Cómo interpretar las barras SMPTE, las barras EBU y la PM5544

Nuestro test de pantalla de TV incluye tres patrones más antiguos que la mayoría de quienes los usan: las barras de color EBU, las barras de color SMPTE y la carta de ajuste Philips PM5544. Se crearon para la televisión analógica, para ajustar monitores de estudio y llenar la pantalla entre programas. Buena parte de lo que debían medir ya no existe dentro de una pantalla moderna. Algunas cosas sí, y ciertas partes han encontrado nuevos usos.

Aquí contamos de dónde viene cada uno, para qué se diseñó cada parte y en qué sigue mereciendo la pena fijarse en un televisor, un monitor o un proyector. Hemos vuelto a las normas y a los artículos que publicaron los ingenieros de la época. Están al final.

Por qué las barras de color siguen ese orden

Las barras de color casi siempre van en este orden: blanco, amarillo, cian, verde, magenta, rojo y azul, a menudo con negro al final. El orden no es arbitrario. Cada barra es una de las ocho formas de encender o apagar por completo los tres colores primarios. Si representamos cada barra con tres interruptores en el orden verde, rojo y azul, las barras cuentan hacia atrás en binario, desde 111 para el blanco hasta 000 para el negro. Al generador le bastan tres ondas cuadradas para dibujarlas: el azul cambia en cada barra; el rojo, cada dos; y el verde, cada cuatro.

La misma cuenta ordena las barras por brillo. El verde aporta la mayor parte de lo que el ojo percibe como brillo; el rojo, menos; y el azul, lo mínimo. En la fórmula de vídeo de definición estándar ITU-R BT.601, la luminancia de vídeo, o luma, es 0,587 veces el verde más 0,299 veces el rojo más 0,114 veces el azul. Al sumar cada barra obtenemos blanco 100%, amarillo 89%, cian 70%, verde 59%, magenta 41%, rojo 30%, azul 11% y negro 0. Cada barra es más oscura que la anterior, así que también sirven de escala de grises.

Los generadores electrónicos de barras de color se remontan a los primeros años de la televisión en color. Los ingenieros de RCA Norbert Larky y David Holmes solicitaron una patente para un generador de patrones de prueba en color en 1951, y se les concedió en 1956.

La mayoría de las barras no llevan los colores al máximo, por una razón práctica. ITU-R BT.471 identifica las señales de barras con cuatro números: los niveles de la barra blanca, la negra y los valores máximo y mínimo de las barras de color, cada uno como porcentaje del blanco. Al máximo (100/0/100/0), la señal de color del amarillo y el cian alcanza aproximadamente un tercio más que el blanco: de 131 a 133 unidades IRE frente a 100 en NTSC, según la propia guía explicativa de SMPTE. En las barras SMPTE al 75%, el amarillo y el cian alcanzan exactamente 100. Por eso las barras de uso habitual mantienen los colores al 75%: la señal de prueba queda dentro del rango del sistema que está comprobando.

Barras de color EBU

Las barras EBU son del tipo 100/0/75/0: blanco al nivel máximo, los seis colores al 75% y negro al final. El nombre EBU viene de su uso en la televisión europea; la norma ITU las llama simplemente 100/0/75/0.

Nuestro archivo dibuja ocho barras iguales en un marco 4:3, de 768 por 576, las dimensiones de una imagen PAL con píxeles cuadrados. En una pantalla panorámica, la octava barra, negra, se une a la franja negra lateral. Es lo previsto.

En una pantalla moderna, fíjate en tres cosas:

Cada barra debe ser uniforme. Un mismo color de arriba abajo. La imagen es perfectamente uniforme, así que una barra que cambia de tono o parece más brillante en el centro que en los extremos revela el comportamiento del panel o de su retroiluminación.
Las barras deben oscurecerse por pasos. Baja al mínimo el control Color (saturación) del televisor y las barras se convertirán en una escalera de grises que se oscurece de izquierda a derecha, con un salto claro en cada paso. Después devuelve el control a su posición.
Los colores deben ser intensos, sin parecer de neón. En los modos de imagen Vívido o Dinámico, el amarillo y el cian suelen resplandecer y aparecen contornos finos, claros u oscuros, entre las barras. Los añade el realce de nitidez del televisor; no forman parte del patrón.

Las barras EBU no sirven para la comprobación con solo azul que describimos más abajo. Su barra blanca está al nivel máximo, mientras que el azul de las barras de color está al 75%, de modo que, al mirar solo el azul, la barra blanca siempre parece más brillante. Las barras SMPTE empiezan con un gris al 75%, por lo que las cuatro barras que contienen azul tienen la misma cantidad.

Barras de color SMPTE

Las barras SMPTE son el patrón que imagina la mayoría de los estadounidenses al oír «barras de color», y nacieron para resolver un problema concreto. En 1977, A. A. Goldberg, del CBS Technology Center, las presentó en el congreso de ingeniería de la NAB. CBS llevaba estudiando desde 1975 cómo se desajustaban los monitores de estudio. Había que comprobarlos, normalmente antes de cada programa, para que todos los de una batería coincidieran. Lo habitual para ajustar el color y el matiz era apagar los cañones rojo y verde y comparar a ojo las barras azules. No era preciso: las barras que había que comparar estaban muy separadas, el azul del monitor podía variar de un lado a otro y el ojo es poco sensible al azul.

El cambio de Goldberg fue pequeño. Bajo las barras principales añadió una franja estrecha de parches en orden inverso, de forma que cada barra que había que igualar tenía su pareja justo debajo. En la zona negra inferior derecha añadió una señal PLUGE para el nivel de negro. CBS utilizó el nuevo patrón durante seis meses en sus instalaciones de la cadena en Nueva York y comprobó que los ajustes hechos a ojo eran tan precisos como los realizados con un fotómetro de precisión. CBS decidió no patentarlo, con lo que pasó al dominio público. SMPTE lo publicó como ECR 1-1978 y después como la guía de ingeniería EG 1-1990.

Nuestro archivo sigue esa disposición:

Los dos tercios superiores: siete barras al 75%, empezando por gris en lugar de blanco.
La franja estrecha: azul, negro, magenta, negro, cian, negro y gris. Son las cuatro barras superiores que contienen azul, en orden inverso y separadas por negro.
El cuarto inferior: −I, un cuadrado blanco al 100%, +Q, negro y las tres franjas PLUGE en la zona negra de la derecha. −I y +Q son señales de color NTSC para comprobar un decodificador con un vectorscopio; en una pantalla de ordenador son dos cuadrados oscuros y no comprueban nada.

Color y matiz, mirando solo el azul

Pon la pantalla en modo solo azul. Algunos televisores y proyectores lo incluyen entre sus ajustes avanzados o de calibración. Un filtro azul intenso delante de los ojos cumple la misma función; algunos discos de calibración lo incluían. Solo quedan iluminadas las barras que contienen azul: gris, cian, magenta y azul, además de los parches que tienen debajo.

Color (saturación): ajústalo hasta que las dos barras exteriores, gris y azul, coincidan con los parches que tienen justo debajo.
Matiz (tono): ajústalo hasta que las dos interiores, cian y magenta, coincidan con los suyos.

Ajusta primero el color, que modifica las cuatro barras, y después el matiz. Cuando ambos están bien, desaparece el borde entre cada barra y su parche. Un televisor conectado a un ordenador ya no tiene un decodificador analógico que pueda desajustarse, pero sus controles de Color y Matiz siguen actuando sobre la imagen. En sus posiciones neutras, en un modo Cine o Filmmaker, las barras y los parches ya deberían coincidir. Si no lo hacen, se ha movido algún control o el modo de imagen está añadiendo color por su cuenta.

PLUGE y nivel de negro

PLUGE viene de Picture Line-Up Generating Equipment, una idea de la BBC. Una nota de 1966 en Electronics Letters, de S. F. Quinn y C. A. Siocos, de la Canadian Broadcasting Corporation, explica cómo funciona. En una zona negra hay dos franjas estrechas, una ligeramente más negra que el negro y otra algo más clara. Baja el brillo hasta que la franja más oscura se funda con el negro que la rodea, mientras la más clara sigue visible. En ese punto el negro es lo más profundo posible sin ocultar ningún nivel superior.

Quinn y Siocos también encontraron algo que sigue siendo válido. Midieron la luz reflejada por la pantalla de un monitor apagado y observaron que el ajuste correcto de PLUGE cambiaba con ella; sus cifras dejaban de ser aplicables en una sala de control muy iluminada. ITU-R BT.814, la norma internacional actual de PLUGE, dice lo mismo: el ajuste depende mucho de las condiciones de visionado. Ajusta el nivel de negro con la iluminación que usas al ver la pantalla.

En las barras SMPTE, PLUGE tiene tres franjas, a 3,5, 7,5 y 11,5 unidades IRE. La central es el negro de la imagen. El NTSC norteamericano situaba el negro en 7,5 IRE, un poco por encima del nivel de supresión de la señal, dejando espacio para una franja por debajo.

PLUGE en una pantalla de ordenador

Aquí hay que adaptar la regla de la televisión analógica. Nuestro archivo guarda las tres franjas como RGB 9, 19 y 29 sobre 255, es decir, 3,5%, 7,5% y 11,4% del blanco. El negro de una pantalla de ordenador es 0, así que el negro del propio patrón es un gris muy oscuro, e incluso la franja «más negra que el negro» queda por encima del negro real. Si bajaras el brillo hasta hacer desaparecer la franja izquierda, estarías perdiendo detalle real en las sombras.

Interprétalo así:

Las tres se distinguen apenas: en una pantalla bien ajustada y una habitación con poca luz puedes distinguir las tres franjas, la izquierda con dificultad. En una pantalla panorámica, las franjas negras laterales son negro real y parecen un poco más oscuras que el negro del propio patrón.
La franja izquierda desaparece: si se funde con la central, se está perdiendo detalle en las sombras. El brillo es demasiado bajo, está actuando un modo de contraste dinámico o no coinciden los niveles de señal (véase el siguiente apartado).
Las tres destacan mucho: si se distinguen con facilidad y el negro de los laterales parece gris, el nivel de negro está elevado.

La versión HD

Las barras SMPTE se diseñaron para definición estándar en 4:3. Para HDTV, la asociación japonesa ARIB publicó en 2000 un patrón de barras multiformato, STD-B28, que SMPTE adoptó como RP 219 en 2002 y revisó como RP 219-1 en 2014. Está diseñado para 16:9, funciona tanto en HD como en SD y tiene su propia rampa y PLUGE. Nuestro test muestra la disposición clásica 4:3.

El desajuste de rango que PLUGE aún detecta

Los ordenadores suelen enviar RGB de 0 a 255, lo que se llama rango completo. Los televisores a menudo esperan niveles de vídeo, con negro en 16 y blanco en 235: el rango limitado. Son los valores de código que ITU-R BT.709 usa para vídeo HD. La propia guía de controladores de Intel indica que el rango limitado es el más habitual en los televisores y recomienda el completo. Ambos son normales. El problema aparece cuando los dos extremos no coinciden, algo frecuente con un portátil por HDMI.

El ordenador envía rango completo y el televisor espera limitado: todo valor de 16 o menos se muestra negro. La franja PLUGE izquierda y el borde se funden en un mismo negro, la franja central queda solo 3 niveles por encima y desaparece el detalle de las sombras en películas y juegos. Todo lo que supera 235 se recorta a blanco.
El ordenador envía rango limitado y el televisor espera completo: el negro llega como 16 y se muestra gris oscuro. Toda la imagen parece plana y desvaída, y las franjas negras junto al patrón parecen grises.

La solución es hacer que ambos extremos coincidan. En el ordenador, el ajuste se llama Quantization Range (Intel), Output dynamic range (NVIDIA) o Pixel Format (AMD). En el televisor, busca HDMI Black Level, HDMI Video Range o un nombre parecido. Con las barras SMPTE en pantalla se ve el momento en que coinciden: tres franjas, la izquierda apenas visible.

Philips PM5544

Carta de ajuste PM5544: retícula blanca sobre gris, bloques blancos y negros en el borde, barras de color laterales y un círculo con barras de color, cruz central, franjas finas y escala de grises — La carta de ajuste PM5544, en 4:3, con el recuadro del nombre de la emisora vacío.

La PM5544 es la carta de ajuste circular que buena parte del mundo veía cuando un canal no tenía nada más que emitir. Philips la construyó en su laboratorio de equipos de prueba para televisión, cerca de Copenhague, a finales de la década de 1960, y su diseño se atribuye al ingeniero danés Finn Hendil. Philips la describió en 1970 en su publicación trimestral Electronic Measuring and Microwave Notes.

Las cartas anteriores solían ser láminas ante una cámara o imágenes grabadas en un tubo de cámara especial llamado monoscopio. La PM5544 generaba toda la imagen electrónicamente. Incluso el círculo se dibujaba mediante lógica digital, línea a línea, a partir de una memoria de núcleos de ferrita, con un diámetro de aproximadamente el 83% de la altura de la imagen y un error inferior al 1%. Philips escribió que ninguna recomendación internacional cubría un patrón de prueba combinado, así que reunió las señales que esperaba que siguieran siendo útiles. El objetivo era comprobar y ajustar un televisor, un monitor o un decodificador con solo mirar la pantalla, sin ningún otro instrumento.

Esto es para lo que servía cada parte, según Philips, y lo que permite ver ahora.

El círculo solo es redondo cuando la relación de aspecto y el barrido son correctos. Hoy, un óvalo indica que la imagen se está estirando, normalmente por un ajuste de tamaño del televisor, como Ancho o Zoom, o por una resolución que la pantalla debe escalar para llenarse. Nuestro test mantiene la carta en 4:3, así que el navegador no es la causa.
La retícula debe estar formada por cuadrados, por el mismo motivo. En un CRT también se usaba para la convergencia. En un proyector sigue siendo útil: muestra la corrección trapezoidal y si el enfoque se mantiene hasta las esquinas.
Los bloques del contorno, blancos y negros, mostraban si el televisor aplicaba sobreexploración y recortaba los bordes de la imagen. Algunos aún lo hacen en las entradas HDMI si no se activa un ajuste que suele llamarse Just Scan, Fit to Screen o Full Pixel. En un televisor panorámico, nuestra carta ocupa toda la altura: si se corta la fila superior o inferior de bloques, el televisor está recortando todos los lados y reescalando todo lo que muestra.
La cruz central tenía una línea horizontal formada con los dos campos entrelazados en el orden opuesto al de las líneas de la retícula. Un entrelazado defectuoso hacía que ambos tipos de línea tuvieran un grosor visiblemente distinto. En un panel progresivo es simplemente la marca del centro.
Los bloques blancos y negros sobre las barras de color son una onda cuadrada de 250 kHz al 75%, pensada para detectar sobreoscilaciones y repiques. Hoy, un contorno claro u oscuro en sus bordes indica que el televisor está realzando la nitidez.
Las barras de color están al 75% y sirven de referencia para la saturación. Con los cañones rojo y verde apagados, las barras azules deben coincidir con los bloques grises al 75% que hay justo encima, igual que en la comprobación SMPTE.
Las rejillas de resolución son cinco grupos de franjas sinusoidales, a 0,8, 1,8, 2,8, 3,8 y 4,8 MHz en la versión PAL, que mostraban cuánto detalle fino podía reproducir un televisor. En un aparato normal, los tres primeros conservaban todo el contraste y el grupo más fino, solo un poco. Hoy, cada grupo debe verse como franjas limpias y uniformes. El muaré que centellea o los halos indican que algo está remuestreando la imagen o realzando su nitidez: el escalador del televisor, su ajuste de nitidez o una ventana que no está a pantalla completa.
La escala de grises tiene seis pasos del negro al blanco; la nuestra va por 0, 20, 40, 60, 80 y 100%. Cada paso debe distinguirse y todos los grises deben ser neutros, sin dominantes azules, verdes ni rosadas.
El bloque rojo sobre amarillo, en la parte inferior del círculo, comprobaba que el color y la luminancia llegasen a la vez. Philips explicó que necesitó muchos experimentos para elegir el rojo sobre amarillo. El vídeo digital aún puede llevar el color con menos resolución que la luminancia (submuestreo de crominancia), pero un bloque de este tamaño solo lo muestra como un borde algo suave.
Los impulsos de aguja, las líneas finas junto a los escalones blancos y negros cerca de la parte superior e inferior del círculo, comprobaban las reflexiones que provocaban ecos en cables y antenas. Las barras de color a ambos lados llevaban señales de diferencia de color PAL para comprobar el decodificador. En una imagen digital, ninguna de estas dos partes tiene ya nada que comprobar.

Lo que estos patrones no pueden decirte

Son referencias visuales, no mediciones. Muestran cuándo una imagen está estirada, recortada, pierde detalle en sombras o luces o tiene un realce excesivo de nitidez, y hacen evidentes algunos errores de color. No pueden poner una cifra a la precisión del color, al brillo máximo ni a la uniformidad de la retroiluminación: eso requiere un colorímetro y software de calibración. Nuestra página de calibración del monitor explica qué puedes ajustar a ojo. Además, son imágenes de rango dinámico estándar. HDR tiene sus propias versiones, y BT.814 ya incluye señales PLUGE para HDR, pero el navegador muestra estos patrones en SDR.

Pruébalos

Abre el test de pantalla de TV y elige Patrones de emisión. Haz clic, toca o pulsa la barra espaciadora para pasar de uno a otro, y Esc para salir. La barra inferior y el botón de cierre se desvanecen al cabo de unos segundos para no tapar el patrón; mueve el ratón o toca para que vuelvan.

Para un televisor, usa su propio navegador o un ordenador conectado por HDMI. Enviar una pestaña o duplicar la pantalla de un móvil transmite vídeo comprimido, que suaviza las rejillas de resolución y puede alterar las franjas próximas al negro de las que depende PLUGE.