Posts contrassegnato dai tag ‘televisione’

Aspect Ratio

Pubblicato: 23/07/2013 in Tecnica
Tag:, , , , , , , ,

aspectratio_header

In questo articolo descriveremo l’Aspect Ratio, quali sono le caratteristiche e il suo legame con i vari formati video e cinematografici. Cercheremo di spiegare l’importanza di questo parametro, le origini storiche e implicazioni legate alle moderne tecnologie. Ci soffermeremo anche a descrivere come evitare errori di interpretazione e come simularlo nell’ambito video SD ed HD. Con l’articolo saranno forniti anche alcuni files di utilità.

Un po’ di teoria
L’Aspect Ratio (letteralmente “rapporto d’aspetto”) è semplicemente un metodo numerico per descrivere una forma rettangolare. Indica in pratica il rapporto tra la base e l’altezza del rettangolo che rappresenta il quadro ove risiedono le immagini. E’ un numero puro e può essere espresso o in forma frazionaria o in quella di semplice numero con decimali. Ad esempio parlando del formato widescreen dei moderni televisori al plasma e LCD, l’Aspect Ratio può essere espresso come 16:9, che significa: per ogni 16 unità di base ve ne sono 9 di altezza. Oppure può essere espresso come 1.78 il quale non è altro che la divisione di 16 per 9. In realtà, come è possibile verificare, 16 diviso 9 da come risultato 1.777… (in matematica si dice “7 periodico”), quello di porre 16:9 = 1.78 è una semplice approssimazione alla seconda cifra decimale, cosa che ritroveremo anche in altri casi.

L’utilizzo pratico di questo parametro è molto semplice. Ammettiamo di avere un’immagine proveniente da una fotocamera e doverla convertire o quantomeno ritagliare con proporzioni 16:9 e poi 4:3 e che le sue dimensioni originarie siano 3000×2000 pixel.

aspectratio_01

Primo caso: ritaglio per formato 16:9. Da un’analisi veloce notiamo che il suo Aspect Ratio è di 3000/2000 = 1.5 ovvero più basso di 1.78, questo vuol dire che la sua altezza rispetto alla sua base è maggiore che nel mio formato finale 16:9 (ricordiamo che un Aspect Ratio di 1.0 equivale alla forma di un quadrato). Se vogliamo mantenere la massima dimensione di base, ovvero 3000 pixel, dovremo necessariamente tagliare una parte dell’altezza. Questa parte “persa” si calcola trovando le giuste proporzioni della mia immagine, sapendo che la base è 3000 pixel e il suo Aspect Ratio è di 16:9 questi dati sono sufficienti per dire che in pratica:

Base = 3000 pixel
Aspect Ratio = 16:9 =1.78

aspectratio_02

da cui:

aspectratio_03

Quindi la mia immagine dovrà essere ritagliata con misure 3000×1687 pixel per poter corrispondere al formato 16:9 richiesto.

aspectratio_04

Secondo caso: ritaglio per formato 4:3. In questo caso l’Aspect Ratio finale è di 1.33 e ciò indica che dovremo ritagliare una parte della base della nostra immagine. Questa porzione corrisponde a:

Altezza = 2000 pixel
Aspect Ratio = 4:3 = 1.33

aspectratio_05

da cui:

aspectratio_06

aspectratio_07

Questi sono due semplici esempi per far comprendere l’utilizzo di questo parametro, nella pratica il compito viene quasi sempre lasciato la software, ridimensionando i video e le immagini ed approssimando i valori a seconda del progetto al quale stiamo lavorando.

Cenni storici
Al suo nascere l’industria cinematografica adottò un Aspect Ratio di 4:3 detto anche formato “Muto” con rapporto di 1.33:1. L’origine di questa scelta viene fatta risalire a Thomas Edison e dal suo capo assistente William L.K. Dickson. La storia racconta che Dickson stava lavorando con un nuovo formato di pellicola 70mm fornito dall’imprenditore fotografico George Eastman. Poiché Edison riteneva che lavorare su una pellicola di 70mm fosse un inutile spreco chiese a Dickson di tagliarla in strisce più piccole: “All’incirca così”, mostrò, facendo con le dita la forma di un rettangolo con un rapporto approssimativamente di 4:3. Verosimilmente è più probabile che tagliando a metà in senso verticale un fotogramma di pellicola 70mm si ottengano due fotogrammi dalle proporzioni approssimative di 4:3. Che questo aneddoto sia vero o no, il formato 4:3 fu adottato ufficialmente nel 1917 dalla Society Of Motion Picture Engineers e utilizzato per i successivi 35 anni.
Durante gli anni ’30, la presenza della colonna sonora sulla pellicola causa la riduzione dello spazio disponibile per l’immagine; il formato che ne derivò assunse, quindi, il rapporto di 1.37:1 detto anche formato Academy. Nella pratica, questi formati devono essere resi utilizzando mascherini appropriati durante la proiezione. I film realizzati in formato Academy non avranno mai una versione widescreen perché visibili perfettamente su schermo televisivo. Alcuni titoli tra i più famosi: “Il Mago di Oz”, “Casablanca”, “Quarto Potere”.
Negli anni ’30 cominciano anche le prime sperimentazioni della televisione la quale adotta lo stesso formato 4:3, formato che appartiene ancor oggi alla maggioranza degli apparecchi televisivi nel mondo. La ragione è da trovarsi nei limiti delle ottiche e dei tubi catodici CRT. La BBC ha usato un Aspect Ratio di 5:4 dal 1936 al 3 aprile 1950 per poi passare al 4:3.

Nel tentativo di differenziarsi dal mezzo televisivo, l’industria del cinema, anche con l’avvento del colore negli anni ’50, introduce nuovi formati cosiddetti “panoramici” o widescreen. Il formato panoramico nacque col preciso scopo di creare una maggiore interazione fra spettatore e finzione cinematografica. Dal momento che l’immagine prodotta oltrepassa i limiti del campo visivo, si offre la possibilità allo spettatore di selezionare, secondo i propri criteri, i particolari della scena su cui concentrare lo sguardo e l’attenzione. In Europa fu largamente impiegato il rapporto panoramico 1.66:1, mentre Stati Uniti e Regno Unito privilegiavano il rapporto 1.85:1.
Da notare che l’Aspect Ratio widescreen si riferisce all’immagine proiettata, non necessariamente all’immagine realmente impressa sulla pellicola.
Esistono diversi metodi per ottenere un’immagine widescreen. Uno dei procedimenti è il cosiddetto matting: una striscia in alto e una in basso del fotogramma standard su pellicola Academy sono inibiti dall’essere impressionati (questo si ottiene con emulsioni specifiche “hard matte”) oppure mascherati con bande nere in fase di proiezione (soft matte”). Perciò, in un widescreen mascherato, un’immagine con Aspect Ratio di 1.85:1 è creata usando un frame standard 1.37:1 eliminando una parte del fotogramma in alto e una in basso.
Nel 1953 fu proposto dalla 20th Century Fox un nuovo procedimento di cinema panoramico e stereofonico, il CinemaScope, con la presentazione al Teatro Roxy di New York del film “La Tunica”, su schermo di metri 19,80 x 7,60 metri. Il CinemaScope con rapporto 2.35:1 fu il più usato ma vennero adottati all’inizio anche rapporti 2.66:1 e 2.55:1.

aspectratio_08

Da lì ebbe inizio l’affermazione di questo standard tuttora in uso. Il primo nome pensato per questa tecnica fu “Anamorphoscope” per via dell’esigenza di una lente anamorfica sia in fase di ripresa sia in proiezione. In fase di ripresa si utilizza un obiettivo anamorfico che comprime l’immagine su pellicola 35mm, mentre in fase di proiezione si utilizza un obiettivo ugualmente anamorfico ma con curvatura inversa che decomprime l’immagine riportandola al suo aspetto nativo. Nota bene: il fotogramma sulla pellicola coincide con un formato di grandezza simile al Muto-Academy, ma le immagini stampate appaiono deformate, o meglio, compresse in senso orizzontale. Il formato del fotogramma ha un rapporto di 1.17:1, che in proiezione diventa 2.35:1. Tutta la saga di “Star Wars”, il film animato “Anastasia” del 1997, il classico “20.000 Leghe Sotto i Mari”, il recente musical “Mulin Rouge” con Nicole Kidman sono alcuni dei titoli più famosi filmati in CinemaScope.

Di seguito una breve carrellata dei formati video e cinematografici noti:

1.19:1 – “Movietone” usato nei primi film sonori tra gli anni 1920 e 1930 principalmente Europa
1.25:1 – usato in certi schermi LCD con risoluzione 1208×1024, nelle pellicole fotografiche 4×5 e tra gli anni 1930 e 1950 nella televisione britannica prima di passare al 4:3.
1.33:1 – usato dai primi films muti poi diventato anche standard televisivo ed utilizzato da Imax.
1.37:1 – adottato dalla Academy per la pellicola 35 mm sonorizzata tra il 1932 ed il 1953, utilizzato anche nella pellicola 16mm.
1.43 :1 – utilizzato da Imax 70 nel formato orizzontale.
1.5:1 – formato delle pellicole fotografiche 35 mm e di alcuni display LCD con risoluzione 1440×960
1.56:1 – formato ibrido tra il 4:3 ed il 16:9 utilizzato talvolta in pubblicità.
1.6:1 – formato di alcuni display LCD con risoluzione WUXGA e WSXGAPlus, noto anche come 16:10
1.66:1 – noto come european widescreen utilizzato per pellicola 35 mm e Super16.
1.75:1 – iniziale tentativo di creare un formato widescreen per il 35 mm poi abbandonato.
1.78:1 – standard per il widescreen video e per la TV alta definizione.
1.85:1 – standard widescreen per le produzioni USA e UK.
2:1 – usato tra il 1950 ed il 1960 da Universal e Paramount per i loro films “VistaVisions” e come formato anamorfico con il “SuperScope”.
2.2:1 – standard per il 70 mm, originariamente sviluppato per la pellicola Todd-AO negli anni ’50.
2.35:1 – usato come anamorfico per la pellicola 35 mm prima del 1970 con il nome di “CinemaScope” ed inizialmente “Panavision”.
2.39:1 – standard per l’anamorfico 35 mm dal 1970 in poi, talvolta arrotondato a 2:40:1 e chiamato “Panavision”.
2.55:1 – formato originale del “CinemaScope” prima che la traccia ottica audio fosse aggiunta alla pellicola.
2.59:1 – formato detto “Cinerama” utilizzando tre frames 35 mm compositati in proiezione.
2.76:1 – formato anamorfico delle camere MGM 65 mm utilizzato solo in pochi films tra il 1956 ed il 1964.
4:1 – formato detto “Polyvision” utilizzando tre frames formato 1.33 di pellicola 35 mm compositati in proiezione.

I formati cinematografici e la TV
Inizialmente per visualizzare sul televisore 4:3 film panoramici si utilizzava la tecnica del Pan & Scan col risultato di eliminare parte dell’immagine sui bordi destro e sinistro del fotogramma (circa il 45%), procedimento che non rendeva felici i registi e direttori della fotografia di questi film ovviamente, dato che veniva stravolta, di fatto, la composizione originaria dell’inquadratura. Famoso è il caso del film “Manhattan” di Woody Allen, che si rifiutò di acconsentire a che il film fosse ridimensionato con questo procedimento. Questo diede la spinta allo studio di un procedimento migliore: il Letterboxing che preserva l’originale Aspect Ratio. In pratica si visualizzano su schermo televisivo 4:3 due bande nere in alto ed in basso rispetto al quadro con l’immagine la quale viene rappresentata senza alcuna perdita rispetto alla composizione originale.
I televisori widescreen di ultima generazione hanno un Aspect Ratio 16:9 (rapporto 1.78:1). Sviluppato fin dagli anni ’80, il 16:9 è il formato alla base dell’alta definizione (HDTV). Il 16:9 corrisponde ad un formato più largo del formato televisivo 4:3, detenendo il 33% in più di visione rispetto a quest’ultimo, inoltre il 16:9 è il formato che più si avvicina alla visione dell’occhio umano. Il formato 16:9 nasce agli inizio degli anni ’80, ad opera di Kerns Powers della SMPTE, sulla realizzazione di un formato proprio dell’alta definizione il quale potesse essere “contenitore” di tutti gli altri formati cinematografici, dal 4:3 al 2.35:1.

Metodo del Pan & Scan
Di seguito vediamo un esempio di come un frame 35mm ripreso con Aspect Ratio anamorfico 2.35:1 sia ritagliato se trasportato nei formati TV 4:3 e 16:9 con il metodo del Pan & Scan, da notare le zone perse dell’immagine:

aspectratio_10

aspectratio_11

Per compensare parti importanti del frame perse a causa del taglio, in molti casi si opera uno vero e proprio spostamento del frame sul quadro in modo da visualizzare il soggetto importante in una determinata scena, da cui il nome appunto di pan/scan. Si pensi ad esempio ad un dialogo dove i due personaggi sono ai lati del frame, l’attenzione è maggiore nel soggetto che parla e quindi lo spostamento del quadro tenderà verso di esso. Questo è sicuramente il metodo peggiore e quello che porta il minor rispetto possibile all’opera di un regista o di un direttore della fotografia. Purtroppo è di uso comune, in particolar modo nella TV generalista, il rendere un opera cinematografica “storpiata” da questo metodo. L’ignoranza e la mancanza di cultura visiva degli spettatori fa il resto, portando alcune persone a pensare che “se un film non mi occupa tutta la superficie della TV sembra tagliato da due strisce nere”. Come abbiamo visto è vero il contrario.

Metodo del Letterboxing
Sempre utilizzando un frame 2.35:1 vediamo adesso come invece interviene il metodo del Letterboxing a compensare le parti mancanti di video con delle bande nere sopra e sotto i quadro:

aspectratio_12

aspectratio_13

Quello che si ottiene con il Letterboxing è un ridimensionamento del frame in modo da far coincidere la base con quella del quadro stesso ed il suo posizionamento verticale al centro, l’oscuramento delle parti vuote è ottenuto tramite due bande nere orizzontali. Si ha in questo modo una riduzione delle dimensioni dell’immagine del frame rispetto al Pan & Scan ma viene completamente preservata l’inquadratura e la composizione originale del film. E’ sicuramente il metodo migliore per la riproduzione su TV di un’opera cinematografica.

Pixel Aspect Ratio
Occupiamoci di video introducendo il concetto di Pixel Aspect Ratio (p.a.r.). In computer grafica, con il termine “pixel” (contrazione dall’inglese picture element) si indica ciascuno degli elementi puntiformi che compongono la rappresentazione di una immagine raster nella memoria di un computer.
Solitamente i punti sono così piccoli e numerosi da non essere distinguibili ad occhio nudo, apparendo fusi in un’unica immagine quando vengono stampati su carta o visualizzati su un monitor. Ciascun pixel, che rappresenta il più piccolo elemento autonomo dell’immagine, è caratterizzato dalla propria posizione e da valori quali colore e intensità, variabili in funzione del sistema di rappresentazione adottato.
I pixel possono essere o rettangolari o quadrati. Un’immagine visualizzata su schermo di computer dovrà avere pixel quadrati. Si parla di pixel rettangolari proprio per definire quei formati che hanno un Pixel Aspect Ratio diverso da 1.0 come i sistemi televisivi PAL, SECAM o NTSC.
Analizziamo in questa sede solo lo standard che ci interessa direttamente, ovvero il PAL. Un video in questo standard ha una risoluzione di 720×576 pixel sia che si tratti di un formato 4:3 o 16:9. Facendo un conto veloce però ci si accorge che 720/576 non da 1.33 come rapporto, ovvero 4:3, ma bensì un rapporto inferiore ovvero 1.25 (5:4). Il perché di questo è da ricercarsi nelle origini dello standard, a noi interessa esclusivamente sapere che i pixel della TV non sono quadrati ma bensì hanno un Aspect Ratio diverso da 1.0 e quindi sono rettangolari. Analizzando i due formati 4:3 e 16:9 in SD (Standard Definition) si hanno:

Formato 4:3 – 720×576 p.a.r. 1.0940 = 788×576 Square Pixel
Formato 16:9 – 720×576 p.a.r. 1.4587 = 1050×576 Square Pixel

A questo punto il discorso dovrebbe essere chiaro. In pratica, quando importiamo un file video o grafico nei software di editing/compositing dobbiamo tenere conto del suo Pixel Aspect Ratio pena, altrimenti, la deformazione in senso orizzontale dello stesso. Facciamo alcuni esempi per maggior chiarezza vedendo alcuni casi tipici:

aspectratio_14

aspectratio_15

L’Aspect Ratio e l’Alta Definizione
Con la TV HD (High Definition) viene introdotto un singolo standard per l’Aspect Ratio: il 16:9. I formati commerciali HD sono essenzialmente due: 1280×720 pixel e 1920×1080 pixel. Il Pixel Aspect Ratio nei due casi è 1.0 (Square Pixel), quindi possiamo dire che le cose si sono perlomeno semplificate rispetto alla TV SD. In effetti sembrerebbe così anche se dobbiamo citare altri formati come il prosumer denominato HDV, che permette di registrare un segnale HD nelle normali cassette MiniDV, utilizzando allo scopo una compressione MPEG2. Tale formato prevede due standard: 1440×1080 pixel con Pixel Aspect Ratio di 1.33 e 1280×720 pixel con Pixel Aspect Ratio di 1.0. Va inoltre detto che esistono anche altri formati di registrazione che hanno la stessa risoluzione e Pixel Aspect Ratio dell’HDV, come l’XDCAM HD, DVCPRO HD e HDCAM. Nel caso del DVCPRO HD il formato nativo è il 960×720 con Pixel Aspect Ratio di 1.33, le altre risoluzioni sono ottenute per interpolazione da questo formato base. Il discorso meriterebbe un approfondimento ma per quanto riguarda l’Aspect Ratio possiamo fermarci con queste semplici considerazioni.

Mascheratura del video
Per concludere vorremmo fornire una serie di informazioni utili e molto richieste da chi desidera donare al proprio lavoro audiovisivo un look più cinematografico, per così dire. Una delle cose che vengono maggiormente utilizzate per attuare questa “illusione” è la mascheratura con bande nere del video, in modo da simulare l’Aspect Ratio 2.35:1 oppure 1.85:1 oppure ancora il semplice 1.78:1 (16:9), qualora si debba da mascherare un video con formato nativo 4:3.
E’ possibile calcolare l’altezza di tali bande con la seguente formula:

aspectratio_16

B = Altezza bande (pixel)
L = Larghezza del video (pixel)
H = Altezza del video (pixel)
R = Pixel Aspect Ratio
F = Nuovo formato desiderato

Di seguito una tabella con i valori già calcolati dell’altezza in pixel delle bande nere, relativa ai principali formati standard SD ed HD:

aspectratio_17

Conclusioni
Speriamo che con questo articolo siano stati fugati i principali dubbi relativi a questo tema che talvolta risulta spinoso anche ai professionisti del settore. Abbiamo cercato di fornire un quadro il più completo possibile, fornendo delle basi teoriche che potranno essere applicate a formati futuri.