Una relación de aspecto de píxel (a menudo abreviada PAR ) es una relación matemática que describe cómo se compara el ancho de un píxel en una imagen digital con la altura de ese píxel.
La mayoría de los sistemas de imágenes digitales muestran una imagen como una cuadrícula de pequeños píxeles cuadrados. Sin embargo, algunos sistemas de imágenes, especialmente aquellos que deben ser compatibles con películas de televisión de definición estándar , muestran una imagen como una cuadrícula de píxeles rectangulares, en la que el ancho y la altura de los píxeles son diferentes. La relación de aspecto de píxeles describe esta diferencia.
El uso de la relación de aspecto de píxeles implica principalmente imágenes pertenecientes a la televisión de definición estándar y algunos otros casos excepcionales. La mayoría de los demás sistemas de imágenes, incluidos los que cumplen con los estándares y prácticas SMPTE , utilizan píxeles cuadrados.
PAR también se conoce como relación de aspecto de muestra y abreviado SAR , aunque puede confundirse con relación de aspecto de almacenamiento .
La relación entre el ancho y la altura de una imagen se conoce como relación de aspecto , o más precisamente, relación de aspecto de visualización (DAR): la relación de aspecto de la imagen tal como se muestra; para TV, DAR era tradicionalmente 4:3 (también conocido como pantalla completa), y 16:9 (también conocido como pantalla ancha) ahora es el estándar para HDTV. En las imágenes digitales , existe una distinción con la relación de aspecto de almacenamiento (SAR), que es la relación de las dimensiones de los píxeles . Si una imagen se muestra con píxeles cuadrados, estas proporciones coinciden; de lo contrario, se utilizan píxeles "rectangulares" no cuadrados y estas proporciones no coinciden. La relación de aspecto de los píxeles en sí se conoce como relación de aspecto de píxel (PAR, por sus siglas en inglés) (para píxeles cuadrados es 1:1) y están relacionadas por la identidad:
Reorganizando (resolviendo PAR) se obtiene:
Por ejemplo:
En imágenes analógicas como las películas no existe noción de píxel, ni noción de SAR o PAR, pero en la digitalización de imágenes analógicas la imagen digital resultante tiene píxeles, por lo tanto SAR (y en consecuencia PAR, si se muestra con la misma relación de aspecto que la imagen). original).
Los píxeles no cuadrados surgen a menudo en los primeros estándares de televisión digital, relacionados con la digitalización de señales de televisión analógicas, cuyas resoluciones vertical y horizontal "efectiva" difieren y, por lo tanto, se describen mejor mediante píxeles no cuadrados, y también en algunas cámaras de vídeo digitales y pantallas de computadora. modos , como el Adaptador de gráficos en color (CGA). Hoy en día surgen también en la transcodificación entre resoluciones con diferentes SAR.
Las pantallas reales generalmente no tienen píxeles que no sean cuadrados, aunque los sensores digitales sí pueden; son más bien una abstracción matemática utilizada para remuestrear imágenes para convertir entre resoluciones.
Hay varios factores que complican la comprensión de PAR, particularmente en lo que respecta a la digitalización de video analógico:
El vídeo se presenta como una serie secuencial de imágenes llamadas fotogramas de vídeo. Históricamente, los fotogramas de vídeo se creaban y grababan en forma analógica. A medida que la tecnología de visualización digital, la tecnología de transmisión digital y la compresión de vídeo digital evolucionaron por separado, se produjeron diferencias en los fotogramas de vídeo que deben abordarse utilizando la relación de aspecto de píxeles. Los fotogramas de vídeo digital generalmente se definen como una cuadrícula de píxeles que se utiliza para presentar cada imagen secuencial. El componente horizontal está definido por píxeles (o muestras) y se conoce como línea de vídeo. El componente vertical está definido por el número de líneas, como en 480 líneas.
Los estándares y prácticas de televisión de definición estándar se desarrollaron como tecnologías de transmisión y estaban destinados a la transmisión terrestre y, por lo tanto, no fueron diseñados para la presentación de video digital. Dichos estándares definen una imagen como un conjunto de " líneas " horizontales bien definidas , una " duración de línea " vertical bien definida y un centro de imagen bien definido. Sin embargo, no existe un estándar de televisión de definición estándar que defina adecuadamente los bordes de la imagen o exija explícitamente un cierto número de elementos de imagen por línea. Además, los sistemas de vídeo analógico como NTSC 480i y PAL 576i , en lugar de emplear fotogramas mostrados progresivamente, emplean campos o medios fotogramas entrelazados mostrados de forma entretejida para reducir el parpadeo y duplicar la velocidad de la imagen para lograr un movimiento más suave.
Como resultado de que las computadoras se volvieron lo suficientemente potentes como para servir como herramientas de edición de video , se crearon convertidores de video digital a analógico y de analógico a digital para superar esta incompatibilidad. Para convertir líneas de vídeo analógico en una serie de píxeles cuadrados, la industria adoptó una frecuencia de muestreo predeterminada en la que los valores de luma se extraían en píxeles. La frecuencia de muestreo luma para imágenes de 480i fue de 12+3 ⁄ 11 MHzy para imágenes 576i era 14+3 ⁄ 4 MHz.
El término relación de aspecto de píxeles se acuñó por primera vez cuando ITU-R BT.601 (comúnmente conocida como Rec. 601 ) especificó que las imágenes de televisión de definición estándar están formadas por líneas de exactamente 720 píxeles no cuadrados. ITU-R BT.601 no definió la relación de aspecto de píxeles exacta, pero proporcionó suficiente información para calcular la relación de aspecto de píxeles exacta según las prácticas de la industria: La frecuencia de muestreo de luma estándar de exactamente 13+1 ⁄ 2 MHz. Basado en esta información:
SMPTE RP 187 intentó además estandarizar los valores de relación de aspecto de píxeles para 480i y 576i . Designó 177:160 para 480i o 1035:1132 para 576i . Sin embargo, debido a una diferencia significativa con las prácticas vigentes en la industria y la carga computacional que imponían al hardware involucrado, SMPTE RP 187 simplemente fue ignorado. El anexo de información A.4 del SMPTE RP 187 sugirió además el uso de 10:11 para 480i .
Al momento de escribir este artículo, ITU-R BT.601-6, que es la última edición de ITU-R BT.601, todavía implica que las relaciones de aspecto de píxeles mencionadas anteriormente son correctas.
Como se indicó anteriormente, ITU-R BT.601 especifica que las imágenes de televisión de definición estándar están formadas por líneas de 720 píxeles no cuadrados, muestreadas con una frecuencia de muestreo especificada con precisión. Un simple cálculo matemático revela que un ancho de 704 píxeles sería suficiente para contener una imagen estándar 4:3 de 480i o 576i :
Desafortunadamente, no todas las imágenes de televisión estándar son exactamente 4:3: como se mencionó anteriormente, en el vídeo analógico, el centro de una imagen está bien definido pero los bordes de la imagen no están estandarizados. Como resultado, algunos dispositivos analógicos (principalmente dispositivos PAL pero también algunos dispositivos NTSC) generaban imágenes en movimiento que eran horizontalmente (ligeramente) más anchas. Esto también se aplica proporcionalmente a las imágenes anamórficas de pantalla ancha (16:9). Por lo tanto, para mantener un margen de error seguro, ITU-R BT.601 requirió muestrear 16 píxeles no cuadrados más por línea (8 más en cada borde) para garantizar que se guarden todos los datos de video cerca de los márgenes.
Este requisito, sin embargo, tuvo implicaciones para las películas PAL. Las relaciones de aspecto de píxeles PAL para pantalla ancha estándar (4:3) y anamórfica (16:9), respectivamente 59:54 y 118:81, eran incómodas para el procesamiento de imágenes digitales, especialmente para mezclar clips de vídeo PAL y NTSC. Por lo tanto, los productos de edición de vídeo eligieron valores casi equivalentes, 12:11 y 16:11 respectivamente, que eran más elegantes y podían crear imágenes digitales PAL con exactamente 704 píxeles de ancho, como se ilustra:
En Internet y en otros medios publicados se encuentran comúnmente numerosas fuentes que introducen valores diferentes y altamente incompatibles como las proporciones de aspecto de píxeles de varias imágenes de vídeo y sistemas de vídeo. (Consulte la sección de fuentes complementarias).
Para juzgar de manera neutral la exactitud y/o viabilidad de estas fuentes, tenga en cuenta que como la película digital se inventó años después de la película tradicional, todas las películas de video destinadas a la televisión de definición estándar y medios compatibles, digitales o de otro tipo, tienen (y deben tener) especificaciones compatibles con la televisión de definición estándar. Por lo tanto, la relación de aspecto de píxeles del vídeo digital debe calcularse a partir de las especificaciones del equipo tradicional común y no de las especificaciones del vídeo digital. De lo contrario, cualquier relación de aspecto de píxeles que se calcule a partir de una fuente de vídeo digital solo se puede utilizar en ciertos casos para el mismo tipo de fuentes de vídeo y no puede considerarse ni utilizarse como una relación de aspecto de píxeles general de ningún sistema de televisión de definición estándar.
Además, a diferencia del vídeo digital que tiene bordes de imagen bien definidos, los sistemas de vídeo tradicionales nunca han estandarizado un borde bien definido para la imagen. Por lo tanto, la relación de aspecto de píxeles de los sistemas de televisión estándar comunes no se puede calcular basándose en los bordes de las imágenes. Un valor de relación de aspecto calculado de este tipo no sería del todo incorrecto, pero tampoco puede considerarse como la relación de aspecto de píxeles general de ningún sistema de vídeo específico. El uso de tales valores estaría restringido sólo a ciertos casos.
En los sistemas de imágenes digitales modernos y los televisores de alta definición , especialmente aquellos que cumplen con los estándares y prácticas SMPTE, solo se utilizan píxeles cuadrados para transmisión y visualización. Sin embargo, algunos formatos (por ejemplo, HDV , DVCPRO HD ) utilizan píxeles no cuadrados internamente para el almacenamiento de imágenes, como una forma de reducir la cantidad de datos que deben procesarse, limitando así las velocidades de transferencia necesarias y manteniendo la compatibilidad con las interfaces existentes.
Mapear directamente una imagen con una determinada relación de aspecto de píxeles en un dispositivo cuya relación de aspecto de píxeles es diferente hace que la imagen parezca estirada o aplastada de forma poco natural, ya sea en dirección horizontal o vertical. Por ejemplo, un círculo generado para una pantalla de computadora con píxeles cuadrados parece una elipse vertical en un televisor NTSC de definición estándar que utiliza píxeles verticalmente rectangulares. Este problema es más evidente en los televisores de pantalla ancha.
Los productos de software de edición de video que editan archivos de video con píxeles no cuadrados deben tener en cuenta la relación de aspecto de píxeles, especialmente cuando se mezclan clips de video con diferentes relaciones de aspecto de píxeles. Este sería el caso al crear un montaje de vídeo a partir de varias cámaras que emplean diferentes estándares de vídeo (una situación relativamente rara). Los productos de software de efectos especiales también deben tener en cuenta la relación de aspecto de los píxeles, ya que algunos efectos especiales requieren el cálculo de las distancias desde un punto determinado para que se vean visualmente correctos. Un ejemplo de tales efectos sería el desenfoque radial, el desenfoque de movimiento o incluso una simple rotación de imagen.
El valor de la relación de aspecto de píxeles se utiliza principalmente en software de vídeo digital, donde las imágenes en movimiento deben convertirse o reacondicionarse para utilizar sistemas de vídeo distintos del original. El software del reproductor de video puede utilizar una relación de aspecto de píxeles para reproducir correctamente el video digital en la pantalla. El software de edición de video utiliza la relación de aspecto de píxeles para escalar y renderizar adecuadamente un video en un nuevo formato.
La compatibilidad con la relación de aspecto de píxeles también es necesaria para mostrar, sin distorsión, imágenes digitales heredadas de los estándares informáticos y los videojuegos que existían en los años 80. En esa generación, los píxeles cuadrados eran demasiado caros de producir, por lo que las máquinas y tarjetas de vídeo como SNES , CGA , EGA , Hercules , C64 , MSX , PC-88 , X68000 , etc. tenían píxeles no cuadrados. [1]
La relación de aspecto de los píxeles a menudo se confunde con diferentes tipos de relaciones de aspecto de la imagen; la relación entre el ancho y el alto de la imagen. Debido a la falta de cuadratura de los píxeles en la televisión de definición estándar, existen dos tipos de relaciones de aspecto: relación de aspecto de almacenamiento ( SAR ) y relación de aspecto de visualización (abreviada DAR , también conocida como relación de aspecto de imagen y relación de aspecto de imagen ). Además, la relación de aspecto de píxeles ( PAR ) también se conoce como relación de aspecto de muestra (abreviada SAR ) en algunos estándares industriales (como H.264 [2] ) y salida de programas (como ffmpeg [3] ). Nótese la reutilización de las abreviaturas PAR y SAR . Este artículo utiliza únicamente los términos relación de aspecto de píxeles, relación de aspecto de pantalla y relación de aspecto de almacenamiento para evitar ambigüedades.
La relación de aspecto de almacenamiento es la relación entre el ancho y el alto de la imagen en píxeles y se puede calcular fácilmente a partir del archivo de vídeo. La relación de aspecto de visualización es la relación entre el ancho y el alto de la imagen (en una unidad de longitud como centímetros o pulgadas) cuando se muestra en la pantalla y se calcula a partir de la combinación de la relación de aspecto de píxeles y la relación de aspecto de almacenamiento.
Sin embargo, los usuarios que conocen la definición de estos conceptos también pueden confundirse. Las interfaces de usuario mal diseñadas o la documentación mal escrita pueden causar fácilmente tal confusión: algunas aplicaciones de software de edición de vídeo a menudo piden a los usuarios que especifiquen una "relación de aspecto" para su archivo de vídeo, presentándole las opciones de "4:3" y "16:9". A veces, estas opciones pueden ser "PAL 4:3", "NTSC 4:3", "PAL 16:9" y "NTSC 16:9". En tales situaciones, el programa de edición de video solicita implícitamente la relación de aspecto de píxeles del archivo de video al solicitar información sobre el sistema de video desde el cual se originó el archivo de video. Luego, el programa utiliza una tabla (similar a la siguiente) para determinar el valor correcto de la relación de aspecto de píxeles.
En términos generales, para evitar confusiones, se puede asumir que los productos de edición de vídeo nunca solicitan la relación de aspecto de almacenamiento, ya que pueden recuperarla o calcularla directamente. Las aplicaciones que no tienen en cuenta los píxeles cuadrados también necesitan simplemente solicitar la relación de aspecto de los píxeles o la relación de aspecto de la pantalla, a partir de cualquiera de las cuales pueden calcular la otra.
A continuación se enumeran los valores de relación de aspecto de píxeles para formatos de vídeo de definición estándar comunes. Tenga en cuenta que para los formatos de vídeo PAL, se enumeran dos tipos diferentes de valores de relación de aspecto de píxeles:
Tenga en cuenta que las fuentes difieren en los PAR para formatos comunes; por ejemplo, 576 líneas (PAL) mostradas en 4:3 (DAR) corresponden a PAR de 12:11 (si 704×576, SAR = 11:9) o un PAR de 16:15 (si 720×576, SAR = 5:4). Consulte las referencias de fuentes que proporcionan ambos y SDTV: Resolución para obtener una tabla de almacenamiento, visualización y proporciones de aspecto de píxeles. Tenga en cuenta también que los televisores CRT no tienen píxeles, sino líneas de exploración.
