Unidades de medida

Unidades de frecuencia

Imágenes por segundo, también conocido como tasa de refrescamiento, fps o frame por segundo, es la velocidad (tasa) a la cual un dispositivo muestra imágenes llamadas cuadros o fotogramas. El término aplica igualmente a películas y cámaras de video, gráficos computacionales y sistemas de captura de movimiento. La tasa de refrescamiento se expresa en cuadros por segundo o por la sigla en inglés FPS (de frames per second).

Percepción humana

La interfaz entre el cerebro y la visión del ser humano puede procesar de 10 a 12 imágenes separadas por segundo, percibiéndolas individualmente (si excede este número se percibirá como movimiento).¹ El umbral de la visión humana varia, la percepción varia dependiendo que se esté midiendo. Cuándo se visualiza una serie de imágenes iluminadas, la gente comienza a notar pequeñas interrupciones en la oscuridad, si es aproximadamente de 16 mili-segundos o más largas,² los observadores pueden recordar una imagen específica en una serie in interrumpida de imágenes, cada una dura aproximadamente 13 mili-segundos.³ Cuando se da una estímulo muy pequeño de un solo mili-segundo, la gente reporta una duración entre 100 ms y 400 ms gracias a la persistencia de la visión en el cortex visual. Esto puede causar que las imágenes percibidas en esta duración pareciesen un solo estímulo, tales como una luz verde de 10 ms inmediatamente después de una luz roja de 10 ms se percibirán como una sola luz de color amarillo.⁴ La persistencia de la visión también puede crear la ilusión de continuidad, permitiendo que una serie de imágenes inmóviles den la impresión de movimiento.

Historia

Antiguamente en el cine mudo la tasa de refrescamiento era entre 16-24 FPS,⁵ pero como se les daba cuerda a mano, la tasa variaba durante la escena para que fuese más de acuerdo con la escena. Los operadores de cámara podían cambiar también la tasa de refrescamiento en los cines ajustando el reóstato que controla el voltaje y dando mayor poder al mecanismo que giraba el carrete en el proyector.⁶ Las películas mudas eran regularmente proyectadas a mayor velocidad que a comparación de la velocidad con la que habían sido originalmente grabadas.⁷ Esta tasa de refrescamiento era suficiente como para que se percibiera movimiento pero de manera errática. Al utilizar proyectores con doble y triple obturador, la tasa se multiplicaba por dos o tres veces. Thomas Edison dijo que 46 cuadros por segundo era lo mínimo para que el cortex visual lo captase como movimiento.^8 9 En la mitad y finales de los años 1920 la tasa de refrescamiento aumento a una velocidad de entre 20 y 26 FPS.⁸

Cuando las películas con sonido fueron introducidas en 1926, las variaciones de velocidad de refrescamiento ya no eran toleradas ya que el oído humano es más sensible a cambios en la frecuencia del audio. Muchos cines proyectaban las películas a una velocidad entre 22 y 26 FPS, fue por eso que se eligió una velocidad de 24 FPS. Desde 1927 hasta 1930, como varios estudios habían actualizado su equipamiento, la tasa de 24 FPS se convirtió en un estándar para los filmes de 35 mm con sonido.¹ A los 24 FPS el fime viaja a una velocidad de 456 milímetros por segundo. Esto permitió a los simples proyectores de dos obturadores dar una serie proyectada de 48 imágenes por segundo, satisfaciendo a la recomendación de Edison. La mayoría de los proyectores modernos de 35 mm usan tres obturadores para dar 72 imágenes por segundo. Cada cuadro es mostrado en pantalla tres veces.⁸

Cinematografía

En la industria cinematográfica, donde todavía se utilizan carretes, la industria estandarizó la filmación y proyección en formatos de 24 FPS. Grabar a una tasa más baja creara la sensación de velocidad mientras que una grabación más rápida genera la sensación de cámara lenta al momento de ser proyectada. Algunos ejemplos de experimentos en la tasa de refrescamiento que no fueron abiertamente aceptados fueron Maxvision 48 y Showscan desarrollados por el creador de los efectos especiales de la película 2001: A Space Odyssey, Douglas Trumbull.

El cine mudo casero tenía una tasa de refrescamiento de entre 16 FPS o 18 FPS para 16 mm y 8 mm.

Vídeo digital y televisión

Hay tres principales tasas de refrescamiento en la televisión y cine digital. Hay muchas variaciones en estos también al mismo tiempo que emergen nuevos estándares.

• 24p es un formato progresivo y esta adoptado para aquellos que se quieren transferir en vídeo digital a un filme. Productores de cine y creadores de vídeos utilizan 24p de igual manera inclusive si no van a transferir sus producciones a filmes, simplemente por la manera en que se ve en pantalla (baja velocidad) la cual queda perfectamente con filmes nativos. Cuando es transferido a televisión en un formato NTSC (National Television System Committee), la tasa es efectivamente colocado a una velocidad más lenta la cual es 23.976 FPS (24x1000÷1001 para ser exactos)y cuando es transferido a un formato PAL(Phase Alternating Line) o SECAM(Séquentiel couleur à mémoire) se acelera a una velocidad de 25 FPS. Las cámaras de 35 mm utilizan una tasa estándar de 24 FPS, sin embargo muchas cámaras ofrecen una tasa de 23.976 para la televisión en formato NTSC y 25 para el formato PAL/SECAM. La tasa más común de 24 FPS se convirtió en el estándar predeterminado para filmes con sonido a medidos de los 20´s.¹⁰ Prácticamente todos los dibujos hechos a mano estaban diseñados para ser proyectados a una velocidad de 24 FPS, sorprendente los dibujos a mano que muestran una sola imagen por segundo es muy costoso, inclusive para filmes de alto presupuesto, de hecho las animaciones a mano muestran dos veces la misma imagen, lo que quiere decir que muestran únicamente 12 imágenes ¹¹ hay inclusive filmes que muestran 4 veces la misma imagen lo que quiere decir que solo se muestran 6 imágenes.

• 25p es un formato progresivo y corre a 25 cuadros progresivos por segundo, esta tasa se deriva del formato de televisión PAL de 50i (también llamado 50 campos entrelazados por segundo). Empresas de televisión y productoras de cine utilizan una tasa de 50 Hz regiones para compatibilidad directa con el campo de la televisión. La conversión de 60Hz está habilitada al momento de reducir la velocidad a una media de 24p y luego convirtiéndola a sistemas de 60Hz utilizando telecine. Mientras 25p captura la mitad de la resolución temporal que la tasa más común de 50i , produce un espacio vertical mayor por cuadro, como 24p, 25p es utilizado comúnmente para obtener un aspecto parecido al cine, no obstante con la virtualización de los mismos artefactos, esto hizo que quedase mejor en escaneso progresivos(Pantallas LCD, monitores y proyectoress) gracias a que el intercalado esta ausente.

• 30p es un formato progresivo que produce video a 30 FPS, es progresivo (no interlazado) escaneando e imitando cuadro por cuadro de la imagen capturada, los efectos de vibración entre cuadros son menos notorios que los de 24p, pero aun así continua teniendo un aspecto cinematográfico. Grabar un vídeo en 30p no da artefactos de enlace pero se puede introducir vibración en el movimiento de la imagen en algunas cámaras. El proceso de la gran pantalla Todd-AO utilizó esta tasa de refrescamiento de 1954 a 1956.¹²

• 48p es un formato progresivo el cual se está probando en la industria del cine, es dos veces la tasa normal de 24p, esta tasa de refrescamiento intenta reducir el desenfoque se encuentra en los filmes, James Cameron tenía la intención de grabar las dos secuelas de la película "Avatar" a una tasa mayor de 24p para agregar una mayor sensación de realidad .¹³ La primera película que fue grabada a 48p fue "El hobbit: Un viaje inesperado", una decisión hecha por el director Peter Jackson.¹⁴ En el pre-estreno en CinemaCon, la reacción de la audiencia fue que se veía muy real.¹⁵

• 50i es un formato entrelazado y es el estándar de tasa de por segundo para el formato PAL y SECAM.

• 60i es un formato entrelazado y es el estándar para el formato de televisión NTSC, ya sea de una emisión, DVD o una cámara casera, este campo entrelazado fue desarrollado de forma seprada por FarnSworth y Zworykin en 1934,¹⁶ y era para mantener los estándares mandados por la FCC para el formato de televisión NTSC en 1941. Cuando la NTSC a color fue introducida en 1953, la vieja tasa de 60 campos por segundo fue reducido por un factor de 1000/1001 para evitar la interferencia entre la señal que enviaba color y la que enviaba sonido. (La asignación usual fue de 29.97 FPS= 30 cuadros (60 campos/1.001))

• 50p/60p es un formato progresivo y es utilizado para los sistemas de televisión de alta definición, mientras que técnicamente no es parte los estándares de la ATSC (Advanced Television Systems Comittee) o de la DVB(Digital Video Broadcasting). Reportes sugieren que el futuro de la televisión en Alta Definición serán formatos progresivos para los estándares de transmisión.¹⁷ En Europa la EBU(European Brodcasting Union) que 1080p y 50FPS es el siguiente paso para las transiciones de televisión y se está animando a estudios de televisión a mejorar su equipo para el futuro.¹⁸

• 72p es un formato progresivo y actualmente esta en etapas experimentales. Grandes Instituciones como Snell demostró 720p y 72 fotogramas como resultado de antiguos experimentos analógicos, donde 768 líneas a 75 FPS se veían subjetivamente mejor que 1150 líneas a 50 FPS con imágenes a mayor velocidad y obturadores a alta velocidad también.¹⁹ Cámaras modernas como "The Red One" pueden utilizar esta tasa de refrescamiento para producir repeticiones a 24 FPS. Douglas Thrumbull fue quien comenzó experimentos con diferentes tasas de refrescamiento los cuales llevaron a descubrir el formato "Showscan".^{[cita requerida]}

• 90p la HTC Vive y el Oculus Rift son sets de realidad virtual los cuales se refrescan a 90Hz.

• 100p / 119.88p / 120p son formatos progresivos estandarizados para la UHDTV por recomendación de la ITU-R BT.2020. La cámara GoPro Hero 3,3+ y la Hero 4 pueden grabar video a 720p y 1080p a 120p, también esta la llegada de nuevos monitores que pueden refrescar a una velocidad de 120 Hz lo cual permite al usuario ver contenido a 120 FPS²⁰ El proyecto Morpheus es un proyecto de realidad virtual el cual será lanzado a principios de 2016 será capaz de mostrar contenido a 120 FPS.

• 144 fps, Hoy en día hay monitores enfocados a videojuegos los cuales tienen una tasa de refrescamiento de hasta 144 Hz.²⁰

• 300 fps, La tasa de 300 FPS y tasas aun mayores han sido probadas por el departamento de investigación de BBC para el uso en la trasmisión de deportes.²¹ 300 FPS pueden ser convertidos a formatos de transmisión 50 y 60 FPS sin grandes problemas, 300 FPS es la tasa máxima de refrescamiento para el formato HEVC.

megahercio (MHz) es una unidad de medida de la frecuencia; equivale a 10⁶ hercios (1 millón). Se utiliza muy frecuentemente como unidad de medida de la frecuencia de trabajo de un dispositivo de algo, o bien como medida de ondas.

Múltiplos del Sistema Internacional para hercio (Hz)

Submúltiplos				Múltiplos
Valor	Símbolo	Nombre		Valor	Símbolo	Nombre
10−1 Hz	dHz	decihercio		101 Hz	daHz	decahercio
10−2 Hz	cHz	centihercio		102 Hz	hHz	hectohercio
10−3 Hz	mHz	milihercio		103 Hz	kHz	kilohercio
10−6 Hz	µHz	microhercio		106 Hz	MHz	megahercio
10−9 Hz	nHz	nanohercio		109 Hz	GHz	gigahercio
10−12 Hz	pHz	picohercio		1012 Hz	THz	terahercio
10−15 Hz	fHz	femtohercio		1015 Hz	PHz	petahercio
10−18 Hz	aHz	attohercio		1018 Hz	EHz	exahercio
10−21 Hz	zHz	zeptohercio		1021 Hz	ZHz	zettahercio
10−24 Hz	yHz	yoctohercio		1024 Hz	YHz	yottahercio
Los prefijos más comunes están en negrita.

Megahercios en informática

Se utilizó mucho en este campo (sobre todo entre los años 1974 y 2000 para referirse a la velocidad de procesamiento de un microprocesador, ya que la velocidad de reloj estaba en ese orden de magnitud. Sin embargo ya ocurría que el rendimiento de un MOS 6502 a 1 MHZ era muy similar, incluso a veces superior, al del un Zilog Z80A a 4 MHz, y viceversa.

El triunfo del compatible IBM PC hizo que Intel y sus competidores en los procesadores x86 se lanzaran a una carrera por el procesador más rápido, que llegó a su límite con el Pentium IV a 3800 MHz. Recordemos que cada hercio es un ciclo por segundo, lo que significa que un procesador a 3800 MHz viene realizando tres mil ochocientos millones de operaciones por segundo que bien pueden ser suma, resta, multiplicación o división, pero actualmente es más común que se exprese enGigahercios como 3,8 GHz dado que es su más cercano múltiplo superior. La desventaja de operar a esa frecuencia es el calentamiento del procesador, y por tanto una menor vida útil del mismo debido al encarecimiento y el desgaste continuo de la estructura interna del procesador.

Este aumento de velocidades por parte del trabajo del microprocesador ha llevado a una práctica denominada overclocking consistente en forzar manualmente las frecuencias de serie del procesador, incrementando los valores del multiplicador del microprocesador o del FSB a través de una serie de configuraciones. Se han llegado a registrar frecuencias cercanas a los 8 GHz mediante refrigeración forzada por nitrógeno líquido. En teoría, el límite físico del silicio, como material actual de integración ronda los 10 GHz.

Otras componentes, como la memoria RAM o la VRAM y la unidad de procesamiento gráfico también operan a diferentes frecuencias, habitualmente también del orden de megahercios, aunque estas especificaciones técnicas eran menos anunciadas por los vendedores de ordenadores que la frecuencia del microprocesador, por su menor gancho comercial.

Ya AMD había comenzado a utilizar número que no indicaban la frecuencia del procesador, sino su rendimiento comparado, y los Power Macintosh con procesadores más lentos batían tranquilamente en rendimiento a PCs com micros tres veces más rápidos.¹ No obstante, el panorama cambió con el lanzamiento del AMD Athlon 64, con rendimiento muy superior al del Pentium IV pese a su menor velocidad, que forzó a Intel a responder integrando varios núcleos (curiosamente evoluciones de su anterior arquitectura Pentium III a la mitad de la velocidad punta del Pentium IV) en un mismo microprocesador. Ambos factores combinados hacen que hoy en día se viva una carrera de los núcleos donde se publicita el número de núcleos incluidos en la CPU sin detallar si son gráficos o generales, soslayando muchas veces la información sobre la velocidad.

Mito del megahercio

Un error común, llamado habitualmente el «mito del megahercio» es que afirma que un microprocesador será más rápido que otro si su frecuencia es mayor; sin embargo, esto no es necesariamente cierto. Habría que tener en cuenta más parámetros para conocer el rendimiento que se aprovecha de cada ciclo.

Así, por ejemplo, hay una clase de computadores de arquitectura CISC, que se caracterizan por tener un conjunto de instrucciones más complejas que las de arquitecturaRISC. Las instrucciones RISC se realizan en promedio más rápido, pero las CISC son más elaboradas. Funcionando a menor frecuencia, un CISC podría ser más eficiente.

Dentro de un mismo tipo de arquitectura (por ejemplo, comparando dos procesadores x86 a una misma frecuencia, la forma de disponer los transistores, su litografía, sus elementos, sus unidades, es decir su estructura interna, así como sus instrucciones, tendrá mucha más repercusión en el rendimiento todavía que la frecuencia de reloj. A modo comparativo, un procesador del 2001 mononúcleo a 2 GHz no se le podría comparar a la eficiencia de un procesador multinúcleo del 2011 a 2 GHz. Algo parecido ocurre con los procesadores gráficos. Lo más adecuado para medir con seguridad el rendimiento es realizar un banco de pruebas o benchmark.