Все о формате 4K. Модный тренд, необходимость или очередной виток бесполезных технологий.

Для передачи видеосигнала 4K необходима огромная пропускная способность (10Гбит/с). Это предъявляет новые требования к инфраструктуре. Для успешной работы в реальных условиях, система коммутации 4K сигналов должна быть спроектирована с учётом следующих пяти особенностей:

  • Несоответствие разрешений
  • Новые требования к частоте кадров

Сложности обеспечения целостности сигналов

  • Новые ограничения по длине кабелей
  • Совместимость источников/дисплеев

Производители 4K источников и дисплеев должны серьёзно подходить к тестированию своих продуктов, чтобы гарантировать готовность к работе в составе интегрированных 4K решений, освобождая проектировщиков и интеграторов от необходимости самостоятельно проверять устройства на соответствие требованиям.

В этой брошюре мы объясним, как вы можете обеспечить выполнение требований по работе с разрешениями 4K. Вы узнаете об уникальных особенностях этого невероятного нового разрешения и почему DigitalMedia стала лидером в системах коммутации 4K.

Обзор технологии 4K

Термин “4K” обычно используется для обозначения видеосигналов с разрешением по горизонтали близким к 4.000 пикселей Предыдущие поколения видеосигналов описывались значениями их разрешения по вертикали (например, 1080p обозначает сигнал, имеющий размерность 1080 линий). Если бы наименование сохранялось по аналогии с SD и HD сигналами, то 4K_ видео обозначалось бы как “2160p”.

Увеличение разрешения, обеспечиваемое 4K очень велико, что показано на рисунке ниже:

Так же наблюдается увеличение числа “промежуточных” устройств, разрешение которых попадает между 1080p и 4K. Даже если подобные системы не были предназначены для работы с 4K контентом, оборудование, разработанное для 2K сигналов не сможет обрабатывать такие высокие разрешения. Таким образом принципы, изложенные в данном документе должны применяться в любых системах, в которых может потребоваться работа с разрешениями подобными тем, которые показаны на Рисунке 2.

Особенность 1: Несоответствие разрешений

Все 720p, 1080i и 1080p видеосигналы имеют общее соотношение сторон 1.78:1 (16:9). Так как практически все источники и дисплеи использовали это соотношение сторон, то мы имели период относительной простоты. Необходимость подстраиваться под различные соотношения сторон не возникала на протяжении целого ряда лет. С приходом 4K это меняется, так как возникает необходимость работы с двумя стандартами соотношения сторон.

3840x2160, обычно обозначаемое как Ultra HD, является ровно в четыре раза увеличенным разрешением 1080p, получающимся за счёт удвоения горизонтального и вертикального размеров от 1920x1080. Как следствие, оно имеет точно такое же соотношение сторон, как и-16:9. Большинство 4K дисплеев (но не все) имеют “родное” разрешение3840x2160.

4096x2160, обычно обозначаемое как 4K DCI, используется при производстве фильмов, и встречается в системах коммерческих кинотеатров. Таким образом, встречаются дисплеи, для которых “родным” разрешением является 4096x2160, а не более распространённое 3840x2160.

Многие 4K камеры и источники сигнала могут быть настроены на работу с любым из этих двух разрешений. Ветераны AV индустрии могут вспомнить компьютерное разрешение SXGA 1280x1024, которое имело нестандартное соотношение сторон 5:4 в то время, как большинство остальных сигналов имели соотношение 4:3. В данном случае, получается аналогичная проблема — дисплеи и источники сигнала требуют тщательного подбора и конфигурирования для отображения информации без нежелательных обрезок или растяжений

Особенность 2: Новые требования к частоте кадров

Для передачи 1920x1080 видео с частотой 60 кадров в секунду необходима пропускная способность 4.46Гбит/с. Из этого вытекает, что четырёхкратное увеличение числа пикселей увеличит необходимую пропускную способность в 4 раза. В то же время, наиболее распространённая версия HDMI 1.4 поддерживает максимальную пропускную способность 10.2Гбит/с, включая дополнительную информацию.

В следствии этого современные 4K устройства ограничены максимум 30 кадрами в секунду. Для фильмов это не существенное изменение, так как исходный материал имеет частоту 24 кадра в секунду. Тем не менее, для видео и компьютерных приложений важно отметить, что частота кадров понижается вдвое. Т.е. возникает необходимость проектировать системы, в которых может потребоваться работа с контентом с частотой 24, 25,30, 50 и 60 кадров в секунду.

Необходимо заметить, что технология, известная как chroma subsampling (цветовая субдискретизация) позволяет обеспечить передачу 4K_ видео на частоте 60 кадров в секунду при пропускной способности 9Гбит/с, за счёт сжатия цветовой информации до 4:2:0. Формат кодирования цвета 4:2:0 используется в технологии Blue-ray Discs. Цветовая субдискретизация передаёт информацию о яркости в полном разрешении, а информацию о цветности в меньшем разрешении (в данном случае 1920х1080). Поскольку человеческий глаз менее чувствителен к цветовой составляющей, чем к яркостной, это обеспечивает оптимальное восприятие информации в условиях доступной полосы пропускания. Остаётся посмотреть, как данная технология будет принята производителями дисплеев и источников. DigitalMedia поддерживает передачу 4K контента с частотой 50 и 60 кадров в секунду с применением 4:2:0 цветовой субдискретизации.

DigitalMedia поддерживает полную полосу пропускания для всех форматов представленных в HDMI1.4, а так же 4K на 50 и 60 кадров в секунду с 4:2:0 цветовой субдискретизацией, которая является форматом, представленным в HDMI 2.0

HDMI 2.0 стандарт всё ещё находится в начальной стадии развития, так как спецификация была утверждена только в сентябре 2013. Микросхемы, требующиеся для передачи сигналов с полосой пропускания необходимой для такого HDMI 2.0 формата как 4K60 4:4:4 на данный момент недоступны для коммерческого использования.

Особенность 3: Сложности обеспечения целостности сигналов

Другой сложностью, которую необходимо учитывать при проектировании, являются более высокие требования по обеспечению целостности сигналов в 4K_ системах, чем в системах HD. В нижеприведённых тестовых примерах мы использовали совершеннейшее тестовое оборудование, такое как высокоточный осциллоскоп Agilent 12Гц, и коммерчески доступные источники и дисплеи.

На рисунке 5 показана чистая диаграмма 1080p сигнала, имеющая форму “глаза”. “Глаз” широко открыт, так как тестовая система имеет более чем достаточную полосу пропускания для поддержки 1080p

На рисунке 6 разрешение источника повышено до 4K. Остальные условия оставлены без изменений. Можно отметить, что “глаз” значительно закрылся, в следствии влияния джиттера, который отмечен голубой гистограммой.

На рисунке 7 длина кабеля увеличена до 9 метров. Можно отметить, что глаз закрылся ещё больше, в следствии влияния джиттера и потерь сигнала. Наблюдается значительное смещение сигнала в зону “глаза”. Вероятнее всего, такая система окажется неработоспособной

На рисунке 8 для передачи на 9м расстояние используется DigitalMedia. Благодаря предусилению и другим улучшающим технологиям, в результате получается хорошая форма диаграммы. “Глаз” выглядит открытым, это показывает, что DigitalMedia скомпенсировала возможные потери качества сигнала, обеспечив наилучший возможный сигнал. Можно отметить, что джиттер был практически полностью устранён, что видно по узкой форме голубой гистограммы.

Фактически, улучшения сигнала настолько значительны, что прошедший по 9м кабелю 4K сигнал на Рисунке 8 выглядит лучше, чем 1080p сигнал по 90см кабелю на Рисунке 5.

Особенность 4: Новые ограничения по длине кабелей

Crestron Digital Media обеспечивает передачу аудио, видео и управляющих сигналов по кабелям медной витой пары и оптоволоконным кабелям, и осуществление сетевой потоковой передачи в рамках единой платформы. Первым типом инфраструктуры, который будет поддерживать 4K, является медная витая пара. Передача DigitalMedia по медным кабелям соответствует спецификации HDBaseT® Alliance для совместимости с другими HDBaseT устройствами и обычными CAT5e кабелями.

Даже с понижением частоты кадров и преимуществами использования цветовой субдискретезации, передача 4K видео требует большой полосы пропускания. В следствии этого максимальная длина кабелей медной витой пары ощутимо ниже, чем привычные для индустрии длины для HD видео, что ставит новые задачи перед проектировщиками. После многочисленных тестов в DigitalMedia Lab, инженеры Crestron DM рекомендуют следующие максимальные длины кабелей:

В аналоговых системах, передача по слишком длинным кабелям приводит к ухудшению качества изображения, которое может быть приемлемо, или неприемлемо для показа. В современных цифровых системах передача на большое расстояние может привести к тому, что изображения не будет вообще. Более того, плохая совместимость между источниками и дисплеями усугубляется при передаче по длинным кабелям. То, что система с протяжёнными кабельными трассами хорошо работает с какими-либо устройствами, не означает что это будет верно для других устройств, которые могут быть подключены в дальнейшем. На практике, длины HDMI кабелей могут быть более ограничены на большей полосе пропускания, необходимой для 4K.

Особенность 5: Совместимость источников/дисплеев

Как обычно бывает с новаторами, приносящими новейшие технологии на рынок, компании разрабатывающие первые 4K источники и дисплеи сталкиваются с проблемой “курицы и яйца”. Как проверять работоспособность с другими 4K устройствами, если на стадии становления технологии на рынке доступно слишком мало подобных устройств? Как результат, когда такие устройства появляются на рынке, совместимость между ними часто несовершенна. Иногда возможна несовместимость даже между устройствами одного производителя. Это представляет ещё одну сложность при проектировании систем.

Взаимодействуют с DigitalMedia для работы с длинами кабелей, встречающимися в интегрированных AV системах + Работают с другими продуктами в системе DigitalMedia

 

Замечания по применению

Обновление существующей системы DigitalMedia до 4K

С самого начала, все модульные коммутаторы DigitalMedia от 8x8 до 128x128 построены с достаточной для поддержки 4K полосой пропускания. С использованием DigitalMedia обеспечение передачи 4K это просто вопрос обновления карт расширения, передатчиков и приёмников на модели поддерживающие 4K.

Новые 4K компоненты DigitalMedia обратно совместимы с существующими DM продуктами. Не поддерживающие 4K системы могут быть расширены, или частично обновлены с использованием 4K компонентов. Так же новые 4K_ компоненты могут свободно устанавливаться на место предшествующих моделей. Например, DM-RMC-4K-100-C может быть использован вместо DM-RMC-100-C.

Смешивание 4K и не-4K источников и дисплеев

На практике, мы скорее всего, будем сталкиваться с совмещением HD и 4K компонентов в интегрированных системах на протяжении некоторого периода времени

Когда в системе совмещаются 4K и не-4K источники, важно убедиться, что передатчики и входные карты расширения на 4K входах поддерживают работу с 4K. При этом нет необходимости обновлять карты расширения на входах, не связанных с 4K источниками. Карты расширения и приёмники для выходов, на которые будут выводиться 4K сигналы (включая те, на которых 4K будет масштабироваться в меньшее разрешение), требуется обновлять. Если требуется отображать 4K источники на не-4K дисплеях, то на таких выходах необходимо использовать 4К скейлеры, для осуществления масштабирования. Если нет необходимости просматривать 4K контент на не-4K_ дисплеях, необходимо предусмотреть ограничения в программе системы управления, предотвращающие возможность коммутации 4K источников на не 4K дисплеи

Масштабирование для не-4K дисплеев

За прошедшие годы скейлеры зарекомендовали себя как критически важные компоненты систем DigitalMedia. Они обеспечивают быстрое переключение, устраняют “подрыв” изображения и сообщения об отсутствии сигнала на дисплеях, позволяют делать видеостены из обычных ТВ панелей, и гарантируют, что даже старые SD источники выглядят на HD дисплеях наилучшим образом. В то же время, в 4K_ системах наиболее востребованным использованием скейлеров будет задача понижающего разрешение масштабирования. Неизбежно HD дисплеи будут оставаться частью систем отображения видео по нескольким причинам: они уже имеются; они дешевле; для некоторых задач нужны меньшие размеры дисплеев. Как следствие, клиентам потребуется отображать их новые 4K источники не только на 4K, но и на HD дисплеях. Кроме того, есть такие компоненты как AV ресиверы и процессоры окружающего звука, которые тоже могут не поддерживать 4K. Системы DigitalMedia решают эти проблемы за счёт обеспечения скейлеров на выходах, позволяя конвертировать сигнал от 4K источников для соответствия возможностям каждого дисплея, или устройства. Все локальные HDMI выходы на DigitalMedia 4K коммутаторах будут оснащаться скейлерами. Скейлеры являются опциональными для приёмников и других модульных продуктов.

Увеличение необходимости в устройствах передачи на большое расстояние

Учитывая уменьшение максимальной длины кабелей, необходимость использования устройств для передичи сигнала на большие расстояния увеличится. Возьмём для примера инсталляцию, в которой необходим кабель 12м. С сигналом 1080p_ для этого в общем случае достаточно простого кабеля. С 4K скорее всего потребуется использовать устройство, увеличивающее дистанцию передачи.

Примите к сведению “промежуточные” 2K-4K устройства

Разрешения экранов, встроенных в целый ряд устройств включая все продукты с экранами Apple® Retina® и многие новые ноутбуки попадают между 2K и 4K. Хотя такие устройства и не позиционируются их производителями как 4K, эти “промежуточные” устройства требуют дополнительной пропускной способности, обеспечиваемой 4K-совместимыми коммутационными устройствами, для вывода таких разрешений, как 2560x1600. Компьютеры с дисплеями высокого разрешения, такими как Apple Cinema Display® и разрешениями 2560x1440 так же требуют большой полосы пропускания, если требуется передавать их через систему коммутации. Проектируя систему коммутации убедитесь, что она поддерживает полный спектр разрешений современных планшетов и ноутбуков.

Заключение

Многие возможные комбинации доступных на данный момент источников и дисплеев ставят сложные задачи по управлению 4K в больших и сложных коммутационных системах. Проектировщики и интеграторы должны детально анализировать предоставляемые ими решения, для достижения хорошего конечного результата. Перед тем как вы выберете систему коммутации HDMI, важно полностью понимать возможности решения, и определить его ограничения

Это сейчас даже важнее, чем выбор компонентов, на которые привыкли полагаться проектировщики систем. Только пройдя тщательное тестирование в рамках сертификационной программы Crestron 4K, источники и дисплеи могут подтвердить своё место в системах 4К коммутации. Использование в системах отдельных дешёвых устройств удлинения сигнала и прочей не сертифицированной периферии может отрицательно сказаться на целостности всей системы.

Опираясь на многолетний опыт работы с SD и HD системами очень легко принять решения, которые окажутся просто неверны для условий 4K. К примеру, выбирая набор 4K источников и дисплеев кажется логичным предположить, что они заработают совместно в рамках единой интегрированной системы. Однако это может оказаться неверным, если эти источники и дисплеи не прошли систему сертификации Creston.

Кроме того, большинство 4K коммутаторов не могут обеспечить масштабирование 4K сигналов для не-4K дисплеев, или преобразование многоканального звука для вывода в зоны, работающие со стереосигналом. Очень важно иметь детальную спецификацию коммутатора, и точно удостовериться, что цифровое решение которое вы запрашиваете или приобретаете соответствует всем вашим требованиям.

Продукты линейки Crestron DigitalMedia разработаны для создания лучших цифровых систем распределения и коммутации для видео и аудио сигналов. Тысячи часов разработки и проектирования были вложены в создание системы, которая устраняет сложности объединения различных разрешений HD и 4K видеосигналов и аудио в одной системе. В результате получена сеть распределения сигналов, которая позволяет надёжно передавать изображение высочайшего качества, обеспечиваемого 4K, от различных источников, таких как ноутбуки, Blu-Ray проигрыватели и 4K медиаплееры к устройствам отображения, включающим и HD, и 4K дисплеи. Будьте уверены, что решение включает все следующие возможности:

Читать далее...
Более сорока с лишним лет развитие громкоговорителей вращалась вокруг определения, понимания и затем подавление резонансов диафрагмы и их результирующей окраски и «размазывания». Таким образом, новая технология привода, которая вместо тог...
Sound masking что переводится звуковая маскировка, маскировка звука, в последнее время очень часто требуется при строительстве офисных помещений. Несмотря на возрастающий интерес к данной системе, многие люди слабо представляют принцип работы данной ...
 функционал системы KVM коммутации не ограничивается только высокой скоростью соединения и передачи информации. Данная технология может быть использована для контроля USB-доступа...
В этой небольшой заметке мы раскроем еще одну небольшую трудность связанную с HDCP. Вы можете увидеть надпись на экране телевизора или проектора “this TV does not support HDCP 2.2. Make sure you have HDCP 2.2 capable TV”. В случае если эт...

Компания "Мератек"

Телефон: +7 495 755-13-94

Отдел продаж: sales@meratec.ru
Отдел маркетинга: marketing@meratec.ru

Заказать звонок

2010 - 2021 © Мератек - официальный поставщик профессионального аудио видео оборудования в Белгороде

Х
Заказать звонок
Х
Заказать консультацию