Vorwärts und aufwärts

Wir haben kürzlich an der jährlichen Technologiekonferenz der Society of Motion Picture & Television Engineers in Los Angeles teilgenommen. Die SMPTE veranstaltet diese Veranstaltung seit Jahrzehnten und zieht die Besten und Klügsten an, um über Fortschritte in allen Bereichen zu sprechen, von der Fernseh- und Filmproduktion bis hin zur visuellen Wissenschaft des Menschen, Fortschritte in der Audio-, Videokomprimierung und -übertragung und in letzter Zeit die Förderung des Bereichs bei Frauen und Hochschulabsolventen.

Eine Sitzung mit eingeladenen Vorträgen stach in diesem Jahr besonders hervor, und ihr Fokus lag auf 8K-Fernsehen. Regelmäßige Leser dieses Blogs werden sich vielleicht daran erinnern, dass ein Großteil der Forschung und Entwicklung in diesem Bereich von NHK, dem nationalen japanischen Rundfunknetz, durchgeführt wird. NHK begann seine Arbeit bereits 1995, erreichte 2004 erstmals eine 4K-Auflösung bei Kamerasensoren und führte 2006 seinen ersten 8K-Kamerasensor ein.

Seitdem haben sie ein 4-Pfund-8K-Kamerasystem entworfen und gebaut, die Sensorgeschwindigkeiten auf bis zu 480 Hz gesteigert und ein simultanes Abwärtskonvertierungsprodukt entwickelt, das 8K-Video aufnimmt und es mit nativer Auflösung, 4K-Auflösung und Full ausspuckt HD-Auflösung. Wie Sie sich vorstellen können, erfordert das eine Menge Rechenleistung!

Auf der diesjährigen Sitzung erläuterte ein Redner von NHK seine Arbeit an Kamerasensoren der nächsten Generation für 8K, die eine einzigartige Schicht aus organischem photoleitfähigem Film (OPF) enthalten, um die Empfindlichkeit zu erhöhen und gleichzeitig das Rauschen auf ein Minimum zu reduzieren. Das ist eine echte Herausforderung bei der Arbeit mit kleinen Kamerasensoren – Super-35-Sensoren für die 4K-Produktion (Ultra HD) sind bereits vollgestopft mit winzigen Photosites, ein Designproblem für Kameraingenieure. Stellen Sie sich nun vor, Sie werden gebeten, die Anzahl der Pixel in einem Sensor gleicher Größe zu verdoppeln, wobei das durchschnittliche Pixel etwa 3 Mikrometer misst!

The second paper described a new 1.25” 8K camera sensor that can record video at frame rates as high as 480 Hz, or eight times as fast as conventional sensors. Using this sensor, fast motion can be captured with minimal blurring and very fine detail. The captured video is down-converted in-camera to 120 Hz for eventual recording and playback. As you might guess, the data flowing from the camera sensor is a gusher: Uncompressed, with 10-bit 4:2:2 color sampling, it approaches 100 gigabits per second (Gb/s), or more than twice as fast as the latest version of HDMI (2.1) can handle.

Das letzte NHK-Papier sprach über die Einrichtung des weltweit ersten Vollzeit-4K/8K-Satellitenrundfunksystems, das im Dezember 2018 gestartet wurde. Abgesehen von den technischen Herausforderungen der Bandbreite (sowohl linkshändige als auch rechtshändige zirkulare Polarisation des Radios Wellen waren notwendig, um alle Signaldaten zu übertragen), gab es ein zusätzliches Hindernis: Viele Bewohner wohnen in älteren Mehrfamilienhäusern, was den Upgrade-Prozess der Kabelinfrastruktur erschwerte. Es wurde schließlich gelöst, indem neben bestehenden Koaxialkabeln, Telefon- und Stromleitungen parallele Leitungen aus Kunststoff-Lichtwellenleitern (POF oder Toslink) installiert wurden.

Wo liegt die Relevanz für unsere Branche? Bedenken Sie, dass Ultra HD- und 4K-Videos vor zehn Jahren für viele von uns größtenteils ein Laborexperiment waren. Im Jahr 2019 gewöhnten wir uns gerade erst daran, Full-HD-Signale über Signalverteilungs- und Schnittstellensysteme zu verwalten, mit der Farbtiefe und unterschiedlichen Bildraten zu ringen, ganz zu schweigen von den Einschränkungen und Schwächen von HDMI.

Doch drei Jahre später wurden die ersten kommerziellen Ultra-HD-Monitore an unsere Küsten gespült. Ein Jahrzehnt später wurde Ultra HD zur Standardauflösung für die meisten kommerziellen AV-Monitore und Displays für Verbraucherfernseher. Genau wie im Jahr 2009 kämpfen wir mit den gleichen Signalverwaltungsproblemen, Farbbittiefen, Bildwiederholfrequenzen und einer völlig neuen Version von HDMI … die nicht einmal bereit ist, die höheren Bitraten zu verarbeiten, die für 4K-Video erforderlich sind höhere Bildraten und höhere Farbbittiefen.

Während wir uns also aufregen, streiten, beschweren und versuchen, uns an diesen jüngsten Auflösungssprung auf 4K anzupassen, gibt es ein Land, das bereits ZWEIMAL arbeitet und eine Videoauflösung für den Erwerb, die Bearbeitung, die Speicherung und die Verteilung zu Hause hat. Es gibt keinen Grund zu der Annahme, dass wir sie irgendwann einholen werden – die ersten 8K-Fernseher wurden bereits Anfang dieses Jahres auf dem nordamerikanischen Markt eingeführt, und wir sehen ein frühes Interesse an 8K-Displays für spezielle Installationen wie Befehl und Kontrolle, Überwachung, Visualisierung und Augmented Reality und ausgerechnet 3D-Visualisierung mit Autostereo-Displays.

Skeptiker können sich darüber lustig machen, was sie wollen, aber dieser nie endende Schub nach oben und weiter in der räumlichen Auflösung wird nicht aufhören. Wenn überhaupt, werden zusätzliche Impulse durch Verbesserungen wie einen hohen Dynamikbereich, breitere Farbskalen und Videos mit hoher Bildrate bereitgestellt. (Wussten Sie, dass mit größer werdenden Bildschirmen und breiter werdenden Sichtfeldern jedes Flimmern in Bildern, das durch Ruckeln und langsamere Bildfrequenzen entsteht, zunehmend wahrnehmbar wird? NHK untersuchte dieses Phänomen und kam zu dem Schluss, dass eine minimale Bildfrequenz von 80 Hz erforderlich ist 4K und 8K auf großen Displays.)

Und wie üblich wird von uns erwartet, dass wir diese Signale verbinden und transportieren. Der SMPTE-SDI-Standard für UHD (12G SDI) ist mit einer maximalen Datenrate von 11,88 Gb/s bereits unzureichend für serielle digitale Signalkabelverbindungen. Dies hat dazu geführt, dass 8K-Kamerahersteller vier separate 12G-SDI-Ports und eine leichte Komprimierung in der Kamera verwenden, um 8K/60-Videos mit 10-Bit-4:2:2-Farbe aufzuzeichnen (unkomprimierte Datenrate von 47,7 Gb/s). Und es hat auch das Interesse am neuesten SMPTE-Standard für SDI, 24G (23,76 Gb/s, wahrscheinlich über Glasfaser), wiederbelebt.

Dies sollte interessant sein, zumal unsere Branche immer noch an der sechs Jahre alten TMDS-basierten HDMI 2.0-Schnittstelle (18 Gb/s) arbeitet, immer noch weitgehend allergisch gegen Glasfaser ist und ein AV/IT-Video fördert Codec, der kaum schnell genug ist, um 4K/60 10-Bit 4:4:4-Video durch einen 10-Gigabit-Netzwerk-Switch zu quetschen.

Spüren Sie schon das Bedürfnis nach Geschwindigkeit?