TICO軽量圧縮で1本のコスト効率の高いワイヤー上で8Kを拡張

04.12.18 10:38 AM Nils Fingerによる 

Introduction 

HDが遍在し、4Kはまだ初期段階にあるように見えますが、さらに高い解像度、すなわち8K(またはUHDTV2)が登場しています。ディスプレイメーカーやプロジェクションメーカーは、すでに最初の8K対応製品を発表しており、2018年の冬季オリンピックの映像の一部は、この現在最大の映像解像度フォーマットで撮影されています。将来を見越して、日本の公共放送「NHK」は、2020年のオリンピックの全試合を輝かしい8Kでホームグラウンドで放送するとまで発表しています。HDRやフレームレートの向上など、映像品質の急速な向上とともに、データ量も急増しています。HD(1920x1080)から4K(3840x2160)に解像度を上げると、総ピクセル数はすでに4倍の8,294,400ピクセルになります。4Kの高さと幅を再び2倍にすると、総ピクセル数は画像1枚あたり3320万画素に達します。毎秒60フレームの場合、毎分1,200億画素のピクセルが伝送、管理、保存されることになります。これが8Kです。
現在、業界は4Kビデオを処理するためにインフラストラクチャのアップグレードに苦労しており、60fpsでは4:2:2,10bitが12Gbps近くを必要とします。8Kが近づいていく中、将来性のあるソリューションを見つけなければなりません。 

そこからどのような課題が生じるのか?

非圧縮ストレージと伝送は、システムやインフラストラクチャ内で手頃な価格でなく管理不能になります。UHDTV2 に移行するには、高価なハードウェアのアップグレード、インフラストラクチャの大幅な更新が必要であり、特に電力消費量が増加します。 
次の表は、8K および高品質のビデオへの移行に伴って達する必要な帯域幅を示しています。非圧縮ビデオの現在のアプローチを維持するには、唯一のオプションは次のとおりです。
1. ケーブルの量を増やすか、
2. 高価な高帯域幅ケーブルを使用する。 
いずれも巨額の投資とさらなる消費電力の増加につながる。 

8K非圧縮を運ぶ既存のソリューション

SDI 設定では、8K 60P、4:2:2、10bit は、16 本の 3G-SDI ケーブルまたは 4x 12G-SDI ケーブルを介して単一のビデオ ストリームを配信する必要があります。これにより、マトリックス スイッチャーの I/O インターフェイスとクロス ポイントの数が増え、80x80 マトリックス スイッチャーを使用する必要が増します。最終的には、不安定な操作につながる非常に複雑なセットアップになります。 

標準的なIT技術の使用は、アジャイルで柔軟で再構成可能でスケーラブルなワークフローを構築し、ユビキタスなアクセサビリティを備えたフォーマットの多重性を伴う不確かさを扱います- これらはすべて IP でのアドバンテージです。 しかしながら、8Kストリームの48Gbpsに基づく最近のIPベースのインフラストラクチャでは、実装者は100Gbイーサネット接続の使用に強制的に依存します。現在非常にコストのかかる技術により、COTS IP製品を使用する上で大きな利点を排除してしまいます。

新しい超高速HDMI(またはHDMI 2.1)は、HDMI 2.0の元の18Gbps帯域幅を8K 60pビデオトランスポートに必要な正確な48Gbpsに拡張します。ただし、SDI やイーサネットと比較すると、HDMI では十分なケーブル長が提供されません。多くの場合、CAT5 または CAT 6 イーサネット ケーブルを活用する特定のエクステンダを使用する必要があります。 

私たちの提案する解決策: TICO 圧縮

この問題の解決策は、品質、遅延、複雑さの点で非圧縮ビデオのように動作するビデオ コーデックです。軽く圧縮されたストレージと伝送は、システムやインフラストラクチャ内で手頃な価格で管理可能なままです。低コストのハードウェアアップグレードを伴い、同じ消費電力のインフラストラクチャの更新を削減します。 


TICO 圧縮とは何か 

FPGAおよび CPU & GPU で利用可能な, intoPIX TICO は、FPGAでの低い複雑性と低コストで可逆品質を達成するように特別に設計された軽量メザニン圧縮コーデックです。これはフレーム内コーデックであるため、フレーム バッファを必要とし速度が落ちるフレーム間コーデックと比較して、低遅延アプリケーションに最適です。メザニン コーデックのラインベースの遅延は、ワークフローに誘導される 1 ミリ秒未満に変換されます。

技術はintoPIXによって発明され, そして新しい小さなエントロピーコーダー(TECO)を使用しています。その後、TICO-XSの開発の基礎として採用されたSMPTE RDD35として提出されました。(新しい今後の ISO 標準化 JPEG XS)  実際 TICOは、 IPインフラストラクチャーで、現在HD&4Kスタジオの放送市場で最も展開されたコーデックです。したがって8Kに使うのは自然に来るようです。 
圧縮率が2:1~6:1の場合、ビデオデータが占有する帯域幅が大幅に削減され、ユーザーは標準の10Gbイーサネットシステムまたは1本の12G-SDIケーブルを介して8K 60pビデオを伝送できます。  
TICO 製品ページに行きます...
TICO SMPTE RDD35の特長: 
- 複数のエンコード/デコード生成に堅牢
- 最大12ビットの4:2:0と4:2:2のワークフローをサポート 
- FPGA (Intel/Xilinx)またはASICに対して、ロジックとメモリの最小使用(外部DDRなし)、 
-  CPU & シングル GPU上で8Kを実行
- 最大6:1圧縮(数学的から視覚的ロスレスまで)  
- 少ないピクセルラインの遅延(エンドツーエンドで1ミリ秒未満) 
- 追加処理なしで8K TICOソースから4K解像度をデコードする埋め込みダウンスケーラー 

 1本のケーブル伝送スキーム上のTICO

TICO 10GbEで8K TICO

解像度が上昇し、接続性の簡素化が常に求められる時代にあって、多くのAV専門家はIPベースのインフラストラクチャに切り替えています。TICO圧縮は、8K 60p ビデオストリームの帯域幅を 8Gbps以下に削減しながら、ロスレス品質を維持し、実質的に遅延を発生させません。これにより、ユーザーは100mごとにスイッチ追加で、標準的な10GbEネットワーク(およびCAT6ケーブルとスイッチ)上でこれを実行することができます。 

RTP IP 経由(SMPTE ST 2110のように)のTICOで8K伝送するための標準化された方法
これまでは、ビデオ伝送(SDI over IP)のために推奨されたSMPTE ST 2022-5/6 を使用してきました。これらはいずれも「マルチプレックス」規格で、ビデオ、オーディオ、および補助データ信号(プラスブランキングとパディング)がSDIフレームにラップされ、単一の IP ストリームとして伝送されました。1 つの要素だけを必要とする受信者は、必要な部分を抽出するために、ネットワークからストリーム全体を転送して取得する必要があります。
SMPTE ST 2110 (非圧縮 IP ) は、信号の各部分を異なるストリーム (ビデオ、オーディオ、および ANC) のすべてが個別にルーティング可能なストリームに配置します。
TICO RDD35 標準には、IPでのTICO圧縮のためのRTP ペイロード仕様が含まれています。

12G-SDIで8K TICO

特に放送業界は、SDIインフラに大規模な投資を行い、イーサネットへの高価な変換を延長しています。より多くのケーブル、複雑なインターフェイス、追加の複雑さ、複数のケーブル上の1つのストリームの分割の管理を避けるために、TICO 8K圧縮では、そのユーザーが現在の16x3G-SDIまたは4x12G-SDIケーブルを保持し、まだ8Kビデオの伝送を可能にすることができます。 

8Kにメザニン圧縮を導入すると、コストを節約するだけでなく、消費電力やインフラストラクチャの複雑さが大幅に軽減されます。ケーブルの量を減らした上に、 TICO 圧縮により、マトリックス スイッチャーのクロスポイントの量が 6400 からわずか 25 に減少します。

SDI経由のTICOで8Kを輸送するための標準化された方法 

SDI 上のTICO圧縮ビデオ伝送は、SMPTE RDD35*に記載されています。TICOビットストリームマッピングと3G-SDI環境検出に明記されてます(EAV/SAV コードの保護を含む)。12 Gb/秒の公称レートで動作するクワッドリンクシリアルデジタルインターフェイスを介したこれらの3Gビットストリームのトランスポートは、 SMPTE ST 2082によって定義されます。

フィールドからの実例

日本の公共テレビ放送局NHKは、すでに 8K放送で彼らの主導的な役割を統合するための重要な基礎として、SDIと10GbE上での8KにTICO実装を成功しました。。今年初めのNABとIBCでの実装のデモンストレーション、そして平昌冬季オリンピック期間中に初のフィールドテストを行い、日本放送協会(NHK)*は、2018年12月に8Kスーパーハイビジョンという名称で初の8K UHDTVチャンネルを立ち上げます。

複数のプラットフォーム向けのソリューション

さまざまなプラットフォームで実装可能、 TICO 圧縮は、FPGA, ASIC, CPUまたはGPUの圧縮アルゴリズムを実行する可能性を提供する汎用性の高いソリューションです。–制限なしで前述した コーデック機能をすべて含みます。 


実装のメリット

IPX-TICO FPGA IPコア:
  • 任意のIntel/Xilinx FPGAでの低コストの実装 : 非常に低い FPGA ロジックと内部 RAM の使用
  • エンコーダとデコーダの複雑さはほぼ同じです
  • 統合を高速化するためにHDK内で提供のアプリケーションごとにカスタマイズ可能なIPコア
  • クロックごとのさまざまなピクセルの実装 
私たちのTICO IPコアはこちら
FastTICO CPUとGPUのSDK :  
  • エンコーダとデコーダの複雑さはほぼ同じです。 
  • 100%CPUまたは100%GPUアーキテクチャーで8Kまで拡張可能な高度な並列化が可能
私たちの FastTICO SDKはこちら

結論

8Kビデオは、管理、輸送、保存に膨大なデータ量を持つAV専門家に直面しています。次のような任意のアプリケーションの場合: AV オーバー IP 、制作ワークフロー、双方向放送、リモートコラボレーション、KVM、ビデオオーバー IP ルーティング、またはその他の時間精度のブロードキャスト -> 遅延は受け入れられず、影響を受けないビデオ品質を保証する必要があります。 


>>5:1圧縮比でTICO圧縮すると、1ミリ秒未満の遅延を誘発しながら、1本のケーブル(12G-SDIまたは10GbE)を介して8Kコンテンツを転送する際に、自然と堅牢な品質を提供するAV機器を構築することが可能です。


IPネットワーク(すなわちSMPTE ST2110) またはSDIを経由でこの軽量ビデオ圧縮コーデックを使用は、 視覚的な品質、非常に低いハードウェアの複雑さと費用対効果を保証しながら、UHDTV 8K、高フレームレートとストリーム数を管理するためのスマートなアップグレードパスです。 

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*NHKの8K放送の取り組み詳細は、彼らの Website またはホワイトペーパーをお読みください。  
*SMPTE RDD35 の技術仕様のダウンロードはこちらです: 

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