Aug.2024

AI挑战广电行业

这篇文章够新，也提出未来的方向，所以我借鉴了。重要记录：

HDR
8K
虚拟人物-虚幻引擎
SDI将会被淘汰，IP流传输会取而代之

如果按照原有的传输方式，为了满足 4K 大约需要 8G-9G 的传输带宽，原有的 3G SDI 线要么 4 根达到 12G 带宽，
要么就换成 12G 的 SDI 传输方式，但这两个各有弊端。
首先为了实现 4K 传输，所使用的传输线需要是原来的 14 倍，组网复杂、成本高昂；
如果换成 12G SDI，由于高速信号在 SDI 铜缆的传输中，传输距离跟速率是成反比的，
大概只能达到 50 米的传输距离，远远不能满足广电行业的视频传输需要。
如果未来传输 8K 的话，要求最低 25G-30G、最高 140G 的带宽，已经不是现有 SDI 的传输方式能够解决的。
高性能硬件就成为了迈向超高清视频的必经之路。
 
“视频行业从 SDI 走向 IP 成为大势所趋”，陈龙谈到，“以数据中心的 IP 解决方案为例，
整个数据中心带宽已经一跃到现在的 400G，不仅成本上比现有的定制化 SDI 更低，带宽也提升了。
不过切换到 IP 传输方案上，在带宽问题解决的同时，也付出一定的代价。
因为需要在一个厚重的网络协议栈上处理，给终端 CPU 负载带来很大的压力。

这里所说的，4K需要8~9Gbps的带宽需求，我这里做了一点计算。

计算4K或8K分辨率视频所需的带宽涉及几个关键因素，包括视频分辨率、帧率、颜色深度、颜色子采样、以及是否使用HDR（高动态范围）或SDR（标准动态范围）。以下是详细的计算过程。

1. 分辨率

4K分辨率：3840 x 2160 像素
8K分辨率：7680 x 4320 像素

2. 帧率（Frame Rate）

帧率决定了每秒钟显示的图片数量。常见的帧率有：

24 fps（电影级别）
30 fps（常见的电视内容）
60 fps（高帧率内容，如体育赛事）

3. 颜色深度（Color Depth）

颜色深度决定了每个像素的颜色信息。常见的颜色深度有：

8-bit：每个颜色通道（红、绿、蓝）8-bit，共计24-bit
10-bit：每个颜色通道10-bit，共计30-bit
12-bit：每个颜色通道12-bit，共计36-bit

4. 颜色子采样（Chroma Subsampling）

颜色子采样影响每个像素的颜色信息存储量。常见模式有：

4:4:4：没有子采样，每个像素都有完整的颜色信息。
4:2:2：水平分辨率上颜色分量减半。
4:2:0：水平和垂直分辨率上颜色分量减半。

5. 是否使用HDR

HDR会增加颜色信息量和亮度范围，通常使用更高的颜色深度（10-bit或12-bit）以及更高的动态范围。

6. 计算步骤

6.1 像素总数

4K分辨率：3840 x 2160 = 8,294,400 像素
8K分辨率：7680 x 4320 = 33,177,600 像素

6.2 每帧数据量计算

[ \text{每帧数据量} = \text{像素总数} \times \text{颜色深度} \times \text{颜色子采样因子} ]

假设使用4:4:4采样：

8-bit颜色深度：24-bit（3个8-bit通道）
10-bit颜色深度：30-bit（3个10-bit通道）
12-bit颜色深度：36-bit（3个12-bit通道）

[ \text{每帧数据量 (bit)} = \text{像素总数} \times \text{颜色深度 (bit)} ]

6.3 每秒数据量计算

[ \text{每秒数据量 (bit)} = \text{每帧数据量 (bit)} \times \text{帧率} ]

6.4 带宽计算

带宽通常以Mbps（每秒百万位）为单位： [ \text{带宽 (Mbps)} = \frac{\text{每秒数据量 (bit)}}{1,000,000} ]

7. 实例计算

7.1 4K 60fps, 10-bit, 4:4:4, SDR

像素总数：8,294,400
每帧数据量：8,294,400 像素 x 30-bit = 248,832,000 bit = 248.83 Mb
每秒数据量：248.83 Mb x 60 = 14,929.8 Mbps

7.2 8K 60fps, 10-bit, 4:4:4, SDR

像素总数：33,177,600
每帧数据量：33,177,600 像素 x 30-bit = 995,328,000 bit = 995.33 Mb
每秒数据量：995.33 Mb x 60 = 59,719.8 Mbps

7.3 带HDR的计算（以12-bit为例）

4K 60fps, 12-bit, 4:4:4, HDR：(\text{每秒数据量 (bit)}) = ( 8,294,400 \times 36 \times 60 = 17,917.44 \text{Mbps} )
8K 60fps, 12-bit, 4:4:4, HDR：(\text{每秒数据量 (bit)}) = ( 33,177,600 \times 36 \times 60 = 71,669.76 \text{Mbps} )

8. 总结

SDR和HDR的主要区别在于颜色深度，HDR通常使用更高的颜色深度，这增加了带宽需求。
颜色子采样从4:4:4降低到4:2:2或4:2:0可以大大减少带宽需求。
在实际应用中，视频编码（如H.264, H.265）通常会大幅压缩数据量，因此实际带宽需求会比未压缩视频计算出的值低很多。

通过理解这些步骤，可以根据特定的需求计算不同分辨率、帧率、颜色深度和动态范围的视频带宽需求。