Panasonic España S.A.

DDiseño y desarrollo de la HVX200 iseño y desarrollo de la HVX200 La nueva cámara AG-HVX200 representa una redefinición de la adquisición de alta calidad en HD con un coste efectivo. Desde su concepción, Panasonic ha querido crear una cámara que proporcionara contenidos atractivos para las producciones independientes y para la captación de noticias, así como para el amplio abanico de aplicaciones en HD y en SD que queda en medio. Partiendo del éxito obtenido en definición estándar con la DVX100, Panasonic se ha propuesto conseguir, en el terreno de la alta definición, los mismos logros con una funcionalidad similar. Este documento trata de explicar los motivos por los que Panasonic ha optado por determinadas tecnologías a la hora de diseñar y desarrollar la nueva AG-HVX200.

1080/50p

Tecnología Progresiva Avanzada (APT) Codec

CCD DSP Media

El captador de imagen El diseño de la nueva cámara AG-HVX200 se basa en tres aspectos fundamentales:

- la sección de captura de imagen - la parte de proceso de señal, y - el bloque de almacenamiento con compresión.

El más importante es el captador de imagen. Sabiendo que la cámara ha de trabajar tanto en alta definición (HD) como en definición estándar (SD), Panasonic analizó las diferentes tecnologías y sus respectivos inconvenientes. Al usar dispositivos CCD de 1/3 de pulgada con resolución nativa 1920x1080, no tendría suficiente sensibilidad en ambientes poco iluminados porque los píxels serían demasiado pequeños como para colectar suficiente luz.

Panasonic España S.A.

De la misma forma, un CCD de 1/3” con resolución nativa 1280 x 720 requeriría un cambio en la arquitectura tan radical para alcanzar una sensibilidad y un rango dinámico razonables, que provocaría artefactos en la imagen. La captura de imagen entrelazada tiene la ventaja de que parte de una ganancia inicial que permite utilizar píxeles más pequeños. Sin embargo, se pierde en calidad inherente de imagen y en la flexibilidad de un captador verdaderamente progresivo. Con estas limitaciones en mente, puede decirse que ninguna de las tecnologías anteriores respondían a las peticiones hechas por los usuarios. Los usuarios querían una cámara con una buena respuesta en escenas de poca luz, que tuviera un gran rango dinámico y que tuviera la resolución necesaria para trabajar en HD. Claramente, el reto de Panasonic a la hora de diseñar la HVX200 estaba en crear la mejor imagen optimizando la densidad y el tamaño de píxeles, con un buen balance en cuanto a sensibilidad y rango dinámico, y con la resolución que proporciona un captador de imagen verdaderamente progresivo. ¿Cuál fue el resultado? La HVX200 utiliza una tecnología que Panasonic ha denominado Tecnología Progresiva Avanzada (APT). Esta solución se basa en el offset espacial (una técnica ya conocida de mejora de resolución de los CCD) aplicado en dos planos (horizontal y vertical) simultáneamente. Esta técnica permite usar píxeles más grandes, con las ventajas que ello supone. En la tabla siguiente, se puede observar como únicamente Panasonic emplea la técnica de offset espacial en dos dimensiones, es decir, existe un desplazamiento de píxel tanto en horizontal como en vertical. Número de píxels Tipo Offset espacial Panasonic 960 x 540 Progresivo Horizontal y Vertical Compañía A 960 x 1080 Entrelazado Horizontal Compañía B 1280 x 720 Progresivo Ninguno Compañía C 1440 x 1080 Entrelazado Horizontal Mientras que el número de píxeles es uno de los factores más importantes a la hora de determinar la calidad de imagen, no es el único que debe considerarse. Utilizando un chip de tipo progresivo con una implementación precisa del offset espacial puede optimizar la resolución, que puede llegar incluso a superar la resolución de un chip entrelazado con un número mayor de píxeles. En general, deben tenerse en cuenta dos importantes conceptos:

a) la técnica de offset espacial mejora la resolución en un factor de 1’5. b) la resolución de un CCD entrelazado es equivalente a un 70% del número de

píxeles en vertical de un CCD de tipo progresivo. Por tanto, si cogemos la tabla anterior y aplicamos la fórmula del offset espacial (en aquellos fabricante que lo utilizan) y reflejamos el impacto del entrelazado (en aquellos casos en que lo son), la tabla queda así:

Panasonic España S.A.

Número de píxels Tipo Offset espacial Panasonic 1440 x 810 Progresivo Horizontal y Vertical Compañía A 1440 x 756 Entrelazado Horizontal Compañía B 1280 x 720 Progresivo Ninguno Compañía C 2160 x 756 Entrelazado Horizontal Desde un punto de vista teórico, este es el mejor escenario, aunque también deben considerarse otros factores a la hora de diseñar una cámara como la HVX200. En un dispositivo de captación de imagen de 1/3”, incrementar la densidad de píxeles más allá de un nivel óptimo provoca la disminución de la Función de Transferencia de Modulación (MTF), incluso aunque las líneas de resolución puedan aumentar. La Función de Transferencia de Modulación (MTF) es una medida cuantitativa de la calidad del captador que describe la capacidad de la lente para transferir el contraste del objeto. Crear un dispositivo captador de imagen de definición estándar razonablemente sensible con un formato de 1/3”, es muy difícil. Crear un dispositivo captador de HD de 1/3” con una sensibilidad utilizable es todavía más difícil. La sensibilidad y el rango dinámico se determinan por la capacidad de carga que tiene un píxel, que a su vez está determinada por el tamaño de ese píxel. La estructura granular de la película juega con la mismas reglas. Los píxeles o granos de película grandes son más sensibles que los pequeños, y los dispositivos captadores más pequeños necesitan píxeles más pequeños para conseguir una resolución similar. Para una cámara que ha de trabajar en captación de noticias, o cualquier aplicación del tipo “corre y dispara”, se requiere unos mínimos de sensibilidad y rango dinámico. Panasonic decidió apostar por el uso de un dispositivo captador de imagen de 960x540 verdaderamente progresivo, en combinación con la técnica de offset espacial en horizontal y en vertical. Esta estrategia dota a la HVX200 de la sensibilidad y rango dinámico que los usuarios consideraban críticos para sus aplicaciones.

Tecnología Avanzada de Offset Espacial (Horizontal y Vertical)

Offset de ½ píxel

CCD Verde Offset de ½ píxel

CCD Rojo/Azul Señal CCD Verde

Señal CCD Rojo/

Señal Y = Resolución Vertical (Luminancia)

Señal CCD Verde Azul

Señal CCD Rojo/Azul

Señal Y (Luminancia)

= Resolución Horizontal

Panasonic España S.A.

La tecnología de offset espacial consiste en desplazar una distancia equivalente a medio píxel los elementos rojos y azules con respecto a los verdes. El bloque óptico de este camcorder DVCPRO-HD se ensambla utilizando tecnología de alta precisión para conseguir un desplazamiento exacto de medio píxel en sentido horizontal y vertical. Como consecuencia, se tiene un mejor rango dinámico y una mejor sensibilidad con el mínimo compromiso en resolución. Procesado Digital de Señal La salida del bloque óptico (procedente de los sensores de imagen Rojo, Verde y Azul), se convierte entonces en una señal electrónica digital. En este punto, el circuito de proceso de señal se convierte en el elemento más importante para determinar las prestaciones de la cámara.

Proceso Digital de Señal de nuevo diseño

DSP de nuevo diseño Bloque óptico CCD

Proceso de señal a 1920 x 1080

Tecnología Avanzada de

Offset Espacial Nuevo CCD progresivo

1920 +

1080

Para la AG-HVX200, Panasonic ha diseñado un nuevo Proceso Digital de Señal (DSP) que se basa en un conversor A/D de 14 bits con un sistema DSP de 19 bits. Esto permite un gran control sobre las imágenes. Estratégicamente, el DSP siempre trabaja en modo 1080 progresivo a 50 cuadros por segundo. Esto significa que la imagen óptica se convierte en una imagen progresiva de 1080 líneas (exactamente 1920 x 1080) dentro del DSP. Desde ese momento, todo el procesado de la imagen se efectúa en el dominio 1920 x 1080, y es sólo después de esta etapa cuando tiene lugar la conversión de formato. Por ejemplo, si se desea una señal 720/50p, esta conversión sucede después de la manipulación de imagen en el DSP, con el fin de preservar al máximo la calidad de imagen.

Panasonic España S.A.

Compresión DVCPRO-HD intra-cuadro La HVX200 saca partido del ya conocido algoritmo DVCPRO-HD, un esquema de compresión intra-cuadro apto para ser manipulado en post-producción. Cada cuadro se codifica con independencia de los cuadros anteriores o posteriores, incluso en alta definición, lo que preserva al máximo la calidad de las imágenes y la flexibilidad. Esto es especialmente notable cuando se graban objetos moviéndose a gran velocidad, cuando se mueve la cámara en sentido panorámico, o cuando se utiliza la capacidad de velocidad variable de la cámara. Aunque la HVX200 ha sido optimizada para grabar en DVCPRO-HD ya sea en 1080 o en 720, también funciona bien en los dominios de DVCPRO50, DVCPRO y DV. Con esta flexibilidad, la cámara puede ir a cualquier sitio para grabar cualquier cosa. Los formatos DVCPRO-HD y DVCPRO50 se basan en un patrón de muestreo a 4:2:2, lo que significa que las señales de luminancia y de croma guardan una relación de color de alta calidad. Dado que el muestro 4:2:2 ofrece una mayor resolución de color, minimiza los falsos contornos de croma, siendo ideal para composición de imágenes.

Los formatos DVCPRO y DV utilizan submuestreo de color, el primero a 4:1:1 y el segundo a 4:2:0. Aunque en estos formatos la resolución de color es la mitad que la obtenida con patrón de muestreo 4:2:2, la degradación de la calidad de imagen durante la post-producción es menor que la sufrida por una estructura HDV, que se basa en una versión diferente del muestreo 4:2:0 en la que la línea de luminancia no se corresponde con la línea de diferencia de color.

Panasonic España S.A.

En definitiva, todas las decisiones que han tenido lugar en las etapas de diseño, planificación y desarrollo de la HVX200 han estado encaminadas a conseguir imágenes de gran calidad. El éxito o fracaso de tales decisiones tendrá que ser juzgado a partir de las imágenes que se obtengan con la cámara. Hasta el momento, los resultados han sido muy positivos.