Depois de comentar sobre “pixels”, definição e resolução, mas deixando de lado momentaneamente a diferença entre essas duas últimas, chegou a hora de descrever o que é uma tela digital e como ela funciona, na hora de formar uma imagem. De uma maneira até, de certa forma, simplista, pretendo explicar como um pixel é comandado no domínio onde habitam milhões de seus congêneres.

Antes de mais nada, é preciso lembrar um princípio exposto na coluna anterior, de que na formação da imagem colorida, cada pixel é dividido em três subpixels, vermelho, verde e azul, respectivamente. A modulação da intensidade de emissão de luz de cada um deles irá compor a gama de cores gerada pelo adaptador gráfico dentro do monitor ou TV.

Para fazer isso, entretanto, é preciso que o adaptador saiba onde está a posição de cada pixel ou subpixel na tela. Se nós considerarmos a estrutura de uma matriz de pontos qualquer, em estrutura bidimensional, esses pontos são localizados nas escalas de X (ordenada) e Y (abscissa), e neste particular as telas dos monitores funcionam como em qualquer gráfico cartesiano, se a gente substituir colunas e linhas por pixels.

No caso, eu poderia dizer 1920 colunas por 1080 linhas, ao invés de 1920 por 1080 pixels. O problema seria saber que pixel fica em que coluna ou linha. No ambiente digital, porém, esses pontos podem ser localizados fisicamente, se a cada um deles for atribuído um endereço de memória, que é exatamente o que o processador gráfico faz.

As interconexões elétricas para realizar esta tarefa variam de acordo com o tipo de display. Cada quadro de uma dada imagem a ser exibida é mapeado e, se necessário, re-mapeado para que o mesmo se ajuste à tela em uso. Circuitos contendo algoritmos (rotinas de programas) sofisticados, chamados genericamente de scalers (em eletrônica convencional, “escalímetros”), são usados para efetuar os cálculos necessários para esta adaptação. Os scalers estão dentro de um firmware, que é um programa escrito dentro um microchip contido na placa de vídeo dos monitores. Cada firmware, portanto, tem uma versão, que poderá ser atualizada para corrigir erros, a critério dos fabricantes.

Os displays digitais são construídos com uma resolução fixa, que é chamada de resolução nativa. A esta resolução são referidos todos os ajustes contendo imagens. Um monitor de computador, por exemplo, pode ter 1280 x 1024 pixels na tela. Uma vez instalado num sistema, o adaptador gráfico onde ele está ligado deve ser ajustado para esta resolução, via sistema operacional. A partir daí, as telas dos programas, não importando a resolução, irão se adaptar à sua resolução nativa, em função desse ajuste.

Nos televisores ou monitores para vídeo, a resolução nativa não precisa ser ajustada, porque o ajuste é feito na fábrica. A função do scaler, neste caso, é efetuar um ajuste dinâmico do programa de entrada, para a resolução nativa da tela. Os tipos mais usuais de cálculos que são executados, quando a resolução do programa de entrada é identificada são: o upscaling (chamado às vezes de upconversion), e o downscaling (ou downconversion). O primeiro se refere à ampliação de escala, quando o número de pixels na imagem é inferior ao da resolução nativa, e o segundo o contrário.

Na grossa maioria das vezes, o upscaling é usado para imagens de definição padrão (480 linhas e acima), quando exibida em telas de alta definição (720 linhas e acima). Se o usuário fizer uso de um disco de alta definição, como o Blu-Ray, que tem 1080 linhas de definição, em qualquer tela de menor número de linhas, o scaler fará downscaling, diminuindo o número de pixels da imagem de entrada na tela. Neste último, o resultado prático da conversão é menos drástico do que o primeiro.

Na realidade, o problema maior é que, para se aumentar a escala ou ampliar o número de pixels da imagem original, é preciso interpolar informações que não existiam na imagem original. Mas, o resultado pode ser, em alguns casos, bem melhor do que se poderia imaginar. Existem hoje upscalers de altíssima qualidade no mercado, tanto externos quanto internos, estes últimos achados em leitores de DVD ou Blu-Ray, a relativo baixo custo ou então em televisores de alta definição.

Esta tecnologia tinha, antigamente, o nome de dobradores de linha. Esses dobradores ainda são encontrados em muitos televisores. Eles ampliam sinais de broadcasting de 480 para 960 linhas, por exemplo, com excelentes resultados. Na realidade, a função original de um dobrador de linha era a de desentrelaçar uma imagem e torná-la progressiva, mas esta função foi hoje em dia substituída pelos scalers, que executam as duas funções. Os termos “vídeo entrelaçado” e “varredura progressiva” serão mencionados na próxima coluna.

Os scalers modernos executam suas funções de forma muito mais avançada do que os dobradores de linha convencionais. No domínio digital, eles são capazes de interpolar pixels com grande precisão. Eles servem também para ajustar a cadência da imagem (número de quadros por segundo), que varia de acordo com a fonte, para a capacidade de reprodução do monitor.

A aplicação dos scalers não se restringe aos adaptadores de tela. Ele pode ser implementado num reprodutor de vídeo, como o DVD, e neste caso a fonte de imagem (em geral, 720 x 480 pixels, padrão NTSC) vai ser ampliada para diversas resoluções, como por exemplo, 720p (1280 x 720 pixels) ou 1080i/p (1920 x 1080 pixels). A vantagem deste recurso dentro do reprodutor é ler diretamente o sinal da fonte (contido no disco) e depois deixar que o usuário decida qual das resoluções obtidas melhor se adapta à tela onde a reprodução será feita.

Alimentando-se um monitor ou televisor digital com um reprodutor dotado de upscaling não é possível saber a priori qual dos scalers trará melhor resultado. Além disso, a prática mostra que nem sempre o sinal que já sofreu upscaling na fonte será igual ao da resolução nativa da tela, e neste caso, este sinal será necessariamente remapeado, de acordo com esta última.

Um exemplo disso é alimentar a tela com um sinal 720p (1280 x 720 pixels), mas a resolução correspondente mais próxima na tela seria WXGA, que é, via-de-regra, 1366 x 768 pixels. Repare que, em qualquer hipótese, a escolha da definição de upscaling na fonte, ao invés do destino, dá liberdade ao usuário de tentar ajustar a reprodução de forma mais flexível, podendo assim achar qual delas melhor se ajusta ao seu display ou projetor.

Note que, pequenos ajustes de escala normalmente não terão qualquer impacto importante na qualidade final da imagem. Assim, é possível que o usuário decida alimentar a tela com uma resolução maior do que nativa, para que a conversão final dê um resultado um pouco melhor do que aquele conseguido com o upscaling mais próximo da mesma.

Finalmente, fontes de resolução standard (o DVD, por exemplo, é uma delas), para alimentar telas digitais de alta performance, devem preferencialmente sofrer um pré-processamento, antes do sinal ser enviado ao destino. Por isso, os reprodutores dotados de upscaling são recomendáveis, e quanto melhor a qualidade do seu scaler interno, melhor será o resultado da imagem final. [Webinsider]

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Na ilustração: trama (matriz) de subpixels RGB, dispostos nas telas digitais: LCD, plasma, etc.

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Paulo Roberto Elias

Paulo Roberto Elias é professor e pesquisador em ciências da saúde, Mestre em Ciência (M.Sc.) pelo Departamento de Bioquímica, do Instituto de Química da UFRJ, e Ph.D. em Bioquímica, pela Cardiff University, no Reino Unido.