通過單根經濟高效的電線擴展 8K TICO 輕量級壓縮

04.12.18 10:38 上午 通過 Nils Finger

介紹 

隨著高清無處不在,4K似乎仍處於早期階段,更高的解析度,即8K(或UHDTV2)正在出現。顯示器和投影製造商已經展示了他們的第一款支援8K的產品,2018年冬季奧運會部分以目前最大的視頻解析度格式拍攝。展望未來,日本國家電視台「NHK」甚至宣佈2020年在主場以8K光榮的全場轉播奧運會。再加上視頻品質的其他快速改進,如HDR和更高的幀速率,數據量正在飆升。將解析度從高清 (1920x1080) 提高到 4K (3840x2160) 已經使總像素數翻了兩番,達到 8,294,400 像素。再次將 4K 的高度和寬度翻倍,每張圖像的總像素達到驚人的 3320 萬像素。以每秒 60 幀的速度傳輸、管理和存儲 1200 億圖元。 那是8K。
目前,該行業正在努力升級其基礎設施以處理4K視頻,60fps,4:2:2,10bit需要近12Gbps。隨著8K即將到來,必須找到一個面向未來的解決方案。 

由此衍生出什麼挑戰?

在系統和基礎架構中,未壓縮的存儲和傳輸變得難以承受和難以管理。遷移到UHDTV2需要昂貴的硬體升級,基礎設施的大量更新,並且會顯著增加功耗。 
下表顯示了過渡到 8K 和更高品質視頻時所需的頻寬。保留當前未壓縮視頻的方法,唯一的選擇是:
1. 增加電纜數量或
2. 使用昂貴的高頻寬電纜。 
兩者都將導致大量投資和電力消耗的額外增加。 

用於承載8K無壓縮的現有解決方案

在SDI設置中,8K 60P,4:2:2,10bit需要通過16根3G-SDI電纜或4根12G-SDI電纜分配單個視頻流。這反過來又增加了矩陣切換器中 I/O 介面和交叉點的數量,因此需要使用 80x80 矩陣切換器。最終,一個非常複雜的設置很容易導致不穩定的操作。 

使用標準 IT 技術,構建敏捷、靈活、可重新配置和可擴展的工作流程,不可知地處理多種格式並具有無處不在的可訪問性——所有這些都是 IP.與現代人合作 IP 然而,基於基礎設施的8K流的48Gbps將迫使實施者確定使用100Gb乙太網連接。目前非常昂貴的技術,從而消除了使用COTS的主要優勢 IP 產品。

新的超高速HDMI(或HDMI 2.1)將HDMI 2.0的原始18Gbps頻寬擴展到8K 60p視頻傳輸所需的48Gbps。然而,與SDI和乙太網相比,HDMI不能提供足夠的電纜長度。通常需要使用特定的擴展器,這些擴展器通常也會利用 CAT5 或 CAT 6 乙太網電纜。 

我們建議的解決方案: TICO 壓縮

此問題的解決方案是視頻編解碼器,它在質量,延遲和複雜性方面表現為未壓縮的視頻。輕度壓縮的存儲和傳輸在系統和基礎架構中仍然經濟實惠且易於管理。它涉及低成本的硬體升級,並減少了相同功耗下的基礎設施更新。 


什麼 TICO 壓縮

提供 FPGACPU & GPU, intoPIX TICO 是一種輕量級夾層壓縮編解碼器,專門設計用於在低壓縮比下實現無損品質,而壓縮率非常低 FPGA 複雜性和成本。它是一種幀內編解碼器,與需要幀緩衝區從而降低速度的幀間編解碼器相比,它非常適合低延遲應用程式。夾層編解碼器基於線路的延遲轉化為不到 1 毫秒的延遲,該延遲會感應到工作流中。

該技術由 intoPIX 並使用新穎的微小熵 CODER (TECO)。它已提交 SMPTE 作為RDD35*,隨後被採用作為開發的基礎 TICO-XS(即將推出的ISO標準化產品) JPEG XS) .事實上 TICO 是目前廣播市場上部署最多的高清和4K演播室編解碼器 IP 基礎設施。因此,將其用於8K似乎是自然而然的。 
憑藉 2:1 至 6:1 的壓縮比,它大大減少了視頻數據佔用的頻寬,使其使用者能夠通過標準 10Gb 乙太網系統或單根 12G-SDI 電纜傳輸 8K 60p 視頻。 
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TICO SMPTE RDD35 的特點: 
- 對多代 en/解碼具有魯棒性
- 支援 4:2:0 和 4:2:2 工作流程,最高可達 12 位 
- 最小的邏輯和記憶體使用(無外部DDR),用於 FPGA (Intel / Xilinx) 或 ASIC 
- 運行 8K CPU & 單曲 GPU
- 高達6:1壓縮的最佳品質(從數學到視覺無損) 
- 延遲圖元行少(端到端小於 1 毫秒) 
- 嵌入式降頻器,可從8K解碼4K解析度 TICO 無需額外處理的源 

TICO 通過單電纜傳輸方案

8K TICO 在 10GbE 上

在解析度不斷提高和對簡化(事物)連接的不斷需求的時代,許多AV專業人員正在轉向 IP基於基礎結構。 TICO 壓縮可以將 8K 60p 視頻流的頻寬降低到 8Gbps 以下,同時保持無損品質並幾乎沒有延遲。 這使用戶能夠在標準10GbE網路(以及CAT6電纜和交換機)上運行它 - 目前極具成本效益的安裝,並且通過每100米添加一台交換機來簡化電纜長度擴展的額外優勢。 

傳輸 8K 的標準化方式 TICO 通過 RTP IP (喜歡 SMPTE ST 2110)
到目前為止,我們一直使用推薦 SMPTE ST 2022-5/6 傳輸視頻(SDI 通過 IP).這兩種標準都是“多路複用”標準,其中視頻、音訊和輔助數據信號(加上消隱和填充)被封裝到SDI幀中並作為一個整體傳輸 IP 流。只需要一個元素的接收者仍然必須從網路中傳輸和獲取整個流,以便提取他們想要的部分。
SMPTE ST 2110(未壓縮 IP) 將信號的每個部分放入不同的流中:視頻、音訊和 ANC 均可單獨路由。
這 TICO RDD35標準包括RTP有效載荷規範 TICO 壓縮過來 IP.

8K TICO 在 12G-SDI 上

特別是廣播行業在SDI基礎設施上投入了大量資金,並延長了向乙太網轉換的昂貴時間。為了避免管理更多的電纜、複雜的介面、額外的複雜性以及將一個流拆分到多條電纜上, TICO 8K壓縮可以使其使用者保留其當前的16x3G-SDI或4x12G-SDI佈線,並且仍然可以傳輸8K視頻。 

為 8K 部署夾層壓縮不僅可以節省成本,還可以大大降低功耗和基礎架構複雜性。除了減少的電纜數量, TICO 壓縮還使矩陣切換器中的交叉點數量從6400個減少到僅25個。

傳輸 8K 的標準化方式 TICO 超過空間數據指數

運輸 TICO SDI上的壓縮視頻在 SMPTE RDD35*。它指定指定 TICO 3G-SDI環境中的比特流映射和檢測(包括保護EAV/SAV代碼)。這些 3G 比特流通過四鏈路串行數位介面傳輸,以 12 Gb/s 的標稱速率運行,然後由 SMPTE ST 2082。

來自現場的真實示例

日本國家電視台NHK已經 成功實施 TICO 通過 12G-SDI 和 10GbE 實現 8K 支援,這是鞏固其在 8K 廣播領域領先地位的關鍵基石。已經在 NAB 和 IBC 今年早些時候,隨著平昌冬奧會期間的首次現場測試,日本廣播公司(NHK)*將於2018年12月以8K Super Hi-Vision的名義推出其首個8K UHDTV頻道。

適用於多個平台的解決方案

可在各種平台上實現, TICO 壓縮是一種多功能解決方案,可為使用者提供運行壓縮演算法的可能性FPGA, ASIC, CPUGPU – 所有這些都包括編解碼器先前描述的功能,沒有限制。 


實施優勢

IPX-TICO FPGA IP-核心:
  • 低成本實施 Intel / Xilinx FPGA:非常低 FPGA 邏輯和內部 RAM 使用方式
  • 編碼器和解碼器具有大致相同的複雜性
  • IP-核心可按應用程式定製,在HDK中交付以加快集成
  • 各種每時鐘像素實現 
查看我們的 TICO IP-核心在這裡
FastTICO CPU & GPU SDKs: 
  • 編碼器和解碼器具有大致相同的複雜性 
  • 高度並行化,可在 100% 上擴展到 8K CPU 或 100% GPU 架構
查看我們的 FastTICO SDKs

結論

8K 視頻為音視專業人士提供了大量數據,需要管理、傳輸和存儲。適用於任何應用,例如:視音訊 IP、製作工作流程、雙向廣播、遠端協作、KVM、視頻通過 IP 路由或其他時間精確的廣播 - >延遲是不可接受的,您需要確保視頻品質不受影響。 


>>TICO 以 5:1 的壓縮比壓縮,可以構建在通過單根電纜(12G-SDI 或 10GbE)傳輸 8K 內容期間提供原始和強大質量的視音訊設備,同時感應不到 1 毫秒的延遲。


使用此輕量級視頻壓縮編解碼器,超過 IP 網路(即 SMPTE ST 2110)或通過SDI是管理UHDTV 8K、高幀率和流數量的智慧升級途徑,同時確保視覺品質、極低的硬體複雜性和成本效益。 

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*要了解有關NHK的8K廣播工作的更多資訊,請訪問他們的 website 或閱讀白皮書: 
*下載 SMPTE RDD35技術規格在這裡:

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