Ключи для сигнального кодирования UHD

Хуан Хосе Анайя Луенго, технический директор Сапец; Хосе Мануэль Менендес, профессор Политехнического университета Мадрид; и Соня Валладарес, инженер решений Долби, все члены Ухд Испания, дайте все ключи к кодированию знаков на Ultra High Definition.

С появлением UHD сигналы Они созданы Новые проблемы для обработки и транспортировки. Мы говорим о признаках, которые умножаются на 4 и 16 раз (en función de si es 4K u 8K) la resolución de una señal de vídeo HD, y que, como es lógico, se quiere trasportar y difundir por los sistemas actuales. Por ello, son necesarios nuevos sistemas de codificación que, por un lado, sean más eficientes que los anteriores y, por otro, que aprovechen mejor las características (sus redundancias tanto espaciales como temporales) de este tipo de señales.

A continuación, se dan unas pinceladas de la problemática y sistemas de procesado para las señales UHD. En el Libro Blanco, creado dentro del marco de la asociación UHD Spain, se profundiza y se aportan más detalles de todo lo aquí expuesto.

1. Системы кодирования UHD для среда взносов.

В Сцены вклада (Ранние стадии с момента сигнала возникают в различных производственных центрах) Необходимо поддерживать очень высокое качество и очень низкую задержку (ниже 400 мс) Для живых вещательных случаев. В случае сигналов UHD требуемая бинарная скорость запускается в зависимости от используемой системы кодирования. Таким образом, в зависимости от различных возможностей в доступных ссылках, системы кодирования для UHD, которые обычно используются:

Около Выше 10 Гбит / с: Эти бинарные скорости обычно генерируются при передаче бесконечного видео. В случае сигналов UHD новые сети, которые могут поддерживать 12 Гбит / с необходимы, и это обычно основаны на физических интерфейсах 12G-SDI И, увеличиваясь, IP (ST2110 Y ST2022/6).
Из 500 Мбит / с 10 Гбит / с: Кодификации мезонин почти нулевых потерь, для которых используются различные системы кодирования в зависимости от необходимой способности сжатия (Tico, JPEG2K, JPEG-XS, HEVC-INTRA, AVC-INTRA), работа в режиме "интра”.
Из 30 Мбит / с 150 Мбит / с: Кодификации Очень высококачественный MPEGПолем Когда системы кодирования основаны на методах MPEG, производительность достигнута значительно увеличивается, поскольку эти системы используют преимущества как пространственных избыточных средств, так и штормов видеосигнала, со схемами »межИ в рамках методов MPEG система, которая была стандартизирована, является H.265 или HEVC EN SU PERFIL 4: 2: 2 10 битовПолем Эта система является эволюцией H264 с производительностью, которая для сигналов UHD находится рядом вдвое больше, чем ваш предшественник (позволяя снизить необходимую бинарную скорость в 2) и с улучшением качества восприятия изображений.

Элемент, общий для всех этих систем, помимо поддержания качества, - это возможность выполнения процессов Многоплана (Кодирование и декодирование в несколько раз одинакового сигнала) без качества качества.

2. Системы кодирования UHD для вещания трансляции

В Испании очень важна диффузия вещания, поскольку предлагает Очень большое освещение территории (превышает 96% в его наземной диффузии (хорошо известный DTT) и достигая 100% в диффузии спутника). Исторический путь обоих типов диффузии длинный, что облегчает развертывание Широкий парк приемник в домах пользователейПолем Эволюция сказанного Парка требует времени, который заставляет поддерживать схемы сжатия, возможно, устаревшие, чтобы не помешать большинству пользователей не допустить, чтобы они не могли пользоваться своими обычными каналами.

Распространение вещания всегда использует системы сжатия, утвержденные европейским проектом DVB для проведения выбросов. Первой утвержденной системой сжатия видео была MPEG-2, которая использовалась массивно для кодирования сигнала SD. Сказал компрессор Он все еще используется Например, для сжатия сигнала SD на TDT и, поскольку в Испании упущенное упущенное сигналы в конце 2022 года, очень вероятно, что Его использование в DTT умирает с этим отключением.

Второй компрессор, принятый DVB для видео, был стандартом Н.264 (также известен AVC). Это стандарт, который был принят для сжатия сигнала HD, и это тот, который в настоящее время используется для сжатия сигналов HD с помощью TDT, спутника и IPTV.

Стандартизация H.265

После H.264 DVB также принял стандарт H.265 (O HEVC), и является стандартом, который используется для выбросов сигналов UHD. Это также может быть использовано для Сжатие HD -сигналов очень эффективно, но парк рецепторов пользователей недостаточно развилсяи требует продолжения использования H.264 для HD -сигналов. К счастью, Королевский указ 391/2019 от 21 июня, который утверждает Национальный технический технический план цифрового наземного телевидения и определенные аспекты для выпуска второго цифрового дивиденда регулируются, устанавливают требования и требования к приемным устройствам, которые продаются в Испании с экраном более 40 дюймов, и с возможностями приема сигналов UHD, что облегчает эволюцию парка приемника, так что его можно использовать, массивные системы компрессии с H.265.

Когда мы говорим о распространении сигнала UHD здесь, если это важно Оптимизировать использование полосы пропускания, поскольку мы используем системы, для которых в настоящее время выдаются сигналы SD и HD. Для сжатия видео HEVC был установлен в качестве стандарта, который будет использоваться в вещательной индустрии, в основном благодаря его высокой эффективности, особенно для изображений разрешения UHD, где он в полной мере использует свой потенциал.

В средах диффузии вещания, хотя задержка всегда важна, Это больше не критический элемент Как в случае вклада, и мы можем рассмотреть допустимо более 1 секундыПолем С помощью этой предпосылки можно получить максимальную отдачу от кодирования HEVC, используя более эффективные структуры Республиканской партии, которые максимизируют инструменты, предоставленные HEVC для временной избыточности.

3. Системы кодирования UHD для потоковой передачи

В системах кодирование для потоковой передачи, Вы должны различать между Рыночные платформы, хотя его также можно дифференцировать между системами от живая трансляция или Vode Vode Vod.

Когда мы говорим о платформах, в некоторых случаях мы должны встретить спецификации и рекомендации, данные имиПолем Например, в случае Apple/HLS, они определены Резолюций (и UHD, а не UHD), бинарные скорости и Кодеки Использовать. Эти спецификации являются общедоступными и должны быть строго выполнены при выполнении передачи как для прямых, так и для видео по требованию, так что маржа принятия решения или изменений очень ограничена.

Когда мы говорим о потоковой передаче в контенте VOD, невозможно не думать о великом Международные платформыПолем Как крупные, так и местные платформы имеют свои Системы распределения и применить свои собственные методы улучшения. Кодирование видео по требованию имеет то преимущество, что это не сделано в режиме реального времени, что позволяет обрабатывать видео с несколькими проходами, тем самым достигая больших коэффициентов сжатия. Например, Netflix с 2015 года использует метод, известный как «кодирование за титул«Это обеспечивает динамическую оптимизацию, экономия в некоторых случаях до 50% бинарной ставки, получая превосходное качество, до такой степени, что названия в настоящее время перекодируются до разработки этой технологии.

При разговоре о кодировании VOD для потоковой передачи всегда рассматривается возможность использования Адаптивные компрессоры, которые применяют пространственную масштабируемость (различные пространственные разрешения) или временную (разные скорости таблицы соды) в зависимости от емкости сети и пользовательского приемника. В этом смысле системы сжатия следует рассматривать как HLS или Mpeg-Dash (Последнее с возможностью использовать HEVC для сжатия видеосигнала).

Прямо в потоковой передаче и будущем

Касательно Живая потоковая передача, в большинстве передач Энкодер разделен с остальными технологиями распределенияПолем То есть только кодирование Для различных сетей, земли, спутникового и/или потокового потока. Самая большая проблема, в этом случае задержка, поскольку вам нужно «нарезать» и «упаковать» контент. Распространение в потоковой передаче медленнее, чем в трансляции, которая в случае спорта всегда было фактором, который следует учитывать.

Среди других проблем на будущее, это adopción o no de codificadores libres de patentes, как Av1, que es ligeramente más eficiente que HEVC, a costa de una mayor complejidad y tiempo de procesado, si bien no incluye el pago de royalties. Netflix recientemente ha anunciado que soporta AV1. La gran pregunta es si llegará a sustituir a otros codecs a nivel masivo. Esto es debido al tiempo que tardan los receptores en adaptarse a estas nuevas tecnologías, y como evolucionar estos nuevos codecs para que soporten HDR con metadatos dinámicos.

4. Codificación de UHD en emisiones en directo: desafíos y oportunidades

La codificación de emisiones en directo tiene unos condicionantes muy diferentes al procesado de contenido “enlatado«Это сохраняется для последующего распределения различными платформами. Содержание VOD позволяет использовать методы, которые улучшают качество за счет увеличения необходимого времени предварительной обработки. Но когда мы имеем дело с живыми сигналами, необходимо кодировать каждое из изображений. Менее чем за 20 мс (для сигналов UHD P50) или 16,66 мс (Для знаков UHD P60).

Также необходимо учитывать систему передачи, которая будет использоваться. Для очень низких систем задержки или трансляции, Бинарная скорость энкодера должна быть очень стабильной, поскольку высокое и пунктуальное увеличение бинарной ставки может быть не допустимым для остальной части цепочки передачи. Вот где они вступают в игру Бинарные методы управления ставками Поддерживать постоянный выходной поток.

Чтобы достичь этой реальной способности процесса, Использование очень мощных перерабатывающих платформ, которые в настоящее время основаны на 2 очень разных технологиях:

Выделенные платформы на основе схем (FPGA), где все очень ориентировано на Реал -процесс кодирования С очень высокой эффективностью. Вы можете получить немного Очень низкая задержка кодирования и декодирования С чрезвычайно низким потреблением. Кроме того, это обычно решения очень компактный и очень небольшой вес, Идеально подходит для мобильных единиц, портативных систем и т. Д., А также фиксированные станции, где задержка и потребление являются основными факторами.
Платформы на основе общих серверов, где они используются Очень мощные серверы, которые выполняют реальную обработку времени на основе емкости процессаПолем Не требуя конкретного оборудования, время разработки ниже. Напротив, Задержки обработки обычно намного выше И, прежде всего, потребление, которое обычно умножает на 10 или 20 потребление конкретных платформ.

В итоге…

Как видите, Технология готова para permitir realizar codificación eficiente de señales UHD y facilitar su transmisión por diferentes canales. Como se ha mencionado, el principal reto es conseguir que los usuarios dispongan de receptores actualizados que permitan hacer uso de los codificadores más eficientes.

Ya hay disponibles implementaciones de la evolución de HEVC, con el estándar ITU-T H.266 (también conocido como VVC), y se está trabajando en la evolución de Av1 con el codec AV2. Con ellos, podremos comprimir señales UHD con calidades y velocidades binarias similares a las que actualmente disfrutamos con señales HD.

Con todo ello, que nadie dude que la señal UHD estará en los hogares. Es solo una cuestión de tiempo.

Хуан Хосе Анайя Луенго, Технический директор Сапец; Хосе Мануэль МенендесПрофессор Политехнического университета Мадрида; и Соня Валладарес, Инженер -решения Долби.