Tema 1.1.3 Cadena de Cámara y Control de Cámaras

2.1 Equipos AV Cadena de cámara y control de cámaras 17 de septiembre de 2024, 18:00-20:00 Álvaro Ortiz CADENA DE CÁMARA Y CONTROL DE CÁMARAS 1. Componentes de una cadena de cámara 1.1 Cabeza de cámara 1.1.1 Notas sobre sensores 1.2 CCU 1.3 Sistema de transmisi...

2.1 Equipos AV Cadena de cámara y control de cámaras 17 de septiembre de 2024, 18:00-20:00 Álvaro Ortiz CADENA DE CÁMARA Y CONTROL DE CÁMARAS 1. Componentes de una cadena de cámara 1.1 Cabeza de cámara 1.1.1 Notas sobre sensores 1.2 CCU 1.3 Sistema de transmisión 1.4 RCP/MSU 1.5 Intercom 1.6 Salidas de señal 1.7 Señales de sincronismo 1.8 Otros tipos de cámaras 1.9 Accesorios de movimiento de cámaras 2. Control de cámaras  1. COMPONENTES DE UNA CADENA DE CÁMARA Objetivo/Lente/Óptica Visor/Monitor/Viewfinder Cuerpo de cámara CCU: Camera Control Unit Sistema de transmisión Manerales de la óptica Trípode/Grúa/Soporte 1.1. CABEZA DE CÁMARA En CAPTACIÓN, las partes que determinan la ESTÉTICA de la imagen en mayor medida son el SENSOR y la ÓPTICA Sensor En broadcast, la montura tradicional es Bayoneta/B4, con un diámetro de 2/3”. El tamaño de sensor habitual suele ser 2/3”, con configuración de TRIPLE SENSOR (R-G-B), es decir, con PRISMA DICROICO. Montura En los últimos años se están incorporando sensores de mayor tamaño Interfaz de (hasta Super35, e incluso Full Frame), que requieren de monturas típicas de control de lente cine o fotografía (PL, LPL, Montura E), porque la diagonal del sensor es más grande que 2/3”. Sin embargo, no suelen ser lentes tan versátiles como las B4 tradicionales. Asimismo, a medida que sensores más grandes y nuevos formatos (4K/UHD, HDR) llegan al broadcast, cobra más importancia la IGUALACIÓN DE IMAGEN entre cámaras 1.1.1 NOTAS SOBRE SENSORES Sensor triple vs sensor único: Rojo Verde Prism Azul Info completa para R, G y B Verde 50%, Rojo/Azul 25% Matriz Bayer: distribución EN UN ÚNICO SENSOR de los fotositos con muestreo 1x en rojos, 1x en azules, y 2x en verdes, que requiere procesamiento para convertir a imagen de vídeo  1.1.1 NOTAS SOBRE SENSORES Los sensores actuales suelen ser CMOS; muy eficientes, pero con tecnología rolling shutter Un sensor CMOS es secuencial, línea a línea: Imagen Cámara t=0+ t=T t=T+ t=1/50+ s … SENSOR Escanea Sigue Sigue Lleno Preparado Empieza a 1ª línea escaneando escaneando para 1ª línea registrar de nuevo LÍNEAS PREVIAS Vacías Se mantienen Se mantienen Se mantienen Vacías Para una toma panorámica fiel a la realidad, el tiempo T y el número de píxeles (resolución) deberían ser lo más pequeños posible => PROCESADOR MÁS RÁPIDO y/o MENOR CANTIDAD DE INFRMACIÓN a extraer… o memoria 1.1.1 NOTAS SOBRE SENSORES Los sensores actuales suelen ser CMOS; muy eficientes, pero con tecnología rolling shutter Un sensor CMOS es secuencial, línea a línea: t=0+ t=T t=T+ t=1/50+ s … SENSOR Escanea Sigue Sigue Lleno Preparado Empieza a 1ª línea escaneando escaneando para 1ª línea registrar de nuevo FLASH Se dispara Se para Para minimizer ese efecto, el tiempo T y el número de píxeles (resolución) deberían ser lo más pequeños posible => PROCESADOR MÁS RÁPIDO y/o MENOR CANTIDAD DE INFRMACIÓN a extraer… o pospo  1.1.1 NOTAS SOBRE SENSORES Por defecto, la curva I/O de un sensor es lineal, pero podemos mapear una curva que maximice el margen dinámico, ya que la cantidad de luz que puede captar un sensor a día de hoy supera a la capacidad de salida (codec, procesador… ) que ofrece la cámara Salida Salida Suelo de ruido ITU-R BT-709 (Rec 709) Zona lineal S-Log3 Saturación Luz (nits) Luz (nits) Capturar en Log de cámara requiere aplicar una “contracurva” para linealizar (“hacer comprensible al ojo la señal de vídeo”), lo cual implica usar una LUT (Look-up table) que puede ser TÉCNICA (p.ej. S-Log3 a 709) o ARTÍSTICA (“look”) 1.1.1 NOTAS SOBRE SENSORES En los sensores actuales, se suele ubicar una microlente sobre cada fotosito para converger la luz, y la capa fotosensible lo más cerca posible de los filtros para evitar reflexiones, pérdidas e invasión de una componente de color sobre fotodiodos adyacentes. Además, permite discriminar la información de cada fotosito con mayor precisión. 1.1. CABEZA DE CÁMARA Al aumentar el tamaño del sensor, eliminamos el prisma dicroico: produciría aberraciones, sobrecalentamiento y gran tamaño Así, las tres componentes de color caen en el mismo plano, facilitando la construcción óptica de la lente y el procesamiento para compensar aberraciones (ALAC, geometría) u otros dispositivos como el autofoco. Tener un solo sensor frente a tres implica utilizar matriz BAYER: cada color no se muestrea a resolución completa, sino ¼ Rojo, ¼ Azul y ½ Verde. Con sensor “grande” (Super35/Full Frame/1”) el margen dinámico suele ser mayor, y sacamos más partido a las grandes profundidades de bit para alcanzar MAYOR ESPACIO DE COLOR 1.1. CABEZA DE CÁMARA Las lentes de grandes dimensiones necesitan su SOPORTE PROPIO: no podrían “colgar” directamente de la montura de la propia cámara (ya sea B4 o de cine). Se suelen utilizar lentes “de caja” con soporte para la cámara, o barras (más típico del entorno de cine, donde no se estila tanto el zoom) Para operar la lente se suelen utilizar MANERALES: un “manillar” para controlar iris, foco y zoom 1.2. CCU – CAMERA CONTROL UNIT La CCU aporta el PROCESAMIENTO DE SEÑAL, las INTERCONEXIONES con cabeza de cámara y con otros dispositivos, y proporciona ALIMENTACIÓN a la cámara. Evidentemente, el intercambio de información con la cámara es ASIMÉTRICO: la CCU recibe un bitrate enorme de la cámara. Por eso, el sistema de transmisión cámara-CCU suele ser fibra o triax. Tradicional y actualmente proporcionan conexiones SDI con la matriz de vídeo o el mezclador, pero ahora se empiezan a incorporar otros interfaces como IP mediante protocolo ST2110. 1.2. CCU – CAMERA CONTROL UNIT Otras funciones de la CCU: Conexión con el RCP Control remoto via IP Intercom con el operador de cámara Retorno a cámara Tally para la cámara Prompter Retorno a cámara Salidas específicas de audio (XLR, AES/EBU) Prompter Sincro y referencia Grabación de la salida en dispositivos externos 1.3 SISTEMA DE TRANSMISIÓN CÁMARA-CCU El bitrate, especialmente en el sentido cámara a CCU, es muy grande, y aún requiere procesamiento. No se puede enviar con conectores tradicionales de vídeo en banda base (SDI). Además, hay que MINIMIZAR EL RETARDO Tradicionalmente se han utilizado cables TRIAX (pocos km), pero hoy en día se ha extendido la FIBRA óptica monomodo (varios km) con cables híbridos –SMPTE-, e incluso LAN 1.3 SISTEMA DE TRANSMISIÓN CÁMARA-CCU Conductor central y pantalla externa: vídeo, intercom, señal de retorno y alimentación Pantalla interna: tierra de la señal de vídeo 1.3 SISTEMA DE TRANSMISIÓN CÁMARA-CCU El cable de fibra es en realidad híbrido: óptico y eléctrico El conector habitual es Lemo 3K.93C: 2 cables de fibra óptica monomodo 2 cables AWG16 de potencia 2 cables AWG24 de señal de control malla (GND) Tiene un núcleo de acero para dotarle de propiedades mecánicas 1.4 RCP – REMOTE CONTROL PANEL Son paneles para configurar y controlar cámaras de estudio, con controles y botones específicos y asignables. El operador de RCP se suele denominar shader Algunas funciones: Encendido/apagado de la cámara Temperatura de color Ajuste automático de blancos y negros Ajuste manual de blancos y negros Selección de filtros de color y ND Iris Shutter Ganancia Nivel de detalle 1.4 RCP – REMOTE CONTROL PANEL Existen dos formas de conectar el RCP con la CCU: LEGACY: mediante cable dedicado (aprox. 200 m) BRIDGE: mediante LAN (aprox. 100 m, con switch PoE entre medias) 1.4 MSU - MASTER SETUP UNIT Son paneles de control para muchas cámaras (varias decenas, con conexión Ethernet), o bien una sola mediante el conector dedicado de 8 pines 1.5 INTERCOM Habitualmente no lleva el mismo tipo de conexión en cabeza de cámara y en CCU Cabeza de cámara: XLR de 5 pines CCU: multipin compartido con tally y GPI I/O Ya se empiezan a ver auriculares de intercom con conectores más generalistas, como minijack 1.6 SALIDAS DE SEÑAL La cabeza de cámara no suele ofrecer muchas salidas de vídeo directas, sino que se suelen utilizar las que proporciona la CCU 1.6 SALIDAS DE SEÑAL La salida de señal se suele efectuar mediante conectores BNC (coaxiales) con interfaz SDI (serial digital interface) Sobre esos conectores/cables se permiten distintos bitrates y, por tanto, distintas calidades y resoluciones: Interfaz Bitrate máximo Resoluciones (EU) SD-SDI 360 Mbps 576i HD-SDI 1.5 Gbps 1080i, 720p 3G-SDI y Dual Link 3 Gbps 1080/50p 6G-SDI 6 Gbps 4K/25p 12G-SDI 12 Gbps 4K/50p 1.6 SALIDAS DE SEÑAL El formato de señal más extendido en broadcast a día de hoy es 1080/50i (HD-SDI), pero urge una migración rápida hacia mayor bitrate, principalmente por las recomendaciones ITU-R BT.2020 y Rec.2100 RECOMENDACIÓN ITU-R BT.2020 Afecta especialmente a la RESOLUCIÓN: UHD y 8K Mantiene margen dinámico SDR (709) Aumenta el framerate hasta los 120 fps Amplía espacio de color, principalmente porque establece 10 BITS DE PROFUNDIDAD como mínimo RECOMENDACIÓN ITU-R BT.2100 Introduce el concepto de HDR: HIGH DYNAMIC RANGE a más de 1000 nits en pantalla Especifica las curvas EOTF PQ (Perceptual Quantizer) y HLG (Hybrid Log Gamma) 1.6 SALIDAS DE SEÑAL Se están empezando a construir estudios y unidades móviles con TRANSMISIÓN VÍA IP. Para transmisión de vídeo en directo para broadcast se suele utilizar el estándar SMPTE ST 2110 (de 2017-2019). Se trata de varios estándares: para vídeo sin compresión (2110-20), con compresión (2110-22), audio (2110-30 y 2110-31), sincronismo (2110-10), datos auxiliares (2210-40), etc. Clasifica los flujos de señal por “esencias” o “naturaleza de la señal”: vídeo, audio y datos auxiliares. El protocolo de transporte es RTP (Real-Time Protocol)/UDP, y cada flujo (esencia) tiene toda la información necesaria para ese tipo de información (p.ej. Sincronismo) 1.6 SALIDAS DE SEÑAL Normalmente, la salida de una cámara de directo NO PASA POR POSTPRODUCCIÓN; por eso es tan importante la figura del shader; no sólo para igualar cámaras entre sí, sino para tener una señal con los valores correctos. La salida se ingesta en una matriz de vídeo o un mezclador de vídeo, pero no se suele corregir color. Sin embargo, aunque la curva HLG se use para captura y emisión, sea retrocompatible y logarítmica (HDR), no es óptima para ningún fabricante. Además, si posteriormente se va a corregir color (no es un directo), es más versátil capturar con la curva de gamma del fabricante (OETF) y aplicar la corrección. Últimamente han aparecido flujos de trabajo en los que se captura con la curva de cámara original (por ejemplo, S- Log3) y se aplica una LUT (Look-up table). Esto suele ser muy habitual en CAMCORDERS que se utilizan para directo: la señal de cámara sale con LUT, pero la grabación interna se mantiene en S-Log3 OETF EOTF Grabación interna: S-Log3 Postproducción: etalonaje Renderización (PQ, HLG…) LUT: S-Log3 a HLG Producción en directo Salida (PQ, HLG…) 1.6 SALIDAS DE SEÑAL La curva HLG surgió como una necesidad de la BBC y la NHK. Necesitaban una nueva curva que: 1. Fuese HDR: logarítmica 2. Fuese retrocompatible con SDR: hasta 100 nits 3. No necesitase pasar por corrección de color 4. Fuese de estándar abierto para todos los fabricantes 1024 Salida/grabación Límite de brillo en SDR 768 512 ITU-R BT-709 256 HLG 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Luminosidad (nits) 1.7 SEÑALES DE SINCRONISMO Tener las señales sincronizadas es ESENCIAL en un estudio/unidad móvil/estadio…, y debe ser coherente independientemente de las distancias de cableado. Por eso la velocidad de transmisión es crítica, y Suele existir un equipo generador de Genlock, para “orquestar” que todas las señales vayan sincronizadas a nivel de cuadro/campo. Hay dos tipos básicos para Genlock: Black Burst o Bilevel (típica de SD): no tiene señal útil (luminancia ni crominancia), pero tiene todos los demás elementos de una señal de vídeo. Trilevel (1080, SMPTE 274M) En redes para transmisión de vídeo en tiempo real, NTP (Network Time Protocol) puede no ser suficientemente preciso (ms), así que se utiliza PTP (Precision Time Protocol), que alcanza nanosegundos e incluso picosegundos 1.7 SEÑALES DE SINCRONISMO Black Burst Trilevel 1.8 OTROS TIPOS DE CÁMARAS PTZ (Pan/Tilt/Zoom) remoteables, habitualmente de sensor pequeño y zoom grande POV y de pequeñas dimensiones: eficaces en grúas, sliders, rigs, spiders, steadys (aunque en steadys no hay problema en usar cámaras de formato completo) Camcorders “reconvertidos” a cámaras de directo: tendencia habitual hoy en día por la estética especial que proporcionan los sensores de gran formato (Super35 y Full Frame) 1.9 ACCESORIOS DE MOVIMIENTO DE CÁMARAS Aparte de los accesorios “habituales” (trípode, cabeza fluida, estafa, manerales…), hay otros dispositivos a tener en cuenta, como: Grúas: con su propio operador de grúa/gruísta, que requieren gran sincronización con el resto del equipo Sliders: típicamente de movimiento lineal horizontal de corto recorrido Cablecam: para grandes espacios, como estadios, conciertos, exteriores Dollies: “carritos” de deslizamiento horizontal. Suelen utilizarse más en ficción (cine, series, publicidad) Steadycams: para amortiguar y balancear movimientos de cámara, con sistema de rótulas, giroscopios y balances “Peseta”: movimiento giratorio 2. CONTROL DE CÁMARAS Las funciones básicas son: Igualar cámaras Corregir Exponer adecuadamente Para ello, se necesita: Un sistema de visualización con monitor de referencia (“de grado 1”) Varios RCPs o un MSU, operados por la figura del shader