intoPIX의 마케팅 및 영업 매니저인 Keith Morris는 이전 Barco와의 디지털 시네마 관련 작업에서 BKSTS 회원들에게 더 잘 알려져 있으며, 중요한 'DCI 컴플라이언스'로의 전환이 디지털 시네마 사업에서 우리 모두에게 어떤 영향을 미치는지 설명합니다.
최초 게시 : 디지털 프로젝션 교육 - 2006년 6월
요즘 디지털 시네마의 반짝이는 표면을 긁어 내고, 놀라운 프리젠테이션 뒤에, 계속 증가하는 디지털 화면 설치 선언 및 현재 ShoWest 에서 신제품 소개 뒤에는 또 다른 현실인 'DCI'와 '상호 운용성' 과 '준수' 라는 복잡한 언어가 있다는 것을 알아야 합니다. 2005년 7월에 출판되기 오래 전부터 디지털 시네마 이니셔티브 (DCI) 권장 사항 문서 (1) - 현재 '디지털 시네마'를 정의하는 석판 - 은 더 깊은 의미와 잠재적인 비용 영향을 위해 장비 제조업체에 의해 철저히 정리되었습니다.
….. 서버 및 프로젝터 제조업체는 FIPS 보안 인증을 어떻게 해석 할 것인가 (2)
..... JPEG2000 압축 표준(3)을 충족하고
..... 실제로 허용되는 워터 마킹을 구성하는 것은 무엇입니까?
이러한 맥락에서 소위 '미디어 블록'은 현실 주의적 명제이며, 그렇다면 언제까지? 어떻게 정의되고 더 나은 위치에 있는지
디지털 프로젝터 또는 서버에서?
이것들은 성숙한 고려 사항일 수 있지만 ShoWest'06의 피드백이 어떤 척도가 된다면, 올해 JPEG 2000 압축 표준을 구현하려는 할리우드의 열망을 달성하기 위해 이러한 문제는 이제 2007 년 상당량의 디지털 화면 배포보다 앞서, 긴급하게 처리 되어야 합니다. 그래야 4K, 3D, 심지어 4K 3D 디스플레이까지도 (약간의) 장기적인 약속을 완전히 가능하게합니다!
제조업체가 다음의 여러 목표를 어떻게 충족시킬 것인가?
• 빠르고 완벽하게 DCI를 준수하는지 확인하고, 동시에
• 진정한 상호 운용성을 달성하고, 동시에
• 미래의 D&E 시네마, 디지털 방송 및 광고 디스플레이의 다양한 이미지에 충분히 준비되어 있는지 확인합니까?
이 모든 것이 오늘날의 기술에 대한 흥미로운 질문을 제기합니다 ...
더욱 까다로운 미래의 애플리케이션을 충족하는데 필요한 처리 능력을 제공할 수 있습니까? 아니면 경제적이고 관리 가능한 마이그레이션 경로를 제공하고 유연성을 제공할 수 있습니까?
그리고 기능에 대한 질문. DCDM (디지털 시스템 디지털 마스터링), 보안, 패키징, 압축, 디지털 인증서, ETM (Extra-Theater Messages) 및 KDM (Key Delivery Messages) 요구 사항과 같은 문제를 포괄하는 DCI 사양의 153 페이지에서 우선 순위는 무엇입니까? 우리는 어디에서 시작합니까?
오늘날의 기술인 텍사스 인스트루먼트 (2K 해상도) 또는 소니 (4K)의 'Digital Eye'가 가장 바람직한지 여부에 대한 논의 뒤에는 '디지털 브레인', 그 형태, 기능 및 일부의 경우 D-Eye를 구동하는 핵심 인텔리전스의 위치에 대한 또 다른 내용이 있습니다.
오늘날 이러한 처리 인텔리전스를 제공하기 위해 ASIC, DSP 및 FPGA의 세 가지 처리 기술이 존재합니다. 이 중 ASIC는 가장 잘 확립되어 있으며 오늘날 대부분의 디지털 시네마 서버에 통합된 처리 인텔리전스입니다. [애플리케이션 별 집적 회로, 즉 PC의 RAM 용 IC와 달리 특정 애플리케이션 용으로 설계된 IC는 회로 '빌딩 블록'을 함께 연결하여 구축됩니다. 블록은 이미 라이브러리에 존재하므로 처음부터 새 칩을 설계하는 것보다 새 ASIC를 생성하는 것이 더 쉽습니다.]
그러나 ASIC는 기본적으로 고정된 기능을 가진 전용 장치이며 점점 더 복잡해지는 디지털 시네마 요구 사항을 충족하기에는 고유한 처리 능력이 충분하지 않습니다. 지금도 2K 해상도로 처리하려면 최소 3개의 ASIC 칩이 필요하며, 아키텍처에 따라 15개 이상과 FPGA 컨트롤러 [Field Programmable Gate Array]가 4K 사용에 필요합니다.
둘째, DSP (Digital Signal Processor) 아키텍처의 사용은 소프트웨어 기반 재 프로그래밍 가능성과 그에 따른 유연성을 고려할 때 흥미로운 가능성을 제공합니다. 하지만 특히 많은 이미지 압축 블록 중에서 가장 중요한 엔트로피 디코딩의 정확한 실시간 요구 사항을 효율적으로 충족하는 능력에는 한계가 있습니다. [엔트로피 인코더는 심볼에 코드를 할당하여 일치하도록 데이터를 압축합니다
기호의 확률이 있는 코드 길이 - 가장 일반적인 기호는 가장 짧은 코드를 사용합니다.]
세 번째 기술은 현장 프로그래밍이 가능한 게이트 어레이인 FPGA를 사용합니다: 원격으로 프로그래밍 가능한 로직 구성 요소와 표준 인터페이스를 모두 포함하는 반도체.
전력 및 유연성
언뜻보기에 FPGA는 강력한 옵션으로 보입니다. 미래의 디스플레이 애플리케이션에 필요한 처리 능력, 비용 효율적인 신제품 개발에 대한 약속을 포함하는 재 프로그래밍 가능성, 현장에서 재 프로그래밍할 수 있는 능력을 갖추고있어 1세대 디스플레이 네트워크 버그 수정의 (잠재적으로 상당한) 부담을 덜어줍니다.
또한 FPGA는 산술 계산의 이점과 온보드 CPU의 소프트웨어 유연성 이점을 위해 DSP 블록을 통합합니다. 이 호스트는 완전한 미디어 블록을 위한 이상적인 호스트이며, 또한 재 프로그래밍 가능한 이더넷, SATA 및 HDSDI 출력 링크를 장착할 수 있는 호스트입니다.
그러나 훨씬 더 매력적인 것은 FPGA의 높은 수준의 프로세스 통합과 컴팩트한 물리적 크기로, 둘 다 상당한 처리 및 물리적 보안 이점을 제공합니다.
무엇이 먼저 오는가?
DCI 규정 준수는 실제로 대부분의 장비 공급자에게 어려운 전망입니다.
예를 들어, FIPS [연방 정보 처리 표준] 및 워터 마킹 보안 요구 사항이 여전히 논쟁 중이고 DCI 준수 절차가 아직 정의되지 않은 경우 제조업체가 완전한 DCI 준수를 달성하는 방법과 시기는 여전히 열려 있는 질문입니다.
업계는 이러한 문제와 다른 많은 세부 문제에 대해 호흡을 유지하지만, 한 가지 확실하고 즉각적이며 실현 가능한 현실은 현재 대부분의 디지털 시네마 서버에
통합된 MPEG 시스템 대신 JPEG 2000 압축 형식을 DCI가 채택한 것입니다. Y2K로 출판된 이후 Wavelet기반 JPEG 2000 압축 알고리즘은 극도의 유연성으로 유명하지만 특히 디지털 시네마 응용 프로그램과 관련하여 프레임 별 다중 레벨 액세스 (예 : 단일 프레임 편집)의 이점을 제공합니다. 또한 사용자가 특정 '관심 영역' 을 처리하고 최대 무손실 출력 품질을 정의할 수 있습니다. 따라서 Hollywood Studio의 지원으로 제공 업체가 빠르게 움직여야 한다는 요구에 따라 JPEG 2000 준수 경쟁이 시작되었습니다!
도전에 대처
'Cue' 벨기에가 다시 디지털 시네마 토론의 선두에 서게 됩니다!
벨기에의 선도적인 주요 기술 대학 중 하나인 UCL (Université catholique de Louvain)은 벨기에의 디지털 시네마 혁신의 또 다른 연속성을 고려하여 2001년에 기술 과제를 인식하고 비교적 새로운 FPGA 기술 분야에서 국제적으로 인정받는 전문성의 맥락에서 디지털 시네마에 대한 JPEG 2000 압축의 적합성을 조사하기 위한 비전적인 결정을 내렸습니다.
압축 표준에 대한 DCI 결정을 4년동안 선점한 UCL은 J3개의 실험실의 JPEG 개발 프로그램을 통합하고 고품질, 높은 처리량 및 고부가가치 데이터 스트림을 위한 안전한 처리 도구를 개발하기 위해 세션을 시작했습니다. 그리고 이제 또 다른 시기 적절한 결정으로 UCL은 벨기에의 기술 회사인 intoPIX를 통해 결과 IP [Intellectual Properties]를 출시하여 DCI 사양을 충족하는 다양한 FPGA 기반 솔루션을 판매하지만 현명하게도 더 많은 기능을 수행 할 수 있게 되었습니다.
15년 이상의 관리 경험을 바탕으로 UCL과 intoPIX 직원은 실제로 2001년부터 JPEG 2000 및 디지털 시네마 표준화 위원회에 상당한 공헌을 해왔습니다. - 가장 최근에는 UCL의 JPEG위원회의 디지털 시네마 상호 운용성 테스트 계획을 위한 저장소로 UCL이 참여했습니다..
현재 UCL 과 intoPIX도 또한 EU 'EDCine' 프로그램을 관리하는 프로젝트이며, 6월에 시작된 16개 유럽 기관 (DCI가 규정 준수 테스트 절차를 정의하기 위해 임명한 프라운호퍼 연구소 포함)의 컨소시엄이 참여하는 프로젝트로, 디지털 시네마 크리스탈 볼을 더욱 자세히 살펴볼 것입니다.
DCI를 넘어서 생각을 하고 SMPTE 사양의 한계를 뛰어 넘음으로써 (4) EDCine 프로젝트는 품질 최적화 문제, 전송 오류에 대한 견고성, 콘텐츠 보안 도구, 입체 이미징, 대화형 액세스, 포렌식 마킹 및 인덱싱 및 검색을 위한 메타데이터를 조사하여 디지털 시네마 환경을 더욱 향상시키는 것을 목표로 합니다.
intoPIX 솔루션:
따라서 intoPIX는이 배경을 고려하여 자체적이고 고도로 통합되고 유연한 미디어 블록 솔루션을 개발하는 세 가지 전략적 목표를 정의했습니다.
• 첫째, 가장 중요한 것은 가능한 한 DCI 준수 요구 사항을 충족해야 초과해야 한다는 것입니다.
• 둘째, FIPS 레벨 3 및 4 인증 요건에 대한 전문가여야 합니다.
• 세 번째는 유연한 솔루션을 제공한다는 것입니다. 본질적으로 유연하면서도 개별 사용자의 다양한 요구 사항에 맞도록 '혼합 및 일치' 하는IP 제품군을 기반으로 합니다.
그리고 특히 회사가 이 최종 핵심 목표 (유연한 미래 보장 솔루션 제공하는 것)의 중요성을 인식하고 있기 때문에, FPGA 플랫폼에서 IP를 개발하기로 결정하였습니다.
IPX-JP2K 디코더 모듈
현재 intoPIX는 JPEG 2000 디코더(IPX-JP2K) 및 AES 암호화/암호 해독(IPX-AES) 모듈을 위한 두 가지의 핵심 FPGA 기반 IP-코어를 제공하고 있습니다.
이들 중 첫 번째인, IPX-JP2K JPEG 2000 디코더 모듈은 Xilinx Virtex-4 FPGA를 기반으로 하며, 특히 디지털 시네마의 playback 시스템 요구를 충족하도록 설계 되었습니다. 유연한 IP 제품군 제공이라는 목표를 달성하기 위해 IPXJP2K 압축 코어는 회사 자체 AES 보안 코어와 같은 다른 핵심 IP와 완전히 호환됩니다.
그러나 디지털 시네마시스템 운영자에게 중요한 것은 온칩 하드웨어 및 소프트웨어 작업의 효율적인 조합과 IPX-JP2K의 현장 업그레이드 및 업데이트를 위한 고유한 배포 후 재생성을 제공하는 디코딩 블록의 최적 공동 설계 재 파티션 (아래 그림 참조)의 가능 여부입니다.
IPX-JP2K 코어
JPEG 2000 parser
JPEG 2000 파서는 JPEG 2000 코드 스트림의 메인 및 타일 부분 헤더를 분석하고, 구문을 확인하며, 이미지 속성을 보고하고 엔트로피 디코더에 압축된 비트 스트림을 보냅니다. 파서는 마이크로 블레이즈에서 실행되는 소프트웨어로 개발되었습니다.
엔트로피 디코더
여러 코드 블록으로 나뉘어진 각 웨이블릿 서브 밴드의 재구성은 Context Modeller와 Arithmetic Decoder의 두 블록에 의해 수행됩니다. Context Modeller는 Arithmetic Decoder로 각 비트의 이웃을 설명하는 정보를 전송하여 코드 블록의 각 비트 평면을 연속적으로 디코딩합니다. 이 정보를 통해 Arithmetic Decoder는 비트 스트림에서 각 비트를 디코딩합니다.
Inverse Quantizer
웨이블릿 서브밴드의 계수는 역으로 양자화됩니다. 양자화 단계는 JPEG 2000 파일의 메인 헤더에 정의되어 있으며 각 서브밴드마다 다를 수 있습니다. 역 양자화기는 최신 Xilinx Virtex-4 기능 (예: DSP 블록)을 사용합니다.
외부 메모리
이중 프레임 메모리 버퍼는 Inverse Quantizer 출력에서 사용되며 효율적인 IDWT 처리를 가능하게 합니다. 두 개의 DDR-SDRAM 외부 메모리를 포함하는 이 버퍼는 항상 편리할 때 반복될 수 있는 하나 이상의 유효한 프레임을 유지합니다. 필요한 DDR-SDRAM 유형은 512 Mbit 메모리 (32 Meg x 16, 2K 및 48fps의 경우 133 MHz)입니다. 프레임 버퍼는 최대 4프레임을 저장할 수 있습니다.
역 이산 웨이블렛 변환(IDWT)
서브 밴드의 이차원 웨이블 재구성이 달성됩니다. 18비트 고정 소수점 정밀도를 가진 두 필터 뱅크를 사용할 수 있습니다: 무손실 인코딩을 위해 규정된 Le Gall(5/3) 필터 뱅크 또는 손실 인코딩을 위한 더 복잡한 Daubechies(9/7) 필터 뱅크. DC 응용 프로그램에서는 9/7 필터만 필요합니다.
다중 구성 요소 변환(MCT)
JPEG 2000 압축 효율을 향상시키기 위해 여러 구성 요소 변환을 사용할 수 있습니다. 가역 변환(RCT)은 5/3 필터와 함께 사용되며, 비가역적 변환(ICT)은 9/7 필터와 함께 사용됩니다. 두 변환 모두 18비트 고정 소수점 정밀도로 구현됩니다.
오류 처리
디코더는 입력 데이터의 오류를 감지하도록 설계되었습니다. 이 탐지는 다음 두 가지 수준에서 수행됩니다:
- JPEG 2000 헤더
이미지 크기 및 구성 요소당 비트와 같은 코드 스트림 특성이 확인됩니다. 디코더 컨트롤러에서 제공하는 사양과 J2K 헤더의 일관성
분석됩니다.
- JPEG 2000 패킷 헤더 및 압축 비트 스트림
패킷 헤더를 분석하여 태그 트리의 일관성, 비트 평면 수 및 코드 블록 압축 비트 스트림 길이를 확인합니다.
오류가 감지되면 디코더를 관리하는 장치로 특정 오류 코드가 전송됩니다. 손상된 프레임 코드스트림의 경우 디코더는 다음 프레임을 디코딩하고 올바른 프레임이 발생할 때까지 반복합니다. 프레임 속도에 의해 결정된 경과 시간 동안 프레임을 디코딩할 수 없는 경우, 이전 올바르게 디코딩된 프레임은 불쾌한 디스플레이 아티팩트를 피하기 위해 출력으로 전송됩니다.
공정 제어
JPEG 2000 인트라 프레임내 코딩을 활용하여, 디코더 컨트롤러는 프레임 정확도로 스트림을 관리할 수 있습니다. 입력에서 디코딩할 데이터가 없는 경우 디코더는 최근 디코딩 프레임에서 루프를 반복하거나 검정 프레임을 출력하거나 처리를 중지할 수 있습니다. 그리고 입력 스트림과 출력 옵션을 제어함으로써 디코더 컨트롤러는 관리
일시 중지, 단계별, 슬로우 모션, 빨리 감기 및 되감기, 임의 액세스.
인터페이스
입력은 리틀 엔디안 표현의 32비트 버스트에 의해 데이터를 수신합니다. 두 픽셀 (RGB, XYZ 또는 YUV)의 버스트가 출력됩니다. 출력 클럭은 시퀀스 프레임 속도와 사진 크기에 따라 달라집니다.
DCI 플러스
첫 번째 주요 목표를 달성하기 위해 intoPIX는 처음부터 가능한 한 현재 DCI 요구 사항을 능가하는 도전 과제를 설정했으며, 이 점에서도 IPX-JP2K IP가 성공한 것으로 인정받고 있습니다.
다음 차트에서 설명되는 바와 같이 오늘날의 DCI 요구 사항과 intoPIX가 예상한 성능을 비교하였습니다. 입력 및 출력 비트 레이트, 프레임 속도 및 색상 깊이의 주요 영역에서 상당한 기술 발전을이루었으며, 또한 최대 2048 x 1080의 다양한 화면 크기와, RGB, YUV 또는 XYZ 출력 유형을 허용합니다.
IPX-JP2K의 가장 큰 장점은 실제로 더 높은 입력 및 출력 비트 레이트로 관리할 수 있는 능력입니다. 현재 DCI 입력 비트 전송률은 모든 압축 콘텐츠 (2K@24/48 및 4K@ 초당24프레임)에 대해 250Mbps이지만 IPX-JP2K는 더 높은 프레임 레이 4K 요구사항의 가능성에 앞서 미리 IP를 잘 준비하여, 최대 500Mbps의 출력 속도를 제공합니다. 이 미래 IP는 IPX-JP4K라고 불리며 곧 Virtex-4 FX60 기술로 제공될 예정입니다.
다시 말하지만, 3D 디스플레이 요구 사항을 예상하면, JP2K는 최대 96fps에서 작동합니다. 또한, 미래 지향적 사고의 또 다른 예에서, intoPIX 디코더는 구성 요소당 충분한 14비트를 전달하기 위해 DCI 12비트 색상 깊이 요구 사항을 초과합니다. 그리고 마지막으로, intoPIX 디코더는 여러 다른 잠재적인 IP 사용자 그룹의 특별한 요구사항을 인식함으로써 예를 들어 아카이브 전문가가 고유한 2K 파일, 48fps, 500Mbps를 생성하거나 예를 들어 허용할 수 있도록 여러 품질 레이어를 관리할 수 있는 기회를 제공합니다. 한 디코더는 250Mbps 계층만 압축해제하는 반면 두 번째 디코더는 총 500Mbps를 나타내는다른 모든 계층의 압축을 해제합니다.
The end game – Compliance
시네마 산업이 기술자에 의해 (불필요하게) 주도되는것에 대해 적극적으로 우려한 것은 어제인 것 같습니다. 그러나 오늘날의 시장의 힘이 다시 주도권을 잡았다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 존 NATO 회장인 John Fithian이 기올해 NAB에서 열린 디지털 시네마 서밋의 기조연설에서 "2006년은 디지털 시네마의 중요한 해입니다. DCI 표준, 품질 및 비즈니스 모델이 있습니다.디지털 시네마는 종 곡선에 있습니다 ... 2007년은 거대할 것입니다." 라고 말했습니다.
디지털 설치 수가 연말까지 1000개에서 2,000개 이상으로 증가할 것으로 예상되는 가운데, 할리우드는 가능한 한 빨리 많은 DCI 요구 사항을 충족하기 위해 즉각적인 조치를 취해야 한다는 압박을 받고 있습니다.개발자의 작업은 새로운 긴박감 아래 규정 준수 절차의 발표에 앞서 행동해야 하는 디지털 시네마 장비 제공 업체는 다시 한 번 솔로몬의 지혜를적용하는 것이 필요합니다.
그러나 DCI 연장 사양 프로세스에 대한 업계 전반의 조사는 몇 가지 단서를 제공합니다. 정보에 입각한 기대와 영감의 흔들림 보다 더 적어도 JPEG2000 압축의 '알려진 된 수량' 에 우아한 솔루션을 보장 했습니다.
또한 이것이 제조업체의 개발 경로를 용이하게 하고 할리우드의 보안 문제를 지원하며 물류상의 이점을 제공하는 '호스트' 프로세서에서 사용할 수 있는 경우
네트워크 사업자에게 전달하고, 전시자의 4K 및 3D 미래를 지원하면 확실히 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.
참조 :
[1] Digital Cinema Initiatives, LLC, "Digital Cinema System Specification V1.0", 2005년 7월 20일.
[2] 연방 정보 처리 표준, "암호화 모듈에 대한 FIPS 140-2 보안 요구 사항", 2001 년 5 월.
[3] ISO / IEC 15444-1 : 정보 기술 -JPEG 2000 이미지 코딩 시스템-파트 1 : 코어 코딩 시스템, 2000.
[4] 영화 및 텔레비전 엔지니어 협회, DC28 디지털 시네마 기술위원회. 저자 : Gael Rouvroy CTO / Keith Morris, 마케팅 매니저, intoPIX s.a.
IPX-JP2K 및 IPXAES IP 모듈과 intoPIX 과학 간행물에 대한 자세한 내용은 www.intopix.com을 참조하십시오.
intoPIX 소개
intoPIX는 고품질, 높은 처리량 및 본질적으로 높은 가치의 데이터를 위한 안전한 처리 도구를 개발하고 마케팅하는 사명을 가진 독립 이미지 기술 회사입니다.
스트림.
전문성
벨기에의 Université Catholique de Louvain과 긴밀히 협력하여 intoPIX는 대학의 고급 압축, 암호화 및 마이크로 전자 연구실의 지식과 시설을 활용합니다. 세계적 수준의 전문성을 결합한 intoPIX는 최첨단 JPEG2000 이미지 관리 및 최신 세대 FPGA 칩에서의 구현 작업을 수행합니다.
시장
15인 이상의 관리 경험을 바탕으로 intoPIX 직원은 2001년부터 JPEG2000 및 디지털 시네마 표준화위원회에 상당한 공헌을 했으며 현재는 디지털 수집, 포스트 프로덕션, 배포 및 아카이빙을 위한 비용 효율적인 솔루션을 주도하고 있습니다.
최초 게시 : 디지털 프로젝션 교육 - 2006년 6월
