Mitjans tècnics

A l’hora de realitzar projectes d’animació 2D i 3D hi intervé un ampli ventall de recursos tècnics força variats que passen per l’equipament informàtic i els equips audiovisuals i cinematogràfics diversos. A dia d’avui, la tecnologia base per a l’animació és gairebé tota digital. Quasi tot passa per l’ordinador.

Sistemes informàtics

La informàtica ha evolucionat de manera espectacular en les darreres dècades fins a convertir-se en una eina imprescindible per a la societat actual. La informàtica està present en un ampli ventall d’àmbits de la nostra vida: comunicacions, medicina, telefonia, mobilitat i transport, comerç… I també en la producció d’animació.

Un sistema informàtic és el conjunt de maquinari, programari i equip humà que permet emmagatzemar i processar informació de manera automàtica i racional.

El terme informàtica prové de la contracció de les paraules informació i automàtica, i es refereix a la ciència que estudia el tractament automàtic i racional de dades mitjançant un ordinador, l’eina central d’un sistema informàtic.

  • Equip computacional Font: Manuel (Pixnio)
  • Equip computacional Font: Manuel (Pixnio)

Un ordinador és una màquina per processar dades composta per elements físics, que anomenem maquinari (hardware), i per components no físics, que anomenem programari (software).

Els components electrònics d’un ordinador, el maquinari, necessiten el programari per poder funcionar. Aquest programari està compost bàsicament pel sistema operatiu i pels programes informàtics.

Un programa informàtic és un conjunt d’instruccions ordenades i agrupades de forma adequada per a processar dades sobre el maquinari de l’ordinador. El conjunt de diversos programes s’anomena aplicació informàtica.

Un sistema operatiu és un component de programari que permet que els programes informàtics interactuïn sobre el maquinari del sistema informàtic.

A cavall entre el maquinari i el programari hi ha el microprogramari (firmware). El microprogramari és el programari pregravat en en el maquinari que fa que els components electrònics puguin executar les tasques per a les que han estat fabricats. Un cop enregistrat, el microprogramari queda pràcticament invariable al llarg de la vida de l’ordinador.

Es pot dir, per tant, que el microprogramari són les instruccions bàsiques gravades a fàbrica en els components físics per a que les diverses peces del maquinari funcionin de la manera que toca.

Vegeu en la figura els diversos nivells que conformen un ordinador.

Figura Nivells que conformen un ordinador

D’altra banda, totes les tasques que realitzen els ordinadors es poden esquematitzar en quatre aspectes. Les quatre funcions principals que realitza qualsevol ordinador són:

  • Entrada (input) d’informació
  • Emmagatzemament de la informació, tant de forma interna com externa
  • Processament, és a dir, manipulació i transformació de la informació
  • Sortida (output) de la informació

El maquinari

El maquinari és l’element tangible de l’equip, les peces físiques d’un ordinador. Es pot dividir en maquinari bàsic, aquelles parts indispensables per al funcionament de l’ordinador com pot ser el processador, i en maquinari complementari utilitzat per realitzar funcions específiques, com poden ser les targes gràfiques.

  • Ordinador vist per dins. Font: TJRP (Wikimedia)
  • Ordinador vist per dins. Font: TJRP (Wikimedia)

Els components més importants que integren el maquinari d’un ordinador personal per treballar en 2D i 3D són:

  • Unitat central de processament (en anglès, central process unity (CPU)).
  • Memòria RAM (random access memory)
  • Memòria ROM (read only memory)
  • Controladors i busos
  • Targeta gràfica
  • Unitats d’entrada i sortida
  • Font d’alimentació
  • Sistema de refrigeració
  • Perifèrics

Totes aquestes peces i cablejat del maquinari van muntats sobre el que s’anomena placa base o placa mare, la targeta de circuits impresos central de l’ordinador que conté la gran majoria dels circuits electrònics i integrats que componen el maquinari del computador. Vegeu la figura, amb tots els components del maquinari.

Figura Components de maquinari

Unitat central de processament

La unitat central de processament (CPU, en anglès), també anomenada processador, és el cervell de l’ordinador, l’element encarregat de controlar i executar les operacions per efectuar el tractament automàtic de la informació.

El processador controla totes les tasques i processos que es duen a terme dins seu: controla la informació que es processa, els perifèrics, la memòria, realitza els càlculs, etc.

  • Processador AMD Phenom II Font: D-Kuru (Wikimedia)
  • Processador AMD Phenom II Font: D-Kuru (Wikimedia)

Actualment, la unitat central de processament ve fabricada com a microprocessador, és a dir, com un únic circuit integrat. Els ordinadors més potents incorporen diversos microprocessadors que funcionen com una única unitat central de processament.

La unitat central de processament està formada per dues unitats:

  • Unitat de control
  • Unitat aritmeticològica

La unitat de control és la part pensant del processador. S’encarrega de governar els aparells que conformen l’ordinador. La seva tasca principal és la recepció de la informació per a interpretar-la i processar-la en l’ordre adequat mitjançant les ordres que envia als altres components de l’equip.

La unitat de control disposa d’un seguit de components els més importants dels quals són: els espais d’emmagatzemament anomenats registres, el registre d’instrucció, el registre comptador de programes, el controlador i decodificador, el seqüenciador i el rellotge intern.

La unitat aritmeticològica és la part del processador encarregada de realitzar les operacions aritmètiques i lògiques sobre la informació. Aquestes operacions poden ser aritmètiques, com la suma, resta, multiplicació, divisió… o operacions lògiques basades en operadors booleans.

Els elements més importants de la unitat aritmeticològica són: el circuit operacional, els registres d’entrada, l’acumulador i el registre d’estat.

Els operadors booleans

George Boole (1815-1864), matemàtic, educador, lògic i filòsof anglès, va crear una branca de les matemàtiques amb propietats i regles similars a les de l’àlgebra ordinària amb les que pretenia explicar les lleis fonamentals d’aquelles operacions de la ment humana per les quals es regeixen els raonaments. Aquesta àlgebra va ser utilitzada més tard per al disseny de circuits digitals. L’àlgebra de Boole té una característica especial: les seves variables només poden adoptar dos valors, tradicionalment denominats cert i fals (normalment representats com a 1 i 0, respectivament). Així doncs, l’àlgebra de Boole maneja valors lògics binaris. Trobareu operacions booleanes aplicades al modelatge 3D, per exemple.

Uns dels aspectes a tenir en compte a l’hora de valorar un processador són:

  • La freqüència o velocitat de rellotge, mesurat en hertz (Hz), que indica el grau d’operacions que pot fer per unitat de temps.
  • La quantitat de nuclis que conformen el processador.

Memòria

L’ordinador necessita unes memòries internes per poder funcionar. Estan ubicades físicament dins la carcassa de l’ordinador. No s’han de confondre amb els discs durs interns d’un PC.

Els tipus principals de memòries internes són:

  • Memòria RAM
  • Memòria ROM

La memòria RAM (Random Access Memory) és la memòria principal d’accés directe de l’ordinador. És una memòria d’accés aleatori, de lectura i escriptura i volàtil. Aquesta memòria s’esborra en absència d’energia elèctrica. Gairebé tot el que ha de processar l’ordinador passa per aquesta memòria en algun moment.

  • Memòria interna RAM. Font: Laserlicht (Wikimedia)
  • Memòria interna RAM. Font: Laserlicht (Wikimedia)

A la RAM s’hi carreguen els programes i les dades que s’han de processar. Per exemple, mentre es treballa en Photoshop retocant una imatge, les dades es carreguen a la RAM. Dit de en llenguatge planer, la memòria RAM és la que aporta la rapidesa en la càrrega dels programes i de les dades. Com més gigabytes de RAM disposi un ordinador, més veloç anirà obrint i carregant programes.

Existeixen diversos tipus de memòria RAM:

  • DRAM (Dynamic RAM). És la més barata de fabricar i la més lenta de totes.
  • SRAM (Static RAM). Té un alt cost de fabricació i és de gran velocitat, s’utilitza com a memòria cau.
  • SDRAM (Synchronous Dynamic RAM). És la memòria estàndard que incorporen la majoria d’ordinadors.
  • DDRAM (Double Data Rate RAM). És la més complexa, més ràpida i més cara de totes.

A part de la memòria central RAM, els ordinadors solen incorporar un altre tipus de memòria basada en la RAM per agilitzar els càlculs que realitzen els programes. Aquesta memòria, anomenada memòria cau (memoria caché, en castellà), es col·loca entre la RAM central i el processador i emmagatzema temporalment la informació que s’ha de processar i la mostra quan es torna a necessitar.

La memòria ROM (read only memory) és la memòria de només lectura que conté programes especials que serveixen per carregar i iniciar l’ordinador. A la ROM s’hi desa tota la informació referent als components del maquinari. La ROM és una memòria permanent que emmagatzema la informació programada de fàbrica i que no necessita subministrament d’energia per a la seva configuració. La ROM està present en el microprogramari.

El programari que integra la ROM forma la BIOS (Basic Input Output System) de l’ordinador, el sistema bàsic d’entrada i sortida que s’allotja principalment sobre la placa base. La BIOS és el codi que localitza i arranca el sistema operatiu sobre la RAM i dona les ordres bàsiques per a engegar l’ordinador.

Unitats d'entrada i sortida

Les unitat d’entrada i sortida serveixen per comunicar el processador i la resta de components interns de l’ordinador amb els perifèrics d’entrada i sortida i les memòries d’emmagatzemament extern o auxiliar.

Aquestes connexions entre els diversos ports i el processador es fan mitjançant els busos. Un bus és un sistema digital que transfereix dades entre els components de la computadora. Està format per cables o pistes en un circuit imprès, per dispositius com resistències i condensadors i també per circuits integrats.

Un port és una interfície, física o a escala de programari, a través de la qual poden ser enviades i rebudes diferents tipus de dades.

Hi ha diferents especificacions que defineixen un conjunt de busos de característiques mecàniques com connectors, cables i targetes, a més de protocols elèctrics i senyals. Els busos condicionen en gran mesura la velocitat de processament del sistema ja que són uns dels components del maquinari que té més limitacions.

Els ports entesos com a connectors externs ens permeten connectar els perifèrics a l’ordinador. Els ports més habituals en un ordinador a dia d’avui són:

  • USB (Universal Serial Bus). És l’estàndard més utilitzat per connectar perifèrics.
  • TRS (Tip Ring Sleeve). També conegut com a mini-jack, per a la sortida i entrada d’àudio.
  • VGA (Video Graphics Array). Per a la connexió del monitor.
  • Ethernet o RJ45. El port per a la connexió a internet.
  • HDMI (High Definition Multimedia Interface). Per a la transmissió d’àudio i vídeo digital.
  • Port sense fils Bluetooth.
  • Port sense fils wifi (Wireless Fidelity).

  • Port USB i TRS per a àudio. Font: Bubba73 (Wikimedia)/-70
  • Port USB i TRS per a àudio. Font: Bubba73 (Wikimedia)

  • Connector HDMI. Font: D-Kuru (Wikimedia)/-30
  • Connector HDMI. Font: D-Kuru (Wikimedia)

Targeta gràfica

La targeta gràfica és el component de maquinari que transmet al monitor la informació gràfica que s’ha de presentar a pantalla. És un element clau de l’ordinador per poder processar i generar gràfics d’alta qualitat.

La targeta gràfica realitza dues operacions bàsiques:

  • Interpreta les dades que li arriben del processador, les ordena i calcula el valor de cada píxel de la imatge. Aquest valor l’emmagatzema en la memòria de vídeo per a poder presentar-los a pantalla.
  • Transforma el senyal digital emmagatzemat en la memòria de vídeo a senyal analògic perquè pugui ser representat pel monitor.

  • Targeta gràfica Nvidia. Font: Hyins (Wikimedia)
  • Targeta gràfica Nvidia. Font: Hyins (Wikimedia)

Les targetes gràfiques incorporen la unitat de processament gràfic (GPU, en anglès), que ve a ser un coprocessador dedicat al processament dels gràfics. D’aquesta manera s’allibera la unitat central de processament de l’ordinador per processar altres dades.

En el cas dels videojocs i les aplicacions 3D, la unitat de processament gràfic és fonamental per obtenir un bon rendiment del sistema ja que permet que la CPU es dediqui, per exemple, a calcular aspectes mecànics del videojoc.

Un altre punt a destacar és la capacitat de memòria RAM de la pròpia targeta. A partir de 8 GB cap amunt es considera una bona prestació per a 3D.

Arribats a aquest punt, cal tenir clar quin és l’ús que se li donarà a la targeta gràfica, ja que d’això depèn fer-ne una bona elecció. Bàsicament hi ha tres tipus de targetes gràfiques disponibles al mercat:

  • Targetes gràfiques estàndards, per a aplicacions que no requereixen grans gràfics 2D ni 3D.
  • Targetes gràfiques per a videojocs, especials per processar i presentar ràpidament gràfics a pantalla. Tenen certs components bloquejats i interaccionen amb el programa (videojoc) a través d’una interfície de programació d’aplicacions (Open GL o DirectX o Direct3D).
  • Targetes gràfiques professionals, pensades per a la creació de continguts de vídeo, modelat 3D o disseny per ordinador. Aquestes targetes tenen tots els components alliberats i requereixen, per treballar, controladors i acceleradors especials per a les funcions de 3D i modelat. El seu preu és més elevat.

Sovint, les targetes gràfiques per a videojocs tenen la mateixa estructura que les professionals. L’únic que canvia és que tenen certs complements bloquejats. Però el que pot semblar un desavantatge és també una virtut, ja que si el que es vol és velocitat i qualitat de gràfics per jugar a videojocs, una targeta professional és més lenta que no pas d’una bloquejada per a videojocs.

Pel que fa a les interfícies de programació d’aplicacions (API) amb les que pot interactuar una targeta gràfica, al mercat imperen dos estàndards. Aquestes interfícies estàndards són:

  • OpenGL (Open Graphics Library), un estàndard de codi lliure
  • Direct 3D, desenvolupat per Microsoft Windows

Varietat de targetes gràfiques

Al mercat es pot trobar una gran varietat de targes gràfiques, amb prestacions i preus força dispars. La targeta gràfica, juntament amb el processador, és un dels components on val la pena no escatimar en funcionalitats i, per tant, en diners. Vegeu-ne diversos models a la taula.

Taula: Comparativa de targetes gràfiques estàndard
Professionals Domèstiques
OpenGL optimized DirectX optimized
nVidia Quadro nVidia GeForce
ATI FireGL/ FirePro ATI Radeon

Perifèrics

Els perifèrics són dispositius de maquinari amb els quals l’usuari pot interactuar amb l’ordinador, com poden ser el teclat, el ratolí, el monitor o una tauleta gràfica; emmagatzemar o llegir dades, com ara els discs durs externs o memòries auxiliars, etc.

  • Teclat. Font: Marius Iordache (Wikimedia)
  • Teclat. Font: Marius Iordache (Wikimedia)

Aquests dispositius se solen classificar com a perifèrics d’entrada, que serveixen per introduir dades al PC com per exemple un escànner, i perifèrics de sortida, que serveixen per extreure informació cap a l’exterior, com pot ser una impressora.

Alguns d’aquests perifèrics necessiten programes específics perquè el PC els reconegui i puguin funcionar adequadament. Aquests programes s’anomenen controladors (drivers).

Existeix un ampli ventall de perifèrics d’entrada d’informació a l’ordinador. Des de joystick, comandaments i volants per a videojocs fins a càmeres web. L’únic que es necessita és codificar i introduir dades digitals dins de l’ordinador mitjançant dispositius digitalitzadors específics.

Sistemes d'emmagatzemament

Els dispositius d’emmagatzemament serveixen per desar dades de manera permanent. Aquestes dades poden ser arxius generats, programes o aplicacions que volem emmagatzemar i que no s’esborrin en apagar l’ordinador.

Hi ha diverses tecnologies que s’han usat en la fabricació de dispositius d’emmagatzemament. Els dispositius més habituals per emmagatzemar informació són:

  • Els discs durs, basats en tecnologia magnètica que permeten desar i esborrar un gran volum de dades. Les característiques principals d’un disc dur són la seva capacitat d’emmagatzematge (actualment d’uns quants gigabytes (GB) a un terabyte (TB)), la velocitat de transferència de dades (en MB/s), i el temps d’accés (en milisegons), que alhora ve condicionat per la velocitat de rotació (revolucions per minut).
  • Els sistemes òptics, com ara CD, DVD o Blu-ray, que permeten enregistrar informació però no esborrar-la.
  • Els sistemes magneto-òptics, com els CD-R o els DVD-RW, que permeten enregistrar i esborrar la informació. Són discs regravables.
  • Les memòries d’estat sòlid o memòries flaix (flash RAM), un tipus de memòries derivades de la ROM, ja que no s’esborren en absència d’alimentació, i de la RAM perquè permeten l’escriptura. Es caracteritzen per ser més resistents als cops i especialment molt més ràpides que els discs durs, cosa que fa que cada cop es facin servir més malgrat que encara els seus costos de fabricació són més elevats. El llapis de memòria (pendrive) és el típic exemple de memòria flaix.

  • Memòria Flash SanDisk. Font: Asim18 (Wikimedia)/-30
  • Memòria Flash SanDisk. Font: Asim18 (Wikimedia)

El programari

S’entén com a programari l’equip lògic d’un sistema informàtic que comprèn el conjunt d’elements lògics necessaris que permeten realitzar tasques específiques.

Dins de la paraula programari s’hi inclou una àmplia tipologia de components lògics i de llenguatges de programació que es classifiquen segons la seva proximitat al codi que entén el maquinari. En la relació persona-màquina hi ha diversos nivells de llenguatge. Vegeu la figura.

Els nivells de llenguatge persona-màquina més importants són:

  • Llenguatge màquina
  • Llenguatge assemblador
  • Sistema operatiu
  • Llenguatges d’alt nivell
  • Aplicacions informàtiques
Figura Nivells de llenguatge persona-màquina

La comunicació persona-màquina

L’ordinador, quant a maquinari, només és capaç d’entendre una transcripció directa a codi numèric de la lògica de connexions de l’equip. És el llenguatge màquina.

El llenguatge màquina o codi màquina és un sistema d’instruccions i dades codificat en codi binari que poden entendre els microprocessadors.

El codi binari és un sistema de numeració en el qual tots els nombres es representen utilitzant com a base dues xifres: zero i u (0 i 1). En altres paraules, és un sistema de numeració de base 2, mentre que el sistema que utilitzem més habitualment és de base 10, o decimal.

  • Representació artística de dades. Font: Isaiah van Hunen (Flickr)
  • Representació artística de dades. Font: Isaiah van Hunen (Flickr)

El codi binari és un sistema de numeració en el qual tots els números es representen utilitzant com a base dues xifres: zero i u (0 i 1).

Els ordinadors treballen internament amb dos nivells de voltatge, encès i apagat, cosa que fa que el seu sistema de numeració natural sigui el sistema binari. El conjunt d’instruccions d’aquest llenguatge depèn del fabricant del processador tot i que s’acostumen a basar sobre un estàndard, que depèn de la família de processador sobre el que es treballa (per exemple, x86).

El principal inconvenient d’aquest llenguatge màquina és que no és comprensible pels humans i que depèn del model de processador.

Codi binari: per què ens resulta incomprensible?

En el codi màquina les instruccions són xifres escrites en llenguatge binari i acostumen a efectuar operacions senzilles entre un registre del microprocessador i una cel·la de memòria. Una instrucció consta de dues parts, una primera per al codi de l’operació i una segona per a l’adreça de memòria sobre la qual cal actuar. És un procés molt poc intuïtiu.

El llenguatge màquina és un codi numèric (de 0 i 1) que dona instruccions al microprocessador actuant sobre les seves funcions bàsiques, dient-li les portes que ha d’obrir o tancar, canviant així la memòria. Cal donar les instruccions pas a pas, les adreces de memòria on han d’anar i dir-li on ha de començar el programa.

Aquest llenguatge és molt difícil de fer servir per les persones ja que s’han de dividir els processos a fer en funcions elementals del microprocessador i s’ha d’anar consultant cada vegada el codi numèric corresponent a cada funció.

És per això que amb el temps van aparèixer uns llenguatges més evolucionats, per facilitar la comunicació persona-màquina. El primer va ser el llenguatge assemblador que consisteix en un seguit de codis textuals per fer més entenedores aquestes combinacions binàries.

El llenguatge assemblador segueix els mateixos processos que el llenguatge màquina, però les instruccions es tradueixen per lletres o nemotècnics relacionats amb la funció que fan i, per tant, és més fàcil de recordar per part del programador. Igual que el llenguatge màquina és difícil de programar, però ambdós llenguatges representen la manera d’aconseguir el màxim rendiment i velocitat de l’ordinador.

Posteriorment, es van anar creant llenguatges cada cop més propers a la lògica del raonament humà. Són els llenguatges d’alt nivell, més entenedors per al programador humà, però alhora més allunyats del llenguatge binari que entén la màquina.

Així, com més proper sigui un llenguatge a la lògica humana, més complex és el procés d’interpretació de les seves instruccions a les ordres elementals que pot processar la màquina, que, al capdavall, són les que sempre i en darrer terme acaben funcionant. Aquest procés d’interpretació s’anomena compilació.

D’altra banda, com més compilació requereixi un llenguatge, és probable que la interpretació no aprofiti plenament tots els recursos de l’ordinador com ho faria el llenguatge màquina. Com més baix és el nivell de programació, més control té el programador d’aquests recursos.

En funció de en quin moment es compili la informació, sorgeixen dues branques de llenguatges de programació:

  • Els llenguatges interpretats, que interpreten les dades en el mateix moment en que s’executen. Solen ser més lents.
  • Els llenguatges compilats, que interpreten les dades abans d’executar-se i proporcionen arxius que funcionen directament des del sistema operatiu.

Els llenguatges d’alt nivell, com ara C/C++, i els seus derivats, com Java i Javascript (molt estesos en el món de la programació), són programes que permeten ordenar tasques a l’ordinador mitjançant unes instruccions pròximes al raonament humà, tant en la sintaxi com en la lògica dels seus processos. Aquests llenguatges demanen una formalització molt estricta.

Els sistemes operatius

Un sistema operatiu és un conjunt de programes que realitzen tasques elementals que es fan servir sovint, i de manera repetitiva, i que permeten la relació entre el maquinari i el programari de l’ordinador. Facilita les tasques més freqüents.

Un sistema operatiu és un conjunt de programes que realitzen tasques elementals que permeten la relació entre el maquinari i el programari de l’ordinador.

Un sistema operatiu dirigeix els programes intèrprets o compiladors, copia arxius, controla perifèrics, detecta errors, assigna zones de memòria a programes i dades, gestiona les transferències d’informació internes, optimitza els recursos, etc.

En sistemes d’escriptori i mòbils els sistemes operatius solen funcionar mitjançant interfície gràfica d’usuari (GUI). Aquest sistema actua com a intermediari entre els programes d’aplicació i el maquinari de l’equip.

Alguns dels sistemes operatius més comuns són:

  • Microsoft Windows
  • GNU/Linux
  • Mac OS X
  • Solaris

Un mateix ordinador pot tenir instal·lat més d’un sistema operatiu i funcionar amb cadascun d’ells. En canvi, una aplicació informàtica (programa) se sol crear amb un llenguatge que utilitza recursos d’un sistema operatiu concret i, per tant, no és compatible amb sistemes operatius diferents.

Les aplicacions informàtiques

Els programes d’aplicació són pensats per realitzar finalitats concretes i per a usuaris que no són informàtics de professió. Són fàcils de fer servir, però només poden fer allò per a què estan previstos, cosa que acostuma a ser més que suficient.

Hi ha una gran diversitat de programes d’aplicació. Les àrees més rellevants del camp audiovisual en les quals proliferen els programes d’aplicació són:

  • Retoc fotogràfic
  • Tractament d’imatge, que permeten crear imatges noves o modificar les preexistents.
  • De modelatge 3D, que permeten crear cossos amb volum, textura i il·luminació d’aparença real. D’animació, que permeten moure objectes.
  • D’edició de vídeo o els d’edició de so, que permeten canviar les característiques dels vídeos i àudios.

A cavall entre les aplicacions dirigides a una finalitat concreta i els llenguatges de programació hi ha els llenguatges autor, que permeten dissenyar i fins i tot programar aplicacions concretes amb un cert nivell d’autonomia i amb uns coneixements relativament limitats de programació. En una línia semblant hi trobem els programes editors d’html, que generen i gestionen pàgines web amb continguts multimèdia.

Unitats de mesura de la informació digital

El sistema d’unitats de mesura de la informació es basa en el sistema binari, en què el bit és la unitat mínima d’informació. En aquest sistema de mesures, les magnituds sempre són equivalències de potències de 2.

El bit com a impuls elèctric

El nom de bit ve de cadascun dels petits transistors que formaven els ordinadors més primerencs, els quals podien tenir dos estats. Per extensió, el bit representa cadascun dels impulsos elementals que circulen per l’ordinador.

El bit (b) és la unitat mínima d’informació digital. Pot prendre el valor de 0 o 1.

Un byte equival a 8 bits. El byte es va definir com la quantitat necessària per manipular tot el conjunt de caràcters, mitjançant un codi com l’ASCII. Aquest valor del byte es manté avui dia, fins i tot quan es fan servir codis més amples.

ASCII

L’American Standard Code for Information Interchange (ASCII) és un codi estàndard per a l’intercanvi d’informació que assigna valors numèrics (del 0 al 127, 7 bits de longitud) a les lletres, xifres i signes de puntuació. Existeixen diversos codis ASCII que permeten representar caràcters no anglesos com pot ser la Ç. El més utilitzat és el Latin-1 o ISO-8859-1.

Hi ha certa confusió a l’hora de parlar de bits o bytes, de megabits o de megabytes. Realment no són el mateix. La sigla per anomenar els bits és una b minúscula, mentre que la sigla per referir-se als bytes és una B majúscula. Això fa que sovint es pugui caure en confusions si no es té clar si es parla de bits o bytes.

  • Un byte. Font: Fcarmody (Wikimedia)
  • Un byte. Font: Fcarmody (Wikimedia)

Habitualment, les mesures en informàtica s’expressen en bytes i els seus múltiples. I cal tenir en compte que la progressió d’una magnitud de bytes a una altra va de 1.024 en 1.024, i no pas de 1.000 en 1.000. És a dir, un kilobyte són 1.024 bytes i no pas 1000 bytes mentre que en l’escala de magnituds de bits la progressió sí que va de 1.000 en 1.000. Així, un kilobit són 1.000 bits. Vegeu la taula.

Un kilobyte són 1.024 bytes i no pas 1.000 bytes.

Taula: Unitats de mesura de la informació digital
Magnitud Equivalència
1 bit (b) Unitat mínima
1 nibble o quartet 4 bits
1 byte (B) 8 bits
1 kilobyte (kB) 1.024 B
1 megabyte (MB) 1.024 KB
1 gigabyte (GB) 1.024 MB
1 terabyte (TB) 1.024 GB
1 petabyte (PB) 1.024 TB
1 exabyte (EB) 1.024 PB
1 zettabyte (ZB) 1.024 EB
1 yottabyte (YB) 1.024 ZB
1 brontobyte (BB) 1.024 YB
1 geopbyte (GeB) 1.024 BB

Tipologia d'equips informàtics

Els equips informàtics tenen unes arquitectures diferents en funció de l’ús al qual va adreçat l’equip. Segons les aplicacions i els destinataris, els equips informàtics es poden classificar de la següent manera:

  • Ordinadors personals
  • Sistemes servidors
  • Equips incrustats

L’arquitectura d’ordinadors és el disseny conceptual i l’estructura operacional fonamental d’un sistema informàtic, posant especial interès en com treballa internament el processador.

L’ordinador personal, popularment conegut com a PC (personal computer), és l’equip informàtic més estès i popular. Els PC abasten un ampli ventall de funcionalitats. La majoria es basen en les plataformes dels fabricants Intel, AMD o Mac, i amb sistemes operatius d’interfície gràfica d’usuari (GUI) i tecnologies sense fil.

Els ordinadors personals es classifiquen en funció de les seves aplicacions de la següent manera:

  • PC d’ofimàtica. Són ordinadors d’ús típic en oficines per processar textos, fulls de càlcul, correu electrònic, etc. Requereix les prestacions estàndards: gràfics 2D en resolucions normals, comunicacions de xarxa i per a internet. Són relativament econòmics.
  • Estacions de treball (workstations). Són ordinadors d’alta qualitat dissenyats per a aplicacions tècniques, connectats en xarxa i utilitzats principalment per una sola persona. Les seves prestacions són molt específiques i de gamma molt alta.
  • PC d’ús domèstic. Els equips informàtics de la llar estan pensats per a tasques d’ofimàtica, internet i videojocs. Les prestacions d’aquests PC són mitjanes, sobretot en qüestió de gràfics 2D i 3D i memòria RAM per a videojocs, tot i que no són màquines per aconseguir un alt rendiment per a videojocs 3D.
  • Portàtils. Originalment pensats per ser una oficina mòbil, avui dia ocupen molts àmbits d’ús. Les seves prestacions van en funció de l’aplicació que si li donarà. Els portàtils compten amb materials i components especials pensats per a un baix consum d’energia (bateries), connexió sense fils i una refrigeració el més eficaç possible. El seu cost és inversament proporcional al seu pes.

  • Portàtil. Font: Alejandro Escamilla (Unsplash)/-30
  • Portàtil. Font: Alejandro Escamilla (Unsplash)

  • Telefonia mòbil. Els telèfons intel·ligents (smart phones) són els ordinadors personals en més expansió. Són una fusió de molts dispositius en un únic aparell multifuncional amb milers d’aplicacions i enormes possibilitats multimèdia sobre internet. Els seus sistemes operatius i microprocessadors són específics: Android, IOS, Symbian…
  • Tauletes digitals. Són dispositius basats en sistemes operatius propis dels telèfons mòbils. El boom de les tablets ha anat directament relacionat amb l’expansió de les xarxes sense fils (wifi) i l’augment dels consum d’audiovisuals i multimèdia. Permeten una gran mobilitat, rapidesa d’ús, qualitat gràfica i un assortiment d’aplicacions gratuïtes de tot tipus.

  • Telèfon intel·ligent i tauleta digital. Font: Lauren Mancke (Unsplash/-30
  • Telèfon intel·ligent i tauleta digital. Font: Lauren Mancke (Unsplash

  • Híbrids. Al mercat apareixen productes que són combinacions de diversos dispositius, com poden ser els tablet PC, mescla d’ordinadors personals portàtils i tauletes digitals.

El servidor informàtic és un altre tipus d’equip informàtic. Es tracta d’un sistema amb un maquinari equipat d’un programari capaç de rebre peticions d’altres màquines i donar les respostes adequades. Els servidors poden oferir un sol servei o més d’un. En cas que els serveis necessitin una gran capacitat de processament, poden requerir i disposar de diverses màquines per executar un mateix servei.

Els servidors operen sota l’arquitectura de client-servidor. Els servidors són programes que responen a les peticions d’altres programes, els clients. Segons les necessitats, el servidor pot formar part de la xarxa interna de l’empresa o pot ser accessible des d’Internet per tota mena de clients.

Els avantatges de treballar amb servidors són:

  • Millora de rendiment
  • Augment de la seguretat informàtica
  • Disponibilitat sense interrupció 24 hores al dia.

Hi ha de diversos tipus de servidors especialitzats en els diferents àmbits de processament de dades. Els servidors més usuals són:

  • Servidors de fitxers, web, correu, notícies, etc.
  • Servidors virtuals
  • Servidors d’emmagatzematge massiu
  • Servidors d’aplicacions i càlculs

Els equips incrustats (embedded systems) són equips informàtics especials integrats per realitzar funcions molt específiques en un sistema electrònic superior. Solen estar fabricats amb maquinari i programari específic per a la funció que han de desenvolupar. Es poden trobar equips incrustats en processos de producció industrials, control i monitorització de robots, trànsit, medicina, i de manera més específica en GPS, navegadors, sistemes d’alarmes, etc.

Estacions de treball

Es treballa amb ordinadors d’alta qualitat fabricats per realitzar aplicacions tècniques, connectats en xarxa i utilitzats principalment per una sola persona.

Les estacions de treball són ordinadors d’alta qualitat dissenyats per a un funcionament òptim amb un programari específic per a la realització d’unes tasques concretes.

  • Estació de treball MAC per a imatge. Font: Tranmautritam (Pexels)
  • Estació de treball MAC per a imatge. Font: Tranmautritam (Pexels)

Els usos de les estacions de treball estan especialitzats en altes prestacions per a:

  • Gràfics 2D i 3D
  • Tractament de vídeo
  • Tractament d’àudio
  • Processos de càlculs intensius

La combinació d’aquestes prestacions dona com a resultat ordinadors dissenyats específicament per a imatge, enginyeria o animació 3D, per exemple.

Les estacions de treball solen incorporar les següents característiques:

  • Processadors d’altes prestacions o equips multiprocessadors
  • Subsistemes gràfics d’alt nivell
  • Sistemes de doble pantalla d’alta qualitat
  • Gran quantitat de memòria RAM
  • Gran capacitat d’emmagatzematge
  • Perifèrics especialitzats

Analògic contra digital

La dicotomia analògic-digital és una qüestió que sorgeix sempre que es tracten temes d’informàtica, cinema, televisió o audiovisuals en general.

Els nostres sentits capten de manera analògica la realitat que ens envolta. El món tangible és físic i, per tant, analògic. Les imatges i els sons que percebem són analògics.

Un exemple de fenomen analògic és el so. El so d’un tro en una tempesta elèctrica, el percebem gràcies a la vibració física de les molècules (pressió) que s’expandeixen a través de l’aire i són captades per les nostres orelles i processades elèctricament pel cervell.

Entenem com un sistema analògic el senyal les magnituds del qual es representen mitjançant variables contínues, anàlogues a les magnituds que donen lloc a la generació del senyal. I que té un fonament físic, tangible.

Un senyal analògic és un voltatge o corrent elèctric que varia de manera suau i contínua i que es fonamenta en un component físic.

En contraposició, els sistemes digitals no treballen directament amb components físics, sinó que funcionen amb informació. Una informació basada en la majoria de cops en codi binari.

El senyal digital és un senyal discret basat en informació binària que pot ser processada per l’ordinador.

La majoria de sistemes audiovisuals, de televisió, de cinema i d’animació funcionen avui dia de manera digital, perquè ofereixen un món de possibilitats il·limitades, la més fonamental de les quals és poder treballar amb ordinadors i per tant, amb internet.

Procés de conversió analògic digital

Els diversos aparells i dispositius de captació de so i d’imatge (per exemple, una càmera fotogràfica digital) tenen un fonament analògic en una primera fase de captació de la imatge (senyal elèctric) que transformen a senyal digital.

Per poder tractar la imatge i el so amb ordinadors cal convertir el senyal electrònic continu analògic que capten els diversos dispositius a un conjunt de números o valors que es representaran mitjançant un senyal digital (zeros i uns). Aquest procés se’l coneix com la conversió d’analògic a digital .

El procés de conversió analògic-digital es realitza en 3 fases separades (vegeu la figura).

Figura Conversió analogic-digital

Aquestes fases són:

  • El mostreig del senyal analògic. Es tracta d’obtneir valors puntuals de tots els valors continus del senyal analògic original. En aquesta fase se sostreu el senyal analògic a intervals regulars i prou pròxims per a que la successió de mostres descrigui correctament la forma del senyal original. Un concepte molt important és la freqüència de mostreig a la qual es processarà el senyal. Aquesta freqüència, com més elevada és, de més qualitat i fidelitat dota al senyal digital, però augmentarà molt notablement el volum de dades que el dispositiu ha de gestionar. El resultat del mostreig és un conjunt nombrós però discret i finit de valors numèrics del senyal que estem digitalitzant.
  • La quantificació. Aquest procés consisteix a expressar els valors obtinguts durant el mostreig a codi binari per tal que es puguin tractar per ordinador. El procés de quantificació converteix unes quantitats que pel seu origen analògic podien prendre en principi qualsevol valor (entre un mínim i un màxim) en unes altres que només poden prendre alguns valors determinats aproximats. En la quantificació s’assignen el nombre de bits necessaris per a cada mostra. Aquesta quantitat de bits determina en part la precisió de la conversió. Si a una mostra li dediquem 8 bits (28) a la quantificació, podem escollir entre 0 i 255 valors. En canvi, si li dediquem 16 bits (216), podem assignar valors entre 1 i 65.536 a la mateixa mostra. Per tant, tenim més precisió per descriure la mostra, més detall i més fidelitat.
  • La codificació. Un cop mostrejat i quantificat, el senyal analògic original ha estat convertit en un conjunt nombrós de valors numèrics binaris. En el procés de codificació, es descriu la manera com la informació binària és representada com un senyal elèctric per tal que es pugui transmetre o enregistrar.

Freqüència de mostreig

És el nombre de mostres per unitat de temps que es pren d’un senyal analògic per produir un senyal discret en el procés de conversió analògic-digital. S’expressa en hertzs.

Uns aspectes importants a tenir en compte en el procés de conversió digital són:

  • La relació senyal-soroll. El grau de distorisó que es produeix en el procés de conversió entre el senyal original i el senyal resultant.
  • Detecció i correcció d’errors. Malgrat la gran fiabilitat que dona la codificació digital, els processos d’enregistrament, lectura i transmissió introdueixen errors que poden donar lloc disfuncions. Per això, és important realitzar un control de qualitat abans d’acabar el procés de digitalització. Els sistemes de detecció i correcció d’errors estan basats en la idea d’afegir redundància a les dades originals. Així, es comparen els senyals i si es detecten errors, s’esmenen.

El soroll d’un senyal s’entén com la distorsió: dades no desitjades sense significat aparent provinents d’altres activitats que se sumen al senyal i el modifiquen.

La imatge digital

Igual que la resta de dades que tracta un ordinador, la imatge digital no és més que una combinació de codi binari que es mostra gràficament a través del monitor. La imatge digital pot ser generada directament a través de l’ordinador o bé digitalitzada de manera externa.

Generació i tractament d'imatges

A l’hora d’introduir la informació visual a l’ordinador hi ha dos procediments conceptualment molt diferents, però amb resultats relativament equiparables:

  • Generació de gràfics
  • Digitalització d’imatges

En les tècniques de generació de gràfics la imatge es crea directament a l’ordinador. Aquest tipus d’imatges s’anomenen imatges sintètiques.

El procés més habitual de generar imatges sintètiques és dibuixant amb una tauleta gràfica, amb un ratolí, amb un llapis òptic o amb un dispositiu semblant. I amb un programa de dibuix d’alt nivell que té un ample conjunt de funcions de creació i transformació de figures. En són un exemple els programes de modelatge en 3D que permeten construir un objecte tridimensional a partir de les tres projeccions sobre els tres plans de coordenades. Aquesta és l’opció bàsica en les pel·lícules d’animació.

Una altra possibilitat de generar gràfics en l’ordinador és escriure codi directament en memòria mitjançant un programa (escrit, per exemple, en llenguatge C o en assemblador) que col·loqui els bits corresponents de la manera adient per obtenir la imatge desitjada. Això és poc operatiu i és el que fan els programes de dibuix i de 3D amb una interfície molt més intuïtiva, però permet el màxim control possible sobre la imatge digital.

El pes d’un arxiu informàtic equival a la quantitat de bits d’informació que conté.

Les tècniques de digitalització d’imatges converteixen una imatge analògica (videogràfica, fotogràfica o de paper) en un arxiu informàtic, és a dir, en un fragment d’informació binària que pot processar un ordinador i que, per tant, es podrà col·locar com una part de la seva memòria RAM o desar-se en qualsevol perifèric.

Totes les imatges de la realitat enregistrades directament amb càmeres o dispositius digitals entren en aquesta categoria.

Un cop convertida en un arxiu no hi ha cap diferència entre un gràfic i una imatge: es tracta d’una memòria de vídeo que amb l’ordinador es pot tractar i retocar exactament igual, independentment de l’aspecte que pugui tenir per a nosaltres. El tractament de la imatge és independent del seu origen i sovint es barregen en un sol resultat parts provinents de la realitat amb parts construïdes directament.

Exemple de Tiranosaurus Rex integrat

Un exemple clàssic de combinació d’imatges sintètiques amb imatges digitalitzades és el Tiranosaurus Rex del film Parc Juràssic (1993), d’Steven Spielberg. Els primers plans es van fer amb fragments de maquetes de l’animal de mida real muntades sobre simuladors de vol per donar-los moviments realistes, mentre que els plans generals on sortia el dinosaure de cos sencer eren completament sintètics. La integració era inapreciable. Per tant, una bona feina feta ja fa més de 20 anys.

Es distingeixen dues grans branques dins de les imatges digitals en funció de la seva naturalesa: les imatges de mapes de bits i les imatges de vectorials. És bo conèixer les particularitats de cadascuna per poder decidir amb fonament quin format s’adequa més a les necessitats tècniques de cada projecte. Vegeu un exemple de mapa de bits i de vectors en la següent figura.

Figura Exemple d’imatge de mapa de bits i vectorial

En el cas de projectes d’animació 2D per ordinador és important triar amb quin format d’imatge es treballa, ja que les prestacions no són les mateixes. Tot i així, la majoria de programari pot treballar amb ambdues tipologies d’imatge. Per exemple, el programa Toon Boom Animation brinda l’oportunitat de generar animació 2D tant a partir de mapes de bits com d’imatges vectorials.

Mapes de bits

Els mapes de bits són les imatges digitals més habituals. També se les anomena imatges raster o bitmaps.

En termes generals, les imatges de mapes de bits són idònies per representar fotografies (captades amb càmeres fotogràfiques) i imatges amb degradats tonals en les quals la progressió de color és important. Així doncs, els mapes de bits ofereixen un alt grau de detall.

  • Fotografia en format mapa de bits de la costa Big Sur d'Estats Units. Font: Richard Nolan (Unsplash)/-20
  • Fotografia en format mapa de bits de la costa Big Sur d'Estats Units. Font: Richard Nolan (Unsplash)

Per contra, els mapes de bits perden qualitat i nitidesa quan s’escalen per sobre del 100% de la seva mida real, el seu pes sol ser major i la seva versatilitat a l’hora de manipular-les no és tan alta com les vectorials. Un dels programes que treballa amb mapes de bits és l’Adobe Photoshop.

La imatge de mapa de bits està formada per una sèrie de files i columnes compostes per píxels, petits punts lluminosos que disposats de manera seqüencial formen l’entramat de la imatge (vegeu la figura).

Píxel

Unitat mínima que forma una imatge de mapa de bits. El seu nom prové de la contracció dels mots anglesos picture i element.

Figura Píxels d’una imatge digital

Els píxels d’una imatge venen definits, cadascun d’ells, per bits (zeros i uns del llenguatge binari). Prenent com a exemple una imatge que només té dos colors, blanc pur i negre pur, només cal un bit per definir cada píxel. Si el píxel que s’ha de representar és blanc, el bit per a aquest punt conté un 0. Si s’ha de representar el color negre, el bit conté un 1. Vegeu la figura.

Figura Representació en codi binari d’una imatge

La quantitat de bits que es necessiten per representar cada píxel de la imatge s’anomena profunditat de color. En el cas d’aquesta imatge en blanc i negre pur, la profunditat de color és d’1 bit.

La profunditat de color d’una imatge és la quantitat de bits que es necessiten per representar cada píxel.

La profunditat de color es representa matemàticament mitjançant una potència en base 2 elevada al número de bits. En el cas més senzill, el d’una imatge formada només per dos colors, la seva expressió és: 21. La quantitat de memòria necessària per emmagatzemar una imatge és força gran. Per calcular el pes d’una imatge cal multiplicar el nombre de píxels que la conformen per la seva profunditat de color.

Seguint amb l’exemple d’una imatge formada només per dos colors, és a dir, amb profunditat de color 21, i suposant una resolució de 640 columnes i 480 línies (la més baixa dels ordinadors personals actuals), l’operació per a calcular-ne el seu pes és la següent:

La resolució és la precisió de detall d’una imatge de mapa de bits. Es representa pel nombre total de píxels per alçada i per amplada i es mesura en píxels per polzada (ppi, en anglès), la quantitat de píxels que hi ha en una polzada (2,54 cm).

La resolució és la precisió de detall d’una imatge i relaciona el nombre total de píxels per alçada i per amplada. Es mesura en píxels per polzada (ppi).

Vegeu les particularitats del color al mòdul Color, il·luminació i acabats 2D i 3D.

La memòria necessària per emmagatzemar una sola imatge augmenta cada cop que afegim un nou bit per a cada píxel. Per exemple, per a la imatge de mapa de bits típica, de 16.777.216 colors, es necessita una profunditat de color de 8 bits per píxel per a cada un dels tres colors fonamentals: vermell, verd i blau. És a dir, 28 per a cadascun dels tres canals:

O el que és el mateix:

La informació de color de les imatges es distribueix en tres canals: un canal per al color vermell, un canal per al color verd i un altre canal per al color blau, formant així el color RGB propi de la síntesi de color additiva.

Tots aquests bits d’informació per representar la imatge a pantalla s’emmagatzemen en una reserva de la zona de la memòria RAM de l’ordinador que s’anomena memòria de pantalla o memòria de vídeo.

Imatges vectorials

Un gràfic vectorial és una imatge bidimensional formada a partir de diversos vectors. Els gràfics vectorials es basen en l’ús de primitives geomètriques bàsiques o per polígons que es generen a través d’equacions matemàtiques, com és el cas del modelatge 3D poligonal o basat en NURBS.

  • Imatge vectorial de la cara de Michael Jackson. Font: Igor Sunjic (Wikimedia)
  • Imatge vectorial de la cara de Michael Jackson. Font: Igor Sunjic (Wikimedia)

Un gràfic vectorial és una imatge bidimensional formada a partir de diversos vectors matemàtics. Aquestes imatges es poden escalar i manipular de manera molt versàtil sense perdre qualitat.

Les figures geomètriques bàsiques en les quals es basen els gràfics vectorials són:

  • Els punts
  • Les línies
  • Els polígons
  • Els cercles i les elipsis
  • Les corbes Bézier
  • Les corbes spline
  • Les corbes NURBS

Cal dir, no obstant, que l’ordinador al final sempre acaba representant les imatges vectorials al monitor com a mapes de bits, ja que les pantalles estan constituïdes per píxels.

Els avantatges de treballar amb imatges vectorials són:

  • Solen requerir menys espai d’emmagatzemament que els mapes de bits.
  • Es poden escalar indefinidament.
  • La seva manipulació és més flexible.
  • Es poden desar les transformacions i modificar-les més endavant.

Per contra, les imatges vectorials tenen certes limitacions. Els principals desavantatges dels gràfics vectorials són:

  • No són bons per representar fotografies o degradats tonals basats en la captació real.
  • La seva visualització per pantalla sempre ha de ser traduïda a píxels a darrera instància.
  • Requereixen un processador prou potent per realitzar els càlculs per a formar la imatge final a pantalla.

Les principals aplicacions de les imatges vectorials són en la generació de gràfics 2D i 3D per ordinador, en els llenguatges de descripció de documents com, per exemple, els PDF (Portable Document Format), o en les tipografies. Programes com Adobe Animate (antic Flash), Illustrator o el mateix Maya treballen sobretot amb gràfics vectorials.

El senyal de vídeo digital

Per digitalitzar senyals analògics es necessiten circuits capaços de llegir milers de mostres per segon i quantificar-les.

En el cas del senyal de vídeo, el volum de dades encara és més elevat ja que l’ample de banda del senyal de vídeo és mil vegades més gran que el del so, per exemple.

Genèricament parlant, l’ample de banda és la quantitat de dades per unitat de temps d’un senyal.

Existeixen uns protocols per homogeneïtzar el procés de digitalització de vídeo per tal d’unificar formats. D’aquesta manera, és igual quin sigui l’origen del senyal de vídeo (si PAL, NTSC o SECAM) ja que se seguiran els mateixos procediments per crear el senyal digital.

Aquests protocols estableixen que s’ha de prendre com a referència de senyal analògic original el senyal de vídeo per components, que treballa amb la luminància (Y) i les dues crominàncies (V=R-Y i U=B-Y) per separat, i que la freqüència de mostreig estàndard per digitalitzar la luminància és de 13,5 Mhz.

Per al cas dels sistemes de vídeo amb resolució 16:9 s’augmenta la freqüència de mostreig d’Y fins a 18 Mhz.

RGB és l’acrònim que designa l’estàndard del tractament del senyal de vídeo pels seus components, fent referència als cables components de vídeo.

Diversitat de senyals de vídeo

El senyal de vídeo analògic pot prendre forma en diversos formats. Un d’ells és el vídeo compost i un altre el vídeo per components.

El senyal de vídeo per components és aquell que es divideix en dos o més components. Popularment, s’utilitza per referir-se a la informació de vídeo analògica que és transmesa o guardada en tres senyals separats. El vídeo per components contrasta amb el vídeo compost, on la informació de vídeo està combinada en un sol senyal de nivell únic. El vídeo per components no porta informació d’àudio i porta els impulsos de sincronisme per separat.

El resultat de la digitalització del senyal de vídeo són una sèrie de formats que s’expressen relacionant la freqüència de mostreig emprada per a cadascun dels tres senyals del vídeo per components.

Formats de vídeo digital

El format bàsic de vídeo digital és el 4:2:2, amb una quantificació de bits per píxel (210). Aquesta relació numèrica ens indica que el senyal de lluminància (Y) s’ha mostrejat en una freqüència el doble de gran (13,5 Mhz que els senyals de crominància V i U (6,75 Mhz).

D’aquesta manera, es poden trobar diversos formats de vídeo digital. Alguns exemples:

  • 4:4:4, per a aplicacions que requereixen una altíssima qualitat de color com poden ser els chroma.
  • 4:1:1, per a senyals que pesin menys.
  • 4:2:0, que és el format estàndard per a la difusió de vídeo digital.

La relació d'aspecte

La relació d’aspecte (en anglès, aspect ratio) és un concepte que descriu les dimensions d’un format audiovisual.

La relació d’aspecte relaciona l’amplada amb l’alçada del format.

La relació d’aspecte es pot expressar de diverses formes en funció del mitjà, però sempre indica el mateix: la relació de punts o píxels d’alçada per amplada.

De vegades s’expressa abans l’amplada, i de vegades l’alçada. El que ha de quedar clar és que el format audiovisual, ja sigui televisiu, de vídeo o de cinema, és sempre apaïsat, més ample que alt.

Així, trobem que en vídeo o televisió és habitual expressar la relació d’aspecte amb expressions com 4:3, 16:9, etc. Prenent com a exemple el format panoràmic 16:9, aquest valor indica que per a 16 píxels d’amplada n’hi haurà 9 d’alçada.

En cinema la relació d’aspecte se sol expressar relacionant una unitat d’alçada per la quantitat d’amplada, com per exemple 1:1,85. Aquesta relació ens indica que a 1 píxel o punt d’alçada li corresponen 1,85 punts o píxels d’amplada.

Un altre factor a tenir en compte és la mida i proporcions del píxel: pot ser quadrat (square pixel), panoràmic, anamòrfic…, en funció de la relació d’aspecte i la resolució del format.

Les relacions d’aspecte més habituals per a vídeo i televisió són:

  • Format quadrat 4:3, l’estàndard “antic” de televisió
  • Format panoràmic 16:9, l’estàndard actual de senyal d’alta resolució
  • Altres formats basats en cinema

Vegeu els formats cinematogràfics en la secció “Formats i suports cinematogràfics” d’aquest mateix apartat.

Vegeu en la figura les proporcions de pantalla en funció de la relació d’aspecte.

Figura Proporcions de pantalla en funció de la relació d’aspecte

El senyal de vídeo i televisió d’alta definició (high definition, HD) permet veure la imatge amb molta més resolució. La imatge és més detallada, més nítida, de més qualitat, i això també permet veure el senyal de vídeo en pantalles més grans i de més a prop, sense que es percebi l’entramat de les emissions en format estàndard.

El senyal d’alta definició (HD) permet veure la imatge amb molta més resolució, més detallada, més nítida, de més qualitat.

El format apaïsat de l’HD (16:9) s’adapta molt millor a la fisiologia humana dels ulls i proporciona la sensació de tenir una visió molt més àmplia. L’alta definició també aporta millores en aspectes relacionats amb el so. Per tenir l’alta definició, tant l’emissor (canal de televisió, consola de videojocs, portal d’internet) com el receptor han de disposar de la tecnologia.

Fins fa poc el senyal estàndard de vídeo digital es basava en el senyal digital vídeo (DV), que presenta una resolució de 576 píxels d’alçada per 720 píxels d’amplada, amb un total de 414.720 píxels a 25 vegades per segon (25 fps corresponent al sistema PAL).

El senyal HD es presenta bàsicament en dos possibles formats per a emissió de televisió:

  • 720p50: 720 x 1.280 píxels = 921.600 píxels, a 50 vegades per segon (progressiu).
  • 1080i25: 1.080 x 1.920 píxels = 2.073.600 píxels, a 25 vegades per segon (entrellaçat).

És a dir, que l’HD ofereix, en qualsevol dels dos formats, fins a cinc cops més informació que la que ofereix el senyal DV. La diferència entre progressiu (p) i entrellaçat (i) afecta sobretot l’emissió del senyal HD en televisió. La diferència rau en el sistema en què es conforma la imatge.

  • En el mode progressiu s’envia una imatge sencera descomposta en 720 línies cada 1/50 de segon. En imatges amb moviments ràpids, el format de 720 p dóna més fluïdesa i més estabilitat a la imatge que el format 1.080 i.
  • En el mode entrellaçat la imatge es descompon en 1.080 línies però cada 1/50 de segon el que s’envia (i es reprodueix) és la meitat d’aquestes línies. Primer s’envien, i es mostren, les 540 línies parells i després les 540 senars. I és l’ull el que les integra com un tot. Però, de fet, la realitat és que tenim una imatge sencera cada 1/25 de segon. En imatges estàtiques o quasi estàtiques (moviments lents) el format 1.080 i aporta més nitidesa i detall a la imatge que no pas el format 720 p.

Pel que fa al senyal de vídeo HD per a internet és necessària, per a una reproducció satisfactòria, una amplada de banda que permeti descarregar dades a una velocitat d’entre 5 i 10 megabits per segon.

En general, s’utilitzen dues qualitats de vídeo en HD per a internet:

  • HD 720, de 720 línies. Mida de la imatge en format 16:9, 1.280 píxels x 720 línies, en format 4:3, de 960 píxels x 720 línies. Bitrate a partir de 2,5 megabits per segon (Mb/ps) es considera que el bitrate és acceptable, tot i que es pot efectuar a 1 o 1,5 Mb/ps en funció de les necessitats de qualitat i de l’amplada de banda de l’usuari. En general, a internet es poden trobar vídeos HD 720 amb un bitrate de 4 Mb/ps. (Els vídeos de qualitat estàndard que no són HD solen tenir un bitrate aproximat de 0,5 Mb/ps,) Per a una bona reproducció d’HD a internet calen com a mínim 24 fps. Àudio: per a una satisfactòria reproducció de l’àudio en HD són òptimes una velocitat de transmissió de 128 kilobits per segon (kb/ps) i una freqüència de 44 quilohertz (kHz). Formats: s’empren diversos formats per als vídeos en HD. Els més utilitzats són l’H.264/AACz, el Windows Media Video i el DIVX.
  • HD 1080, de 1.080 línies. Mida de la imatge en format 16:9, de 1.920 píxels x 1.080 línies, en format 4:3, de 1.440 píxels x 1.080 línies. Bitrate a partir de 3,5 Mb/ps es considera acceptable. En general a internet podem trobar vídeos en HD 1.080 amb un bitrate de 6 Mb/ps. A partir de 24 f/ps. Formats: igual com en l’HD 720, destaquen l’H.264, el Windows Media Video, i el DIVX.

  • Resolucions de vídeo digital. Font: Doorknob747 (Wikimedia)
  • Resolucions de vídeo digital. Font: Doorknob747 (Wikimedia)

Per sobre de l’HD hi ha les resolucions 2k, 4k, 8k, que són formats de molt alta qualitat emprats en el cinema digital i, gradualment, en alguns formats domèstics com els discs Blu-ray a 4K. Vegeu en la figura la relació de les diverses resolucions de vídeo digital.

Figura Relació de les diverses resolucions de vídeo digital

Compressió digital

El senyal digital pur pesa molt. Per emmagatzemar les imatges digitals es necessita una quantitat de memòria força gran. Això presenta un problema d’espai d’emmagatzematge, però també comporta un problema d’ample de banda i de reproducció de l’arxiu en temps real.

Per aquest motiu, es procedeix a la compressió del senyal, amb l’objectiu de reduir la quantitat d’informació que s’ha de processar. En els projectes 3D és vital conèixer les tècniques de compressió d’imatge, especialment en el cas de la renderització, moment en què es tradueix tot el projecte animat a seqüències d’imatges fixes d’altíssima qualitat.

Les diverses tècniques de compressió tenen dues finalitats principals:

  • Convertir la informació en altres formes equivalents que pesin menys.
  • Eliminar la redundància, és a dir, no transmetre de nou una informació que es pot reconstruir a partir d’una altra que ja ha estat transmesa amb anterioritat.

Dins de la compressió digital, es distingeixen dues branques de compressió diferents:

  • La compressió sense pèrdua. Consisteix a codificar la mateixa informació però de manera diferent, intentant reduir el pes de l’arxiu. S’utilitza sobretot per a aplicacions en la que es necessita de la màxima rigorositat i fidelitat del senyal, com poden ser aplicacions científiques, mèdiques o de control aeronàutic. Un exemple més mundà de compressió sense pèrdua són els programes zip que permeten reduir les dimensions dels arxius per a poder-los enviar més ràpidament.
  • La compressió amb pèrdua. Aquest tipus de compressió es basa en la premissa que no cal mostrar més informació que la que l’usuari és capaç d’apreciar. En aquest grup hi inclouríem els mp3 de música. A la compressió amb pèrdua un concepte important és el bit rate: la taxa de bits amb què les dades s’emmagatzemen o es transmeten. Aquesta magnitud va lligada amb la qualitat de vídeo: un bit rate elevat aporta un senyal de més qualitat, però ocupa molt més ample de banda per transmetre’s. El bit rate pot ser constant o variable.

Els còdecs són els algorismes encarregats de la compressió i la descompressió dels arxius que s’han de comprimir. El procés de compressió no es fa sempre en temps real, sinó que es poden utilitzar ordinadors especialitzats més potents per obtenir millors resultats i una compressió més gran. Quant a la descompressió, sí que és important tenir present la velocitat en què es produeix ja que és l’usuari qui l’executa i, per tant, qui ha d’esperar que finalitzi la tasca.

Un algorisme és un conjunt finit d’instruccions o passos que serveixen per executar una tasca o resoldre un problema.

Avui dia, és habitual treballar amb vídeo amb els ordinadors personals, a internet i en qualsevol àmbit de comunicació digital que funcionen a qualitat MPEG, entre d’altres, en temps real i a plena pantalla. Això és possible gràcies a la compressió que Quick Time, d’Apple, i el vídeo en format .avi, de Microsoft Windows, van introduir en el seu moment.

La compressió actual és una barreja de tècniques que sovint són adaptatives, que canvien en funció del contingut que s’ha de comprimir. Amb l’aplicació successiva de diverses tècniques es poden aconseguir compressions extraordinàries.

Compressió de la imatge fixa

La compressió d’imatges fixes s’anomena compressió intraframe, ja que afecta tan sols a un fotograma. Hi ha diverses tècniques per comprimir. Algunes són més senzilles i d’altres, més complicades.

Les tècniques de compressió d’imatges fixes més habituals són:

  • Tècniques simples. Aquí s’inclouen les tècniques de compressió més senzilles, com ara el retall d’informació, l’indexat de colors o les codificacions RL o LZW (algorismes de compressió de diferents desenvolupadors), que funcionen molt bé per comprimir imatges sintètiques amb àmplies zones del mateix color. Un exemple de tècniques simples és el format GIF de CompuServe, que fa servir una tècnica d’indexat de colors que tradueix la imatge a una paleta generalment de 256 colors, per posteriorment aplicar una tècnica LZW. O el format PNG (Portable Network Graphics), que aplica directament una tècnica LZW a una imatge sense indexar i que pot tenir molts colors. El PNG és un format sense propietari.
  • Tècniques interpolatives. Es basen en la transmissió d’un subconjunt del total de píxels de la imatge i la posterior restitució dels píxels suprimits mitjançant determinats algorismes d’interpolació.
  • Tècniques predictives. Connsisteixen a emmagatzemar informació d’un determinat element (píxel, línia, fotograma o mostra de so) i emprar-lo per preveure, desant les diferències, el següent element. Per tant, el procés de descodificació va reconstruint cada element a partir de les diferències amb els anteriors, cosa que pot fer que els errors es vagin acumulant. Per evitar això, aquestes tècniques inclouen posades a punt de la informació periòdiques.
  • Tècniques de transformada. Es basen en transformacions que converteixen la informació a una forma equivalent però que permet una major compressió. Tota transformada té una inversa que fa reversible el procés. Una tècnica de transformada serà efectiva si aconsegueix bons resultats amb càlculs fàcils d’implementar i que funcionen ràpidament.
  • Tècniques de codificació estadística. Aprofiten la distribució estadística dels valors a la imatge o al conjunt de dades resultant d’una compressió anterior per reduir el nombre de bits necessaris. En general, codifiquen els valors més freqüents amb un nombre menor de bits i els més rars, amb un nombre major. Amb això, el nombre total de bits necessaris es redueix. També s’anomenen de codificació entròpica.

ISO

L’Organització Internacional per a l’Estandardització (ISO) és una organització no governamental composta per diferents representants d’organismes de normalització de més de 150 països. La seva funció és elaborar estàndards i normes internacionals per a la indústria i el comerç.

La majoria de formats fan una combinació de les diverses tècniques. N’és un exemple el popular format JPEG (Joint Photographic Experts Group), un conjunt estàndard d’algorismes definits per un grup de l’ISO (International Standard Organization), que implementa una rera l’altra les diverses tècniques intraframe: transformada discreta, codificació RL, codificació estadística, entre d’altres. Els programes que l’incorporen permeten escollir el nivell de compressió: a més qualitat, arxiu més gran. Internament, l’algorisme JPEG implementa les seves diverses tècniques de la manera més adient per obtenir el resultat desitjat.

Compressió de vídeo digital

Emmagatzemar i processar senyal de vídeo digital requereix d’una quantitat de memòria força gran. El processador central o el processador gràfic es poden col·lapsar davant un volum de dades molt elevat que s’han de representar a temps real.

En la compressió de vídeo s’empren, en primer lloc, tècniques d’imatges fixes seguides de tècniques específiques per a la detecció de redundàncies entre fotogrames.

La redundància temporal entre fotogrames consecutius permet noves tècniques de compressió per a la imatge en moviment, conegudes com a tècniques d’estimació de moviment (motion compensation) compressió interframe.

La tolerància visual amb la imatge en moviment de les persones és més alta que amb les imatges fixes. És a dir, amb el vídeo es té menys temps per fixar-se en una imatge en concret i, per tant, no som tan audaços a detectar detalls. Aprofitant aquesta circumstància, es pot jugar amb la compressió que elimina la informació redundant entre dos o més fotogrames adjacents.

Es tracta de crear el nou fotograma amb el màxim possible d’informació de l’anterior. El problema que es presenta amb una imatge de vídeo real és definir quines parts són realment estacionàries, les redundants en diversos fotogrames, tenint en compte que el soroll pot modificar imperceptiblement un color i donar un valor digital diferent. Per minimitzar aquest soroll es divideix la imatge en blocs i s’analitza la seva evolució al llarg del temps: la tècnica de comparació de blocs.

Aquest tipus de tècniques de compressió solen codificar la informació sencera dels fotogrames clau, cosa que s’acostuma a fer cada 10 o 15 fotogrames. És a dir, els fotogrames intermitjos enmig dels claus se’ls comprimeix eliminant la informació redundant.

Hi ha molts algorismes diferents de compressió d’imatge en moviment com poden ser Cinepak, RealVideo, Sorenson, DivX, OGG, Theora, VC-1 etc. Però la majoria es basen o són compatibles amb els estàndards MPEG.

La compressió MPEG

El “grup d’experts en imatges en moviment” Moving Pictures Experts Group (MPEG) és un grup vinculat a l’ISO encarregat del desenvolupament de normes de codificació per a àudio i vídeo, en forma d’estàndard.

Aquest estàndard de codificació de vídeo es caracteritza per definir-se per nivells, compatibles però adreçats a aplicacions diferents. L’MPEG treballa amb tres tipus de fotogrames en algunes de les seves versions. Aquests fotogrames són:

  • Imatges intra (I). Es codifiquen íntegrament.
  • Imatges predictives (P). Es calculen a partir de les imatges I o P.
  • Imatges bidireccionals (B). Es calculen per interpolació lineal, és a dir, fent un promig a partir de les imatges I o P més properes, anterior i posterior.

L’MPEG es defineix per un seguit de normes que es defineixen en diferents nivells de codificació:

  • MPEG-1. Codificació d’imatges en moviment amb àudio associat per l’emmagatzematge de multimèdia a 1,5 Mbit/s. Va ser la primera MPEG compressora d’àudio i vídeo. Va ser dissenyada perquè les imatges en moviment i el so es poguessin codificar dins de la taxa de bits d’un CD (disc compacte). Inclou el conegut MPEG-1 Audio Layer III (MP3), format de compressió d’àudio digital.
  • MPEG-2. La norma MPEG-2 és l’estàndard de la difusió d’imatge en moviment tant en la televisió digital per satèl·lit, cable o terrestre (TDT) com en els sistemes editorials basats en el DVD. La resolució principal de les seves imatges és de 720×57, però inclou altres tres nivells des dels 352×288 de baixa resolució fins als 1.440×1152 d’alta resolució en format 4:3 (HDTV 4:3) o els 1.920×1152 d’alta resolució en format 16:9 (HDTV 16:9). Els discos Blu-ray suporten com a mínim els còdecs MPEG-2, H.264/AVC i SMPTE VC-1. Aquests dos darrers, derivats de diverses maneres de la norma bàsica MPEG i més sofisticats, són els que permeten arribar a resolucions de 1.080 línies.
  • MPEG-4. Codificació d’objectes audiovisuals. Dins d’aquest estàndard s’hi inclouen continguts d’àudio i vídeo i continguts avançats. Utilitza eines més avançades i més complexes per arribar a factors més alts que a l’MPEG-2. S’acosta a aplicacions gràfiques d’ordinador. I en un context més complex, l’MPEG-4 es converteix en un processador de renderització i la sèrie de bits comprimida descriu formes i textures de superfícies tridimensionals. Dins l’MPEG-4 part 10 s’inclou el còdec de vídeo d’alta compressió H.264, estàndard actual per a la codificació de vídeo.
  • MPEG-7. Interfície de descripció de contingut multimèdia. Consisteix en una representació estàndard de la informació audiovisual que permet la descripció de continguts.
  • MPEG-21. Infrastructura multimèdia. Proporciona protecció i gestió de la propietat intel·lectual.

  • Disc Blu-ray. Font: (Pexels)
  • Disc Blu-ray. Font: (Pexels)

Més recentment, MPEG ha començat a seguir estàndards internacionals que suporten múltiples tecnologies MPEG per a alguna forma d’aplicació multimèdia, interactivitat i streaming més enllà del senyal de vídeo. Els més rellevants són: MPEG-A, MPEG-B, MPEG-C, MPEG-D, etc.

Formats i suports cinematogràfics

El cinema està vivint actualment el fi de la transició del sistema analògic cap al sistema digital. S’espera que en poc temps, tot el procés d’enregistrament, producció, postproducció, distribució i exhibició sigui ja plenament digital.

Tot i així, les resolucions i les relacions d’aspecte d’arxiu digitals són derivades en gran part dels formats de pel·lícula de cel·luloide analògica de tota la vida.

Cinema analògic

Des dels inicis del cinema fins a l’any 2000, el cinema s’ha fet analògicament mitjançant pel·lícula de cel·luloide, enregistrant-la analògicament, revelant-la amb químics, editant-la de manera artesanal (tallant literalment la pel·lícula amb guillotina i enganxant-la amb cinta adhesiva) i fent-ne les còpies físiques necessàries per a distribuir-les en bobines a les sales de cinema.

El cel·luloide és el material creat a partir de nitrocel·lulosa i càmfora, a més de tints i altres agents, amb el qual es fa la pel·lícula per a cinema.

Formats de cinema analògic

Els formats típics de la pel·lícula de cinema prenen com a punt de partida el format del negatiu de la pel·lícula i la relació d’aspecte (aspect ratio) del fotograma, les seves mides d’alçada per amplada.

Tradicionalment, l’amplada del negatiu ha servit per donar-li nom al format de pel·lícula. Per aquesta raó, la pel·lícula de 35 mm, l’estàndard del cinema analògic, s’anomena així perquè el negatiu es talla en tires que medeixen 35 mm d’amplada, amb quatre perforacions per fotograma en ambdós costats per a una reproducció a 24 fps. Vegeu la figura.

  • Pel·lícula de cel·luloide de 35 mm. Font: Ashley Pomeroy (Wikipedia)
  • Pel·lícula de cel·luloide de 35 mm. Font: Ashley Pomeroy (Wikipedia)

Figura Negatiu de 35 mm

Els formats estàndard de pel·lícula són:

  • Pel·lícula de 8 mm
  • Pel·lícula de 16 mm
  • Pel·lícula de 35 mm
  • Pel·lícula de 70 mm

La relació d’aspecte en cinema s’expressa relacionant una unitat d’alçada per la quantitat d’amplada, com per exemple en 1:1,85. Aquesta relació ens indica que per a 1 píxel o punt d’alçada li corresponen 1,85 punts o píxels d’amplada.

Un cop definida la mida del negatiu, un altre aspecte molt important a l’hora d’entendre els formats és l’espai real de negatiu i la seva relació d’aspecte utilitzats per representar i projectar la imatge. Vegeu la figura.

Els formats de relació d’aspecte de cinema més habituals són:

  • Format acadèmic Flat: 1:1,375, semblant al format quadrat 4:3 de televisió.
  • Format panoràmic (widescreen): 1:1,85
  • Format CinemaScope: 1:2,39
  • Format Super35 (fullscreen), del qual se’n pot extreure la versió Flat i panoràmica.
Figura Relació de formats segons la relació d’aspecte

Cinema digital

La cinematografia digital és l’especialitat de cinema que utilitza la tecnologia digital per enregistrar, distribuir i/o projectar pel·lícules. Es caracteritza per l’alta resolució de les imatges i les altes prestacions en el tractament de la imatge, sobretot en els aspectes de postproducció.

Primeres projeccions digitals

La primera projecció d’un film de cinema digital als Estats Units va ser Star Wars Episode I, al voltant de l’any 2000. Posteriorment, la pel·lícula Fantasía 2000 va inaugurar les projeccions digitals a Espanya.

Tot i així, el cinema analògic basat en pel·lícula de cel·luloide continua tenint més resolució quant al matís del color, que és més natural i pur. A dia d’avui, encara són bastants els cineastes que es resisteixen a canviar la textura d’imatge que aporta el cinema analògic per la “perfecció” d’imatge del digital.

L’any 2015 la immensa majoria de sales de cinema catalanes, al voltant del 90%, ja treballaven en format de cinema digital. En termes absoluts, Catalunya compta amb 671 sales de cinema digitals de les les quals 170 són amb sistema de projecció 3D.

El cinema digital s’enregistra utilitzant una representació digital de la brillantor i el color de cada píxel mitjançant càmeres digitals com poden ser la Red One, Epic, Scarlet X de Sony, les càmeres del fabricant Arri, com ara Arri Alexa, o les Canon Eos C300, entre d’altres, que han fet un salt de la fotografia cap al vídeo i cinema professional. En el cas de l’animació, l’enregistrament de les imatges no és un aspecte gaire rellevant ja que les imatges es creen des de zero.

  • Càmera digital Canon EOS 5D Mark-II. Font: Charles Lanteigne (Wikimedia)/-30
  • Càmera digital Canon EOS 5D Mark-II. Font: Charles Lanteigne (Wikimedia)

Un cop realitzada la pel·lícula de cinema digital, es distribueix via disc dur o via satèl·lit a les sales de cinema per exhibir-se mitjançant un projector digital.

Formats de cinema digital

Arran de l’auge de les tecnologies digitals en el cinema, apareix el Digital Cinema Initiatives (DCI), un organisme format per les grans majors, com Disney, Fox, Paramount, Sony Pictures Entertainment, Universal i Warner Bros Studios, per establir les especificacions tècniques i de qualitat del cinema digital.

Seguint les indicacions del DCI s’ha estandarditzat el Digital Cinema Package (DCP) com la col·lecció d’arxius digitals estàndard per emmagatzemar i transmetre cinema digital, àudio, imatge i flux de dades. Per entendre’ns, el DCP és l’equivalent digital d’una pel·lícula de cel·luloide de 35 mm.

El Digital Cinema Package (DCP) representa l’estàndard de formats d’arxiu digitals per al cinema digital.

A partir de les indicacions del DCI, s’han implementat altres especificitats relacionades amb la sincronia aportades per la Society of Motion Pictures and Television Engineering (SMPTE). A més a més, el DCP actual també suporta l’antic format de cinema digital Interop.

L’estructura habitual que conformen els arxius compilats en l’estàndard DCP és:

  • Arxius de gran resolució (2K, 4k, 8k) i pes (de l’ordre de gigabytes)
  • Format MFX (Material Exchange Format) d’àudio i vídeo per separat
  • Arxius auxiliars en format XML

Els arxius MXF contenen les seqüències de dades comprimides per reduir-ne el pes i, a més, estan codificades i xifrades digitalment per protegir-se contra la pirateria.

Els arxius de reproducció DCP d’imatge admeten tres formats basats en 2k i 4k (actualment s’està introduint el 8k). Aquests tres formats d’imatge que componen el DCP són:

  • Flat, semblant al Full HD, de resolució 1998 x 1080 i una relació d’aspecte equivalent a 1:1,85 del film de 35 mm.
  • Full, màxima resolució del format, 2048 x 1080, més ample que el Flat.
  • Scope, el format més panoràmic (2048 x 858) i equivalent al 1:2,35 del film de 35 mm.

La part d’imatge digital que integra els arxius MXF sol anar comprimida en format JPEG 2000, i la part d’àudio, en PCM lineal. El format JPEG 2000, l’extensió del qual és .jp2, és una evolució del popular JPEG amb la intenció d’adaptar-lo a nivells de compressió més grans i a la càrrega progressiva de les imatges. La majoria de programes professionals, com l’Adobe Photoshop, poden treballar amb aquest format.

El format DCP també s’utilitza per emmagatzemar contingut estereoscòpic per a la projecció 3D dels films en les sales de cinema, a 48 fps.

Aquests arxius que conformen el DCP estan pensats perquè puguin ser reproduïts exclusivament per projectors digitals de cinema.

Sistemes estereoscòpics

Els sistemes estereoscòpics es basen en la visió real dels éssers humans, que es fonamenta en la visió binocular produïda pels dos ulls. Aquesta visió binocular produeix la sensació d’imatge en tres dimensions al ser processada pel cervell.

Entenem l’estereoscòpia com les tècniques capaces de recollir informació visual tridimensional o de crear la il·lusió de profunditat en una imatge bidimensional.

Per tant, els sistemes estereoscòpics en cinema són aquells que permeten enregistrar i projectar el film creant la sensació de 3D en l’espectador. La projecció 3D no té res a veure amb si la pel·lícula s’ha enregistrat amb actors reals, si és de cinema, o feta amb animació 2D o en animació 3D.

Una imatge estereoscòpica es compon de dues imatges no del tot superposades amb una diferència mínima entre si. Els sistemes estereoscòpics s’encarreguen d’enregistrar dues versions de la imatge i projectar-les de manera que l’espectador percebi aquestes dues imatges com una de sola, amb sensació de profunditat i tridimensionalitat.

Una imatge estereoscòpica es compon de dues imatges no del tot superposades amb una diferència mínima entre si.

La creació d’aquestes dues imatges duals es realitza en el procés de producció del film. Normalment, es filmen amb almenys dues càmeres que van capturant al mateix temps les imatges però amb una angulació, col·locació i punt de vista diferent. Un dels sistemes estereoscòpics d’enregistrament més usat és el Fusion, que James Cameron va fer servir en el film Avatar (2009).

Pel que fa a la projecció del senyal estereoscòpic, es necessita un sistema de lents perquè l’espectador pugui percebre la tridimensionalitat a partir de la projecció de les dues versions d’imatge del film. Existeixen diversos sistemes de lents 3D. Els més habituals són:

  • Sistema de lents anaglífiques. Basat en lents anaglífiques que usen dos colors diferents, generalment vermell i blau, per filtrar les imatges d’un film 3D. Cada ull veu un color diferent i el cervell uneix les imatges en una de sola. Si es mira el film sense les ulleres es veu a pantalla una imatge doble de color blau i vermell. És el sistema més antic. Vegeu la figura.
Figura Sistema de lents anaglífiques

Un anàglif és una imatge formada per dues representacions d’un mateix objecte, l’una en blau i l’altra en vermell, no exactament superposades, de tal manera que, mirada amb un anaglifoscopi, dona la visió en relleu de l’objecte.

  • Sistema de lents polaritzades. Segueix els mateixos principis de funcionament que les lents anaglífiques, però en comptes de lents de colors s’utilitzen lens polaritzades que deixen passar solament la llum específica per a cada ull. Vegeu la figura.
Figura Sistema de lents polaritzades

La polarització és el fenomen que consisteix a conferir una direcció ben definida al camp elèctric que caracteritza les ones que formen la radiació.

  • Sistema de lents actives LCD. Aquest sistema connecta les lents directament a pantalla mitjançant un connector de senyal sincronitzat estereoscòpic i un receptor de senyals infrarrojos. El projector indica a les lents (fetes de cristall líquid) quan s’han d’enfosquir per a cada ull per tal de rebre la informació en successions tan ràpides que són imperceptibles. Amb aquest sistema es genera una experiència molt més real. Vegeu la figura.
Figura Sistema de lents actives LCD

LCD (Liquid Crystal Display) és l’acrònim anglès de ‘pantalla de cristall líquid’.

Un altre sistema de projecció 3D derivat dels anteriors és l’IMAX 3D, de resolució i definició molt més elevades que el cinema convencional. El seu sistema es basa en un negatiu de 70mm projectat en una gran pantalla, habitualment ovalada, de 22 x 16,1 m.

Requisits tècnics del projecte 2D

Per dur a terme un projecte d’animació clàssica 2D es necessita un equipament específic per realitzar l’animació analògica.

L’equipament estàndard per un projecte d’animació clàssica és:

  • Taula retroil·luminada amb sistema de pegbars
  • Material de dibuix, com ara paper perforat i acetats
  • Escàner
  • Càmera truca
  • Càmera fotogràfica digital o càmera de vídeo
  • Trípode
  • Focus d’il·luminació

Vegeu una estació d’animació clàssica a la figura.

Figura Estació d’animació clàssica

Pel que fa als projectes d’animació 2D per ordinador, l’equipament necessari habitual en una producció és:

  • Estació de treball amb bon processador, bona RAM i targeta gràfica de qualitat
  • Tauleta gràfica
  • Escàner
  • Programari específic per a animació

  • Tauleta gràfica Wacom Intuos pen & touch M. Font: Medvedev (Wikimedia)
  • Tauleta gràfica Wacom Intuos pen & touch M. Font: Medvedev (Wikimedia)

Tipologia de tauletes gràfiques

Al mercat s’hi pot trobar un ampli ventall de tauletes gràfiques, de tota mena i de tot tipus de grandària i preu. Una marca amb força prestigi en el sector és Wacom. Aquest fabricant disposa de diverses línies de tauletes especialitzades per a diverses tasques: retoc fotogràfic, disseny d’art i il·lustració, etc. Les línies més conegudes són les Wacom Intuos i les Wacom Cintiq, que incorporen tauleta i monitor en un sol aparell.

Dins de l’oferta de programari per a animació 2D trobem programes de codi obert (opensource) com:

  • Pencil, un programa d’il·lustració amb eines per crear animacions 2D.
  • Pivot Stickfigure Animator, per crear animacions senzilles fotograma a fotograma formades per traços de línies.
  • Flipnote Studio, una aplicació gratuïta de Nintendo DSi per crear dibuixos animats amb el llapis tàctil, afegir so i crear una animació fotograma a fotograma.
  • Vectorian Giotto, un potent programa compatible amb Animate (antic Flash) que permet crear animacions professionals de manera senzilla.

Pel que fa al programari comercial per crear animació 2D destaquen els següents programes:

  • Adobe Animate
  • Adobe Character Animator
  • Toon Boom Studio
  • Adobe After Effects
  • Anime
  • Toonz
  • Motion

L'antic Flash

Adobe Animate és el nou nom del popular Flash, un potent programa de creació de continguts vectorials animats 2D amb llarga tradició en el mercat. Fins fa pocs anys, Flash era l’estàndard de contingut animat i vídeo per a web. Darrerament, ha perdut aquest monopoli i el programa se centra cada cop més en l’animació.

A part del programari específic per generar continguts animats, es necessita tota una sèrie de programes per realitzar les altres tasques necessàries d’un projecte, com ara el retoc d’imatges, la creació d’il·lustracions o l’edició de vídeo.

Els programes més usuals per realitzar les diverses tasques no pròpiament d’animació són:

  • Adobe Photoshop
  • Adobe Illustrator
  • Final Cut, Adobe Premiere o Avid
  • After Effects
  • Gantt Project

Requisits tècnics del projecte 3D

L’equipament tècnic per a un projecte d’animació 3D es fonamenta al voltant d’una bona estació de treball, ja que tot el procés 3D és un procés totalment digital que demana un maquinari potent.

Una bona estratègia per al projecte 3D és separar els ordinadors personals d’ús administratiu i de gestió de les estacions de treball per generar contingut creatiu. És a dir, disposar d’estacions de treball d’ús exclusiu per a les tasques a les quals estan encomanades.

Els elements de maquinari més importants a l’hora de configurar una estació de treball per a 3D són:

  • Unitat central de processament (processador), mesurat per la freqüència en hertzs
  • Memòria RAM
  • Dispositius interns d’emmagatzematge de memòria
  • Targeta de so
  • Targeta gràfica, fonamental per a una bona representació dels gràfics a pantalla

Els sistemes operatius de les estacions de treball del projecte solen ser Linux, Mac o Windows, depenent del programari amb què s’hagi de treballar i la filosofia del projecte.

Característiques tècniques d'una estació de treball per a Maya

El programa Autodesk Maya 2017 necessita uns requisits mínims de sistema per funcionar correctament. Aquestes especificacions tècniques són les següents:

  • Sistema operatiu
    • Sistema operatiu de 64 bits
    • Microsoft® Windows® 7 (SP1) o Windows® 10 Professional
    • Apple® Mac OS® X 10.10.5 o 10.11.x
    • Red Hat® Enterprise Linux® 6.5 i 7.2 WS operating system
    • CentOS 6.5 & 7.2 Linux
    • Nvidia Guide per virtualització amb GRID & VMWare
  • Maquinari
    • Processador 64-bit Intel® o AMD® multi-core amb configuració SSE4.2
    • Targetes gràfiques testades: NVIDIA, AMD, INTEL
    • RAM de 8 GB (es recomana 16 GB o més)
    • Disc dur amb espai disponible de 4 GB
    • Ratolí de tres botons

Vegeu totes les especificitats al lloc web d’Autodesk: www.autodesk.es.

A part de les estacions de treball, és convenient disposar del següent equipament tècnic:

  • SAI (sistema d’alimentació ininterrompuda), un sistema distribuïdor d’electricitat independent de la xarxa elèctrica comuna per tal d’evitar baixades de tensió o avaries elèctriques que aturin de sobte tots els aparells i es perdi la feina. Els SAI solen garantir una autonomia mínima d’uns 30 minuts, un temps prudencial per desar els arxius i apagar els equips de manera adequada. Habitualment els endolls dels SAI són d’un color diferent, blau o vermell, que els endolls comuns.
  • Disc durs d’emmagatzemament o memòries en estat sòlid
  • Tauletes gràfiques
  • Un servidor per gestionar la xarxa i compartir el projecte.

A més, en un projecte 3D es treballa amb molts tipus de programes, força variats. Des de programes de retoc fotogràfic o il·lustració fins a programes de gestió de processos passant per a programari específic per a generar efectes visuals.

Actualment, el fabricant Autodesk monopolitza gairebé tots els grans paquets de programari 3D per modelar i animar, com són els programes Maya, 3D Studio Max o l’Autocad per a arquitectura, tot i que hi ha programes d’altres fabricants com Lightwave, Cinema 4D o Houdini que també tenen una bona porció del mercat.

Els paquets de programari 3D més populars són:

  • Autodesk Maya
  • Autodesk 3D Studio Max
  • Autodesk Softimage XSI, en vies de desaparició
  • Lightwave 3D del fabricant NewTek
  • Blender, programari de codi obert
  • Cinema 4D de Maxon
  • Houdini de Side Effects
  • Rhinoceros, de Rhino
  • ZBrush, per a esculpir i modelar
  • Mudbox d’Autodesk, per a esculpir i modelar
  • Substance, per generar textures 3D
  • AutoCAD, per a disseny arquitectònic

Altres programes 3D són:

  • Pov-ray
  • Cheetah 3D
  • Seamless3d
  • Shade 3D
  • Poser
  • 3D-Coat
  • 3DVIA Shape

Un altre tipus d’equips informàtics connectats en xarxa necessaris per a un projecte 3D són les anomenades granges de renderització: una sèrie d’ordinadors interconnectats destinats a realitzar la renderització 3D de l’animació.

Vegeu les granges de renderització a la unitat “Renderitxació final per capes”.

Per realitzar les altres tasques d’un projecte que no són merament 3D o d’animació hi ha una sèrie de programes d’aplicació estàndards. Aquests programes són:

  • Adobe Photoshop
  • Adobe Illustrator
  • Final Cut, Adobe Premiere o Avid, per a l’edició de vídeo
  • After Effects, per postproducció i la composició
  • Nuke, per a la composició mitjançant nodes
  • Altres
Anar a la pàgina anterior:
Annexos
Anar a la pàgina següent:
Activitats