Rec. 709

La recomendación ITU-R BT.709-6 define un formato de imagen común (CIF) donde las características de la imagen son independientes de la velocidad de fotogramas. La imagen tiene 1920x1080 píxeles, para un total de 2.073.600 píxeles y una relación de aspecto de 16:9. ^{[ 3 ] [ 5 ]}

BT.709-6 especifica las siguientes velocidades de fotogramas posibles y orden de escaneo de píxeles. Las opciones para este último son fotograma escaneado progresivamente ( P ), fotogramas segmentados progresivos ( PsF ) e entrelazado ( I ).

24/P, 24/PsF, 23,976/P, 23,976/PsF

Estas combinaciones coinciden con la velocidad de fotogramas utilizada en las películas de cine. Las velocidades fraccionarias se incluyen para garantizar la compatibilidad con las velocidades de " pull-down " utilizadas con NTSC .

50/P, 25/P, 25/PsF, 50/I (25 fps)

Estas combinaciones se ofrecen para garantizar la compatibilidad con estándares de televisión anteriores de "50 Hz", como PAL o SECAM . No se utilizan frecuencias fraccionarias, ya que PAL y SECAM no presentaban el problema de conversión descendente de NTSC.

60/P, 59.94/P, 30/P, 30/PsF, 29.97/P, 29.97/PsF, 60/I (30 fps), 59.94/I (29.97 fps)

Estas combinaciones ofrecen compatibilidad con los estándares de televisión de 60 Hz anteriores, como NTSC. En este caso, las tasas fraccionarias también garantizan la compatibilidad con las tasas de conversión descendente de NTSC anteriores.

Las cámaras y los monitores pueden usar cualquiera de estos modos. El vídeo grabado en modo progresivo se puede grabar, emitir o transmitir en modo progresivo o progresivo segmentado. El vídeo grabado en modo entrelazado debe distribuirse como entrelazado, a menos que se aplique un proceso de desentrelazado en la posproducción.

En los casos en que una imagen capturada progresivamente se distribuye en modo de fotogramas segmentados, la frecuencia de segmento/campo debe ser el doble de la velocidad de fotogramas. Por lo tanto, 30/PsF tiene la misma velocidad de campo que 60/I.

Los colores en el estándar BT.709 se describen según el modelo de color RGB , es decir, como mezclas de tres colores primarios: rojo (R), verde (G) y azul (B), con referencia a un punto blanco (W) especificado. Para BT.709, sus coordenadas en el diagrama de cromaticidad CIE 1931 son:

En el estándar BT.709, un valor de color se representa conceptualmente mediante tres números.${\ Displaystyle (E_ {R}, E_ {G}, E_ {B})}$entre 0 y 1, donde 0 significa la ausencia del color primario correspondiente y 1 significa la intensidad máxima que el espacio de color puede representar. Si estos números se interpretan como coordenadas cartesianas en un espacio tridimensional, los colores representables corresponden a puntos en un cubo alineado con los ejes de lado 1, con vértice${\displaystyle (0,0,0)}$representando el color negro y${\displaystyle (1,1,1)}$representa el blanco de máxima luminosidad. En términos más generales, los puntos a lo largo de la diagonal del cubo representan tonalidades de gris. Las coordenadas del punto blanco anteriores definen este color blanco como el iluminante CIE D ₆₅ para un observador estándar de 2° .

Las coordenadas${\ Displaystyle (E_ {R}, E_ {G}, E_ {B})}$Se supone que son proporcionales a la intensidad física de cada componente primario, es decir, la potencia de luz emitida o recibida por unidad de área. Por razones de eficiencia, la norma especifica una transformación no lineal de cada señal componente, lo que da como resultado${\displaystyle (E'_{R},E'_{G},E'_{B})}$. Esta función de transferencia de transferencia eléctrica óptica , ^{[ 3 ] : p1} se define como ^{[ 3 ] : p3}

${\displaystyle V={\begin{cases}4.500\,L&{\mbox{si }}L<0.018\\[2mm]1.099\,L^{0.45}-0.099&{\mbox{si }}L\geq 0.018\end{cases}}}$

dónde${\displaystyle L}$es la coordenada lineal (${\displaystyle E_{R}}$,${\displaystyle E_{G}}$, o${\displaystyle E_{B}}$), y${\displaystyle V}$es el valor no lineal correspondiente (${\displaystyle E'_{R}}$,${\displaystyle E'_{G}}$, o${\displaystyle E'_{B}}$), ambos en el rango${\displaystyle \left[0,1\right]}$.

Para mostrar los colores en un dispositivo, como un monitor HDTV, se utilizan los valores codificados.${\displaystyle (E'_{R},E'_{G},E'_{B})}$deberían convertirse de nuevo a intensidades físicas de las primarias. Matemáticamente, la inversa de la codificación no lineal anterior sería

${\displaystyle L={\begin{cases}V/4.5&{\mbox{si }}V<0.081\\[2mm]\left({\dfrac {V+0.099}{1.099}}\right)^{1/0.45}&{\mbox{si }}V\geq 0.081\end{cases}}}$

Las características de transferencia Rec.709 se definen en términos de una función de característica de transferencia optoelectrónica de referencia. Sin embargo, el estándar BT.709 no especifica una función de característica de transferencia electroóptica de referencia correspondiente (a veces denominada "gamma de pantalla"). ^{[ 7 ]} En la práctica, la gamma de pantalla depende de varios factores, como las capacidades del monitor, las condiciones de visualización y los efectos visuales deseados (como el estiramiento de contraste o saturación ). ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 7 ] [ 10 ]} Se ha especificado una función de característica de transferencia electroóptica de referencia correspondiente sugerida para pantallas planas utilizadas en la producción de estudios de HDTV en ITU-R BT.1886 ^{[ 11 ]} y EBU Tech 3320 . ^{[ 7 ]}

El estándar BT.709 también define una representación alternativa de los colores mediante tres coordenadas.${\displaystyle (E'_{Y},E'_{\mathit {CB}},E'_{\mathit {CR}})}$que son combinaciones lineales de las coordenadas RGB (no lineales)${\displaystyle (E'_{R},E'_{G},E'_{B})}$. ^{[ 3 ] : p4} Es decir,

${\displaystyle E'_{Y}=0.2126\,E'_{R}+0.7152\,E'_{G}+0.0722\,E'_{B}}$

${\displaystyle E'_{\mathit {CB}}={\frac {E'_{B}-E'_{Y}}{1.8556}}={\frac {1}{1.8556}}(-0.2126\,E'_{R}-0.7152\,E'_{G}+0.9278\,E'_{B})}$

${\displaystyle E'_{\mathit {CR}}={\frac {E'_{R}-E'_{Y}}{1.5748}}={\frac {1}{1.5748}}(+0.7874\,E'_{R}-0.7152\,E'_{G}-0.0722\,E'_{B})}$

El valor${\displaystyle E'_{Y}}$se denomina "luminancia" en el estándar, y es aproximadamente una aproximación de la coordenada Y de la CIE (que se supone que mide el brillo perceptual del color) modificada por la función no lineal anterior. Sin embargo, dado que${\displaystyle E'_{Y}}$Se calcula a partir de los componentes RGB no lineales; esta equivalencia es correcta solo para tonos de gris. Las otras dos coordenadas indican el "azul" y el "rojo" del matiz del color .

Según estas fórmulas, como${\displaystyle E'_{R}}$,${\displaystyle E'_{G}}$, y${\displaystyle E'_{B}}$varíe entre 0 y 1, la luminancia${\displaystyle E'_{Y}}$variará entre 0 y 1, mientras que${\displaystyle E'_{\mathit {CB}}}$y${\displaystyle E'_{\mathit {CR}}}$variará entre${\displaystyle -0.5}$y${\displaystyle +0.5}$.

Para el almacenamiento, transmisión y procesamiento digital, el estándar BT.709 especifica que las coordenadas de color no lineales${\displaystyle E'_{R}}$,${\displaystyle E'_{G}}$,${\displaystyle E'_{B}}$,${\displaystyle E'_{Y}}$,${\displaystyle E'_{\mathit {CB}}}$, y${\displaystyle E'_{\mathit {CR}}}$se convertirán en números enteros${\displaystyle D'_{R}}$,${\displaystyle D'_{G}}$,${\displaystyle D'_{B}}$,${\displaystyle D'_{Y}}$,${\displaystyle D'_{\mathit {CB}}}$, y${\displaystyle D'_{\mathit {CR}}}$con un número fijo${\displaystyle n}$de bits, ya sean 8 o 10. Esta cuantización se realizará mediante un simple escalado y redondeo, de manera que se obtengan enteros que abarquen un subconjunto adecuado del${\displaystyle n}$enteros de -bits. Específicamente, ^{[ 3 ] : p4}

${\displaystyle D'_{R}={\mbox{round}}((219\,E'_{R}+16)\,2^{n-8})}$

y de manera similar para${\displaystyle D'_{G}}$,${\displaystyle D'_{B}}$,${\displaystyle D'_{Y}}$; mientras

${\displaystyle D'_{\mathit {CB}}={\mbox{round}}((224\,E'_{\mathit {CB}}+128)\,2^{n-8})}$

y de manera similar para${\displaystyle D'_{\mathit {CR}}}$. El${\displaystyle {\mbox{redondo}}}$La función debe redondear el argumento al entero más cercano, con los empates redondeados hacia arriba (es decir,${\displaystyle {\mbox{round}}(3.4999)=3}$y${\displaystyle {\mbox{round}}(3.5000)=4}$.

Estas fórmulas de cuantificación son las mismas que las definidas en ITU-R BT.601 . ^{[ 12 ]} Como implican estas fórmulas, las señales${\displaystyle E'_{R}}$,${\displaystyle E'_{G}}$,${\displaystyle E'_{B}}$, y${\displaystyle E'_{Y}}$se mapean desde el rango${\displaystyle [0,1]}$a enteros de 8 bits en [16 .. 235]; mientras${\displaystyle E'_{\mathit {CB}}}$y${\displaystyle E'_{\mathit {CR}}}$se mapean desde el rango${\displaystyle [-0.5,+0.5]}$a enteros en [16..240], con 0 mapeado a 128. Para${\displaystyle n=10}$bits, los valores cuantificados varían en [64..940] y [64..960], respectivamente. ^{[ 13 ]}

De ello se deduce que en el rango limitado de 8 bits R'G'B' el color negro se representa como (16,16,16) mientras que el blanco es (235,235,235). En 8 bits Y'C' _B C' _R , el negro es (16,128,128) y el blanco es (235,128,128).

Se permiten coordenadas de color cuantificadas fuera de los rangos nominales anteriores, pero normalmente se limitarían para transmisión o visualización (excepto para Superwhite y xvYCC ). Sin embargo, en el rango limitado, los valores de 8 bits 0 y 255 y los valores de 10 bits 0..3 y 1020..1023 están reservados para marcas de temporización (SAV y EAV) y no pueden aparecer en los datos de color. ^{[ 3 ] : p4 [ 14 ]}

El estándar BT.709 denomina codificación no lineal de${\displaystyle (ER,EG,EB)}$a${\displaystyle (E'R,E'G,E'B)}$la función de transferencia eléctrica óptica ^{[ 3 ] : pág. 1} porque pretendía asemejarse a la conversión de la intensidad de la luz en señales eléctricas analógicas implementada por las cámaras no digitales más antiguas. Se sabía desde hacía tiempo que una codificación no lineal de colores era más eficiente que una lineal porque la visión humana es más sensible a los cambios de brillo en niveles bajos de luz. Dicha conversión se especificaba comúnmente como una ley de potencias .${\displaystyle V=L^{\gamma }}$con exponente${\displaystyle \gamma }$cerca de 0,5 (de ahí los nombres comunes " corrección gamma " o "gamma de cámara" para la función de codificación). La función de codificación OETF de BT.709 se aproxima a una ley de potencias con un exponente cercano a 1/2,0. ^{[ 16 ]}

La función de codificación BT.709 no es una simple ley de potencias porque esta última tiene una pendiente infinita en el origen, lo que enfatiza el ruido de la cámara y es problemático para los convertidores analógico-digitales . ^{[ 17 ]} Por lo tanto, el estándar optó por una función por partes que combina una función lineal simple.${\displaystyle V=a\,L}$para niveles bajos de luz y una ley de potencia desplazada${\displaystyle ((L+c)/(1+c))^{\gamma }}$para valores mayores. Habiendo elegido 0,45 como exponente${\displaystyle \gamma }$y 4,5 como la pendiente de la parte lineal, las condiciones para que la función sea continua (sin saltos bruscos) y suave (sin cambios bruscos de pendiente) en el punto de quiebre.${\displaystyle L=L_{0}}$son

${\displaystyle {\begin{cases}4.5\,L_{0}=(1+c)\,L_{0}^{0.45}-c\\4.5=0.45(1+c)\,L_{0}^{-0.55}\end{cases}}}$

La solución de estas ecuaciones es${\displaystyle c\approx 0.099296826809442...}$y${\displaystyle L_{0}\approx 0.018053968510807...}$Estos valores se redondearon a 0,099 y 0,018, respectivamente. ^{[ 18 ]}

Los colores primarios rojo y azul de BT.709 son los mismos que los primarios de EBU Tech 3213 (PAL). La coordenada y _G también es la misma, mientras que x _{G está a medio camino entre la x G} de EBU Tech 3213 y la x _G de SMPTE C.

El espacio de color BT.709 resultante es casi idéntico al BT.601-6 utilizado por PAL y SMPTE C, y cubre el 35,9% del espacio de color CIE 1931. [ ^{19 ] También} cubre el 33,24% del espacio u'v' CIE 1976 ^{[ 20 ] [ 21 ]} y el 33,5% del diagrama xy CIE 1931. ^{[ 21 ]}

El extenso catálogo de programas y contenidos en definición estándar plantea desafíos adicionales. NTSC , PAL y SECAM son formatos entrelazados con una relación de aspecto de 4:3 y una resolución relativamente baja. Escalarlos a resolución HD con una relación de aspecto de 16:9 presenta varios retos.

En primer lugar, existe la posibilidad de que aparezcan artefactos de movimiento que distraigan debido al contenido de vídeo entrelazado. La solución consiste en convertir la señal únicamente a un formato BT.709 entrelazado con la misma frecuencia de campo y escalar los campos de forma independiente, o bien utilizar procesamiento de movimiento para eliminar el movimiento entre campos y desentrelazar , creando así fotogramas progresivos. En este último caso, el procesamiento de movimiento puede introducir artefactos y su procesamiento puede ser lento.

En segundo lugar, está el problema de adaptar la relación de aspecto SD 4:3 al formato HD 16:9. Recortar la parte superior o inferior del fotograma de definición estándar puede funcionar o no, dependiendo de si la composición lo permite y si hay gráficos o títulos que se recortarían. Como alternativa, el formato pillarboxing permite mostrar la imagen completa en formato 4:3 dejando bordes negros a la izquierda y a la derecha. A veces, estos bordes negros se rellenan con una versión estirada y borrosa de la imagen.

Además, los colores primarios RGB SMPTE C utilizados en la definición estándar norteamericana son diferentes a los de BT.709 (SMPTE C se conoce comúnmente como NTSC, sin embargo, es un conjunto diferente de colores primarios y un punto blanco diferente al de NTSC 1953 ^{[ 22 ]} ). Los colores primarios rojo y azul para PAL y SECAM son los mismos que BT.709, con un cambio en el color primario verde. Convertir la imagen con precisión requiere una LUT (tabla de búsqueda) o un flujo de trabajo de gestión de color para convertir los colores al nuevo espacio de color. ^{[ 23 ]} Sin embargo, en la práctica esto a menudo se ignora, excepto en mpv, porque incluso si el reproductor tiene gestión de color (la mayoría no la tiene, incluido VLC), solo puede ver los colores primarios BT.709 o BT.2020.

Al codificar el vídeo Y'C _B C _R , BT.709 crea una luminancia codificada gamma ( Y' ) utilizando los coeficientes de matriz 0,2126, 0,7152 y 0,0722 (que juntos suman  1). BT.709-1 utilizaba valores ligeramente diferentes: 0,2125, 0,7154 y 0,0721 (que se cambiaron a los estándar en BT.709-2). Aunque  se logró un acuerdo mundial sobre un único sistema R'G'B' con Rec.  709, la adopción de diferentes coeficientes de luminancia (ya que se derivan de los colores primarios y el punto blanco ^{[ 24 ]} ) para Y'C _B C _R requiere el uso de una decodificación de luminancia-croma diferente para definición estándar y alta definición. ^{[ 25 ]}

Estos problemas se pueden manejar con software de procesamiento de video que puede ser lento, o soluciones de hardware ^{[ 26 ]} que permiten la conversión en tiempo real y, a menudo, con mejoras de calidad.

Una solución más idónea es volver a los elementos originales de la película para los proyectos que se originaron en este formato. Debido a las limitaciones de la distribución internacional, muchos programas de televisión grabados en película utilizaban un proceso tradicional de corte de negativos y contaban con un único máster que podía ser telecineado para diferentes formatos. Estos proyectos pueden volver a telecinear sus másteres de negativos cortados a un máster BT.709 a un costo razonable y beneficiarse de la resolución completa de la película.

Por otro lado, para proyectos que se originaron en película, pero que completaron su máster digital mediante métodos de vídeo en línea, sería necesario volver a telecinear las tomas individuales necesarias y luego volver a ensamblarlas. Esto requiere una cantidad significativamente mayor de mano de obra y tiempo de máquina en comparación con la telecine de un negativo conformado. En este caso, disfrutar de las ventajas del original en película implicaría costos mucho mayores para conformar los originales a un nuevo máster en HD.

El espacio de color sRGB se creó tras el desarrollo inicial del Rec. 709. Los creadores del sRGB optaron por utilizar los mismos colores primarios y punto blanco que el Rec. 709, pero modificaron la curva de respuesta tonal (a veces denominada gamma ) para adaptarla mejor al uso previsto en oficinas y condiciones más luminosas que las de ver la televisión en una sala de estar oscura.

Rec.  709 y sRGB comparten las mismas cromaticidades primarias y cromaticidad del punto blanco; sin embargo, sRGB se referencia explícitamente a la salida (pantalla) con una gamma equivalente de 2.2 (la función real también es por partes para evitar problemas cerca del negro). ^{[ 27 ]} La pantalla P3 utiliza EOTF sRGB con su segmento lineal, se necesita un cambio de ese segmento de 709 ya sea utilizando la codificación de curva paramétrica de ICC v4 o utilizando el límite de pendiente.