D-1 o 4:2:2 Component Digital es un estándar de grabación de vídeo digital SMPTE , introducido en 1986 gracias a los esfuerzos de los comités de ingeniería de SMPTE . Comenzó como un producto de Sony y Bosch – BTS y fue el primer formato de vídeo digital profesional importante . SMPTE estandarizó el formato dentro de ITU-R 601 (orig. CCIR-601), también conocido como Rec. 601 , que se derivó de los estándares SMPTE 125M y EBU 3246-E.
D-1 o 4:2:2 D-1 (1986) fue un gran logro en la grabación de video digital en tiempo real con calidad de transmisión. Almacena video componente digitalizado sin comprimir , codificado en Y'CbCr 4:2:2 utilizando el formato de trama CCIR 601 con 8 bits, [1] [2] junto con pistas de audio PCM y código de tiempo en una cinta de videocasete de 3/4 de pulgada (19 mm) (aunque no debe confundirse con el omnipresente casete U-Matic/U-Matic SP de 3/4 de pulgada).
El vídeo componente sin comprimir utilizaba un ancho de banda enorme para su época: 167 Mbit/seg (velocidad de bits). [3] Uno de los primeros magnetoscopios D-1, el Sony DVR-1000, requería un procesador de vídeo grande e independiente. [4] Su sucesor, el DVR-2000, lo integraba en el mismo chasis que el magnetoscopio. El tiempo máximo de grabación en una cinta D-1 es de 94 minutos. Las cintas medianas podían grabar hasta 34 minutos y las pequeñas hasta 6 minutos. [5]
El formato utiliza un escaneo helicoidal, con un patrón de envoltura en forma de M en el que la cinta se enrolla alrededor del tambor de cabezales por los lados izquierdo y derecho. [6] [7] El tambor de cabezales de escaneo helicoidal gira a 10.800 RPM para video NTSC, o a 9000 RPM para PAL. Tiene 75 mm de diámetro y las pistas helicoidales, leídas por cabezales de video montados en el tambor de cabezales, tienen 40 micrones de ancho. [1] La velocidad de escritura en los cabezales es de 33,63 m/s, las velocidades lineales de la cinta son de 286,588 mm/s para NTSC, 286,875 mm/s para PAL. [4]
Debido a la calidad de imagen sin concesiones, el procesamiento de componentes y la grabación sin compresión, el D-1 fue más popular en la producción de gráficos y animación de alta gama, donde anteriormente se habían realizado múltiples capas en tiempos de ejecución cortos mediante discos duros ( Quantel Harry, Henry, Harriet, Hal o Abekas DDR) o mediante múltiples máquinas analógicas funcionando a la vez. Los discos duros de la década de 1980 que almacenaban video con calidad de transmisión generalmente solo tenían una capacidad de 30 segundos a unos pocos minutos, pero los sistemas que los hacían funcionar podían costar $ 500,000. En contraste, la máquina D-1 permitía 94 minutos de grabación en un casete de $ 200.
La resolución D-1 es 720 (horizontal) × 486 (vertical) para sistemas NTSC y 720 × 576 para sistemas PAL ; estas resoluciones provienen de la Rec. 601. [ 8]
Posteriormente se introdujo una pequeña variación que eliminaba las 6 líneas superiores para ahorrar espacio y se hizo popular en los formatos DV/DVCAM/DVCPRO de 1/4 de pulgada y para la transmisión digital, que tienen 720 x 480 píxeles para NTSC; y también se utiliza en DVD-Video y televisión de definición estándar .
Las unidades D1 pueden conmutarse entre NTSC y PAL. La luminancia se muestrea a 13,5 MHz y la crominancia a 6,75 MHz con una velocidad de datos general de 27 MHz. Se utilizó el muestreo a 13,5 MHz, ya que es un múltiplo común de la velocidad de línea NTSC/PAL (6 x 2,5 MHz). La primera interfaz de entrada/salida fue un cable paralelo de 25 pines (SMPTE 125M) y, posteriormente, se actualizó a una interfaz digital en serie en un cable coaxial (SDI, SMPTE 259M, coaxial de 75 Ω, 270 MHz). Los datos auxiliares se pueden colocar en intervalos de supresión H/V. El espacio de color para Y' B'-Y' R'-Y' también se define en el espacio de color Rec. 601 o Rec. 709 de la UIT.
El formato D-5 de Panasonic tiene especificaciones similares, pero el muestreo es de 10 bits, a diferencia de los 8 bits del D-1. Tuvo la ventaja del tiempo de desarrollo, ya que se lanzó mucho más tarde que el D-1 de Sony y un año después de que se presentara el formato Digital Betacam de Sony.
Dos años después, Sony y Ampex lanzaron el sistema de formato D-2 , que utilizaba vídeo compuesto para reducir el ancho de banda necesario. Esto redujo el precio del D-2 a la mitad del del D-1. Como el D-2 era digital compuesto en lugar de componente, podía incorporarse fácilmente al espacio y la infraestructura de las máquinas analógicas compuestas que se utilizaban en ese momento (Quadruplex de 2 pulgadas, Type C de 1 pulgada y U-Matic de 3/4 de pulgada). Como en el D-2 se grababa menos información que en el D-1, la velocidad de la cinta podía reducirse y almacenar un máximo de 208 minutos en comparación con los 94 minutos del D-1. Sin embargo, el D-2 seguía siendo un compromiso, ya que era vídeo compuesto.
A medida que las emisoras pasaron posteriormente del cableado analógico al digital, la infraestructura digital de componentes se hizo viable. El popular componente Digital Betacam de Sony apoyó esta transición al mantener los colores separados en el espacio digital de componentes (D1/D5) en lugar de combinarlos en el espacio compuesto (D2/D3). Digital Betacam podía reproducir cintas analógicas Betacam/Betacam SP anteriores que para entonces habían creado un archivo de biblioteca para las emisoras que usaban su formato de cinta de 1/2 pulgada (en lugar de los casetes D1/D2 de 19 mm más voluminosos). De este modo, Digital Betacam de 1/2 pulgada se convirtió en el estándar de edición, distribución y archivo de retransmisiones de definición estándar de facto.
Aunque la transmisión y distribución en HD se volvió más común en los EE. UU. después de 2008-2010, las cadenas solían requerir copias en definición estándar en Digital Betacam. Programas de televisión como The Rachael Ray Show de CBS todavía se grababan y archivaban en Digital Betacam hasta 2012.
El formato D-1 era notoriamente caro y el equipo requería cambios de infraestructura muy grandes en las instalaciones que se actualizaron a este formato de grabación digital , porque las máquinas, al ser inflexibles en calidad, volvieron al procesamiento de componentes (donde la luminancia o información en blanco y negro de la imagen) y sus colores primarios rojo, verde y azul (RGB) se mantenían separados en un algoritmo de muestreo conocido como 4:2:2, por lo que muchas máquinas tienen una insignia de "4:2:2" en lugar de "D-1".
Las primeras operaciones del D-1 estuvieron plagadas de dificultades, aunque el formato se estabilizó rápidamente y todavía es famoso por su excelente calidad de imagen en definición estándar. [9]
El D-1 fue el primer formato de cinta con calidad de transmisión digital en tiempo real. El Sony DVR-1000 original, presentado en 1986, tenía un precio de venta sugerido por el fabricante (MSRP) de 160.000 dólares en Estados Unidos. Unos años más tarde, los ingenieros de Sony lograron reducir drásticamente el tamaño de la máquina al reducir el procesamiento electrónico para que cupiera en el chasis de la unidad de casete principal, bautizado como DVR-2000, lo que redujo el costo en Estados Unidos a 120.000 dólares.
Una unidad externa de un solo rack permitiría que la máquina grabe un canal clave adicional (4:2:2:4) o duplique la resolución horizontal (8:4:4) combinando dos VTR que funcionan simultáneamente.
Los modelos posteriores "SP" y "OS" funcionaban a baja velocidad , lo que los hacía técnicamente compatibles para transferencias de películas de telecine de 24 cuadros a cinta D1, y permitía que una sola cinta proporcionara masters NTSC (525 líneas verticales) y PAL (625 líneas) al mismo tiempo.
Si bien los primeros experimentos de televisión en color se mantuvieron en el dominio de los componentes RGB, la mayor parte de la transmisión y posproducción de televisión en color se vio comprometida en los años 1960 y 1970 para simplificar la infraestructura y la transmisión mediante la combinación del color y la luminancia (compuesto). Sin embargo, una vez que se combinaba la información de color y luminancia, nunca se podía descombinar de manera tan clara como se originó.
El vídeo componente rara vez se procesaba a través de un dispositivo de vídeo como RGB, como ocurre en las pantallas de ordenador. Existía una necesidad histórica de mantener las señales en blanco y negro. Además, como el ojo humano es más sensible a la información de las imágenes en blanco y negro que a la de color, los ingenieros calcularon que, con el tamaño de la pantalla de televisión doméstica más grande, no era necesario muestrear las líneas de vídeo en color para cada píxel digital convertido.
El formato de vídeo de 1/2 pulgada para recopilación de noticias Betacam de Sony de 1982, la primera combinación de videocámaras, llegó a un compromiso conocido como YUV. La "Y" era la luminancia , o el detalle de la imagen de vídeo, en blanco y negro. Contenía el "cuadro" de sincronización necesario para crear una imagen estable. Si uno conecta solo el cable "Y", puede ver una imagen en blanco y negro, pero no si solo conecta los otros dos canales de información de color.
El "UV" era un algoritmo matemático de RY (rojo menos luminancia) y BY (azul menos luminancia). La información verde se derivó de la diferencia (por eso, a YUV se lo conoce como procesamiento de diferencia de color). Por ejemplo, si hay cinco ositos de peluche panda blancos y negros en una caja (Y); más ocho manzanas rojas (RY) y dos arándanos (BY); y el número total de elementos tiene que ser igual a 20, se puede calcular fácilmente cuántas manzanas verdes quedan, ya que 20 menos 15 darían una diferencia de cinco.
Cuando los ingenieros buscaron procesar y grabar en tiempo real la enorme cantidad de datos digitales necesarios para crear el primer formato de cinta de video digital, mantener el algoritmo Y, RY, BY o YUV fue clave para simplificar y reducir la información de imagen inicial muestreada, ahorrando así espacio valioso.
4:2:2 es Y, RY y BY, no RGB. A menudo, se cita erróneamente 4:2:2 como si el 4 significara rojo y los 2 restantes como si significaran verde y azul. Si esto fuera cierto, produciría un registro desigual de los datos verdes y azules en comparación con los rojos.
En una pequeña muestra dada de la imagen de video (por ejemplo, los primeros cuatro píxeles que recorren horizontalmente la esquina superior izquierda de la pantalla), el primer "4" significa que el detalle más importante de la imagen en blanco y negro o luminancia se muestreó en cada píxel de esa muestra de 4.
Los dos 2 siguientes significan que RY y BY se muestrearon en cada píxel, saltándose el intermedio. El ojo no debería poder ver los dos píxeles intermedios, ya que no tienen la información de color real que registró la cámara original; el píxel de color anterior simplemente se replica. Por lo tanto, con 4:2:2, todos los colores, rojo, verde y azul, se muestrean a la mitad de la velocidad del detalle de la imagen en blanco y negro (luminancia). Se podría decir que en realidad se registra el 50% del color, porque para la pantalla del televisor, era lo suficientemente bueno para el ojo humano.
El popular formato DV/DVCAM/DVCPRO de 1/4 de pulgada de 1995/96 tenía un muestreo YUV digital de componentes de 4:1:1, lo que significa que solo se graba 1 de cada 4 píxeles o el 25% del color, por lo que el color se ve "turbio" y no tan vibrante en comparación con cualquier grabación 4:2:2. Esto hizo que las máscaras de pantalla verde perfectas fueran imposibles en el formato. El formato DV comprimía aún más los datos digitales a 5:1, lo que significa que comprometía la información de la imagen en un 80% para obtener 25 millones de bits por segundo en una pequeña cinta que se movía a baja velocidad. Compare la calidad del DV con la del D1 de 1986, con 4:2:2, sin compresión y entre 173 y 226 millones de bits por segundo de datos preservados.
Las grabadoras de video de alta definición modernas, como el formato HDCAM-SR de Sony (SR significa resolución superior), tienen la capacidad de cambiar entre grabación 4:2:2 y RGB completa para trabajos de películas en pantalla gigante, por lo que el RGB se muestrea en cada píxel y se marca 4:4:4.