En esta entrega estudiamos el origen y utilidad de las curvas de codificación logarítmicas de la señal de vídeo en la grabación de cinematografía digital.

La codificación logarítmica de la señal de vídeo

La práctica de codificar señales con una función logarítmica se desarrolló en paralelo al proceso de escaneo del soporte fotoquímico para su conversión en archivos digitales Cineon de 10 bits. Este formato –diseñado a principios de los años noventa por un grupo de ingenieros de Kodak, liderados por Glenn Kennel, para manejar fotogramas digitales– se utilizó en particular en el campo de los efectos visuales. Aunque hoy en día ya no está disponible en el mercado, tal sistema fue la base del estándar internacional de Intercambio de Imagenes Digitales (DPX) de la SMPTE.

Glenn Kennel
Glenn Kennel durante la convención CineGear 2016 que tuvo lugar en Los Ángeles el pasado mes de junio (imagen cortesía de Broadcast Beat).

Kennel, como tantos otros talentos de primera línea que trabajaron para la antaño mastodóntica compañía de Rochester, terminó abandonando la empresa ante la incomprensible ceguera de sus directivos que optaron por dar la espalda a una revolución –la de la captura, procesado y almacenamiento de imágenes digitales– que la propia Kodak había iniciado y a la que contribuyó en gran medida dando auténticos pasos de gigante.

Con la perspectiva que otorga el tiempo transcurrido nos vemos obligados a convenir con Einstein –una vez más– que la estupidez humana es probablemente la única constante en el universo cuyo valor es infinito. La película tiene una respuesta no lineal –logarítmica– a la luz. Para incrementar la exposición un stop es necesario duplicar la cantidad de luz.

La percepción humana funciona de un modo muy similar que también podríamos calificar de no lineal. Es posible reproducir esa respuesta por medio de una función de codificación logarítmica para que un mismo intervalo numérico represente aproximadamente un cambio idéntico en la exposición con independencia de la parte de la curva de exposición en la que ocurra.

La preservación del intervalo tonal de cualquier emulsión fotoquímica durante el proceso de postproducción resultaba imposible sin tomar en cuenta su curva característica, cuyos valores de talón y hombro son siempre únicos, y codificarla de forma logarítmica.

Este fue el principal motivo por el cual Kennel ideó la curva de codificación Cineon Log para mantener la máxima latitud posible a partir del escaneo de película y permitir la manipulación digital necesaria para su conversión en un archivo logarítmico con profundidad de color de 10 bits.

Componentes básicos de un Telecine Spirit DataCine
Componentes básicos de un Telecine Spirit DataCine, que escanea el negativo para convertir a archivos DPX

El negro se mapea a un valor de codificación Cineon de 95 –de un total de 1024– en lugar de hacerlo a un valor de cero. Ese era el modo que tenía el archivo Cineon de almacenar valores “más negros que el negro” –negros más profundos– y “más blancos que el blanco”, emulando la latitud y la respuesta a la luz característica del soporte fotoquímico. Forzando el revelado a valores de ASA superiores al negativo original aparecen las distintas gradaciones del negro. El proceso inverso revela detalles hasta entonces indistinguibles en las altas luces. El valor estándar del blanco según la codificación Cineon es de 685. Todos aquellos situados por encima se consideran “superblancos”.

"Blancanieves y los siete enanitos" (David Hand, 1937)
«Blancanieves y los siete enanitos» (David Hand, 1937) fue la primera película escaneada en su integridad y convertida a archivos digitales (en 4K a 10 bits) para su restauración mediante el proceso Cineon. Transcurría el año 1993.

En un principio, durante el proceso de codificación logarítmica de la señal –proveniente no de un escaneo de negativo sino de cámaras digitales– se consideró, de forma errónea, que todas eran iguales. Las funciones de decodificación logarítmica del sistema Cineon se aplicaban para corregir las imágenes logarítmicas de las primeras cámaras de cinematografía digital con desiguales y poco satisfactorios resultados.

"Pleasantville" (Gary Ross, 1998)
«Pleasantville» (Gary Ross, 1998) fue la primera película escaneada a archivos compatibles con Cineon para su manipulación digital, tras la desaparición del formato de Kodak. Glenn Kennel trabajó conjuntamente con Phillips para mejorar sus sistema de telecine basándose en los avances previos de Kodak

A día de hoy, las técnicas para trabajar con imágenes logarítmicas han evolucionado y madurado. Estamos rodeados de herramientas muy eficaces a la hora de aprovechar los beneficios que ofrece tal codificación en el incremento de la latitud y en la mejora de la reproducción del color.

Tubo de rayos catódicos
Tubo de rayos catódicos

Los monitores de vídeo actuales ya no están subyugados por las limitaciones de la tecnología del tubo de rayos catódicos (CRT). El rango dinámico de este tipo de monitores estaba limitado a la gama de colores y contraste que podía reproducirse disparando un flujo de electrones al interior de la superficie frontal de un gran tubo de vacío recubierto de fósforo. A pesar de que ya no se fabrican tubos de imagen CRT, atravesamos todavía un período de transición en el cual tenemos que trabajar con la limitada paleta de colores que aquella tecnología nos ha dejado como legado. Roma no se construyó en un día.

Monitor de referencia CRT
Monitor de referencia CRT

La norma ITU-R BT. 709 está basada en esas limitaciones, a pesar de que las tecnologías LED, LCD, LCOS, OLED, DLP y láser que empleamos en pantallas y proyectores en nuestros tiempos tienen capacidades netamente superiores y exceden el intervalo tonal y la reproducción de color de los CRT. La nueva norma ITU-R BT. 2020 aún tiene que recorrer un largo camino para convertirse en el estándar a nivel mundial de emisión en televisión de ultra-alta definición.

Monitor 4K de referencia HDR Sony PVM-X300
Monitor 4K de referencia HDR Sony PVM-X300

Las imágenes logarítmicas no están conformadas para los parámetros de los monitores típicos de HD y mostrarlas bajo las condiciones de la Rec 709 no tiene sentido. En el mejor de los casos, el aspecto será plano, aburrido, sin apenas contraste o limitado a una gama de grises y verdes desaturados. Esto ocurre por la discrepancia entre la codificación logarítmica de la escena y la codificación de imagen de la pantalla. La gama de colores y densidades es demasiado grande y el gamut de dicha pantalla no puede reproducirla.

Imagen etalonada vs. imagen con la curva logarítmica LOG C aplicada (foto cortesía de ARRI)
Imagen etalonada para la Rec 709 vs. imagen con la curva logarítmica LOG C aplicada (foto cortesía de ARRI)

Existe una amplia variedad de esquemas de codificación en el mercado idóneos para la cinematografía digital y parecidos a aquellos empleados para el escaneo de negativo. La mayoría de los fabricantes de cámaras ofrecen modos específicos para filmar imágenes con una codificación logarítmica propietaria.

ARRI cuenta con la curva Log C –desarrollada con la ayuda del propio Glenn Kennel, que terminó recalando en la empresa muniquense–, Canon tiene las C-Log, C-Log 2 y C-Log 3, Panasonic, las FILMREC y las V-log, Panavision la Panalog, RED la REDLOG y Sony las S-Log, S-Log2 y S-Log3. Cada una de estas curvas se ha diseñado para preservar tanta información del sensor relativa al color y al contraste como sea posible. Asimismo su propósito es que sean fácilmente utilizables durante el proceso de etalonaje.

Canon C-Log 2
Imagen con curva logarítmica Canon C-Log 2 aplicada (foto cortesía de Falco-Films)

Se suele emplear un procedimiento rápido de ajuste de color y contraste en el rodaje que se pueda usar como referencia para los distintos departamentos técnicos que precisan visualizar en el set una imagen más o menos parecida a la que se obtendrá al final de la postproducción. Este tipo de corrección más genérica y mucho menos sutil que la final debe realizarse con miras a cuál será el soporte de almacenamiento final –soporte fotoquímico o cine digital–.

LUT 709 aplicada sobre la imagen anterior (foto cortesía de Falco-Films)
LUT 709 aplicada sobre la imagen anterior (foto cortesía de Falco-Films)

Si la visualización en rodaje se hace en monitores de referencia HD –bajo la norma ITU-R BT. 709– es posible aplicar una Look-Up Table (LUT) a la pantalla para aproximar la imagen que vemos a la que se obtendrá al terminar la postproducción –teniendo en cuenta las limitaciones del gamut del monitor–.

Nótese la suave gradación tonal en altas luces (sin pérdida de detalle) en una imagen etalonada a partir de una filmación con la curva LOG C de ARRI
Nótese la suave gradación tonal en altas luces (sin pérdida de detalle) en una imagen etalonada a partir de una filmación con la curva LOG C de ARRI

Se puede establecer una analogía entre la codificación logarítmica y el negativo de cámara a partir del cual se establecerá un aspecto definitivo  durante el etalonaje, si bien nunca debe confundirse con la grabación de archivos de datos en RAW de la que hablaremos más adelante.

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