Echando un vistazo a los 4K

Primero fue el VHS (y Beta), luego el DVD y después el Blu-Ray (y HD-DVD). Hemos pasado por imágenes de 352x288-240, de 720x576-480, de 1280x720 (HD) y 1920x1080 (FHD, Full HD) a 24 o 30 fotogramas por segundo. Ahora quieren pasarnos a 3840x2160 (~4K, QHD, Quad HD) y posiblemente a 7680x4320 (~8K, SHD, Sextdécuplo HD) aunque de momento sólo han aparecido televisiones, proyectores y monitores de 4K además de que las máquinas empleadas en el cine no son capaces de dar más de 5K (pedirles que nos vendan ~4K es pedirles que nos vendan copias directas del máster, del original).

Como es de suponer todo esto tiene una serie de problemáticas para el usuario, que se reducen a las mismas problemáticas de siempre: pantallas, conectividad y cableado, reproductores y medios de reproducción.

Proyector Sony ~4K (3840x2160) VPL-VW1000ES
Las pantallas ya las tenemos. Los reproductores los tenemos a medias, ya que aunque no hay reproductores de sobremesa cualquier ordenador con una tarjeta gráfica reciente podrá reproducir vídeo 4K. Los medios de reproducción también están disponibles: los discos Blu-Ray tienen especificaciones de hasta 128 GB en cuatro capas. La conectividad y cableado también está medio resuelta: existe la versión 1.4 de HDMI que permite enviar vídeo 4K (nótese la falta del símbolo "~") a 24 fotogramas por segundo, lo mínimo indispensable para el cine.

Bien, así a primera vista parece que a día de hoy, a falta de contenidos en dicha resolución, toda la tecnología y aparatos están disponibles.
Eso sería así si no fuera precisamente por tener tantas cosas a medias.

Faltan reproductores de sobremesa utilizables con un mando para la masificación, lo que nos lleva al medio de reproducción. El Blu-Ray, aunque tiene espacio más que suficiente bajo la especificación BDXL, no es más que eso, una especificación de almacenamiento. Aparte de tener el espacio hace falta definir otras cosas tales como la forma en la que se guarden los archivos de vídeo, menús, etcétera. También hay que especificar qué algoritmo de compresión (códec) utilizar. El H.264 puede servir y de hecho se utilizará, aunque igual que ocurriera con el actual formato de película para Blu-Ray, seguramente se tendrán varias alternativas de algoritmos a la hora de distribuir una película, una de ellas con total seguridad será el HEVC, sustituto de H.264.

Además de los reproductores simples, estructura de disco y algoritmo de compresión, también nos falta mejorar la conectividad.
No nos podemos limitar a una conexión que sólo puede transmitir 24 fotogramas por segundo. Hay mucho contenido que se reproduce con una tasa mayor: televisión normal (en un futuro se terminará pasando al 4K), videojuegos, ordenadores, cámaras de mayor velocidad, etc.
Televisión ~4K (3840x2160) de LG

Así pues, el HDMI tendrá que ser revisado para admitir una mayor tasa de refresco de hasta 60 fotogramas en resolución 4K. De hecho, el HDMI ya ha sido revisado (HDMI 1.4b), habiendo comentarios de que posiblemente se haya añadido la capacidad de vídeo FullHD a 120 Hz, ofreciendo el mismo ancho de banda que el DisplayPort 1.2, unos 20 Gbps, por lo que podría tener soporte también para 4K a mayor tasa de fotogramas. El caso es que la especificación no ha sido publicada todavía. DisplayPort 1.2 está libre de regalías, pero debido a la inercia que lleva HDMI seguramente se continuará incluyendo esta última interfaz en su nueva versión, aunque no estaría de más que los televisores fueran implementando DisplayPort (igual que ahora montan tomas VGA) para los que deseemos conectar un PC en vez de un electrodoméstico.

Con todo esto, ya tendríamos todos los problemas solucionados:
  • Pantallas: a día de hoy ya las hay, como también hay proyectores y monitores.
  • Reproductores de salón: hay que fabricarlos.
  • Blu-Ray: hay que modernizar la especificación BDAV para que sea obligatorio el uso de BDXL en ~4K y ofrecer la posibilidad de utilizar HEVC como algoritmo de compresión de vídeo. El audio puede seguir siendo DTS-HD o el equivalente Dolby, ya que son formatos de compresión sin pérdidas.
  • Conectividad: hay que revisar HDMI (si no lo está ya) para que soporte 60 fotogramas y además los televisores deberían de soportar DisplayPort 1.2 que admite resoluciones de 3840x2160 a 60 Hz con 30 bits por píxel.
También decir que si queremos soportar 4096x2160 (4K) vía DisplayPort también tendrá que ser modernizado, o utilizar menos bits por píxel (8 bits en vez de 10). No en vano el monitor Eizo DuraVision FDH3601 emplea dos puertos DisplayPort de forma que en un ordenador se muestra como dos pantallas (ahorrándote el espaciado central debido a los bordes de dos monitores). Esto es una ventaja y una desventaja. Ventaja porque manejarlo como dos pantallas significa más posibilidades de organización. Desventaja porque hay más cables y porque requiere del uso de capacidades multipantalla que pueden dar problemas, más si es sobre conexiones "exóticas" como DisplayPort.

Con resoluciones QHD tendríamos acceso a la misma calidad con la que se graba el filme, y realmente pienso que más allá de ~4K no tiene sentido seguir aumentando resoluciones salvo para tamaños absurdos y/o obscenos de pantalla/tela de proyección (más de 150 pulgadas) y distancia de visionado. Hay que pensar que en los cines no se proyecta más de 4K y restauraciones de películas anteriores a la grabación digital no van a poder obtener mejor definición que 4K después de escanear el metraje. Sólo IMAX proyecta a más resolución, equivalente a ~8K. A pesar de la inutilidad que pudiera ser tener ~8K en casa, la ITU ha estandarizado tanto ~4K como ~8K con el nombre de UHDTV1 y UHDTV2 (al estilo de HD y Full HD), aunque no haya cámaras que graben más de 5K y las emisoras se queden con ~4K. La BBC emitió los juegos olímpicos de Londres 2012 en pantallas de 15 metros siguiendo la norma UHDTV1 (obviamente, no existen cámaras ~8K aunque podrían haberse fabricado sensores compuestos de cuatro de ~4K en exclusiva para los JJOO, cosa que dudo bastante).

Comparativa de resoluciones desde VHS hasta 8K. Nótese que tanto DVD como VHS están en resolución NTSC (menos píxeles verticales, más panorámico).


¿Cómo afectará todo esto a los usuarios? Bueno, no preocuparse demasiado. Igual que para la banda ancha universal de 30 megas, pienso que la fecha ideal de actualización al 100% es el 2020, de aquí a 7 años aproximadamente. Esto incluye transición de la TDT a la nueva resolución y códecs, con los sintonizadores necesarios y demás. Entre medias ya se sabe, como ha ocurrido ahora desde que en el 2006 saliera el Blu-Ray. Además, hoy por hoy el 4K tiene costes prohibitivos.

¿Merecerá la pena? Eso ya depende de la vista de cada uno. Por ahora Sony se limita a anunciar su nueva televisión de 84 pulgadas diciendo que desde sólo 1,5 metros puedes ver detalles reales como la vida misma, lo cual significa estar muy cerca de la televisión, para según que cosas puede estar bien de cara a la visión periférica.

Eizo DuraVision FDH3601, monitor 4K (4096x2160)
Luego está el tema del ancho de banda necesario para la televisión de pago a través de Internet, incluyendo la capacidad de transmitir varios canales a la vez para poder verse en múltiples televisores y/o dispositivos. Haciendo números a groso modo (obviando cosas como subtítulos u otras pistas de audio que no tienen porqué ir en streaming junto con la que se esté escuchando), con H.264 un canal FullHD con muy buena calidad necesita 15 Mbps. Si nos pasamos a ~4K estaríamos hablando de aproximadamente 45-60 Mbps por canal (cuadruplicar la cantidad de píxeles no cuadruplica siempre la cantidad de bitrate, cosas de la compresión), más luego el audio que pueden ser otro par de megabits para audio de alta calidad sin pérdidas, en total 47-62 Mbps. Pongamos que los hogares disponen de, entre ordenadores, teléfonos, tabletas y televisores, hasta 4 pantallas en activo listas para consumir vídeo ~4K (en teléfonos y tabletas quizá no tanto aunque la moda ahora parece ser meter resoluciones cada vez más grandes en diez pulgadas, que se agradece aunque para vídeo no tenga mucha utilidad). Eso nos daría un total de 188-248 Mbps sólo para satisfacer las necesidades de televisión o contenidos de vídeo bajo demanda. Pensemos luego en videoconferencia en alta definición (o en QHD también) mientras tenemos televisión de fondo, videojuegos (descargas digitales, actualizaciones ...), descargas (bittorrent, compras digitales ...), nube, etcétera y enseguida llenaríamos 500 megas o incluso 1 gigabit dependiendo de la celeridad que deseásemos en el resto de actividades.
HEVC nos liberaría de una parte de la carga, dejando esos 188-248 Mbps entre 94-124 y 157-207 Mbps en el mejor de los casos (todos los dispositivos son capaces de emplear HEVC, incluyendo webcams, teléfonos, ...). Esa variación se debe a que HEVC reduce el bitrate entre un 50% y un 20% según la complejidad algorítmica empleada a la hora de comprimir/codificar con respecto a H.264.
Total, que para el 2020 los ISP ya pueden ir pensando en darnos más de un gigabit. Video killed the ISP star.

Por la TDT no hay que sufrir, hay ancho de banda de sobra con el DVB-T2 (~35 Mbps por múltiplex) al usar HEVC, aunque requeriría eliminar toda la TDT basura o bien mantenerla y poder pasar absolutamente todos los canales a 1080 progresivos (algo más que válido como veremos enseguida). No se puede pensar en que vaya a haber un futuro estándar DVB-T3 que merezca la pena, según éste documento DVB-T2 está ya muy cerca del límite de Shannon (más aún si se usa BICM). Lo único que restaría sería la posibilidad de combinar múltiplex adyacentes para poder distribuir más eficientemente el bitrate disponible, algo que se contempla ya como opción en el mismo DVB-T2. Eso o añadir más espectro a la televisión, algo difícil teniendo en cuenta que se pretende dar prioridad a las comunicaciones móviles.

Oh... el gobierno podría prepararlo todo para la candidatura de los juegos olímpicos Madrid 20020. ¡Emociónate con los Juegos Olímpicos de Madrid con la nueva TDT 4K! ¡Podrás ver hasta las turbulencias y sudores que genera Usain Bolt! (si es que aún sigue compitiendo, no lo creo). También podría servir para la Eurocopa de ese año. Verás el césped del campo como si estuvieras allí mismo.


La curva DVB-T2 está muy próxima a la curva de Shannon, límite físico que impide mejorar la eficiencia (bits/Hz)

Capacidad del canal (múltiplex) ganada con respecto al DVB-T actual para la implementación inglesa y la italiana. Cabe recordar que cuando hablan de HDTV se refieren a vídeo de resolución 1280x720 progresivo, por lo que queda claro que en un múltiplex, aún utilizando HEVC como algoritmo de compresión, sólo entraría un canal ~4K ya que no hay suficientes megabits sobrantes para más canales. Sin embargo se podrían poner cuatro canales Full HD con buena calidad por múltiplex


Volviendo al tema de las pantallas, tamaños, distancia de visionado, etcétera. En Wikipedia hay un artículo dedicado a ello. Básicamente para calcular la distancia máxima en la que todavía puedes distinguir la resolución de una pantalla, se utiliza la siguiente fórmula:

VD: Distancia de visionado
DS: Diagonal de la pantalla
NHR: Resolución horizontal de la pantalla en píxels
NVR: Resolución vertical de la pantalla en píxels
CVR: Resolución vertical del vídeo mostrado en píxels
Nota: Asegúrate de utilizar grados cuando calcules la tangente. Si utilizas una hoja de cálculo, debes multiplicar por PI()/180. Si utilizas pulgadas en la diagonal de la pantalla la distancia de visionado estará en pulgadas. Si quieres la distancia de visionado en metros multiplícala por 2,54 y divídela entre 100.
Esta formula supone una agudeza visual normal, por lo que tampoco hay que seguirla al pie de la letra, sin embargo da unas medidas bastante orientativas.
Así pues, si tomamos la pantalla de Sony como ejemplo, nos daría una distancia de visionado óptima de 167 centímetros, poco más de metro y medio (coincidiendo con lo que dicen en su publicidad). A partir de ahí ya no distinguiríamos todos los detalles (no podríamos ver los píxeles individualmente) que nos pudiera ofrecer el 4K, resultando por tanto un poco estúpido tal pantalla para esa distancia si buscamos distinguir lo que nos puede dar una resolución 4K ya que a medida que nos alejemos de los 167 centímetros iremos perdiendo resolución. Y es que para que una pantalla Full HD con vídeo nos muestre todo el detalle FHD a 2,5 metros tiene que tener un tamaño de 63 pulgadas según esa fórmula. Por otro lado esa misma televisión de 63 pulgadas con una resolución de 1280x720 empezaría a perder dicha definición a los 3,75 metros, eso significa que desde los 2,5 hasta los 3,75 no tendríamos toda la resolución Full HD (1920x1080) pero seguiríamos ganando con respecto a tener una televisión HD Ready (1280x720) de ese tamaño. Continuando con ello, desde los 1,67 metros de límite de distinción de ~4K hasta los 2,5 metros de Full HD, seguiríamos teniendo una ganancia sobre éste último con la pantalla de ~4K, aunque el margen es de menos de un metro.
Visto todo esto el que la TDT se quede en resolución Full HD tampoco es para tanto.

Se puede prever entonces que estar a una distancia muy inferior de la óptima también es contraproducente por la posibilidad de ver demasiado píxel. Por ello tanto el SMPTE como la certificación THX establecen unos ángulos mínimos y máximos de visionado, (en el cine claro está que hay butacas en las que las esquinas de la pantalla están en un ángulo -más alejadas de nuestro centro- bastante más pronunciado que otras). Aquí encontraréis una calculadora que os da el ancho mínimo de pantalla para vuestra distancia de visionado que permita obtener el ángulo mínimo recomendado por la SMPTE o THX. Os pide la diagonal en centímetros de vuestra pantalla y la distancia a la que la deseáis ver. Veréis que las medidas de SMPTE y THX se asemejan bastante a los resultados de la fórmula de arriba.
Para hacer cálculos y conversiones con la fórmula que presento aquí, podéis hacer uso de esta hoja de cálculo que he montado:
Para realizar el cálculo recordad que debéis introducir también la resolución de vídeo que normalmente mostréis en la TV. Por ejemplo si utilizáis DVDs, la resolución vertical será casi seguro de 480. Si veis contenido en HD o FHD será 720 o 1080. Así podréis saber por ejemplo que la distancia máxima del iPad 3 a la que se podrían distinguir los píxeles de forma individual es de 33 centímetros.

Por último, he de señalar que en la compresión de vídeo H.264 se utilizan ciertos parámetros para estimar la calidad visual del vídeo. Al principio se utilizaba una fórmula que medía relaciones señal ruido y demás. Resulta que esa forma de medir no sirve para nada ya que el ojo humano no busca el detalle sino que el conjunto dé cierta complejidad visual, es decir, los elementos que muestre la imagen y el cómo estén dispuestos, aunque puedan estar algo difuminados (tampoco demasiado). Evidentemente, se ha sido capaz de cuantificar eso. Así pues, aunque el ~4K pudiera no verse al 100% (que de 3840x2160 te quedes en una resolución menor pero sin llegar a bajar hasta Full HD), quizá sí que sirva para dar una mayor sensación de imagen compleja, más natural y lo que es la TV de pago se verá obligada a utilizar ~4K como algo diferenciador y gancho publicitario, al margen de los pocos beneficios que pueda reportar al usuario.

En definitiva, el nuevo formato de televisión ~4K ha llegado para quedarse y con gran probabilidad sea el definitivo. Nuestros propios ojos nos niegan la posibilidad de ver más allá por mucho que la industria del cine comenzase a grabar en ~8K y luego quisieran vendernos ese formato para nuestras casas.

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