¿Qué pasa con 4K?

Han pasado un par de años desde que llegó a tierra la primera ola de productos AV 4K y, sin embargo, todavía existe cierta confusión sobre el significado real del término «4K». No ayuda que también ha habido (y sigue habiendo) mucha información errónea sobre este formato de imagen, desde que se dieron a conocer las primeras pantallas comerciales y de consumo con una resolución de 3840 × 2160 píxeles en 2012. Así que aclaremos las cosas. .

Para empezar, «4K» es una especie de término general vago. Una pantalla con resolución 4K real tendrá 4096 píxeles horizontales y 2160 verticales, que es un formato de cine. La versión de «4K» con la que estamos más familiarizados está definida por la Consumer Technology Association como «Ultra HDTV». Las pantallas y las señales de visualización (y muchos sensores de cámara UHD) clasificadas como Ultra HD tienen 3840 píxeles horizontales y 2160 verticales. No es del todo cierto 4K, pero lo suficientemente cerca para nuestros propósitos.

Ahora, aquí es donde las cosas se ponen complicadas. Una señal de pantalla Ultra HD tiene cuatro veces más píxeles en un solo cuadro que una señal de video Full HD; 9,9 millones frente a 2,48 millones. Eso es un gran impulso en la carga útil y crea un desafío de límite de velocidad cuando se interactúa, particularmente a medida que aumentamos la velocidad de fotogramas y la profundidad de bits de color.

¡Hay verdad en los números! Un cuadro de video Full HD tiene un total de 2200 × 1125 píxeles, incluido el borrado. Multiplique eso por una velocidad de cuadro de 60 Hz, usando color RGB de 10 bits (o 4:4:4, usando una notación de transmisión), agregue la sobrecarga de bits ANSI del 20% habitual y tendrá una carga útil de 5.346 gigabits por segundo. (Llamémoslo 5,4 Gb/s, para simplificar las cosas).

¿Cómo llegamos a ese número? Bueno, 2200 píxeles × 1125 píxeles × 60 = 148,5 MHz, que es una frecuencia de reloj de píxeles común para Full HD. A continuación, multiplicamos 148,5 por 3, porque estamos usando color RGB. Y luego multiplicamos ese producto por 12 (color de 10 bits + 2 bits como sobrecarga) para llegar a nuestro número final: 5,4 Gb/s de datos. Eso puede caber fácilmente a través de una conexión HDMI 1.4, que tiene una velocidad máxima de 10,2 Gb/s.

Bien, es hora de salir de nuestro Honda Civic y entrar en un BMW M3 de alto rendimiento. Nuestra señal Ultra HD tiene un total de 4400 píxeles horizontales y 2250 verticales con supresión. Actualizar esa señal 60 veces por segundo nos da un reloj de píxeles de 594 MHz, y usando color RGB de 10 bits, ahora tenemos una velocidad de datos sostenida de 21,384 Gb/s. ¡Guau! (No es sorprendente que sea cuatro veces más rápido que nuestro cálculo de señal Full HD).

Eso es demasiado rápido para HDMI 1.4. De hecho, es incluso demasiado rápido para la versión 2.0 de HDMI, que no puede transportar datos a más de 18 Gb/s. (Es por eso que una versión más nueva y más rápida de HDMI, v2.1, acaba de llegar al mercado). Hmmm… ¿realmente necesitamos color RGB de 10 bits para las aplicaciones cotidianas? Probablemente no, así que volvamos a marcar la profundidad de bits a 8 bits por color, lo que debería ser suficiente para gráficos e imágenes de alta resolución.

Ajustar las matemáticas de esa manera reduce nuestra tasa de bits a 17,82 Gb/s, lo que nos sitúa dentro del límite de velocidad de HDMI 2.0. También podemos pasar por debajo de la barra de limbo reduciendo la resolución de color a 4:2:2 o 4:2:0. Una señal Ultra HD de 10 bits con color 4:2:2 tiene una velocidad de datos de 14,26 Gb/s, mientras que una versión 4:2:0 de 10 bits reduce ese número a 10,7 Gb/s.

Y podemos recortar la velocidad de datos aún más al reducir la velocidad de fotogramas a la mitad a 30 Hz. Inicialmente, eso es lo que hicieron muchas compañías de gestión de señales para acomodar señales Ultra HD mientras conservaban la interfaz HDMI 1.4. Pero a medida que nuestras pantallas de visualización se hacen más grandes (y MUCHO más grandes), las velocidades de cuadro más bajas con campos de visión más amplios pueden producir un parpadeo notable. Este fenómeno fue observado por primera vez por la emisora ​​japonesa NHK cuando comenzaron a lanzar transmisiones de televisión de 8K… pero esa es una historia para otro momento.

Por lo tanto, queremos apegarnos a una frecuencia de cuadro de al menos 60 Hz para nuestro monitor LCD Ultra HD de 85 pulgadas o nuestra pared LED Ultra HD de 120 pulgadas. Definitivamente necesitaremos productos de gestión de señal equipados con HDMI 2.0, como mínimo. Al hacerlo, podemos acomodar estaciones de trabajo y computadoras portátiles con gráficos más potentes, donde podemos establecer la profundidad de bits para que se ajuste al ancho de banda de nuestro sistema. También podemos transmitir video Ultra HD desde medios físicos y plataformas de transmisión, donde la resolución de color más común es 4:2:0. Una vez más, un ajuste fácil para nuestro sistema.

“Espera ahí ”, probablemente estés pensando. “¿De dónde viene toda esta demanda de Ultra HD?” Es hora de despertarse y oler el café, amigos: los sistemas de monitoreo y vigilancia, como los que usan las agencias de tránsito y los sistemas de control de procesos, siempre necesitan más píxeles en la pantalla. Los jugadores siempre buscan más píxeles en la pantalla a tasas de actualización más rápidas con baja latencia. También lo hacen las empresas dedicadas a la exploración, visualización y realidad virtual de energía, modelado 3D e imágenes médicas. Conoces el viejo dicho: NUNCA puedes tener suficientes píxeles.

Y como acabamos de leer, la industria AV está cambiando rápidamente a pantallas Ultra HD a medida que los «fabricantes» asiáticos de pantallas eliminan gradualmente los paneles Full HD sin ganancias y aumentan la producción de paneles Ultra HD. Eso significa un solo monitor y tamaños de TV de hasta 98 ​​pulgadas con tecnología LCD y OLED, y paredes de pantalla LCD/OLED en mosaico, además de paredes LED, que tienen 4K, 8K e incluso más píxeles. Si está buscando construir un nuevo sistema de distribución de señal, es una buena apuesta contra el futuro admitir los anchos de banda más altos requeridos para Ultra HD, en todas las conexiones.

El escalador/conmutador de presentaciones VP-551X 8×2 4K de Kramer es ideal para este propósito, está equipado con ocho entradas discretas HDMI 2.0 con audio integrado y discreto y soporte nativo para resoluciones de color 4:4:4 y 4:2:0. . Además de una sola salida HDMI 2.0, también proporciona una salida HDBaseT para 4K/30 RGB o 4K/60 4:2:0.

Más importante aún, todos los puertos HDMI son compatibles con HDR10, un estándar para metadatos estáticos necesarios para mostrar video de alto rango dinámico. HDR se está convirtiendo en una parte intrínseca de la producción y visualización Ultra HD, lo que permite la reproducción de una gama mucho más amplia de valores de luminancia, desde el negro hasta el blanco completo y especular. VP-551X también pasa los formatos Dolby TrueHD y DTS-HD Master Audio, comunes con medios físicos y reproducción de transmisión.

Hay otros dispositivos útiles para su sistema de gestión de señales Ultra HD. Los nuevos 676T y 676R de Kramer son extensores de señal de fibra óptica plug-and-play que aceptan enchufes ópticos tipo LC y funcionarán con fibra multimodo o monomodo, brindando extensiones de señal de hasta 20 millas con la operación monomodo. La belleza de la fibra óptica es que prácticamente no tiene problemas de límite de velocidad, a diferencia de los extensores de señal basados ​​en cables de cobre que funcionan a varios cientos de pies como máximo.

También tiene la opción de enrutar sus señales Ultra HD a través de una conexión Ethernet de 10 gigabits utilizando el transceptor de transmisión de video Kramer KDS-8F SDVoE . Como codificador, codifica y transmite señales HDMI o DisplayPort junto con control de infrarrojos, control RS-232, audio analógico y USB 2.0 bidireccional a través de una red IP, utilizando fibra óptica conectable de formato pequeño (SFP). KDS-8F también puede funcionar como un receptor para decodificar todos los formatos de señal que acabamos de mencionar en un puerto HDMI con conexiones discretas de audio, IR y RS-232 .

Y eso es «qué pasa» con 4K en estos días. La demanda de más píxeles, actualizados a velocidades más rápidas con una mayor profundidad de bits de color, no se está desacelerando ni un poco. (¿Sabías que ahora se utilizan cámaras 8K para inspeccionar tuberías de alcantarillado? ¡Es cierto! Pero esa es una historia para otro momento…)