A menudo cuesta entender las cuestiones más básicas del movimiento de las nuevas Smart TV con tantísima terminología nueva, tecnologías y nuevos sistemas. Hoy, en este artículo-guía, vamos a intentar desenredar esa maraña de términos para que podamos entender las diferencias que existen en los métodos del movimiento entre los CRT, Plasmas, OLED, LED, etc. así como a diferenciar lo que es un interpolador de imágenes, un sistema de inserción de fotogramas negros, etc. Así que vamos allá.
Lo más básico es comprender tres conceptos que lo significan casi todo en este ámbito, ya que su relación con el movimiento (y cómo lo percibimos: tirones, fluidez, etc.) es realmente estrecha. Así pues, vamos a empezar a ver cómo se forma la imagen y cómo se le da «fluidez» o «movimiento».
Hercios, refresco y persistencia del píxel
Hercio: Un hercio es una medida que representa un ciclo por cada segundo, es decir, la repetición de un suceso cada segundo.
Refresco: La tasa de refresco nos sirve para saber cuántas imágenes se «dibujan» en el televisor en cada segundo.
Persistencia del píxel: es el tiempo que tarda un píxel en cambiar de estado (por ejemplo a otro color o a apagarse, en el caso de las OLED).
Si resumimos todos estos concepto en una sola frase, podríamos concluir por tanto que, por ejemplo, si configuramos una TV a 50 Hz, quiere decir que esa pantalla está «dibujando» 50 imágenes en un segundo y que se repite cada segundo, de forma constante en el tiempo. Al margen iría la persistencia, que si es muy alta (como en las LED) nos introduciría efectos no deseados como el ghosting por ejemplo, pero que paradójicamente puede ayudarnos a la hora de sentir sensación de fluidez.
Todo esto tiene una muy alta relación con el famoso efecto Judder, que básicamente no es ni más ni menos que un desfase temporal que se produce entre los FPS (o cuadros por segundos) a los que está grabada la película y los Hz. a los que puede mostrarnos o la TV o el lector encargado de reproducir los discos de alta resolución. Se refleja en pequeños tirones en el movimiento o pérdida de fluidez que están presentes durante toda la película pero que en donde más se notan es en travellings panorámicos a velocidad lenta.
Por lo tanto y si habéis seguido todo bien hasta aquí…lo que debemos hacer es coincidir los Hz de mi TV con los cuadros por segundo (imágenes por segundo) a los que está grabado el material que estoy viendo, para no tener problemas de judder. Si nuestra TV tiene un refresco (cantidad de veces que se va a dibujar en pantalla) de 24 Hz (o mejor, múltiplos de éste, para evitar flicker y otros defectos, como 96 o 120 Hz) y pongo material HD o UHD que están a 24 fps, no tendremos judder. En cualquier otro casi, si. En este gráfico se ve muy bien:
Eso es en cuanto a refresco, hercios, persistencia y fps. Pero no tienen nada que ver con cómo se representan en la TV. No queremos hacer demasiado extenso el artículo, así que vamos a a pasar ahora a explicar el método usado actualmente en las dos tecnologías que están en el mercado para el tema del movimiento: LCD (LED) y OLED, ambas con el mismo método, llamado Sample and Hold.
Este método, a diferencia del usado por el CRT (donde entre un frame y otro, como vemos, pasa por una fase negra, lo que le da «progresión» al movimiento), tiene un problema (que unido al la lentitud de la respuesta de los píxeles, afecta más a un LCD): no veremos representado el siguiente frame hasta que el anterior haya sido completamente presentado. Esa falta de «progresión» nuestro ojo lo ve como algo brusco, repercutiendo en una falta de percepción de fluidez, o lo que es lo mismo, vemos como la imagen no es fluida del todo.
Podríamos describirlo como que ves «dos imágenes, una detrás de la otra, muy rápidamente», pero el cerebro ve que son imágenes, no movimiento. Lógicamente está exagerado para que se entienda bien:
Normalmente las OLED por su persistencia del píxel tan baja (0.1 ms) hace creer a la mayoría de gente que es bueno para el movimiento…pero es justo al revés, ya que el cambio de píxel (0.1 ms) es tan rápido que los cambios en entre los cuadros por segundos son algo bruscos y nuestro ojo lo percibe como con pequeños tirones. Además, este problema se agrava cuanta más luz emita el panel (por lo tanto, se agrava con fuentes en HDR), produciendo una especie de efecto estroboscópico que hace «temblar» la escena en cuanto hay algo de movimiento.
El por qué de todo esto no es nada complicado de entender, vamos allá. Los OLED, debido a su carácter autoemisivo, no tienen una fuente que emita luz para iluminar los píxeles (como si tienen las LCD), por lo que cada pixel se ilumina de forma independiente (negros perfectos, 0 luz cuando el negro es negro) pero lógicamente no pueden iluminarse con la misma intensidad que un LCD, cuyo límite lo marca el certificado de energía de la TV, no por nada «técnico».
La segunda clave está en cómo muestra una TV el contenido. En fuentes grabadas a altos fps (cuadros por segundos), esto es, 50 o 60 fps, no tendremos el más mínimo problema ya que hay suficientes imágenes por frame para que nuestro cerebro no vea el mínimo atisbo de tirón o falta de fluidez. Sin embargo el problema viene en el cine: los 23.976 fps (AKA 24p).
A diferencia de los difuntos plasmas (que muestran las imágenes mediante impulsos -PWM-) y de los CRT (en éstas un haz de luz incidía sobre un panel de material fluorescente un determinado número de veces para crear una imagen, y posteriormente se desvanecía. El número de repeticiones por segundo que era necesario para formar una imagen en movimiento era el refresco de la pantalla, expresado en hercios, que explicamos anteriormente), las LCD y las OLED lo muestran «dibujando» el frame y hasta que no ha terminado de hacerlo, no dibuja y muestra el siguiente.
Esto es lo que se conoce como Sample and Hold y es lo que provoca un desenfoque extremo en la imagen cuando ésta está presentada a 24p. Y aquí incluso las OLED con su respuesta de píxel instantánea lo sufren, porque no es un problema de velocidad de respuesta, sino de técnica. Podemos ver que a frames altos, no hay problema alguno de movimiento, incluso con Sample and Hold:
No os preocupéis que vamos a explicarlo en mayor profundidad y con algunas imágenes para entenderlo. Nuestros ojos siempre están en continuo movimiento cuando estamos enfocando una imagen en movimiento. Como hemos explicado antes, el método Sample and Hold (S&H de aquí en adelante) solo muestra el siguiente frame cuando el anterior ha terminado de representarse de forma total (es decir, en el siguiente refresco de la pantalla); por lo tanto como nuestros ojos están siempre enfocando, lo más probable es que estén en una posición distinta en el primer refresco (frame) que en el segundo refresco (segundo frame, que solo aparece cuando ha terminado el primero), dando una sensación de falta de fluidez o «blur» (desenfocado). Vamos a explicarlo con imágenes:
¿Cómo interpretamos estas imágenes? Bueno, no es complicado. El eje vertical (Y) sería la «posición» del movimiento y el horizontal (X) el tiempo transcurrido. La primera imagen escenifica el ejemplo de un movimiento de un objeto, el movimiento ideal que tendría que tener. Imaginemos que esa flecha azul es el recorrido de una pelota de tenis (grabado a 24 fps), simplemente se movería de abajo a la izquierda hasta arriba a la derecha de forma perfecta, sin problemas. La segunda imagen representaría un display cuyo movimiento se hace mediante un haz de luz (por impulsos, vamos un CRT), como veis el flicker es tan tan rápido (cada puntito) que no hay prácticamente diferencia con el movimiento real. Y llegamos a la tercera imagen sería el S&H, es decir, la línea roja en forma de escalones, donde cada línea horizontal roja es el tiempo que tarda la imagen en representarse hasta que le sigue la siguiente, como podéis ver, ese «tiempo que tarda» es notable y por lo tanto, la retina lo ve como algo borroso y que le falta fluidez.
Como veíamos en la segunda imagen, el parpadeo (flicker) del movimiento realizado por displays que funcionan así (CRT) acorta muchísimo el «tiempo» transcurrido en el que un objeto se mueve en el tiempo (se ve muy claro comparando la imagen 2 y la 3) y por lo tanto nuestros ojos no ven ningún desenfoque. Por ello, aunque el tiempo de respuesta medio de un pixel en un LCD (2 ms) coincide con el tiempo de desintegración del fósforo de un CRT (persistencia media), el movimiento lo vemos de forma total y absolutamente opuesta: los CRT tienen un movimiento casi perfecto y los LCD un movimiento francamente malo. Por lo tanto, tomando como ejemplo un LCD, el hecho de que la respuesta de su píxel sea de 2 ms (como decíamos más atrás, igual que lo que tarda el fósforo en desaparecer en un CRT) no hace que el movimiento se vea igual -y aquí la OLED igual, no importa que sea de un impresionante 0.1 ms-.
Para obtener el retraso en la presentación de cada frame, debemos saber que el tiempo medio de respuesta del píxel NO marca ninguna diferencia, ya que siempre vendrá limitada por el S&H. El Sample and Hold trabaja presentando un frame cada refresco de pantalla, en el caso más normal sería de 1/60; 1 ms cada 60 Hz (1/60 = 16.7 ms ya ajustado con la unidad adecuada ya que nos da 0.01666 segundo, al ser en ms se multiplica por mil), aunque en fuentes 24p debería ser un cálculo distinto (ya que normalmente se usan múltiplos de 24, como 96 o 120 Hz). Podríamos decir que aunque tengamos un Fórmula 1 (tiempo de respuesta de un OLED, 0.1 ms) si lo metemos por un camino de cabras no podremos pasar a más de 20 Km/h (Sample and Hold). Básicamente es lo que resume esta imagen:
Normalmente el S&H normal sin ninguna mejora (como tienen las OLED de LG por ejemplo) da una resolución de 300 líneas en movimiento. Un S&H con el BFI da unas 650, al igual que un S&H con un Scanning Backlight, si sumamos S&H + BFI o Scanning Backlight + interpolador de calidad a valores muy bajos, se llega a 1080 líneas sin artefactos -o casi sin ellos- ni SOE ni nada. Y para rematar, se comprueba con un test de blur como el siguiente: UFO Test: Multiple Framerates
Por lo tanto, lo que nosotros percibimos como «movimiento» depende de muchos factores, que entre otros son:
– Método usado para «dibujar y representar» los cuadros cada segundo, siendo mucho mejor por impulsos que mediante S&H.
– Que el método S&H no permite ver el siguiente frame antes de que el anterior esté totalmente representado en nuestra TV.
– Que ese tiempo transcurrido entre un frame y otro es demasiado largo, dado que el S&H solo permite que se vea el segundo cuando el primero ha sido totalmente representado y por eso nuestro cerebro lo ve como «desenfocado».
– La persistencia del píxel ultrabaja de los OLED (0.1 ms) no hacen más que acentuar el problema en lugar de arreglarlo.
Métodos y opciones para mejorar el movimiento
En todos los casos el objetivo a atacar es muy claro: reducir esos ms de retraso para que desaparezca o se maquille el problema -en el caso de las LCDs, veremos luego las OLED-. Tomemos esos 16.7 ms de un buen LCD como ejemplo y pongamos que hay que conseguir reducirlos a 1-2 para que no veamos el problema. De hecho no se si os habéis fijado en un detallito….cuanta más alto sea el refresco (Hz) menor es el tiempo de respuesta. 1/60=16.7 ms, en cambio a 120 Hz ya es 8.33….y a 240 es la mitad, 4.16 ms. Y por ahí van los tiros. Existen varias técnicas:
1- Interpolación (AKA: Invención de frames nuevos, basado en algortimos)
Este es el método que todo cinéfilo más purista aborrece, es el MotionFlow, IFC, Perfect Natural Motion, Trumotion, etc. Es básicamente una invención de frames nuevos basándose en el anterior y en el siguiente. Lógicamente si antes teníamos que (1/120)*1000= 8.33 ms, ahora imaginemos que ese frame se ha convertido en 3 (el original y 2 nuevos inventados), nos daría un retraso del triple, teniendo entonces (3/120)*1000= 25 ms. Coño, mucho más que antes. Claro, peeero al haber más frames en cada Hz, simularía un contenido a 60 cuadros por segundo, por lo que no veríamos desenfoque alguno, pero ya sabéis por qué hay más input lag (para los gamers) cuando estos métodos están activados.¿El santo grial? Ni mucho menos. Como todo lo inventado, por muy buen sistema o potente que sea, no puede predecir exactamente como será el siguiente frame, por lo que veremos siempre defectos en la imagen, más o menos según la potencia del sistema (normalmente puedes regularlo del 0 al 10) y de lo bueno que sea el algoritmo (aquí Samsung, Sony y Panasonic tienen los mejores); personalmente a valores muy bajos del estilo 1-2 casi no se aprecian errores y tampoco aparece el SOE (efecto telenovela de sensación de «excesiva fluidez», lógico, si quizá de 1 frame nos hemos inventado 6, es que como estuviera grabado a 100 fps, se ve todo «acelerado»).
En esta imagen se comprende todo muy bien. De 3 frames originales, se crea un total de 5:
2. Black Frame Insertion
El Black Frame Insertion (a partir de ahora BFI) es otro de los métodos para minimizar esos ms. Y funciona realmente bien. Se entiende muy fácilmente: si antes veíamos que teníamos 1 frame y de ahí el interpolador se inventaba el resto hasta llegar a, por ejemplo, 60 frames cada segundo, pues ahora en lugar de frames nuevos inventados tendremos frames negros tal que:
Lógicamente ahora también veremos incrementado el lag (ya que pasamos de 1/60 a, quizá, 4-5/60 de ms de retraso), por eso el BFI tampoco es aconsejable para los jugones. Otra característica negativa es que oscurece la imagen, ya que al meter cuadros negros entre los frames, lógicamente se reduce el brillo (se ve muy bien en la imagen de arriba). Lo bueno es que normalmente se puede regular la cantidad de frames negros a introducir, por lo que si ponemos 1 solo, no oscurecerá demasiado la imagen.
¿Y como funciona? Pues bien, recordemos que el S&H no permite representar un frame hasta que el siguiente ha terminado, dando a nuestro cerebro la sensación de borrosidad y que el movimiento no es fluido. Al meter un frame negro, éste «resetea» esa percecpión, ya que después de cada frame viene uno negro, después de este el siguiente frame, luego uno negro, etc., dando la sensación de fluidez. Con esta técnica se consigue aumentar la resolución de 300 líneas típica de un S&H hasta las 650. Sin embargo, como comentábamos, reduce el brillo (entre algo y mucho, dependiendo del valor del BFI), lo que unido a una tecnología autoemisiva como es la OLED, no la hace especialmente recomendable. En cambio, las LED al tener un «foco» de emisión de luz detrás sin ninguna restricción, siempre puede ponerse «a tope» y luego activar el BFI (de hecho en algunas marcas viene así y no se puede desactivar).
Importante mencionar que desde 2020 han aparecido técnicas revolucionarias en este campo que nos permite seleccionar cuantos cuadros negros por segundo queremos incluir: desde 1 cada 10 hasta 1 detrás de cada frame original. Incluso en los televisores Sony y Panasonic, con la opción al mínimo se consigue no perder prácticamente nada de brillo (en SDR). Lo suyo, por tanto, para evitar reducir mucho brillo y tener efectos indeseados, es ponerlo al valor más bajo que nos deje nuestro TV.
3- Scanning Backlight
Básicamente vendría a ser una mezcla de las dos técnicas anteriores, va regulando la intensidad del backlight (la luz «trasera» de las LCD que iluminan los píxeles) por zonas y usa algo de interpolación a la vez que sincroniza los Hz del panel con los fps del material; por lo que tendríamos una mezcla entre un poquito de BFI por zonas + un poquito de interpolación. Como éste último suele desagradar a mucha gente, últimamente no se suele ver activado de serie.En realidad el sistema viene a oscurecer algunas áreas de la imagen pero no toda la imagen en todos los frames, vendría a ser como un BFI «por zonas»:
La ventaja de este método es que no oscurece tanto la imagen, pero desde hace un par de años no se suele ver mucho, ya que se consigue lo mismo jugando con el BFI y el interpolador poniendo los valores que queramos; además que se vio superado por el nuevo método, que tenéis a continuación.
4. Strobe backlight
Algunos empezaron a partir del método anterior y luego fueron evolucionando hasta aquí, como el Impulse de Sony que NO interpolan nada y consiguen reducir en más de un 90% el problema, o LightBoost que es también una tecnología similar. Además tienen otra ventaja: no aumentan el input lag, por lo que podemos ponerlo para juegos sin el más mínimo problema.Básicamente, es un sistema basado en la sincronía con los Hz del monitor (también se conoce como G-Sync en Nvidia por ejemplo); contamos con un monitor o visualizador de 120 Hz o 144 Hz nativo con una retroiluminación estroboscópica (Strobe backlight) sincronizada con refresco de 120/144 Hz; el efecto consigue tener un movimiento prácticamente idéntico al de los antiguos CRT, sin añadir input lag.
La retroiluminación se apaga mientras se espera que la pantalla LCD finalice las transiciones de píxeles (que el ojo humano no puede ver) y la luz de fondo (backlight) sólo se muestra en los frames completamente dibujados (que como hemos explicado, si ven nuestros ojos). Las luces estroboscópicas pueden ser más cortas que las transiciones del propio píxel, evitando así el problema de su lentitud.
Además elimina completamente todos los defectos de los LCD (smearing, ghosting, etc.) relacionados con la lentitud de la respuesta de sus píxeles, elimina por completo el problema del desenfoque (Blur), de la falta de fluidez del movimiento (judder) y no añade nada de inputlag (ideal para gamers).
Resumiendo, lo que hace esta técnica es -como la pantalla está sincronizada permanentemente- apagar la retriluminación cuando los píxeles están justo en periodo de transición y se enciende justo cuando el siguiente frame está presentado.
¿Os suena? ? ¿Os acordáis que nuestro ojo está siempre «enfocando»? Si, simula al 100% como funciona un CRT, por impulsos. Se apaga cuando el primer frame ha terminado y se enciende cuando el segundo está ya presentado, así la fase «intermedia» no vemos que ocurre (dado que siempre está enfocando, pero al estar la pantalla en negro, no enfoca nada y resetea el cerebro, al igual que el BFI) y nuestro ojo ve una total y absoluta fluidez.
Vamos, se consigue el mismo efecto que con el BFI (inserción de frames negros entre cada frame original), ya que la retroiluminación se apaga entre cada frame, pero SIN el problema de la reducción de brillo ni de más lag. La técnica es prácticamente perfecta. De este método se cree que salió el siguiente, ya para las OLED (que no tienen retroiluminación como si tienen las LCD).
5. Método de Sony usado en sus monitores de masterización
Aunque la mayoría de gente lo desconozca, Sony es una de las pioneras en el mundo OLED (no consumer); teniendo monitores de estudio de varias decenas de miles de euros. Varios investigadores (Hiroyuki Ito, Masaki Ogawa y Shoji Sunaga) han estado investigando qué método usa Sony para el problema del movimiento del S&H en sus monitores. Se centraron en el Sony Trimaster PVM-2541, una pantalla OLED de Sony dirigida al mercado profesional. Y lo que encontraron no podía ser más interesante.Conocedores de que el método 3 y 4 no funcionarían al ser la OLED una tecnología autoemisiva y que el método 2 reduciría el brillo (y el 1 siempre estará disponible, pero no es una solución real), decidieron dar una solución al problema. No se sabe muy bien en que consiste, pero el Sony Trimaster PVM-2541 en lugar de la típica respuesta de 16.7 ms a 60 Hz, se encontraron que el OLED de Sony solo tenía un retraso de 7.5 ms; o lo que viene a ser similar: pasar de 300 líneas de resolución en movimiento a 650.
Y aquí la mejora de Sony, a la izquierda un OLED S&H convencional, a la derecha el Trimaster PVM-2541 y abajo un CRT para comparar:
Conclusión y consejos
Se suele leer que el judder es inherente a los 24p y lo es, sin ningún género de dudas. ¿Pero se muestra igual la persistencia o el delay entre frames en una LCD, CRT, Plasma, un LCD con Strobe Backlight o una OLED? No, rotundamente no, de hecho son diametralmente opuestas. Uno puede sentarse a ver una película 24p en un plasma que no notará nada molesto, imagen perfectamente fluida -con el movimiento propio del 24p- muy similar a la de una sala de cine. Sin embargo, poca gente puede ver una pantalla LCD sin nada más con material 24p, el movimiento que se ve es extremadamente «duro» y demasiado falto de fluidez en general; ocurre similar en las OLED (pero que gracias a su respuesta instantánea del píxel, hace que no tenga problemas que si tienen las LCD: ghosting, smearing, etc.). Y ambas pantallas muestran el mismo material grabado a la misma cadencia: 24 frames por segundo. Esto lo puede comprobar cualquiera conectando dos pantallas a la vez y lo notará rápidamente o si no, leyendo las fuentes de abajo podrá comprobarlo.
Como consejo, os diríamos que apostéis siempre por introducir en vuestros televisores de alta gama una combinación ganadora, que no introducirá artefactos ni perderá brillo ni tampoco tendréis flicker. Esto es, poner el Black Frame Insertion al mínimo valor posible junto con el interpolador de imágenes también al mínimo valor posible. Conseguiremos igualar el movimiento de un plasma sin efectos secundarios y, por fin, poder disfrutar de un movimiento de cine, especialmente en las dos grandes marcas japonesas: Sony y Panasonic.
