Escaladores de video: qué son y para qué sirven

Convertir la señal HDMI en VGA, la VGA en SDI o la SDI en DVI puede hacerse directamente siempre y cuando la pantalla soporte la resolución original, si no es así, necesitamos un escalador. 

Un escalador es un equipo electrónico que modifica el número de píxeles, es decir el tamaño o proporción de la imagen, generando una copia modificada que se adaptará a las características del dispositivo en el que se ha de mostrar o grabar. El proceso anterior produce una copia “a escala” del original, de ahí el nombre de “escalador” que se da a estos equipos.

La situación anterior se plantea siempre que cambiamos de entorno: de informático a video o viceversa, y cuando dentro del mismo entorno uno de los dispositivos, fuente o destino, tienen una incompatibilidad de resoluciones, es decir, que la fuente genere una resolución que el destino en incapaz de interpretar correctamente.

Hasta hace poco tiempo, los mundos del video y la informática han ido desarrollando sus dispositivos de visualización de forma paralela y de espaldas el uno al otro. Así, mientras que en vídeo estábamos con PAL en 625 líneas analógicas entrelazadas, la salida de un ordenador era siempre progresiva y sin ir muy atrás en el tiempo, VGA 640×480 ó XGA 1024×768. En este punto se comenzó a plantear el problema de ver en la misma pantalla los dos tipos de señal, lo que entonces suponía acondicionar una de las dos para que fuera idéntica a la otra y conmutar entre ellas. Cuando la señal de ordenador se pasaba a señal de video se hablaba de Conversión de Barrido o Scan Converter, ya que el principal problema era el paso de progresivo a entrelazado.

Cuando el proceso era el contrario, de video a señal informática, o dentro del mundo informático, de una resolución a otra, se hablaba de escaladores. Esta nomenclatura ha ido en desuso ya que se convierte barrido en cualquiera de los dos sentidos y los formatos entrelazados conviven con lo progresivos de igual a igual.

El primer paso serio que se dió para facilitar la interconexión entre fuente y destino, fue el DDC (Display Data Channel – Canal de Datos de Pantalla), mediante este conjunto básico de protocolos, el display le comunicaba al ordenador varios parámetros, entre los que estaban las resoluciones soportadas. Originalmente ocupaba 3 pines del conector VGA.

La versión 2B del DDC introdujo el EDID (Extended Display Identification Data – Datos Ampliados de Identificación de Pantalla), que sirviéndose de una comunicación I2C, que solo necesita de 2 hilos, facilita a la fuente una tabla completa de resoluciones soportadas por la pantalla e incluso, informa de cuál de ellas es su resolución nativa. El EDID consigue que pantalla y fuente sean Plug & Play, ya que se establece una comunicación entre ambos equipos que los autoajusta para lograr la mejor imagen, que suele coincidir con la resolución nativa de la pantalla utilizada.

Resolución Óptima

Antes de analizar los problemas que presenta el escalado de imágenes, vamos a analizar cuál es la mejor resolución que podemos usar en una pantalla aunque ya tratamos de el tipo de resoluciones de pantalla en uno de nuestros anteriores artículos «¿Qué son 720,1080-2K ó 4K además de números?

Tendemos a pensar que la mejor resolución a mostrar es la máxima que nos proporcione la fuente, de esta forma, si tenemos un ordenador capaz de entregar 1920×1080, seleccionaremos esta resolución ya que es la mayor. Pues esta suposición no es cierta y puede hacer que perdamos mucha calidad cuando suponemos que estamos ganándola.

La resolución ideal de una pantalla es su resolución nativa, esta es la que corresponde al número de píxeles físicos que conforman la matriz de imagen del monitor o proyector. En este modo, el ordenador, TDT, etc., proporciona los pixel que corresponden uno a uno con los que tiene el display, de esta forma no se produce ningún proceso electrónico de adaptación de formato.

Problemas que plantea el escalado de imágenes

Si tomamos una señal WXGA de 1280×768 y pretendemos obtener una señal de video 1920×1080, nos tenemos que “inventar” unos cuantos pixeles, en concreto 640 horizontales y 312 verticales. Por si fuera poco, la relación de aspecto, con ser panorámica, no es exactamente la misma. Si dividimos 1920 y 1080 por 16 y por 9 respectivamente, nos sale el mismo número (120) pero si hacemos la misma operación con 1280 y 768 obtenemos dos cifras distintas 80 y 85,33, lo que significa que horizontalmente tendríamos que “alargar” los pixeles 1,06 veces (80/80 : 85.33/80 = 1:1,06). Estos sencillos cálculos nos ayudan a ver la complejidad que implica la transformación de un formato en otro, incluso hablando de dos formatos panorámicos.

El proceso por el que se calcula el valor de cada uno de los nuevos píxeles se conoce como interpolación, que como bien dice la RAE es:

“proceso por el que se calcula el valor aproximado de una magnitud en un intervalo cuando se conocen algunos de los valores situados a uno y otro lado de dicho intervalo”

Subrayo la palabra “aproximado” ya que caracteriza perfectamente a los nuevos pixeles, son valores que se aproximarán más a la realidad cuanto más complejo sea el método de interpolación. En la imagen de ejemplo anterior vemos uno de los peores casos, el efecto escalera que se genera en las líneas diagonales cuando se produce un escalado inadecuado.

El tema de la interpolación en imagen lo trataremos en algún artículo posterior, pero a groso modo podemos decir que, aunque se ha mejorado bastante, si queremos que nuestro escalado sea lo más perfecto posible, hemos de recurrir a equipos con un coste elevado, ya que implica múltiples pasos de interpolación. Hay algoritmos de interpolación que solo tienen en cuenta los pixeles anterior y posterior en la misma línea, los hay que tienen en cuenta todos los que lo rodean, los hay que tienen en cuenta también lo que pasa en el cuadro anterior y posterior, y los hay que tienen en cuenta unos cuantos cuadros antes y después para realizar una corrección adecuada del movimiento, etc.

Mejorar el punto de partida

Son muchas las ocasiones en las que disponemos de varios formatos de salida en nuestro ordenador, DVD, Blu-Ray o receptor digital y escogiendo el adecuado obtendremos el mejor resultado posible.

El primer formato a descartar es la señal PAL ó NTSC, su estructura de señal que combina la información de luminancia con una modulación en fase para la croma, la convierte en la más pobre de las señal origen. El mero hecho de la separación de Y y C necesita de filtros peine y otros artificios que no son nada fáciles de ejecutar con la necesaria precisión. S-Video o Y/C es algo mejor, pero tampoco debemos esperar milagros.

Las mejores señales analógicas para convertir son las de componentes, ya sea YUV ó RGB. En estas, la información de diferencia de luminancia y componentes de color está separada o en el caso de RGB es fácilmente calculable. Por tanto, siempre que lo único disponible sea señal analógica, utilizaremos una en componentes.

Sin lugar a duda, el mejor punto de partida para cualquier conversión que implique escalado es una señal digital, incluso aunque el proceso tenga salida analógica. La conversión y escalado desde y hasta DVI, HDMI o SDI solo implica un proceso matemático de interpolación con una posterior reorganización de los datos en función de la salida deseada.

Llegados a este punto, vuelvo a recordar que la señal HDMI e incluso algunas DVI, pueden estar protegidas frente a la copia. La inmensa mayoría de convertidores/escaladores bloquearán la conversión a señales digitales libres de derechos, como es el SDI en cualquiera de sus estándares: SD, HD o 3G.

En el caso de eventos o presentaciones, en las que se combinan múltiples fuentes que se conectan a una misma pantalla, lo ideal es utilizar un dispositivo selector que mantenga constante la resolución de salida independientemente de cuál sea el formato de señal de la entrada elegida. Estos equipos tienen dos modos de funcionamiento básico:

1. La conmutación se produce mediante el paso por negro de una señal a otra. Mientras que el escalador de salida estabiliza la señal, la salida se mantiene en negro para que no sean visibles las inestabilidades inherentes a la estabilización. Según fabricantes y modelos, este tiempo puede ir de 3 ó 4 segundo a entre 7 y 10, siendo la conmutación de analógico a digital o viceversa la que más tiempo lleva.
2. La conmutación es limpia, sin tiempo de espera, e incluso algunos permiten hacer fundidos. Estos equipos utilizan al menos dos escaladores, uno para la señal de programa y otro para la de previo. Cuando se realiza la transición, las dos señales están acondicionadas a la misma resolución de salida y es por ello que se pueden fundir sin problema.

Si a la salida del selector anterior nos encontramos con varias pantallas, cada una con una resolución diferente, existen pequeños escaladores que trabajan sobre la misma señal y pueden adaptar resolución, siempre con objeto de obtener la máxima calidad de imagen.

Conclusiones

El escalado es una herramienta imprescindible cuando conectamos equipos que trabajan a distintas resoluciones, ya que obtendremos la mejor calidad posible entregando a cada pantalla su resolución nativa.

Siempre que sea posible, utilizaremos como fuente de escalado una señal digital, o como mínimo una analógica en componentes, ya que de esta forma obtendremos un escalado libre de los artificios propios de señales compuestas. Si el único recurso es una señal compuesta y tenemos que obtener buenos resultados, debemos recurrir a equipos con un proceso de conversión y escalado apropiado.

En Avacab disponemos de una completísima gama de conversores, con y sin escalador, que te ayudarán a conectar cualquier fuente a cualquier pantalla y obtener el mejor resultado en cada caso, consúltanos tecnico@avacab.es