Формат 8K дает ультра-высокое разрешение цифрового видео с 33 миллионами пикселей
BY TAKAHIDE BABA, менеджер, подразделение визуальных систем, AND KOTA SOEJIMA, менеджер, связанная бизнес-единица для обработки изображений, Socionext, www.socionext.com
Основные изменения в видеоформатах - и резкое увеличение размеров файлов - наложили реальную нагрузку на инфраструктуру доставки сети. Обслуживание большого объема видео трафика, проходящего через Интернет, вызвало потребность в повышении эффективности и максимизации доступной пропускной способности. Занятые сети должны поставлять миллионы мегапикселей с низкими частотами ошибок и с низкой задержкой, чтобы обслуживать новые поколения видеосистем 4K и 8K, поступающие в сеть. Формат 8K дает ультра-высокое разрешение цифрового видео с 33 миллионами пикселей, в 16 раз больше, чем у «Full HD», которое широко доступно сегодня. В Японии тестовое вещание 8K планируется запустить позднее в 2016 году, и в 2018 году будет обеспечено полное обслуживание.
4K и 8K видео
В то время как 8K, также известный как «UHDTV-2», вещание появилось еще до того, как были приняты системы 4K, существует синергия между этими двумя форматами. Например, почти идеальный 4K-образ может быть получен из 8K-захвата. Превосходность и разрешение цвета полного 8K изображения с дискретизацией до 4K кажутся почти ошеломляющими. Например, замещения замедленного воспроизведения превосходны и лучше любых ранее доступных. Таким образом, в то время как 4K играет главную роль и остается неотразимой, заметный переход от HDTV до 8K.
Оба перехода из HD представляют фундаментальные проблемы пространства и размера в вещательных возможностях. Среди наиболее важных требований потребительского оборудования - такой небольшой размер, насколько это возможно, наряду с абсолютным минимальным потреблением энергии, чтобы минимизировать размер шкафа телевизора и минимизировать стоимость.
Существуют также требования к более продвинутым камерам для передачи огромных видеопотоков в режиме реального времени обратно в центры трансляции. Наряду с инфраструктурой и требованиями к камерам возникает значительно более высокий спрос на хранение данных и общую пропускную способность сети. Новые 8K-камеры могут легко разместить несколько портов 10-GbE, иногда с транспортными возможностями от 40 до 50 Гбит / с. 8, 6-дюймовые изображения размером 8, 680 × 4, 320 пикселей требуют огромной пропускной способности - примерно эквивалентной 33-мегапиксельной фотографии. Для одной минуты 8K видео может потребоваться 275 Гбайт памяти. Кроме того, 8K обеспечивает 22, 2 многоканальную звуковую систему.
Также существуют проблемы для системных интеграторов, которым может потребоваться подключение разных протоколов или изменение видеоформатов между оборудованием при создании продуктов для использования средствами вещания.
Дополнительные требования
Эти требования приводят к тому, что разработчики продуктов и систем 4K и 8K уделяют особое внимание технологиям кодирования и технологии обработки видео, уделяя особое внимание использованию новых решений SoC, которые являются меньшими, легкими по энергопотреблению и очень эффективными с пропускной способностью. Для систем 4K необходимо поддерживать 60 кадров в секунду и сжимать видео высокого качества видеоизображения (HEVC) 4K60P с помощью небольшой стойки. Мощность чипсета должна составлять около 8 Вт или около того, чтобы соответствовать требованиям энергосбережения в современных системах. В идеальном случае кодировщик позволяет передавать видео 4K через прямую трансляцию или сетевое распространение, используя только половину общей полосы пропускания, требуемую H.264.
Проектирование 8K HEVC в режиме реального времени кодировщиков с использованием специализированных ИС является ключом к созданию эффективных, высококачественных 8K видеоуслуг, которые экономически осуществимы.
Рисунок 1: Чип декодера SCH801A «Bonny» 8K.
В качестве примера, для 8K-видеовещания, разработанного NHK в Японии, структура высокопроизводительного битового потока кодирования видео определяется так, что его можно декодировать с использованием нескольких ядер 4K HEVC. Включение четырех ядер в единую микросхему позволяет одновременное декодирование при перестановке 8K-видео, квадрат 4K2K из 8K1K-фрагментов. Новые кодеры 8K могут использовать метод параллельного кодирования, в котором 7, 680 × 4, 320-пиксельные изображения делятся на четыре изображения. Микросхемы кодировщика, способные обрабатывать 4K изображений, затем кодируют разделенные изображения параллельно. Методы кодирования видео, включая HEVC, обычно уменьшают объем информации, получая разницу между входным изображением и кодированным изображением (опорным изображением) в соответствии с движением изображения. В этом типе кодирования, который охватывает движение по границам изображения, происходит передача опорных изображений между четырьмя ИС. Передача данных позволяет деблокировать фильтр по границам изображения и регулировать скорость, чтобы унифицировать качество между разделяемыми изображениями. Результатом является высококачественная передача видео 8K, эффективная и надежная, со скоростью более 85 Мбит / с. Это четырехъядерное одночиповое решение было доказано в тестах, выполненных в марте 2016 года.
Эффективная архитектура межсоединений может связывать значительное количество оборудования в сети. Это позволяет создавать виртуальные производственные системы, системы удаленного обслуживания и другие. Использование HTTP / HTML - лучший вариант для поддержки распределенных и встроенных серверных архитектур.
Рисунок 2: Расширенная видеосистема.
Интеллектуальная архитектура соединений
В качестве примерного устройства SCH801A SoC от Socionext соответствует стандарту «Рекомендация МСЭ-R BT.2073» для кодирования HEVC спутникового вещания сверхвысокой четности в Японии и может декодировать 8K60P с помощью одного чипа. Он оснащен одной полосой PCI Express Gen2 и четырьмя каналами HDMI 2.0 Tx в качестве внешних интерфейсов. Компания планирует начать объем-доставку устройства в ноябре 2016 года.
Компания Socionext, новая компания, созданная в результате консолидации двух ведущих полупроводниковых компаний, фокусируется на SoCs для сетевых функций и функций обработки изображений. Компания также создала чип HEVC-кодировщика, «M31», компактный дизайн с поддержкой 4K / 60 кадров в секунду.
TAKAHIDE BABA, менеджер по бизнес-подразделениям визуальных систем, AND KOTA SOEJIMA, менеджер, связанный бизнес-подразделение, Socionext, www.socionext.com