. BibliografíaVideo recording formats

http://www.tvcameramen.com/equipment/video_formats.htm

About DVDhttp://www.sel.sony.com/SEL/consumer/dvd/about_feat.html

DVD disk formathttp://www.disctronics.co.uk/tecnology/dvdintro/dvd_formats.htm

Rodríguez Vazquez, J.L. “Vídeo Digital”. SP- EUITT-UPM (1996).

Watkinson, John. “Vídeo digital” Paraninfo (1996)

Watkinson, John. “El arte del vídeo digital” IOTRV (1990)

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http://www.disctronics.co.uk/tecnology/dvdintro/dvd_formats.htm

Soportes de almacenamiento digital en vídeo 4. Soportes...

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