Foto IV – Clase IX: TEF / Cuadros por segundo y obturación – Parte 1

KAMINSKI

En los últimos años, no nos ponemos de acuerdo ni siquiera en la velocidad normal de obturación. Me parece bueno, antes de empezar a hablar de las excepciones, aclarar algunos conceptos sobre velocidad normal. A la normalidad en un proyecto, se le llama Base Frame Rate. 

El seteo básico de una cámara es 24 cuadros por segundo (Frames per second o FPS) con una velocidad de 1/48 de segundo. Usualmente esta velocidad no se puede elegir, por ende optamos por 1/50 de segundo. Si hubiera obturador mecánico rotativo o una simulación de este, deberíamos elegir 172.8 grados. Si esta opción no estuviera disponible, sería 180 grados.

Podemos variar los cuadros por segundo, para obtener cámaras rápidas o lentas. Podemos cambiar la velocidad de obturación y el ángulo, para tener más o menos “motion blur” que traducido sería “desenfoque de movimiento” es decir que la cámara captura el movimiento no como un instante congelado, sino como una imagen borrosa que evidencia acción: esto es tanto un defecto como un efecto que puede ser buscado.

shutterquarter

Velocidad Normal

Registrar a 24 Cuadros es el “patrón oro”. Es la línea guía. Con eso en el horizonte tenemos la mitad del camino hecho. No siempre fue así.

Todo empezó con cadencias entre 12 y 16 cuadros el mínimo requerido para sostener la ilusión de movimiento mediante la persistencia retiniana, aunque se proyectaba a velocidades entre 20 y 24, lo que provocaba ese efecto de aceleración típico de la época.

Recordemos: se filmaba con una cámara accionada por una manivela. Se proyectaba en esta misma cámara, también a manivela, y se tenía la tendencia a proyectar a mayor velocidad de la que se filmaba por dos razones principales. La primera es que cuanto antes se terminase la película, antes se podía volver a proyectar, por ende se podían agregar funciones. La segunda era que el proyectorista, accionando más rápido la manivela, generaba una imagen con menos fliqueo, por lo que era natural que esa cadencia le resultase cómoda a la vista. Normalmente el fliqueo desaparecía en velocidades de proyección equivalentes aproximadamente a 22 cuadros (80 pies). Thomas Edison pensaba que el cine debería ser a 46 cuadros, pero esta cadencia era carísima, ya que triplicaba los costos en material.

En 1917, la Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) la entidad reguladora de Estados Unidos, estableció un FPS de 16 cuadros (en esa época se hablaba de pies por minuto – 60 pies por minuto / 16 cuadros por segundo) para filmación y 80 pies por minuto (22 cuadros por segundo) para proyección.

Empieza a haber proyectores eléctricos y cuando se musicalizaban proyecciones (por ejemplo Intolerance de 1916), se ajustaba el reóstato de los proyectores para que coincida con la marca musical. Todo muy artesanal y variable de sala a sala. Incluso se conservan algunos comentarios sobre como proyectar Intolerance, en los cuales se dice que el acto “contemporáneo” de Intolerance debe proyectarse a 16 cuadros, mientras que los tres restantes (la misión de Cristo, Babilonia y la masacre de San Bartolomeo) deben ir a 18fps.

Atención aquí, me pongo en historiador, y les traigo un poco de certezas en un mar de dudas y mitos. No tengo pruebas documentales, pero todo indica – es decir gente que sabe mucho –  que los 24 cuadros nacieron así: Cuando finalmente se decide tener sonido sincrónico – 1924 masomenos – , hay una reunión cumbre entre el Jefe de Ingenieros de Vitaphone y el Jefe de Proyectoristas de Warner Brothers.  El Jefe de Ingenieros de Vitaphone, un tal Watkins, le preguntó al Jefe de Proyectoristas cuál era el frame rate que se usaba, pues era consciente de la diferencia entre filmación y proyección. Entonces, en pos de la verdad, el Jefe de Proyectoristas le dijo: SMPTE recomienda 80 pies por minuto (22 cuadros), pero eso solo se cumple en los cines más grandes. Las salas más chicas proyectan a 100 pies por minuto (25 cuadros aprox).  Watkins, que necesitaba un número patrón, dijo: cerramos en 90 pies (24 cuadros exacto), para rodaje y proyección.

Entonces, 24 cuadros, fue una decisión negociada.

La Tv ataca

Entonces el cine se filmaba y se reproducía a 24 fotogramas por segundo. Todo fue muy lindo, mientras era mecánico. Durante años, cuando fue electrónico pero analógico – VHS, Betacam, MiniDV, DVCam – pasamos alternativamente a 25 (PAL) o a 30 (NTSC), según el origen de la cámara. En Argentina el formato era PAL-N y las cámaras que se importaban eran PAL.

Cuando llegamos al video digital HD, empezó a aparecer en algunos seteos el extraño número 23,976 fps. Pero ¿de dónde surge? y ¿por qué se usa?

Saber, es saber porque. Para ello, en estas cosas, debemos hacer un viaje a aburridolandia.

El viejo NTSC

En la década de 1950 el sistema NTSC funcionaba en blanco y negro y a 30 fotogramas por segundo.

En las pantallas de tubo de rayos catódicos o CRT (Cathode Ray Tube) el haz de electrones componía la imagen en dos pasadas:

  • En Estados Unidos la frecuencia de la red eléctrica era de 60 Hz y se usaba para sincronizar la imagen. Como se necesitaban 2 pasadas para una imagen, la imagen del NTSC se definió a 30 fotogramas por segundo.
  • Europa, donde la frecuencia de la red es de 50 Hz, adoptó el estándar PAL, que de manera similar va a 25 fps.

Ancho de banda

Cada canal tenía un ancho de 6 MHz para su emisión, de los que eran utilizables unos 4,5 MHz. En ese ancho, en el que antes solo se enviaba una señal de luminancia y el sonido, ahora se tenía que enviar también el color. Es una limitante a la cantidad de datos.

En las primeras pruebas se produjeron interferencias en la señal de luminancia por culpa de la nueva señal de los colores. Este problema se solucionó al enviar la nueva señal mediante la modulación de fase.

Sin embargo, esto produjo interferencias entre el color y el sonido y aquí surgieron dos soluciones entre las que había que elegir:

  1. Hacer un cambio en la frecuencia en la que se transportaba el sonido. Lo que podría haber causado problemas de recepción de sonido en algunos equipos antiguos que funcionaban en blanco y negro. Por lo que habría que hacer una pequeña modificación a los equipos antiguos.
  2. Hacer un cambio muy pequeño en la tasa de imagen (de 30 a 29,97 fps) que desplazó los armónicos altos resultantes fuera de la banda portadora de sonido. Una solución que no requería hacer modificaciones en los transmisores de TV antiguas.

Se decidieron por la segunda opción, sin darse cuenta del impacto que tendría en el futuro del vídeo, ya que ese cambio, que parece minúsculo, ha afectado a toda la industria audiovisual hasta nuestros días.

El origen de los 23,976 fps

Como ya hemos hablado, las imágenes en un televisor CRT se hacían en dos pasadas y se conseguían 30 fotogramas por segundo a una frecuencia de refresco de 60Hz. Como ahora se representan 29,97fps la frecuencia de refresco de la imagen pasa a ser de 59,94 Hz.

¿Qué es un Hertz?

Por otro lado, tenemos que el cine se graba a 24 fps teniendo una frecuencia de refresco de 60Hz en NTSC. Por lo que ahora tenemos que calcular la nueva tasa de fotogramas por segundo que tiene que tener una película si la queremos ver en un televisor NTSC:

24fps / 60Hz = X / 59,94Hz

Si resolvemos esta regla de tres, tenemos que X = 23,976 que son los fotogramas por segundo a los que se reproducen las películas en casa. De hecho, a nivel doméstico los 24 fps exactos apenas existen, tanto en grabación como reproducción.

Los 24 fps exactos se usan principalmente en las producciones de cine profesional.

En cuanto a la velocidad afecta muy poco y la diferencia es inapreciable. Como curiosidad: una película en casa a 23,976 fps dura aproximadamente 4 segundos más que en el cine.

Concluyendo, las cámaras multinorma son las que usualmente trabajan a 23,976fps y a todos los efectos, 23,976fps es 24fps.

Entrelazado o Progresivo (I o P) 

A la combinación del barrido vertical y horizontal de los viejos sistemas de video, ya sean PAL o NTSC, se les llamaba entrelazado (I). La imagen (líneas pares e impares, se entrelazan como un tejido para conformarla a 50 o 60 Hertz.

A la sucesión de fotogramas con la imagen completa se lo llama progresivo (P).  Cuando uno ve una tira de fotogramas, uno tras otro, es la representación del formato progresivo. Lo hace a la cantidad nominal. 23, 976, 25 o 29

Como decíamos: el problema es el ancho de banda y la solución era usar a favor los Hertz de la corriente. El formato entrelazado permitía mandar la señal de líneas pares e impares alternativamente que nuestros ojos y cerebro hicieran el trabajo de unirlos; este proceso se hacía 50 veces (50 Hertz) por segundo, para obtener 25 fotogramas completos (en PAL) y 60 veces (30 fotogramas) en NTSC.

Las chances son que la señal de cable, ya sea de tierra o satelital, que tenemos en casa, sea 1080i en el mejor de los casos. Los TV Led son 1080P, por ende, deben desentralazar la imagen de la señal de cable cuando esta es entrelazada. Hay dos opciones: o indicarle que haga esto al decodificador (los decos son de mala calidad) u optar porque la Tv haga esto, si es que tiene la capacidad.  Esto ocasiona problemas de calidad de imagen en la transmisión de deportes. Es por eso que, extrañamente, muchos canales los registran a 720P (ocupando el ancho de banda de 1080i). Y es por eso también que los deportes por streaming se suelen percibir como una transmisión de mejor calidad: lo son, ya que son 1080P, transmitidos en 1080P para ser reproducidos en monitores 1080P.

Asimismo, las películas se ven mejor en streaming, que en señal de cable directa.

Filmar en progresivo, entonces, es casi obligatorio.

 

Shutter Speed y Shutter Angle (Velocidad de Obturación y Ángulo de obturación)

Tanto el ángulo de obturación como la velocidad de obturación sirven determinar la duración de la exposición a la luz de un fotograma.

En las cámaras cinematográficas fílmicas el obturador era rotativo, en vez de una cortinilla como pasa en las cámaras de fotos. La pieza es una suerte de medio disco. Si un disco entero son 360 grados, medio disco serían 180 grados.

La convención del fílmico era 24 Cuadros por segundo a un ángulo de obturación de 172.8 (u 180º, la diferencia radica en en que 172.8 grados es exactamente 1/50 de segundo, con lo que tenemos sincro perfecta con el fliqueo de las luces y monitores cuando se usa 50hz de corriente eléctrica. Si tuviéramos electricidad a 48hz, el obturador a 180 grados sería el perfecto)

El obturador rota dejando pasar luz por la ventanilla 24 veces por segundo, mientras que otras 24 veces lo tapa. Esto es lo que llamamos velocidad de obturación de 1/48 de segundo.  Esta combinación es en si misma un look.

Velocidad de Obturación = 1 / 2 x Cuadros por Segundo

Pero esto difícilmente pueda considerarse una regla inamovible.

Antiguamente, en las cámaras mecánicas, el ángulo de obturación se variaba para evitar el fliqueo de tubos fluorescentes, y el barrido de las pantallas de TV. Asimismo, se podía cambiar para tener imágenes que, al tener menos motion blur, provocaran ciertos efectos. La modificación del ángulo de obturación resultaba en una modificación en la velocidad, pero esta no se mensuraba, puesto que el ángulo era lo que físicamente se corregía.

A menos tiempo de exposición a la luz (más velocidad de obturación) o menos ángulo se exponga un fotograma, menos motion blur se obtiene en la imagen final. Ejemplo 1/200 o 45 grados.

Por el contrario, cuanto más tiempo (o menos velocidad de obturación) o más angulo, más motion blur. Ejemplo 1/30 o 270 grados. (1)

En Saving Private Ryan se modificaba el ángulo de obturación a 45º o 90º para obtener el efecto de “stacatto”, como lo llama Janusz Kamisnki. Esto se hacía en fílmico. Si tuviéramos que hacerlo en digital, para obtener el look de un cambio a un ángulo de 45 grados, lo que haríamos es  subir la velocidad a 1/192 (1/200). O 1/96 (1/100) para un ángulo de 90º.

Por el contrario, se podía obtener imágenes con características de ensoñación con ángulos superiores a 180º, lo que quiere decir velocidades menores como 1/30 o 1/20 (más motion blur)

Las cámaras digitales no hacen esto mecánicamente, sino que activan el sensor por una fracción de tiempo a la vez. No hay un obturador, sino una simulación, salvo en cámaras de altísima gama (como la Sony F 65) que trae un shutter rotativo para generar el mismo efecto cinematográfico.

Concluyo entonces: el ángulo de obturación es una forma de expresión que viene de las cámaras fílmicas. No es real en video digital, salvo en las carísimas excepciones que lo recrean. La formula de convertir la expresión en ángulos a velocidad es:

Velocidad de Obturación = 1 / (360/ A) * 24=

Ejemplo

Base Frame Rate normal 1/(360/180)*24=  1/48

Frame Rate Saving Private Ryan: 1/(360/45)*24= 1/192

 

Judder y Motion Blur.

Aquí aparecen los problemas. ¿Notaron alguna vez que los paneos en digital se ven mal? Es verdad que no todos, pero ciertos paneos, particularmente los largos, con muchos detalles en el fondo, suelen verse con problemas. Este efecto se llama JUDDER.

La proyección por vía electrónica, más allá de su emisión en TV o vía internet conlleva un potencial defecto en filmaciones del tipo progresivas, conocido como JUDDER.

El JUDDER se produce al ver películas reproducidas a 24 fps en pantallas con una frecuencia de refresco que no es múltiplo de 24. No es un problema de la captura, pero puede amorigerarse en ella.

¿Cómo rellenamos 60 huecos con 24 imágenes?

Si 60 fuese divisible entre 24 sería muy fácil, pero como no es así, nos sobran fotogramas.

Para solucionarlo se creó un proceso llamado 2:3 pull down.

Hay que tener en cuenta que si cada imagen se repitiera solo dos veces tendríamos 48 imágenes, por lo que nos faltarían aún 12 imágenes (24·2=48; 60-48=12).

Lo que se hace es asignar al primer fotograma (de la película a 24 fps) dos fotogramas a 60 fps y al segundo fotograma, tres. Y así continuamente 2:3:2:3:2:3…

Esto quiere decir que la primera imagen aparecerá en la pantalla 2 veces (ocupando 0,03 segundos en total), la segunda imagen aparecerá 3 (ocupando 0,05 segundos en total), la tercera imagen estará 2 veces en la pantalla (0,03 segundos en total) y así sucesivamente.

De esta forma, se consiguen llenar los 60 Hz de la tasa de refresco del televisor, pero con un inconveniente, se ven pequeños saltos debido a que las imágenes no están el mismo tiempo mostrándose en la pantalla. La primera y la tercera imagen las veremos 0,053 segundos mientras que la segunda la veremos 0,05 segundos.

Esto es lo que causa que veamos pequeños tirones o golpecitos, que es lo que se llama judder.

¿A qué dispositivos afecta?

Todas las pantallas que funcionan a 60 Hz tienen este problema, incluidos monitores, móviles y tablets.

Los televisores también pueden sufrirlo, pero, como están diseñados especialmente para reproducir películas, muchos de ellos cuentan con tecnologías que lo eliminan. Unos revierten el 2:3 pull down y otros funcionan a 120 Hz que es múltiplo de 24 (120/24=5), por ejemplo.

También hay otra causa de judder menos importante que es la pérdida de fotogramas. Lógicamente si perdemos fotogramas veremos tirones en la imagen. Una cosa a aclarar es que si el efecto judder es constante se llama stutter (tartamudeo). 

¿Cómo se evita?

Reduciendo la velocidad del paneo. La regla general es la de los 7 segundos por angulo de visión horizontal del lente (2). Es decir, el paneo debe durar al menos 7 segundos en el recorrido de una distancia igual al angulo de visión del objetivo, y si el paneo es mayor a este angulo de visión, debe usarse ese parámetro para la fórmula: no me pregunten a mi. Lo dice este señor de barba y debe tener razón:

Motion Blur

Este defecto es exactamente el contrario al Judder, ya que la imagen se muestra con un halo continuo provocado por la baja velocidad de refresco de una pantalla en concreto. Si existe mucho movimiento (una película de acción, por ejemplo) la imagen aparecerá constantemente borrosa.

El motion blur, al contrario que el judder, puede convertirse en una herramienta expresiva, como hemos visto en Velocidad de obturación / ángulo de Obturación.

1 – http://www.shutterangle.com/2012/cinematic-look-frame-rate-shutter-speed/

2 – https://www.red.com/red-101/camera-panning-speed

 

 

 

 

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