将 8K 延长到单个经济高效的导线上,带 TICO 轻量级压缩

04.12.18 上午10:38 通过 Nils Finger

介绍 

在高清无所不在,4K似乎还处于早期阶段的情况下,一种更高的分辨率,即8K(或UHDTV2)正在产生。显示器和投影厂商已经在展示他们第一批支持8K的产品,2018年冬奥会也有一部分是用这种目前最大的视频分辨率格式拍摄的。窥视未来,日本国家电视台"NHK"甚至宣布将在2020年以荣耀的8K格式在主场转播奥运会的全部比赛。再加上HDR和更高帧率等其他视频质量的快速提升,数据量也在飞速增长。将分辨率从高清(1920x1080)提高到4K(3840x2160),总像素数已经翻了两番,达到8,294,400像素。将4K的高度和宽度再增加一倍,每幅图像的总像素达到惊人的3320万像素。以每秒60帧计算,每分钟需要传输、管理和存储1200亿个像素。这就是8K。
目前,业界正在努力升级其基础设施以处理 4K 视频,在 60fps 时,4:2:2,10 位需要近 12Gbps。随着 8K 即将出现,必须找到面向未来的解决方案。 

这有什么挑战?

在系统和基础设施中,未压缩的存储和传输变得难以承受和难以管理。迁移到 UHDTV2 需要昂贵的硬件升级、大量更新基础设施,并将显著增加功耗。 
下表显示了向 8K 和更高质量的视频过渡时到达所需的带宽。保留当前未压缩视频的方法,唯一的选项是:
1. 增加电缆量或
2. 使用昂贵的高带宽电缆。 
两者都将导致大量投资和进一步增加功耗。 

用于携带 8K 未压缩的现有解决方案

在 SDI 设置中,8K 60P、4:2:2、10 位需要将单个视频流分布在 16 条 3G-SDI 电缆或 4x 12G-SDI 电缆上。这反过来又增加了矩阵切换器中的 I/O 接口和交叉点的数量,因此有必要使用 80x80 矩阵切换器。最终,一个非常复杂的设置,很容易导致不稳定的操作。 

使用标准 IT 技术,构建敏捷、灵活、可重构且可扩展的工作流,以无可及的可访问性处理多种格式 , 所有这些都具有 IP .与现代人合作 IP 但是,基于 8K 流的 48Gbps 将迫使实施者解决 100Gb 以太网连接的使用问题。该技术目前成本极高,因此消除了使用 COTS 的主要优势 IP 产品。

新的超高速 HDMI(或 HDMI 2.1)将 HDMI 2.0 的原始 18Gbps 带宽扩展到 8K 60p 视频传输所需的 48Gbps。但是,与 SDI 和以太网相比,HDMI 不能提供足够的电缆长度。通常需要使用特定的扩展器,这些扩展器也经常利用 CAT5 或 CAT 6 以太网电缆。 

我们推荐的解决方案: TICO 压缩

此问题的解决方案是视频编解码器,在质量、延迟和复杂性方面与未压缩视频类似。在系统和基础设施中,轻度压缩的存储和传输仍然经济适用且易于管理。它涉及低成本的硬件升级,并减少了基础设施的更新,以相同的功耗。 


什么 TICO 压缩

FPGA中提供,并在 CPU & GPU上 , intoPIX TICO 是一种轻量级夹层压缩编解码器,经过专门设计,在低压缩比下实现无损质量,非常低 FPGA 复杂性和成本。它是一种帧内编解码器,与需要帧缓冲区并因此降低速度的帧间编解码器相比,它非常适合低延迟应用。夹层编解码器基于行的延迟转换为不到 1 毫秒的工作流。

这项技术是由 intoPIX 并使用一种新颖的微熵COder(TECO)。它已提交在 SMPTE 作为 RDD35+,它后来被采纳作为开发 TICO -XS(新的ISO标准化 JPEG XS) .事实上 TICO 是目前在高清和4K演播室的广播市场部署最多的编解码器 IP 基础 设施。因此,使用它为8K似乎自然而然地。 
压缩比为 2:1 到 6:1,可大幅降低视频数据占用的带宽,使用户能够通过标准 10Gb 以太网系统或单个 12G-SDI 电缆传输 8K 60p 视频。 
转到  TICO 产品页面...
TICO SMPTE RDD35 功能: 
- 可支持多个 编/解码代
- 支持 4:2:0 + 4:2:2 工作流,最多 12 位 
- 最小使用逻辑和内存(无外部 DDR),用于 FPGA ( Intel / Xilinx ) 或 ASIC 
-  在 CPU 或 单 GPU上运行 8K
- 最佳质量高达6:1压缩(从数学到视觉无损) 
- 很少的像素延迟时(端到端少于 1 毫秒) 
- 嵌入式无需额外处理 即可从 8K TICO图像源中向下兼容解码出4K 分辨率 , 

TICO 单电缆运输方案

8K TICO 在 10GbE 上

在分辨率不断提高和不断需要简化连接(的东西)的时代,许多AV专业人员正在转向基于IP 的基础设施。TICO 压缩可以将8K 60p视频流的带宽降低到8Gbps以下,同时保持无损质量并几乎没有延迟。这使得用户可以在标准的10GbE网络(和CAT6电缆和交换机)上运行--这是目前极富成本效益的安装方式,而且还有一个额外的优势,即每100米增加一个交换机,就可以简单地延长电缆长度。 

一种标准化的 8K 运输方式 TICO Over RTP IP (如 SMPTE ST 2110)
到目前为止,我们使用了推荐 SMPTE ST 2022-5/6 传输视频(SDI 过 IP ).这两种标准都是"多路复用"标准,其中视频、音频和辅助数据信号(加上消隐和填充)被包裹到 SDI 帧中,并作为单个 IP 流。只需要一个元素的收件人仍必须从网络传输和获取整个流,以便提取所需的部分。
SMPTE ST 2110(未压缩过 IP )将信号的每个部分放入不同的流中:视频、音频和 ANC 都分别可路由。
的 TICO RDD35 标准包括 RTP 有效负载规格, TICO 压缩过 IP .

8K TICO 在 12G-SDI 上

特别是广播行业在SDI基础设施上的大量投资,延长了向以太网转换的成本。为了避免管理更多的电缆、复杂的接口、额外的复杂性和通过多条电缆分割一个流,TICO 8K压缩可以使其用户保留目前的16x3G-SDI或4x12G-SDI布线,并仍然传输8K视频。 

为 8K 部署夹层压缩不仅节约了成本,还大大降低了功耗和基础架构复杂性。在减少电缆数量旁边, TICO 压缩还将矩阵切换器中的交叉点量从 6400 减少到仅 25 个。

一种标准化的 8K 运输方式 TICO Over SDI

运输 TICO 通过 SDI 的压缩视频在 SMPTE RDD35+.它指定指定 TICO 3G-SDI 环境中的比特流映射和检测(包括保护 EAV/SAV 代码)。这些 3G 位流的通过四链路串行数字接口传输,以 12 Gb/s 的名义速率运行,然后由 SMPTE ST 2082.

来自现场的真实示例

日本国家电视台NHK已经成功实施 TICO 适用于 8K 基于 12G-SDI 和 10GbE的功能,这是巩固他们在 8K 广播中的领先地位的重要基石。已在 NAB 和 IBC 今年早些时候,随着平昌冬奥会的首次现场测试,日本广播公司(NHK)将于2018年12月推出其首个8K UHDTV频道,名称为8K超级高清。

多个平台的解决方案

可在各种平台上实施, TICO 压缩是一种多功能的解决方案,它为用户提供了在 FPGA , ASIC , CPU GPU ---- 所有功能都包括编解码器之前不受限制的描述的功能。 


实施的好处

IPX- TICO FPGA IP -核:
  • 低成本实施在任何 Intel / Xilinx FPGA :非常低 FPGA 逻辑和内部 RAM 使用
  • 编码器和解码器的复杂性大致相同
  • IP -每个应用程序可自定义的核,在 HDK 中提供,以加快集成
  • 每个时钟实现的各种像素 
查看我们的 TICO IP -核在这里
FastTICO CPU & GPU SDKs : 
  • 编码器和解码器的复杂性大致相同 
  • 高度可并行,可 100% 时可扩展到 8K CPU 或 100% GPU 架构
查看我们的 FastTICO SDKs

结论

8K 视频面对 AV 专业人员,其管理、运输和存储数据量很大。对于任何应用,如:AV IP ,生产工作流程,双向广播,远程协作,KVM,视频 IP 路由或其他时间准确的广播 -* 延迟不可接受,您需要确保不受影响的视频质量。 


>> TICO 以 5:1 压缩比进行压缩,可以构建 AV 设备,在通过一根电缆(12G-SDI 或 10GbE)传输 8K 内容期间提供原始和坚固的质量,同时产生不到 1 毫秒的延迟。


使用此轻量级视频压缩编解码器,超过 IP 网络(即 SMPTE ST 2110) 或通过 SDI,是一个智能升级路径,用于管理 UHDTV 8K、高帧速率和流数,同时确保视觉质量、极低的硬件复杂性和成本效益。 

您想要评估或集成 TICO 技术? 

点击这里
*了解更多关于NHK的8K广播工作访问他们的 Website 或阅读白皮书: 
*下载 SMPTE RDD35 技术规格:

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