Was ist los mit 4K?

Es ist ein paar Jahre her, seit die erste Welle von 4K-AV-Produkten an Land gespült wurde, und dennoch herrscht immer noch Verwirrung darüber, was der Begriff „4K“ eigentlich bedeutet. Es hilft nicht, dass auch viele Fehlinformationen über dieses Bildformat verbreitet wurden (und werden), seit 2012 die ersten kommerziellen und Consumer-Displays mit einer Auflösung von 3840 × 2160 Pixel vorgestellt wurden. Lassen Sie uns also die Dinge klären .

Zunächst einmal ist „4K“ eine Art vager Sammelbegriff. Ein Display mit echter 4K-Auflösung hat 4096 horizontale und 2160 vertikale Pixel, was einem Kinoformat entspricht. Die Version von „4K“, mit der wir besser vertraut sind, wird von der Consumer Technology Association als „Ultra HDTV“ definiert. Displays und Displaysignale (und viele UHD-Kamerasensoren), die als Ultra HD klassifiziert sind, haben 3840 horizontale und 2160 vertikale Pixel. Nicht ganz echtes 4K, aber für unsere Zwecke nah genug.

Nun, hier wird es schwierig. Ein Ultra-HD-Anzeigesignal hat viermal so viele Pixel in einem Einzelbild wie ein Full-HD-Videosignal; 9,9 Millionen gegenüber 2,48 Millionen. Das ist eine ziemliche Steigerung der Nutzlast und stellt eine Geschwindigkeitsbegrenzungsherausforderung dar, wenn es um Schnittstellen geht, insbesondere wenn wir die Bildrate und die Farbbittiefe erhöhen.

In Zahlen steckt Wahrheit! Ein Full-HD-Videobild hat insgesamt 2200×1125 Pixel, einschließlich Austastung. Multiplizieren Sie das mit einer Bildrate von 60 Hz unter Verwendung von 10-Bit-RGB-Farbe (oder 4:4:4 unter Verwendung einer Broadcast-Notation), fügen Sie den üblichen 20% ANSI-Bit-Overhead hinzu, und Sie haben eine Nutzlast von 5,346 Gigabit pro Sekunde. (Nennen wir es der Einfachheit halber 5,4 Gb/s).

Wie sind wir auf diese Zahl gekommen? Nun, 2200 Pixel × 1125 Pixel × 60 = 148,5 MHz, was eine übliche Pixeltaktfrequenz für Full HD ist. Als nächstes multiplizieren wir 148,5 mit 3, weil wir RGB-Farben verwenden. Und wir multiplizieren dieses Produkt dann mit 12 (10-Bit-Farbe + 2 Bit als Overhead), um zu unserer endgültigen Zahl zu gelangen: 5,4 Gb/s Daten. Das passt problemlos über eine HDMI 1.4-Verbindung, die eine maximale Rate von 10,2 Gb/s hat.

Okay, Zeit, unseren Honda Civic zu verlassen und in einen Hochleistungs-BMW M3 einzusteigen. Unser Ultra-HD-Signal hat insgesamt 4400 horizontale und 2250 vertikale Pixel mit Austastung. Wenn wir dieses Signal 60 Mal pro Sekunde aktualisieren, erhalten wir einen Pixeltakt von 594 MHz, und bei Verwendung von 10-Bit-RGB-Farbe haben wir jetzt eine dauerhafte Datenrate von 21,384 Gb/s. Wow! (Es überrascht nicht, dass das viermal so schnell ist wie unsere Full-HD-Signalberechnung.)

Das ist viel zu schnell für HDMI 1.4. Tatsächlich ist es sogar zu schnell für die HDMI-Version 2.0, die Daten nicht schneller als 18 Gb/s transportieren kann. (Deshalb kommt gerade eine neuere und schnellere Version von HDMI – v2.1 – auf den Markt.) Hmmm … brauchen wir wirklich 10-Bit-RGB-Farbe für alltägliche Anwendungen? Wahrscheinlich nicht, also wählen wir die Bittiefe zurück auf 8 Bit pro Farbe, was für hochauflösende Grafiken und Bilder ausreichen sollte.

Wenn wir die Mathematik auf diese Weise ins Wanken bringen, sinkt unsere Bitrate auf 17,82 Gb/s, was uns innerhalb der Geschwindigkeitsbegrenzung von HDMI 2.0 bringt. Wir können auch unter die Limbo-Leiste kriechen, indem wir die Farbauflösung auf 4:2:2 oder 4:2:0 reduzieren. Ein 10-Bit-Ultra-HD-Signal mit 4:2:2-Farbe hat eine Datenrate von 14,26 Gb/s, während eine 10-Bit-4:2:0-Version diese Zahl auf 10,7 Gb/s senkt.

Und wir können die Datenrate noch weiter reduzieren, indem wir die Bildrate auf 30 Hz halbieren. Anfänglich haben viele Signalverwaltungsunternehmen dies getan, um Ultra-HD-Signale unter Beibehaltung der HDMI 1.4-Schnittstelle aufzunehmen. Aber da unsere Bildschirme größer werden (und sie werden VIEL größer), können niedrigere Bildraten mit breiteren Sichtfeldern ein merkliches Flimmern erzeugen. Dieses Phänomen wurde erstmals vom japanischen Sender NHK beobachtet, als er mit der Einführung von 8K-TV-Sendungen begann … aber das ist eine andere Geschichte.

Wir möchten also bei unserem 85-Zoll-Ultra-HD-LCD-Monitor oder unserer 120-Zoll-Ultra-HD-LED-Wand bei einer Bildrate von mindestens 60 Hz bleiben. Wir brauchen auf jeden Fall Signalmanagementprodukte, die mindestens mit HDMI 2.0 ausgestattet sind. Auf diese Weise können wir leistungsstärkere Grafik-Workstations und Laptops unterbringen, bei denen wir die Bittiefe so einstellen können, dass sie zu unserer Systembandbreite passt. Wir können auch Ultra-HD-Videos von physischen Medien und Streaming-Plattformen streamen, wo die gebräuchlichste Farbauflösung 4:2:0 ist. Wieder eine einfache Passform für unser System.

„Warte mal“, denkst du dir wahrscheinlich. „Woher kommt diese ganze Nachfrage nach Ultra HD?“ Zeit aufzuwachen und den Kaffee zu riechen, Leute: Überwachungs- und Überwachungssysteme, wie sie beispielsweise von Verkehrsbehörden und Prozessleitsystemen verwendet werden, benötigen immer mehr Pixel auf dem Bildschirm. Gamer suchen immer nach mehr Pixeln auf dem Bildschirm bei schnelleren Bildwiederholraten mit geringer Latenz. Dies gilt auch für Unternehmen, die sich mit Energieerkundung, Visualisierung und virtueller Realität, 3D-Modellierung und medizinischer Bildgebung befassen. Sie kennen das alte Sprichwort: Pixel kann man NIE genug haben.

Und wie wir gerade gelesen haben, stellt die AV-Branche schnell auf Ultra-HD-Displays um, da asiatische „Fabs“ von Display-Panels gewinnlose Full-HD-Panels auslaufen lassen und die Produktion von Ultra-HD-Panels hochfahren. Das bedeutet Einzelmonitor- und TV-Größen von bis zu 98 Zoll mit LCD- und OLED-Technologie und gekachelte LCD/OLED-Displaywände – plus LED-Wände – mit 4K, 8K und noch höheren Pixelzahlen. Wenn Sie ein neues Signalverteilungssystem aufbauen möchten, ist es eine kluge Wette auf die Zukunft, die für Ultra HD erforderlichen höheren Bandbreiten über jede Verbindung hinweg zu unterstützen.

Kramers VP-551X 8×2 4K-Präsentationsmischer/Skalierer ist für diesen Zweck gut geeignet, ausgestattet mit acht diskreten HDMI 2.0-Eingängen mit eingebettetem und diskretem Audio und nativer Unterstützung für 4:4:4- und 4:2:0-Farbauflösungen . Neben einem einzelnen HDMI 2.0-Ausgang bietet er auch einen HDBaseT-Ausgang für 4K/30 RGB oder 4K/60 4:2:0.

Noch wichtiger ist, dass alle HDMI-Anschlüsse mit HDR10 kompatibel sind, einem Standard für statische Metadaten, die für die Anzeige von Videos mit hohem Dynamikbereich erforderlich sind. HDR wird zu einem wesentlichen Bestandteil der Ultra-HD-Produktion und -Anzeige und ermöglicht die Reproduktion eines viel breiteren Bereichs von Luminanzwerten von Schwarz bis zu vollem und glänzendem Weiß. Der VP-551X übergibt auch die Formate Dolby TrueHD und DTS-HD Master Audio, die bei physischen Medien und Streaming-Wiedergabe üblich sind.

Es gibt noch andere praktische Gadgets für Ihr Ultra-HD-Signalverwaltungssystem. Die neuen 676T und 676R von Kramer sind Plug-and-Play-Glasfaser-Signalverlängerungen , die optische Stecker des Typs LC akzeptieren und entweder mit Multimode- oder Singlemode-Glasfaser arbeiten und Signalverlängerungen von bis zu 20 Meilen im Singlemode-Betrieb ermöglichen. Das Schöne an Glasfaser ist, dass es praktisch keine Probleme mit der Geschwindigkeitsbegrenzung gibt, im Gegensatz zu kupferdrahtbasierten Signalverlängerungen, die höchstens mehrere hundert Fuß lang sind.

Sie haben auch die Möglichkeit, Ihre Ultra-HD-Signale über eine 10-Gigabit-Ethernet-Verbindung zu leiten, indem Sie den Kramer KDS-8F SDVoE-Video-Streaming-Transceiver verwenden . Als Encoder kodiert und streamt er HDMI- oder DisplayPort-Signale zusammen mit Infrarotsteuerung, RS-232-Steuerung, analogem Audio und bidirektionalem USB 2.0 über ein IP-Netzwerk unter Verwendung von SFP-Glasfaser (Small Format Pluggable). KDS-8F kann auch als Empfänger fungieren, um alle gerade erwähnten Signalformate an einen HDMI-Anschluss mit diskreten Audio-, IR- und RS-232- Anschlüssen zu dekodieren.

Und das ist heutzutage bei 4K „was los ist“. Die Nachfrage nach mehr Pixeln, schneller aktualisiert mit größerer Farbtiefe, verlangsamt sich kein bisschen. (Wussten Sie, dass 8K-Kameras jetzt zur Inspektion von Abwasserrohren verwendet werden? Stimmt! Aber das ist eine andere Geschichte …)