TICO 경량 압축을 통해 비용 효율적인 단일 와이어로 8K 확장

04.12.18 10:38 AM By Nils Finger

소개 

HD가 건재하고 4K가 아직 초기 단계인 것처럼 보이지만, 더 높은 해상도, 즉 8K (또는 UHDTV2)가 등장하고 있습니다. 디스플레이 및 프로젝션 제조업체는 이미 8K 지원 제품을 선보이고 있으며 2018년 평창 동계 올림픽은 부분적으로 현재 가장 큰 비디오 해상도 형식으로 촬영되었습니다. 일본의 국영 TV 방송사 NHK 는 미래를 내다 보며 2020년 올림픽 전체를 8K로 방영하겠다고 발표했습니다. HDR 및 더 높은 프레임 속도와 같은 비디오 품질의 획기적이고 빠른 개선이 이루어 지고 있지만, 동시에 데이터 양이 급증하고 있습니다. 해상도를 HD (1920x1080)에서 4K (3840x2160)로 높이면 이미 총 픽셀 수가 8,294,400 픽셀로 4 배가됩니다. 4K의 높이와 너비를 다시 두 배로 늘리면 총 픽셀은 이미지 당 무려 3,320 만 픽셀에 도달합니다. 초당 60 프레임으로 1 분마다 1,200 억 픽셀의 전송, 관리 및 저장을 합니다. 이것이 바로 8K입니다.
현재 업계는 60fps, 4:2:2,10비트에서 거의 12Gbps가 필요한 4K 비디오를 처리하기 위해 인프라를 업그레이드하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 8K를 앞두고 있는 현재, 미래 지향적인 솔루션을 찾아야 합니다. 

그로부터 어떤 도전이 파생됩니까?

압축되지 않은 비디오의 저장 및 전송은 시스템 및 인프라 내에서 감당할 수 없고 관리할 수 없게 됩니다. UHDTV2로 전환하려면 값비싼 하드웨어 업그레이드와 대규모 인프라 갱신이 필요하며 전력 소비가 눈에 띄게 증가합니다. 
아래 표는 8K 및 더 높은 품질의 비디오로 전환할 때 필요한 대역폭을 보여줍니다. 비압축 비디오의 현재 접근 방식을 유지하는 유일한 옵션은 다음과 같습니다:
1. 케이블의 수를 늘리거나
2. 고가의 고대역폭 케이블을 사용합니다. 
두 가지 모두 막대한 투자와 추가적인 전력 소비 증가로 이어질 수 있습니다. 

8K 무압축 비디오 전송을 위한 기존 솔루션

SDI 설정에서 8K 60P, 4:2:2, 10 비트는 16 개의 3G-SDI 케이블 또는 4x 12G-SDI 케이블을 통해 단일 비디오 스트림을 전송해야합니다. 결과적으로 매트릭스 스위처의 I/O 인터페이스 및 크로스 포인트 수가 증가하여 80x80 매트릭스 스위처를 사용해야 합니다. 궁극적으로 불안정한 작동으로 쉽게 이어질 수 있는 매우 복잡한 설정입니다. 

표준 IT 기술을 사용하여 민첩하고(agile) 유연하며 재구성 가능하고 확장 가능한 워크플로우를 구축하고 유비쿼터스 액세스 기능을 갖춘 미리 알지 못하는 다양한 형식을 처리합니다.이 모든 것이 IP의 장점입니다. 그러나 최신 IP 기반 인프라를 사용한다 하더라도, 48Gbps의 8K 스트림은 100Gb 이더넷 연결을 사용해야 합니다. 이 연결은 현재 비용이 매우 많이 드는 기술로 COTS IP 제품 사용의 주요 이점을 상쇄합니다.

새로운 초고속 HDMI (또는 HDMI 2.1)는 HDMI 2.0의 원래 18Gbps 대역폭을 8K 60p 비디오 전송에 필요한 정확한 48Gbps로 확장합니다. 그러나 SDI 및 이더넷에 비해 HDMI는 충분한 케이블 길이를 제공하지 않습니다. 종종 CAT5 또는 CAT6 이더넷 케이블을 활용하는 특정 익스텐더를 사용해야합니다. 

제안된 솔루션 : TICO 압축

이 문제에 대한 해결책은 품질, 대기 시간 및 복잡성 측면에서 압축되지 않은 비디오처럼 행동하는 비디오 코덱입니다. 가볍게 압축된 스토리지및 전송은 시스템과 인프라 내에서 저렴하고 관리가 용이합니다. 여기에는 저비용 하드웨어 업그레이드가 포함되며 동일한 전력 소비에 대한 인프라 갱신이 줄어듭니다. 


TICO 압축이란 무엇인가

FPGACPU & GPU에서 사용할 수 있는 intoPIX TICO는 경량의 메자닌 압축 코덱으로, 낮은 압축 비율로 무손실 품질을 달성하도록 설계되었으며 FPGA 복잡성과 비용이 매우 낮습니다. 인트라 프레임 코덱으로, 프레임 버퍼가 필요하고 따라서 압축속도를 감소시키는 인터프레임코덱과 비교하여 지연 시간이 짧아야 하는 애플리케이션에 완벽하게 적합합니다. 메자닌 코덱의 라인 기반 대기 시간은 실제로 1밀리초 이하입니다.

이 기술은 intoPIX에 의해 개발되었으며 새로운 Tiny Entropy COder (TECO)를 사용합니다. SMPTE에 RDD35 *로 제출되었으며, 이후 TICO-XS (새로운 ISO 표준화된 JPEG XS)의 개발에 기초하여 채택되었습니다. 실제로 TICO는 현재 IP 인프라를 통한 HD 및 4K 스튜디오 용 방송 시장에서 가장 많이 배포된 코덱입니다. 따라서 8K에 이 기술을 사용하는 것은 자연스러운 과정입니다. 
2:1 ~ 6:1의 압축률로 비디오 데이터가 차지하는 대역폭을 크게 줄여 사용자가 표준 10Gb 이더넷 시스템 또는 단일 12G-SDI 케이블을 통해 8K 60p 비디오를 전송할 수 있습니다. 
TICO 제품 페이지로 이동 ...
TICO SMPTE RDD35 기능 : 
- 여러번의  en/decoding 후에도 화질저하가 거의 없음.
- 4:2:0 및 4:2:2 workflows, 최대 12비트까지 지원 
- FPGA (Intel / Xilinx) 또는 ASIC 구현을 위해 최소한의 logic & memory 사용 (외부 DDR 필요없음) 
- CPU 및 싱글 GPU에서 8K 코덱 구현가능
- 최고 품질의 6:1 압축 구현 (수학적 무손실에서 시각적 무손실까지) 
- 단지 몇 픽셀 라인이 레이턴시 (end-to-end 기준 1ms 미만) 
- 포함된 다운스케일러가 8K TICO source를 4K 해상도로 추가 처리 없이 디코딩 

TICO 단일 케이블 전송 체계를 통해

10GbE에서 8K TICO

해상도가 높아지고 단순화된 사물간의 연결에 대한 끊임없는 요구로 인해 많은 AV 전문가들이 IP 기반 인프라로 전환하고 있습니다. TICO 압축은 8K 60p 비디오 스트림의 대역폭을 8Gbps 미만으로 줄이면서 무손실 품질을 유지하고 사실상 대기 시간을 유발하지 않습니다. 이를 통해 사용자는 표준 10GbE 네트워크 (및 CAT6 케이블 및 스위치)를 통해 8K 스트림을 전송할 수 있습니다. 현재 100미터마다 스위치를 추가하여 케이블 길이를 간단하게 확장할 수있는 추가 이점도 제공하는 매우 비용 효율적인 설치입니다. 

RTP IP (예: SMPTE ST 2110)를 통해 TICO 로 8K를 전송하는 표준화된 방법
지금까지는 권장되는 SMPTE ST 2022-5/6을 사용하여 비디오를 전송했습니다( IP 을 통한 SDI ). 이 두 가지 표준은 모두 비디오, 오디오, 보조 데이터 신호(블랭킹 및 패딩 포함)를 SDI 프레임으로 감싸서 단일 IP 스트림으로 전송하는 "멀티플렉스" 표준입니다. 하나의 요소만 원하는 수신자는 원하는 부분을 추출하기 위해 네트워크에서 전체 스트림을 전송하고 가져와야 합니다.
SMPTE ST 2110(비압축 over IP)은 신호의 각 부분을 다른 스트림에 넣습니다: 비디오, 오디오, ANC를 모두 개별적으로 라우팅할 수 있습니다.
TICO RDD35 표준에는 'TICO 압축 over IP' 에 대한 RTP 페이로드 사양이 포함되어 있습니다.

12G-SDI에서 8K TICO 

특히 방송 산업은 SDI 인프라에 막대한 투자를 하고 있으며 비용이 많이 드는 이더넷으로의 전환을 미루고 있습니다. 더 많은 케이블 관리, 복잡한 인터페이스, 추가 복잡성 및 여러 케이블에 대한 하나의 스트림 분할을 방지하기 위해 TICO 8K 압축을 사용하면 사용자가 현재 16x3G-SDI 또는 4x12G-SDI 케이블을 그대로 사용하면서 8K 비디오를 전송할 수 있습니다. 

8K에 메자닌 압축을 적용하면 비용을 절약 할뿐만 아니라 전력 소비 및 인프라 복잡성을 크게 줄일 수 있습니다. 케이블의 양을 줄일 뿐 아니라 TICO 압축은 매트릭스 스위처의 크로스 포인트의 양을 6400에서 25로 줄였습니다.

'TICO over SDI' 로 8K를 전송하는 표준화된 방법

SDI를 통한 TICO 압축 비디오 전송은 SMPTE RDD35*에 설명되어 있습니다. 3G-SDI 환경에서 TICO 비트스트림 매핑 및 감지를 지정합니다(EAV/SAV 코드 보호 포함). 12Gb/s의 공칭 속도로 작동하는 쿼드 링크 직렬 디지털 인터페이스를 통한 이러한 3G 비트스트림의 전송은 SMPTE ST 2082에 의해 정의됩니다.

현장의 실제 예

일본 국영 방송국 NHK는 이미 8K over 12G-SDI/10GbE에 TICO를 성공적으로 적용했습니다. 이는 8K 방송에서 그들의 주요 역할을 강화하는 데 중요한 초석입니다. 올해초 NAB 및 IBC에서 구현된 것을 이미 시연했으며, NHK는 평창 동계올림픽 기간 중 첫 현장 테스트를 통해 2018년 12월 8K 슈퍼 하이비전이라는 이름으로 첫 8K UHDTV 채널을 송출할 예정입니다.

여러 플랫폼을 위한 솔루션

다양한 플랫폼에서 구현할 수 있는 TICO compression은 사용자가 FPGA, ASIC, CPU 또는 GPU에서 압축 알고리즘을 실행할 수 있는 기능을 제공하는 다목적 솔루션입니다 – 이전의 모든 코덱의 기능을 제한 없이 포함합니다.  


구현 이점

IPX-TICO FPGA IP-코어:
  • 모든 Intel / Xilinx FPGA : 매우 낮은 FPGA 로직 및 내부 RAM 사용
  • 인코더와 디코더는 거의 동일한 복잡성을 가지고 있습니다.
  • 통합 속도를 높이기 위해 HDK 내에서 제공되는 애플리케이션 별 IP-코어
  • 클럭당 다양한 픽셀 구현 
TICO IP-코어는 여기서 알아보십시오.
FastTICO CPU & GPU SDK : 
  • 인코더와 디코더는 거의 동일한 복잡성을 가지고 있습니다. 
  • 100 % CPU 또는 100 % GPU 아키텍처에서 최대 8K까지 확장 할 수 있도록 고도로 병렬화 가능
FastTICO SDK에 대해 알아보십시오.

결론

8K 비디오는 관리, 전송 및 저장을 위한 풍부한 데이터 양을 AV 전문가에게 제공합니다. AV over IP, 프로덕션 워크플로우, 양방향 브로드 캐스팅, 원격 협업, KVM, Video over IP 라우팅 또는 기타 높은 시간 정확도를 요구하는 브로드 캐스팅과 같은 모든 애플리케이션의 경우 지연은 허용되지 않으며 영향을 받지 않는 비디오 품질을 보장해야합니다. 


>> TICO 5:1 압축 비율로 압축하면 단일 케이블 (12G-SDI 또는 10GbE)을 통해 8K 콘텐츠를 전송하는 동안 1밀리초 미만의 지연으로 깨끗하고 견고한 품질을 제공하는 AV 장비를 구축할 수 있습니다.


IP 네트워크 (예 : SMPTE ST 2110) 또는 SDI를 통해 이 가벼운 비디오 압축 코덱을 사용하는 것은 UHDTV 8K, 높은 프레임 속도 및 스트림 수를 관리하면서 시각적 품질, 매우 낮은 하드웨어 복잡성 및 비용을 보장하는 스마트 업그레이드 경로입니다. 

TICO 기술을 평가하거나 통합하고 싶습니까? 

여기를 클릭하세요
*NHK의 8K 방송 활동에 대한 자세한 내용은 NHK website 또는 white paper를 참조하십시오. 
* 여기서 SMPTE RDD35 기술 사양을 다운로드받으십시오:

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