8K 视频指的什么?8K 视频处理和工作原理分析
随着视频技术的不断发展,分辨率从 480P 发展到 1080P;当我们还没有完全意识到4K电视将一统天下的时候, 8K 的直播就已开始。8K视频要求需要处理每帧约 33M 像素的数据量,海量的数据处理为目前的视频处理系统带来了一个非常大的挑战。在目前的大屏幕拼墙领域,从视频采集到视频传输与处理各个环节来看,目前的视频处!
一、什么是 8K 视频?
8K 的标准早在几年前就已经确立,8K 的视频源随后也逐步出现。2012 年 8 月 23 日,联合国旗下的国际电讯联盟(International Telecommunication Union - ITU)通过了以日本 NHK 电视台所建议的 7680x4320 解像度[2]作为国际的 8K 超高画质电视(Super Hi-Vision - SHV)标准;2013 年,日本 NHK 制作电影《珍馐美味》,使用 8K 分辨率(7680×4320)拍摄、制作和放映,清晰度是 1080p 的 16 倍,在未经压缩的情况下,8K 视频(24fps)每秒的容量即可达到 1GB;2015 年,NHK 采用 8K 技术直播加拿大女足世界杯;2016 年 8 月 5 日,第 31 届夏季奥林匹克运动会在巴西的里约热内卢举行,8K 直播是一个亮点。
随着标准的确立,8K 摄像机发展也非常迅速。2012 年,NHK 推出的的 Super Hi-Vision 视频采集摄像机,体积较大;2013 年以后的 Super Hi-Vision 视频采集摄像机则小巧便携许多。Sony F65RS 即为目前市场上的一款 8K 摄像机。Panavision 2016 年 6 月正式发布 DXL。 Panavision DXL 号称是最完整的摄影机系统,配有一个 35.5 兆像素的 8K CMOS 传感器,可以以最高 60 fps 录制 8K 视频。
8K 带来的图像效果是非常逼真的,可以带来超越传统广电画质的精细感,同时,8K 的彩色还原度达到 75.8%,可以看到 4K 和 1080p 里看不到的色彩。但是,在 8K 视频处理方面,因为其巨大的数据量,存在很大的问题。以 8K 视频 24 帧为例,如果每位色深达到 6bit,处理单路 8K 的数据带宽需要高达 14.3Gbps。
二、8K 视频处理系统结构和工作原理
8K 视频处理系统的困难主要在于带宽这块,因此,基于目前的芯片处理水平,设计其处理系统的主要思路是对视频进行分割处理。一路 8K 视频,最终通过视频处理器后,输出 16 路 1080p 的视频。工作原理主要是通过索喜的 8K 解码芯片将码流变成 4 路 HDMI2.0 输出,4 路 HDMI2.0 最终分解成 16 路 1080p 视频在拼接墙上显示。具体的视频处理框图如图 2 所示。每个 HDMI2.0 相当于一个 4K 的视频,8K 相当于 4 个 4K 视频的组合。HDMI2.0 的码流出来后,通过高速的 FPGA 芯片,解码 HDMI2.0 后,将每路的 HDMI2.0 信号再次分解成 4 路 1080p 的视频流,方便后续高速信号传输与处理。在高速逻辑芯片内将 2 路 1080P 视频进行数据串行化传输,每对 serdes 对的速率高达 6.25Gbps。针对大屏幕拼墙的特殊应用,每对高速 serdes 对还进入一个高速交叉模块,该模块主要功能是对视频信号进行调度,类似矩阵功能,满足拼接显示的需要。串行化视频经过传输路径到达后端的 FPGA 芯片后,在芯片内进行解串处理,同时,以 1080p 为单位在逻辑内部做视频处理,包括叠加、缩放、图像增强和旋转等,处理完毕后,输出到 TMDS 编码芯片 SII1164。最后,sII1164 以 DVI 的形式输出视频。
在具体的处理器系统里,图 2 中功能模块会分到几个板块里完成,分别是 8K 信号采集板、高速信号交换板和信号输出处理板。其中,8K 信号采集板完成 8K 信号的解码、分割与 serdes 发送功能,交换板完成高速信号的交叉分发功能,信号输出处理板完成信号的解串、视频处理与输出功能。
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