8K視頻處理和工作原理，8K視頻處理分析

 隨著視頻技術(shù)的不斷發(fā)展，分辨率從480P發(fā)展到1080P;當我們還沒有完全意識到4K電視將一統(tǒng)天下的時候， 8K的直播就已開始。8K視頻要求需要處理每幀約33M像素的數(shù)據(jù)量，海量的數(shù)據(jù)處理為目前的視頻處理系統(tǒng)帶來了一個非常大的挑戰(zhàn)。在目前的大屏幕拼墻領(lǐng)域，從視頻采集到視頻傳輸與處理各個環(huán)節(jié)來看，目前的視頻處理平臺均無法滿足。

    8K的標準早在幾年前就已經(jīng)確立，8K的視頻源隨后也逐步出現(xiàn)。2012年8月23日，聯(lián)合國旗下的國際電訊聯(lián)盟(International Telecommunication Union - ITU)通過了以日本NHK電視臺所建議的7680x4320解像度^[2]作為國際的8K超高畫質(zhì)電視(Super Hi-Vision - SHV)標準;2013年，日本NHK制作電影《珍饈美味》，使用8K分辨率(7680×4320)拍攝、制作和放映，清晰度是1080p的16倍，在未經(jīng)壓縮的情況下，8K視頻(24fps)每秒的容量即可達到1GB;2015年，NHK采用8K技術(shù)直播加拿大女足世界杯;2016年8月5日，第31屆夏季奧林匹克運動會在巴西的里約熱內(nèi)盧舉行，8K直播是一個亮點。

    隨著標準的確立，8K攝像機發(fā)展也非常迅速。2012年，NHK推出的的Super Hi-Vision視頻采集攝像機，體積較大;2013年以后的Super Hi-Vision視頻采集攝像機則小巧便攜許多。Sony F65RS即為目前市場上的一款8K攝像機。Panavision 2016年6月正式發(fā)布DXL。 Panavision DXL號稱是最完整的攝影機系統(tǒng)，配有一個35.5兆像素的8K CMOS傳感器，可以以最高60 fps錄制8K視頻

     8K帶來的圖像效果是非常逼真的，可以帶來超越傳統(tǒng)廣電畫質(zhì)的精細感，同時，8K的彩色還原度達到75.8%，可以看到4K和1080p里看不到的色彩。但是，在8K視頻處理方面，因為其巨大的數(shù)據(jù)量，存在很大的問題。以8K視頻24幀為例，如果每位色深達到6bit，處理單路8K的數(shù)據(jù)帶寬需要高達14.3Gbps。

   8K視頻處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

       8K視頻處理系統(tǒng)的困難主要在于帶寬這塊，因此，基于目前的芯片處理水平，設(shè)計其處理系統(tǒng)的主要思路是對視頻進行分割處理。一路8K視頻，最終通過視頻處理器后，輸出16路1080p的視頻。工作原理主要是通過索喜的8K解碼芯片將碼流變成4路HDMI2.0輸出，4路HDMI2.0最終分解成16路1080p視頻在拼接墻上顯示。具體的視頻處理框圖如圖2所示。每個HDMI2.0相當于一個4K的視頻，8K相當于4個4K視頻的組合。HDMI2.0的碼流出來后，通過高速的FPGA芯片，解碼HDMI2.0后，將每路的HDMI2.0信號再次分解成4路1080p的視頻流，方便后續(xù)高速信號傳輸與處理。在高速邏輯芯片內(nèi)將2路1080P視頻進行數(shù)據(jù)串行化傳輸，每對serdes對的速率高達6.25Gbps。針對大屏幕拼墻的特殊應用，每對高速serdes對還進入一個高速交叉模塊，該模塊主要功能是對視頻信號進行調(diào)度，類似矩陣功能，滿足拼接顯示的需要。串行化視頻經(jīng)過傳輸路徑到達后端的FPGA芯片后，在芯片內(nèi)進行解串處理，同時，以1080p為單位在邏輯內(nèi)部做視頻處理，包括疊加、縮放、圖像增強和旋轉(zhuǎn)等，處理完畢后，輸出到TMDS編碼芯片SII1164。最后，sII1164以DVI的形式輸出視頻。

　　在具體的處理器系統(tǒng)里，圖2中功能模塊會分到幾個板塊里完成，分別是8K信號采集板、高速信號交換板和信號輸出處理板。其中，8K信號采集板完成8K信號的解碼、分割與serdes發(fā)送功能，交換板完成高速信號的交叉分發(fā)功能，信號輸出處理板完成信號的解串、視頻處理與輸出功能。