8K视频处理和工作原理,8K视频处理分析

2019-06-29 10:30:26

 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, 的直播就已开始。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,从视频采集到与处理各个环节来看,目前的视频处理平台均无法满足。

    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

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     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。

   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。