Pt Wpe0035 the 4k Puzzle

7/23/2019 Pt Wpe0035 the 4k Puzzle

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Montando oquebra-cabeça 4K



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ma enorme largura de banda é necessária

para proporcionar um vídeo em 4K – 10 Gbits/

segundo. Isto coloca demandas sem precedentes

sobre a infraestrutura. Para serem bem-sucedidos

em aplicações no mundo real, os sistemas de distri-

buição de 4K devem ser projetados e planejados

para abordarem as seguintes peças do quebra-ca-

beça:

• Resoluções incompatíveis

• Requisitos de Largura de Banda

• Suporte a 4K com várias interfaces AV

• Novos comprimentos de cabo

Os fabricantes de fontes e displays 4K devem ado-

tar uma abordagem holística para testarem seus

produtos a fim de assegurar que os mesmos este-

jam à altura dos desafios apresentados por um sis-

tema 4K integrado, evitando que projetistas e inte-

gradores tenham que enfrentar este desafio intimi-

dante sozinhos.

Por que 4K?Profissionais ProAV devem estar cientes da evolução

do 4K, pois muito embora ele esteja sendo atual-

mente adotado por um pequeno grupo de entu-

siastas em tecnologia, o maior e principal mercado

não está muito atrás.

A tecnologia em displays está em evolução e aque-

les em 4K já estão sendo disponibilizados pela

maioria dos fabricantes. Os gigantes saltos em quali-

dade de resolução associada à queda de preços tor-nam esta tecnologia muito atraente ao mercado

consumidor.

Visão Geral da Tecnologia 4K O termo "4K" é usado para se referir aos sinais de

vídeo com uma resolução horizontal na ordem de

4.000 pixels (geralmente 3.840 pixels). As gerações

anteriores de resoluções de vídeo eram descritas

pela resolução vertical (ex.: 1080p refere-se a um

IntroduçãoVídeo 4K, também chamado de Ultra Alta Definição

(UHD), proporciona beleza deslumbrante em

aplicações de sinalização digital e extensões de

vídeo. Como é o caso com todas as inovações

tecnológicas, ele apresenta questões que podem

complicar a implantação.

U

sinal com 1080 linhas verticais).

O aumento da resolução apresentado pelo 4K é

enorme, como caracterizado na Figura 1.

Um número cada vez maior de displays tem resolu-

ções entre 1080p e 4K. Estas resoluções são chama-

das de "resoluções tweener". Mesmo se um deter-

minado sistema não estiver sendo projetado para

conteúdo 4K, o hardware projetado para sinais 2Knão transmitirá estas resoluções mais altas.

Portanto, os princípios neste documento devem ser

aplicados em qualquer sistema que possa encon-

trar resoluções como aquelas ilustradas na Figura 2

Figura 1: Resoluções de vídeo.

1280 x 720 HD 720p

1920 x 1080 HD 1080i/1080p

UHD 3840 x 2160 (4K)

Ultra Alta Definição

Figura 2: Resoluções tweener.

1280 x 720 HD 720p

1920 x 1080 HD 1080i/1080p

UHD 3840 x 2160 (4K)

Ultra Alta Definição

Resolução Máxima para Switches 2K

Em algumas esferas profissionais, os termos 4K e Ultra

Alta Definição (UHD) tornaram-se um só, porém eles

não são intercambiáveis. No que diz respeito ao con-sumidor, há muito pouca diferença na prática, mas

estes termos significam coisas diferentes.

De forma simples, 4K é um padrão de produção

profissional e de cinema.

UHD é o padrão para displays de consumidores e

de broadcast. Para melhor entender a tecnologia

4K, vamos analisar as peças do quebra-cabeça 4K.



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Peça #1: Duas Resoluções 4K Padrão Todos os vídeos em 720p, 1080i e 1080p comparti-

lham a mesma relação de aspecto, a qual é de

1.78:1(16:9). Uma vez que basicamente todas as

fontes e displays têm utilizado esta relação de

aspecto, temos vivenciado uma era de relativa sim-

plicidade.

Nenhuma acomodação foi necessária para as

várias relações de aspecto durante anos. Com o 4K,

tudo isso é descartado uma vez que há agora o

desafio de gerenciar duas resoluções padrão dife-

rentes.

A resolução comumente chamada de UHD, 3840 x

2160 é precisamente quatro vezes a resolução de

1080p e ela é o resultado da duplicação do núme-

ro de pixels horizontais e verticais de 1920 x 1080.

Portanto, sua relação de aspecto é a mesma de um

vídeo de alta resolução (HD), ou seja, 16:9. A maio-

ria dos dispositivos 4K tem uma resolução nativa

de 3840 x 2160. O segundo tipo de resolução 4K é

a de 4096 x 2160 que

tem uma relação de aspecto de 19:10. Esta resolu-

ção é comumente chamada de 4K DCI. Ela é usada

em produções de filmes e exibição em cineplexes

comerciais. Alguns dispositivos de display têm uma

resolução nativa de 4096 x 2160, mas ela não é tão

comum quanto a resolução de 3840 x 2160.

Muitas câmeras 4K e dispositivos fonte podem ser

configurados para usarem qualquer uma das duas

resoluções. Profissionais AV veteranos vão se lem-

brar da resolução de computador SXGA de 1280 x1024, a qual tinha uma relação de aspecto não

padrão de 5:4 quando quase todos os demais sinais

eram de 4:3. Isto levou a problemas semelhantes

àqueles que poderemos ter com o 4K. Displays e

fontes terão quer ser cuidadosamente combinadas

e corretamente configuradas a fim de exibir toda a

informação de vídeo sem recortes ou alongamento.

O entendimento das diferenças entre as resoluções

de display convencionais e as em 4K irá prevenir

dificuldades na adoção desta nova tecnologia.

Peça #2: Resolução 4K Requer Largura deBanda de 10GbpsA disponibilização de um vídeo de 1920 x 1080 com

60 quadros por segundo requer uma taxa de trans-

missão de dados de 4,46 Gbits por segundo Portanto,

um aumento de quatro vezes em pixels aumentaria a

taxa de transmissão de dados necessária por um fator

de quatro. No entanto, HDMI suporta uma taxa de

transmissão de dados máxima de 10,2 Gbits/s, incluin-

do a adicional.

Os dispositivos 4K de hoje estão limitados a 30 qua-

dros por segundo ou menos. Para filmes, isto não

representa uma alteração, pois o material fonte origi-

nal é de 24 quadros por segundo. Para aplicações de

vídeo e em computadores é importante notar que a

taxa de quadros é reduzida pela metade. O importan-

te agora é projetar sistemas que possam ter a necessi-

dade de gerenciar conteúdo de 24, 25, 30, 50, e 60quadros por segundo.

A sub-amostragem croma pode permitir transmissões

de vídeo 4K a 60 quadros por segundo em menos de

9 Gbits/s por meio de comprimir a informação de

cores para 4:2:0 - o que é a codificação croma utilizada

em discos de Blu-ray®. A sub-amostragem croma

transmite informações de luminância em resolução

total e crominância em resoluções inferiores (neste

caso 1920 x 1080). Uma vez que o olho humano tem

uma menor acuidade para as diferenças de cor em

comparação à luminância, isto otimiza a percepção deimagem a partir da largura de banda disponível.

Peça #3: 4K é Suportado por VáriasInterfaces AVO HDMI não é a única forma de estender o 4K. Aqui

estão as típicas interfaces de vídeo e as taxas de qua-

dros que elas suportam.

DVI - O DVI é usado em ambientes AV e PC profissio-

nais. O padrão DVI é baseado em amostragem de

sinal de transmissão minimizado digital (TMDS). DVI

é apresentado em link único e link duplo. A especifi-cação DVI permite que 1920 x 1200 pixels sejam

transmitidos em formato de link único ou que 2560 x

1600 (2048 x 2048) pixels sejam transmitidos em link

duplo. Tipicamente, um link único é suportado para

displays de 23/24", os quais são geralmente chama-

dos de painéis Full HD. Resoluções de link duplo

requerem tamanhos maiores de tela, tipicamente 27"

(2560 x 1440), 30" (2560 x 1600), ou displays ATC qua-

drados de 2048 x 2048..

Figura 3 - Taxas de dados necessárias, incluindoa adicional de HDMI.

1.62 Gbits/s

2.23 Gbits/s

4.46 Gbits/s

8.91 Gbits/s

8.91 Gbits/s

480i60 fps

4:4:4

720p60 fps

4:4:4

1080p60 fps

4:4:4

4K

24 or 30 fps

4:4:4

4K

50 or 60 fps

4:2:0



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Resoluções Full 4K de 3840 x 2160 ou superiores

sobre DVI de link duplo são possíveis, mas somente

abaixo de 30 Hz devido às limitações de largura de

banda.

A largura de banda necessária é de até 4,95 Gbps

(165 Mhz) para link único ou 9,9 Gbps (2x 165 Mhz)

para link duplo.

HDMI - Basicamente o mesmo formato de sinal

como o DVI, o HDMI permite frequências de relógio

de pixel mais elevadas e consequentemente uma

maior largura de banda de resoluções, e cores mais

profundas. Detalhes dependem da evolução das

diferentes versões do HDMI.

Até o HDMI 1.2, as especificações de vídeo DVI 1.3

são mais ou menos refletidas. Além disso, o HDMI

1.4 ultrapassa as especificações de DVI de link

duplo, embora somente um link único esteja sendo

usado. A largura de banda do HDMI 1.3 /1.4 é de

10,2 GBps (link único de 340 Mhz). Todos os disposi-

tivos e displays HDMI 4K atualmente no mercado

são limitados a 30 Hz.O recém-lançado padrão HDMI 2.0 aumenta a lar-

gura de banda para 18 Gbps (600 Mhz), efetivamen-

te correspondendo à largura de banda do

DisplayPort para suporte à 4K em até 60 quadros

por segundo (fps). Até a data de hoje, nenhum dis-

play foi entregue com componentes que suportem

esta especificação completa

O HDMI é mais comumente usado em quase todos

os equipamentos AV de consumidores e profissio-

nais.

DisplayPort 1.2

O DisplayPort é um padrão de vídeo baseado em

micro pacotes ligeiramente diferente, com suporte a

uma largura de banda máxima de aproximadamen-

te 17 Gbps. Por padrão, o DisplayPort é atualmente

apenas adequado como uma opção de conexão

única para UHD 3840 x 2160 a 60 fps.

O DisplayPort é principalmente utilizado em placasadaptadoras de gráficos em PCs.

Note que todas as placas gráficas atuais com DP

suportam especificações completas de DP1.2a a 5,3

Gpbs por faixa, consequentemente somente supor-

tam 30 fps ao invés de 60 fps em resoluções 4K..

Thunderbolt

Thunderbolt 1.0 é uma interface multiuso somente

para a Apple, incluindo vídeo. Ela é compatível com

DP 1.1 e é capaz de nativamente produzir sinais

DisplayPort. O Thunderbolt 2.0 é necessário para

fornecer suporte a 4K a 60 Hz, e é compatível com o

DisplayPort 1.2.

Peça #4: 4K Requer Novos Comprimentosde CabosMesmo com a redução na taxa de quadros e possí-

veis ganhos pela sub-amostragem croma, a disponi-

bilização de vídeo em 4K requer massivas quantida-

des de largura de banda. Em aplicações 4K, o com-

primento máximo para cabos de cobre trançado

(CAT x STP) é significativamente mais curto do que a

indústria está acostumada com vídeos em HD, crian-do uma nova questão para projetistas de sistemas.

Em sistemas analógicos, um cabo excessivamente

longo pode resultar em uma imagem degradada.

Em um sistema digital, porém, um cabo excessiva-

mente longo pode resultar em nenhuma imagem

(isto é conhecido como o efeito precipício).

Ainda pior, as incompatibilidades entre as fontes e

displays são exacerbadas por longas extensões de

cabos. Só pelo fato de alguns dispositivos passarem

no teste com um cabo mais longo não necessaria-

mente significa que todo dispositivo, posteriormen-

te introduzido ao sistema, também passará. Na prá-

tica, os comprimentos de cabos HDMI podem tam-

bém ser mais limitados na largura de banda mais

alta, necessária pelo 4K.

A fim de combater estes efeitos negativos, cabos

HDMI de alta velocidade são recomendados para

uso em transmissões 4K. Para ter um maior alcance,

extensores podem ser utilizados. HDBaseT™ é o

padrão mais comum para 4K.

Figura 4: Conector HDMI.

Figura 5: Conector DisplayPort.

Figura 6: DVI-D, conector de link único (Single Link)

Figura 7: DVI-D, conector de link duplo (Dual Link)



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ConclusãoAs empresas desenvolvendo as primeiras fontes e

displays em 4K têm um dilema do tipo ovo-ou-a-

galinha em suas mãos: como é que se pode testar

a interoperabilidade com outros dispositivos 4K

quando há tão poucos deles disponíveis durante

os primeiros passos desta tecnologia? As televisões

em 4K não serão amplamente adotadas até que

exista conteúdo em 4K, e o conteúdo 4K não seráamplamente disponível até que haja uma base

sólida de displays 4K. Questões de compatibilidade

podem até mesmo existir entre produtos da

mesma empresa nestes primeiros passos da

adoção.

O 4K será um ajuste, e a indústria de distribuição

de vídeo encara problemas de crescimento. No

entanto, as empresas farão seu melhor para atenu-

ar estas dificuldades. Na medida em que um

padrão de referência for desenvolvido, os preços

irão cair e a adoção aumentará significativamente.

Sobre a Black BoxA Black Box é um fornecedor global de soluções

ProAV e de rede, e auxilia seus clientes a projetar e

implementar uma infraestrutura de missão crítica

de processamento e distribuição de vídeo.

As soluções HDMI-sobre-IP, chaves de vídeo e

extensores, splitters 4K, escaladores, e extensores,

e cabos HDBase T recomendados.

A Black Box tem sido um principal parceiro de tec-

nologia desde 1976. A Black Box é uma empresa

pública (NASDAQ:BBOX) com aproximadamente

US$ 1 bilhão em receita anual. A Black Box presta

serviços a mais de 175.000 clientes em aproxima-

damente150 países com cerca de 200 escritórios

em todo o mundo.

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