¿Por qué UHDTV no forma realmente parte de la infraestructura de producción todavía?
Carlos Pantsios*
La nueva generación de experiencia televisiva es el UHDTV, un servicio que posee la combinación óptima de varios parámetros mejorados como: mayor resolución (HR), mayor tasa de cuadros (HFR), mejoras en la colorimetría y en el rango dinámico (HDR). La nueva resolución espacial de “4k (3840 x 2160)” no resultó suficiente para justificar su introducción en el mercado, y una profundidad de 10-bit se exigió como mínimo para las versiones UHD-1 y el UHD-2, que representan los nuevos sistemas de cine digital de 4k -> 4,000 y 8k -> 8,000 pixels.
En el caso de la producción, se estableció un consenso de 12 a 16-bit de profundidad para el UHDTV. Con respecto a la compresión, la discusión gira en torno al HEVC (H.265), con especial atención sobre el Main 10 profile, con 10 bits para el color. La ventaja que logra MPEG-5 HEVC sobre MPEG-4 AVC dependerá de lo crítico del contenido a comprimir, sin embargo, muchos expertos sostienen que puede lograrse una ventaja del 40%. Con relación al audio para el UHDTV, se propone un sistema de audio inmersivo de próxima generación.
Respecto a la infraestructura de estudio y de transmisión se discutió sobre variantes del SDI de tiempo real o sistemas basados en la red. Hay incluso consenso de que las tecnologías de red y las basadas en SDI deben coexistir, cada una aplicada a su espacio correspondiente.
Actualmente existen muchos tipos de interfaces UHDTV de tiempo real, tanto en estudio como en producción y no se sabe, a ciencia cierta, cuál de ellas va a imperar en el futuro ni que infraestructura de broadcasting se impondrá en los siguientes años. Los broadcasters y fabricantes de equipos de producción en UHDTV también confrontan el mismo dilema.
1) Requerimientos para una nueva infraestructura de interface UHDTV
Mientras la discusión en el medio se centra en los parámetros de formato de la imagen, tales como: resolución, mayor tasa de transmisión de cuadros, profundidad de bit o gama de colores, la situación de la infraestructura del estudio en tiempo real y de la producción se desarrolla bajo la mirada y la atención de los consumidores. Debe notarse, sin embargo, que la disponibilidad de infraestructura efectiva en costo y de un estándar abierto constituyen piezas clave para la aceptación del UHDTV en la creación de contenido. En las producciones de prueba que se realizaron como, por ejemplo, los sistemas de la NHK Super High Vision, o las simples producciones en UHD-0 (quad HD o 4k) se utilizaron múltiples soluciones de HD-SDI o 3G-SDI. Estos ensayos no fueron, obviamente, ninguna solución para infraestructuras de producción eficientes de corto o mediano plazo.
Ciertamente todo broadcaster que persigue un plan futurista para su inversión en infraestructura es confrontado con la duda de si la nueva infraestructura, para los años venideros, deberá ser capaz de manejar, adicionalmente al HDTV, algunas variantes del UHDTV (UHD-0, UHD-1, etc).
Los requerimientos para una nueva infraestructura de interface UHDTV para la producción (excluyendo los enlaces de intra-facilidad, y de WAN) pueden ser resumidos como sigue:
(1) Capacidad de ofrecer intercambios de video en forma isócrona o síncrona (incluyendo el soporte de varias tasas de transmisión de imágenes, incluyendo tasas fraccionales),
(2) Capacidad para soportar altas tasas de datos (ver Tabla) en línea con el formato de imagen de banda base UHDTV, como se define en SMPTE 2036-1 e ITU-R BT.2020,
(3) Facilidad de manejo con “plug and play” (ej. En el campo, durante eventos),
(4) Baja latencia, re-sincronización rápida, bajo jitter,
(5) Capacidad de soportar switching de cuadro exacto,
(6) Eficiencia en costo,
(7) Capacidad de enrutamiento de señal paquetizada (en el caso de redes),
(8) Identificación de corriente o de formato,
(9) Capacidad de operación punto a punto o punto a multipunto,
(10) Soporte de coaxial o de fibra óptica,
(11) Ser agnóstico respecto al formato de imagen (Cine digital, UHDTV, HDTV, imágenes estereoscópicas),
(12) Escalabilidad de enlace simple a multienlace,
(13) Soporte de datos auxiliares y audio empotrado (embedded),
(14) Interface de estándar abierto y simple,
(15) Etc.
Algunos de estos requerimientos corresponden a la infraestructura de HD-SDI, cuando esta fue definida. Otros se añadieron al considerar el uso de la red.
La Tabla siguiente, muestra ejemplos de tasas de datos típicas correspondientes a parámetros de imagen para video no-comprimido, basado en las normas SMPTE 2036-1 e ITU-R BT.2020.
Para cumplir con los requerimientos generales podemos determinar tres aproximaciones propuestas por la industria, fundamentales y diferentes, que también se reflejan en las diferentes actividades de estandarización. Estas se describirán a continuación:
(1) Interface punto a punto para propósitos especiales
SMPTE ya ha definido una interface UHDTV dedicada, denominada SMPTE 2036-3. Este estándar especifica el mapeo de señales en “Ultra Hight Definition Television” a interface de Señal Serial/Datos para Enlace-simple o Multi-enlace, a 10 Gb/s. Dependiendo del formato de imagen en UHDTV y de la correspondiente tasa de datos, se requiere de la implementación del enlace-simple o del multi-enlace. Esta interface se ha empleado en algunos equipos de UHDTV especializados.
(2) Interfaces UHDTV basadas en la evolución del SDI
Una evolución más avanzada a la actividad de estandarización de la SMPTE es la definición de la aproximación denominada “Gear-box”. Se trata de una evolución sobre las bien conocidas tecnologías basadas en SDI. Adicionalmente a las interfaces 3G-SDI bien establecidas, las variantes 6G, 12G y 24G SDI fueron definidas y estandarizadas para aplicaciones de enlace-simple y de multi-enlace. Las denominaciones oficiales de estos estándares son: (a) Variante 6Gbit/s: SMPTE 2081-1 coax, 2081-2 para los parámetros ópticos, (b) Variante 12Gbit/s: SMPTE 2082-1 coax, 2082-2 para los parámetros ópticos, c) Variante 24 Gbit/s: SMPTE 2083-1 coax, 2083-2 para los parámetros ópticos.
Demostraciones del funcionamiento de diferentes variantes del SDI gear-box, para el UHDTV sobre coax y fibra óptica, fueron mostradas en múltiples convenciones y algunos productos basados en estos estándares ya fueron presentados.
(3) Interfaces UHDTV basadas en redes IP
La tendencia a emplear interfaces basadas en redes paquetizadas, tanto en producción como en estudio, es una práctica que se viene dando desde hace algunos años.
Recientemente, la EBU, la SMPTE y el Video Service Forum han creado, en el 2013, una fuerza de acción conjunta sobre medios que utilizan las redes. Los retos particulares que imponen las redes, tales como el jitter, la transferencia de señales no comprimidas en tiempo real y en forma isócrona, la conmutación exacta de cuadros, el control de dispositivos y su reconocimiento, la administración de recursos y administración de redes, son algunos de los elementos que están siendo estudiados. Esta fuerza de acción conjunta, desde hace algún tiempo, ya ha pasado a la fase de análisis de un sistema y su arquitectura, sumergido completamente en un ambiente de red de broadcasting. Con el incremento considerable del ancho de banda a 10GEthernet, 40GEthernet y otros protocolos, que trabajan con datos a tasas correspondientes al UHDTV, pareciera funcionar el broadcasting sobre redes. Sistemas de compresión de mezzanina (intermedia) con extremadamente baja latencia podrán asistir la administración de la tasa de datos en una aproximación de red para UHDTV.
2) Demasiadas soluciones para el UHDTV y falta de armonización
La SMPTE un camino pragmático con respecto a las interfaces de UHDTV, definiendo primeramente una interface especializada de UHDTV (SMPTE 2036-3) seguida por estándares para series jerárquicas de interfaces UHDTV basadas en SDI. Ambos estándares cumplen con la demanda de la industria para soluciones a corto y mediano plazo en estudio (cámara hasta grabador, reproductor, conmutación, etc.) con el propósito de producir contenido en UHDTV.
En reuniones realizadas durante el 2013, la ITU-R Working Party 6B efectuó tremendos esfuerzos para lograr armonizar las diferentes propuestas provenientes de la industria, para evitar multiplicidades de estándares de interfaces UHDTV para aplicaciones similares.
La introducción exitosa del HDTV en el ambiente de producción se basó en el acuerdo de un simple estándar para la interface HD-SDI.
Este acuerdo hizo posible el desarrollo de equipos interoperables y una mayor eficiencia en costo. No cabe la menor duda que una multiplicidad de interfaces estándar de UHDTV en el mercado sería muy contra productivo y pudiese dar lugar a la cancelación de la distribución de infraestructuras efectivas en costo y de sistemas de producción.
Es muy deseable que se defina claramente el denominado eco-chain de UHDTV y sus estándares para contar con una sola versión conocida como Ultra HD.
Fabricantes y usuarios, representados en los diferentes organismos de estandarización, deben trabajar juntos en la armonización y limitación de diferentes estándares. El argumento de que el mercado decidirá cuál de los estándares será el elegido puede ser eventualmente acertado, pero mientras tanto es posible que se pierda tamaño de mercado, y mucho dinero se podrá perder tanto de los fabricantes como de los broadcasters.
*Carlos Pantsios Markhauser es Ingeniero en Telecomunicaciones, doctor electrónica de telecomunicaciones, Magister en Comunicaciones de la Universidad Simón Bolívar, con Especialización en Telecomunicaciones en satélite y redes The George Washington University - School of Engineering & Applied Science, Especialización en Telecomunicaciones Digitales University of Colorado Boulder. Se desempeña como profesor titular de postgrado en las escuelas de telecomunicaciones en la Universidades Simón Bolívar y Universidad Católica Andrés Bello. Además de consultor profesional en proyectos de TV basado en Argentina.
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