В материале рассматривается текущее состояние UHD, реализованные проекты, готовность рынка и ожидаемые технические усовершенствования. Один из рассматриваемых вопросов — степень яркости, которую мы ожидаем от экрана, предназначенного для воспроизведения UHD-контента.
За прошедший год целый ряд ведущих операторов платного телевидения заявили о намерении запустить UHD-услуги. Формат UHD 4К предусматривает не только четырехкратное увеличение разрешения по сравнению с 1080p, но также улучшение других характеристик, в том числе увеличение скорости передачи кадров, переход к расширенному динамическому диапазону яркости (HDR — High Dynamic Range) и расширенной цветовой гамме (WCG — Wide Color Gamut), а также применение иммерсивного аудио.
Однако реализация перечисленных преимуществ сопровождается рядом проблем. Несжатый 4К UHD-поток требует в 4 раза
Рисунок 1. Скорости видеопотоков разных разрешений, компрессированных в разных форматах
большей транспортной полосы, чем стандартный HD-сигнал[1], что приводит к существенному повышению стоимости хранилищ и транспортных каналов как для производителей видео, так и для операторов ТВ-услуг. Создание инфраструктуры, поддерживающей обработку и передачу UHD, может потребовать от операторов значительных капитальных затрат. Более того, телевизионная отрасль еще не определилась с общеупотребительными стандартами для UHD-услуг, что создает производителям контента и сервис-провайдерам проблемы с совместимостью всех компонентов инфраструктуры.
UHD приложения
Основная масса имеющегося UHD-контента предлагается в рамках VOD-услуг. В первую очередь это различные наименования фильмов, предлагаемые OTT-провайдерами, такими как Netflix и Amazon. Эта огромная фильмотека цифрового кино требует более низкой скорости кадров, чем живые трансляции, и обычно приобретаются пользователями в индивидуальном порядке.
У вещателей заметен интерес к доставке UHD-контента, особенно в высокорейтинговых спортивных событий. Однако реализация таких проектов тормозится нехваткой транспортного ресурса и самого контента в таком формате. Эта проблема отчасти может быть решена применением HEVC, так как переход на более эффективную систему компрессии может существенно снизить требования к полосе пропускания. С внедрением HEVC мы увидим и рост предложений UHD-услуг.
Степень готовности рынка к UHD
Перед тем как закрепиться на рынке, любая новая технология проходит долгий период адаптации. Несмотря на наличие UHD-телевизоров и предложений видеоуслуг, передаваемых в этом формате, ряд факторов пока мешает полномасштабному развертыванию UHD.
Один из факторов — низкая информированность пользователей. Термины 4К и UHD продолжают использоваться как полные синонимы. Неосведомленность в сочетании с отсутствием стандартов, признанных всеми игроками индустрии, создает сложности для массового запуска UHD в ближайшее время. Индустрия должна договориться о том, какой UHD-профиль будет использоваться в рамках экосистемы, начиная от создания контента до его воспроизведения на экране пользователя.
Решением этого вопроса занимается ряд стандартизирующих организаций. Одна из них —Ultra HD, которой поручено проработать стандартизацию рабочих процессов, связанных с живым вещанием и стримингом.
Имеются также инфраструктурные проблемы производства UHD. Новый формат требует дополнительных хранилищ и оснащения
Рисунок 2. Следующие поколения UHD-формата будут включать расширенные варианты динамического диапазона и цветовой гаммы
студийного оборудования другими интерфейсами. Особенными сложностями сопровождается создание и доставка живого UHD-вещания. Производители контента и сервис-провайдеры вынуждены будут существенно модернизировать инфраструктуру производства и распространения, чтобы обрабатывать сильно возросшие потоки данных.
Учитывая относительно недавний апгрейд этих инфраструктур при переходе на цифровое HD-вещание, у операторов не вызывает энтузиазма перспектива еще одной модернизации сетей; по крайней мере пока не будет определена и апробирована бизнес-модель реализации UHD-услуг.
Что касается интерфейсов, то на ранних этапах производства UHD значительную роль, по всей видимости, будет играть SDI, но это будет сопровождаться проблемами с получением контента через интерфейсы 40-G и 10-G Ethernet. До сих пор использование этих интерфейсов в видеопроизводстве было минимальным, в силу высокой стоимости, нерешенных вопросов стандартизации передачи видео через IP и также малого распространения IP-интерфейсов в студийном оборудовании в целом.
Еще одно ограничение — нехватка полноценных линеек для производства 4К/UHD, включающих оборудование для формирования, редактирования, хранения, администрирования, кодирования и стриминга.
Сейчас проводятся необходимые технологические усовершенствования, в частности реализованы платформы UHD-кодирования с увеличенной скоростью кадров, пригодные и для вещания, и для мультиэкранного стриминга. Они уже получили практическое распространение, работают на базе отраслевых стандартов и едва ли потребуют экстренной замены в скором будущем.
UHD — что это еще кроме повышенного разрешения?
В ранних примерах UHD было реализовано только более высокое разрешение, что не давало ожидаемого прироста достоверности картинки по сравнению с сегодняшним HD-видео в формате 1080p. Учитывая ограниченную ширину транспортного канала, доступного среднестатистическому пользователю, преимущества UHD оказываются практически не заметными при сопоставлении с картинками в формате 1080 p 50/60 fps или с Blu-ray (рисунок 1).
Поэтому сейчас в отрасли возобновился интерес к увеличению динамического диапазона (HDR) и расширению цветовой гаммы (WCG) в UHD-видео, что позволит сделать разницу между форматами более очевидной. (рисунок 2).
Если в первой фазе реализации UHD HDR прописан только как «предпочтительная опция», то во второй и третьей фазах он становится обязательным. Также для второй и третьей фаз прописана рекомендация использовать цветовые гаммы, охватывающие более широкий спектр цветов по сравнению с стандартом Rec. 709, разработанным для HD-форматов (рисунок 3???).
Закрепление HDR и WCG в качестве ключевых компонентов UHD-формата позволит напомнить телезрителям, что реальный мир[2] имеет гораздо более широкий спектр красок и диапазон яркостей, чем отображаемый сегодня телевидением, кинематографом и Blu-ray.
Максимальная яркость, допустимая в сегодняшнем телевидении и в Blu-ray-стандарте ограничена 100 нит, а минимальная составляет 0.117 нит (где нит — единица измерения яркости).
В перспективе мы рассчитываем на UHD-контент, характеризующийся бОльшим диапазоном яркости и в более широкой цветовой гаммой. Это позволит реалистичнее передавать яркие сцены и сделать более различимыми мелкие детали в затемненных сценах.
Насколько ярким и красочным станет экран телеприемника?
Рисунок 3. UHD с применением стандартной и расширенной цветовой гаммы
Какой бы монитор ни покупал сегодня потребитель, НD или UHD, воспроизводимый ими цветовой спектр будет одинаковым. В перспективе цветовое пространство UHD-телевизоров будет расширено в соответствии с рекомендацией Rec.2020, но на момент написания материала ее поддерживают только мониторы верхнего уровня, предназначенные для калибровки. В ближайшем будущем должны появиться и бытовые мониторы с поддержкой расширенной цветовой гаммы, но они будут располагаться в верхнем ценовом сегменте.
Сегодня есть предложения от BBC, Philips и Technicolor по техникам расширения динамического диапазона при сохранении обратной совместимости с сигналом, имеющим стандартный динамический диапазон и стандартную цветовую гамму (Rec.709). Верхний предел яркости может быть расширен почти до 3000 нит, что сильно превышает уровень, достижимый на бытовых телеэкранах.
На выставке CES 2015 для топовых UHD-экранов с поддержкой HDR была заявлена яркость 1000—1200 нит, а рекордным показателем стали 1500 нит. Несомненно, существуют экраны, демонстрирующие яркость от 4000 до 6000 нит, но только у профессиональных мониторов, который слишком дороги, громоздки и недостаточно современно оформлены, чтобы пользователи поставили их в своих гостиных.
При внедрении в UHD-формат HDR- и WCG-расширений у пользователей уже соберется парк UHD-мониторов и не поддерживающих HDR и WCG, и это обстоятельство вещателям придется принимать во внимание. Возможны разные варианты работы с этой проблемой. Одно из решений — формирование обратно совместимого двуслойного потока, базовый слой которого будет работать с парком телевизоров без поддержки HDR, получивших название SDR TV (Standard Dynamic Range TV).
Этот базовый слой будет передавать видео в стандартном диапазоне. В то же время UHD-телевизоры следующего поколения будут декодировать оба слоя, базовый и расширенный, обеспечивая воспроизведение UHD в полном объеме. На таком принципе построена технология Dolby Vision, которая сейчас внедряется в некоторых VOD-проектах.[3] Другой вариант — облегчение перехода от первой фазы (SDR) ко второй(HDR), используя соответствующий функционал STB.
При таком подходе приставки даже первого поколения должны будут уметь декодировать сигналы второго поколения (однослойные), формируя на выходе либо некомпрессированный SDR-сигнал для телевизоров первого поколения, либо полный компрессированный или некомпрессированный сигнал для HDR-телевизоров. При таком сценарии вещатель или оператор услуг транслирует один сигнал в формате второй фазы UHD, а все приставки будут интерпретировать этот сигнал в соответствии с возможностями абонентского устройства воспроизведения.
Взгляд на будущее UHD
UHD-формат, без сомнения, улучшит восприятие телевизионных услуг, особенно когда в его рамках будут реализованы расширения HDR и WCG. Пользователи со своей стороны уже участвуют в продвижении формата покупкой телевизоров UHD/4к, причем далеко не все покупатели имеют возможность получать UHD-контент. В 2015 году продажи дисплеев 4K/UHD составили около 4 миллионов, что по данным ассоциаций бытовой электроники (US Consumer Electronics Sales an forecasts), на 208 % больше, чем в 2014 году.
Заключение
Несмотря на прогресс в развитии UHD-технологии и поддержку пользователей, для появления реалистичной бизнес модели для вещателей и операторов услуг предстоит еще немало работы. Разработка необходимых стандартов и формирование комплексной инфраструктуры сейчас в самом разгаре. Еще один вопросов, который предстоит решить телеиндустрии, — это степень обратной совместимости UHD первой и второй фазы. С решением этих вопросов UHD, по всей видимости, ждет светлое будущее.
Ян Троу, директор отдела перспективных технологий и стратегии компании «Гармоник»
Перевод Анны Бителевой
———————————
[1] Объем данных увеличивается в 4 раза в случае, если сохраняется скорость кадров и динамический диапазон и цветовая гамма, но такой формат окажется несбалансированным по параметрам. Поэтому на практике объем UHD-данных зависит от выбора перечисленных параметров, но в среднем больше раз в 10 (прим. редакции).
[2] Более корректным было бы сказать, что более широкую цветовую гамму и динамический диапазон способен отразить человеческий глаз. Стоит отметить, что гамма, регламентированная REC.2020, тоже не дотягивает до границ воспринимаемого человеческим глазом (прим. переводчика).
[3] Технология Dolby Vision, которой отдают предпочтение в Harmonic, на момент проведения IBC 2015 не была очевидным лидером и рассматривалась в отрасли наряду с рядом других HDR технологий не все из которых предусматривают обратную совместимость с SDR ( прим. Переводчика)
© Теле-Спутник
