Auswahlkriterien für Kodierverfahren in der vernetzten HD-Produktion

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1 Auswahlkriterien für Kodierverfahren in der vernetzten HD-Produktion Jürgen Burghardt Professional Solutions Europe Sony Deutschland GmbH Ilmenau 23. Oktober 2007

2 Systeme für f r die Videoproduktionsketten Cinema Production Broadcast NEWS/Sports Creators Prosumer Security Defense Medical Acquisition Creation Distribution Viewing Film HD und mehr Terrestrial - RGB 4:4:4, 1080/60P/90P, 4K - Satellite Vernetzte HD Produktion - IT basiert - Broadband Package Media preiswertes HD - klein, kompakt - Network

3 Die wichtigsten HD Video-Bildformate System Vollbild- Rate Scanning Format Bildseitenverhältnis ca. IF- Datenrate 4096 x progresssive Gbps 2048 x progresssive Gbps 2048 x progresssive ,5 Gbps 1920 x : progresssive Gbps 1920 x 50 1:1 50 progresssive Gbps 1920 x 50 2:1 25 2:1 interlace ,5 Gbps 1920 x 25 1:1 25 progresssive ,5 Gbps 1920 x 25 1:1 SF 25 progr. SF ,5 Gbps 1280 x 50 2:1 50 progresssive ,5 Gbps Digital- Cinema HD- Produktion zukünftig? HDTV- Produktion und Sendung heute

4 Der richtige CODEC für die jeweilige Application JPEG2000 (für D-Cinema Distribution) High End HD Produktion vernetzte HD Produktion Budgetierte HD Produktion Keine Kompromisse geringe Kosten & Schnittfähig MPEG4 Intra-frame (HDCAM SR) Welcher CODEC ist am besten für diese Applikation geeignet? Welcher ist der beste Sony CODEC? MPEG2 (XDCAM HD) MPEG2 (HDV) Consumer HD Aufnahmen Kosten haben höchste Priorität. Schnittfähigkeit ist nicht wichtig AVCHD = AVC Long GOP (entwickelt unter anderem von SONY & Panasonic) AVC Long GOP (Distribution z.b. für SONY Location Free TV & PSP )

5 Anforderungen an die vernetzte HD-Produktion Aufnahme / Produktion: hohe Bildqualität bei langer Aufnahmedauer sehr gutes Multigenerationsverhalten einfache Bedienung, Robustheit und Zuverlässigkeit Preiswerte Speicher-Medien Transfer / Vernetzung: hohe Übertragungsraten / geringer Bandbreitenbedarf Sichere Einbindung in ein IT-Netzwerk / standardisierte Schnittstellen Post Produktion: Kompatibilität mit Schnittsystemen (offenes Format) Echtzeit Verarbeitung, oder schneller als Echtzeit wenn gewünscht: traditioneller Workflow Playout / Archiv: Effektiv nutzbarer Speicherbedarf archivierbares Quellmedium Durchgängiges Metadaten- und Prozessdaten-Management

6 Workflow Management: Metadaten Verarbeitung Planning Acquisition Field Edit Ingest Newsroom Craft Edit Playout Disc ID Disc title Description Creator Rights Place Date Time Photographer Reporter Hi res, Proxy Record start mark Good shot mark Date, Time, Location UMID Clip titles, Clip descriptions Key frames, Essence marks Essence mark notes Storyboard, Sub clips, EDL Custom comments Custom descriptions Added Key frames Added Essence marks Detailed Essence mark Content descriptions Program definition XpriNS Editor Clip detail Duration Program Last edit date EDL: executor Archive Edit suite Editor Clip detail Sub clip detail Duration Program Last edit date Program Channel Playlist Duration SOM, EOM Date, Time

7 Metadaten auf einer Professional Disc Digital Video & Audio DV, MPEG30/40/50, MPEG2 HD LongGOP Proxy Video & Audio MPEG4 & A-Law via FTP, FAM Non real time Metadata LTC, UMID, Essence Mark, Date, Title, Text via FTP, FAM, MXF Real time Metadata LTC, UMID via MXF, SDI Optical EDL Optical Disc EDL(XML) via FTP, FAM MXF Metadata CODEC, Signal type, Aspect ratio, Audio channel no., Audio sampling frequency, via MXF Disc Information Disc Title, Disc ID, Date via FTP, FAM General data Bis zu 500MB PC files, EDL files

8 Beispiel eines vernetzte Produktionssystems Line VTR SDI Network Input Routing Switcher Ingest / 24 Ingest XDCAM x2 Ingest Terminal Input Device Proxy Gen. Craft Editor x20 Material Server (High-res. / Low-res.) 600 Hours EDL Executor x20 Proxy Browser Proxy Editor x200 Transfer Server x7 Material Management Terminal MXF Gateway x2 Main Sub Playout Terminal Playout Server Bandwidth Requirement: 12Gbps (Bandwidth of Top model of SAN Storage: 24Gbps) A, B, C, Pool, Preview, etc / /

9 Konfigurationsbeispiel einer großen Produktionsumgebung Data Mover Tranfer Rate (Mbps) Number of Stream Total Speed Times/Sream Maximum Transfer Speed (Mbps) Weight Rate Required Transfer Speed (Mbps) Input Device % 1008 Import Control for XDCAM Ingest % 168 Transfer Server for Playout % 588 Craft Editor % 1680 (Craft Editor Digital Scrub) % 4700 EDL Executor % 3360 MXF Gateway for Archive % 0 Clip Trimmer Transfer % 0 MXF Gateway for 3rd party apl % 168 Transfer Server for Tape Archive % 42 Transfer Server for XDCAM Archive % 0 Remote Access % 42 HR Total LR Total % 560 Total Transfer rate / stream HD Long GOP: 50Mbps(video)+6.144(Audio)+7%Margin = 60Mbps HD System needs Total 12Gbps

10 Material Server Kosten z. B. DataDirect Networks S2A Serie als Material Server Leistung Bietet höchste Bandbreite für netzwerkbasierte Produktion Mbps / port B a n d w i d t h / C o u p l e t simultaneous stream (60Mbps) S 2A G bps 93 S2A G b p s 200 S2A G bp s 400 Investitions- und Betriebskosten sind bei 50Mbps wesentlich geringer als bei 100Mbps

11 Professional Disc Aufzeichnungskapazitäten 50 Mbps MPEG HD Mbps XDCAM HD 25 Mbps DVCAM, XDCAM HD 18 Mbps XDCAM HD 23.3GB 45 min 60 min 85, 90 min 120 min 50GB 95 min 145 min 185, 190 min 250 min

12 Codec Vergleich SONY XDCAM HD SONY XDCAM HD AVC Intra 50* AVC Intra 100* DVC PRO 100M Resolution (FULL HD) (FULL HD) 1280x x x720 Sampling structure 4:2:0 4:2:2 4:2:0 4:2:2 2.6:1.3:1.3 Compressed bit rate (18/25) 35Mbps 50Mbps 50Mbps 100Mbps 100Mbps Picture type Long GOP Long GOP Intra Intra Intra Entropy Coding VLC (Light process) VLC (Light process) CABAC CABAC or CAVLC VLC Bit 8bit 8bit 10 bit 10 bit 8bit Picture Quality Good Excellent ok Good + Good Die Datenrate ist ausschlaggebend für eine performante Vernetzung

13 Bildqualität / Bildkodierung / Datenraten Bildqualität 0 db Intra-Frame (MPEG-2) Inter Frame GOP MPEG2 Long GOP (35Mbps ~ 50Mbps) Derzeitig verfügbare Intra-Frame Codecs (100~150Mbps) Kompressionsrate

14 MPEG 2 Long GOP Block Diagram DCT Transform 8x8 pixel VLC Input Video Transformer/ Quantizer De-quantizer / Inv. Transformer Entropy Coding Bit Output Intra / Inter Motion- Compensated Predictor Motion Estimation Data Block 16x16 pixel, 16x8, with 1 pixel vector accuracy. Motion Estimator I picture B picture P picture I.P.B I.P.B

15 What s AVC Intra Block Diagram DCT Transform 4x4, 8x8 pixel CABAC CAVLC Input Video Transformer/ Quantizer De-quantizer / Inv. Transformer Entropy Coding Bit Output Intra Predictor Motion- Compensator& Predictor De-blocking Filter Intra / Inter In Intra-Frame Motion Codecs nicht benutzt Estimator I picture B picture P picture Motion Estimating Data Block 16x16 pixel, 16x8, 8x16, 8x8, 8x4, 4x8, 4x4 with 1/2 pixel vector accuracy. I.P.B I.P.B Plural I.P.B

16 CODEC Vergleich Picture Quality 1st 3rd 5th MPEG2 Long GOP 50M Excellent Good Good 2x Real time x3 J2K 100M Excellent Good Good AVC-Intra 100M Good Akzeptabel?Akzeptabel? Software Decode Time Encode Time x 7 x 6 x 9 x24 Real-time ENC/DEC Device Ready (Various choices) Few Few (Very High Price) NLE System Ready one? one? Picture : Kayak , 150frames, 5sec Profiling Env Pentium 4.3GHz, 2GMemory, Hyper Thread MPEG-2 Long 50M MP@HL Long GOP AVC Intra 100M MP@L5.1 Progressive Debocking Filter On 150sec Long50M Encode AVC Intra100 Using Software Codec Decode ( 0.7) Long50M ( 9.2) AVC Intra100

17 Kann MPEG2 LongGOP geschnitten werden? Stream A MPEG 2 Long GOP smart rendering technology für HDV/XDCAM HD Edit point GOP GOP GOP GOP Decode Stream B Decode GOP GOP GOP GOP GOP Editing SW Smart Rendering GOP GOP GOP GOP GOP GOP

18 MPEG Codec Module/Card PC-Card-Type Express Card CODEC Module PCI Express CODEC Card

19 Resolution Sampling structure Compressed bit rate Picture type Entropy Coding Bit Picture Quality Vergleich der Codec Spezifikationen Codec Vergleich SONY XDCAM HD :2:0 (18/25) 35Mbps Long GOP VLC (Light process) 8bit Good SONY XDCAM HD (FULL HD) 4:2:2 50Mbps Long GOP VLC (Light process) 8bit Excellent AVC Intra 50* :2:0 50Mbps Intra CABAC 10 bit AVC Intra 100* (FULL HD) 4:2:2 100Mbps Intra CABAC or CAVLC 10 bit DVC PRO 100M 1280x x x :1.3: Mbps Intra VLC 8bit

20 Codec Auswahlkriterien Bildqualität HD Systemlösung 1. Generation 2. Generation 5. Generation HD Software Encode Time Real-time Encoder / Decoder Device NLE System Archive System System Operability MPEG-2 LONG GOP sehr gut gut gut ca. Encode: x2-3 Decode: real time Ready Ready Ready Ready J2K 75 Mbps sehr gut gut gut ca. Encode: x7 Decode: x6 wenige ein System kein System kein System AVC Intra 100 Mbps gut akzeptab el? akzeptabe l? ca. Encode: x19 Decode: x1 Encoder: > $???? CPU ENC DEC AUDIO 12.5mm ein System 12.5mm kein LSI kein System System CPU, ENC, Decoder Audio in one single LSI all rec. Formats included

21 Codec Auswahl Zusammenfassung Bildqualität 1. Generation: MPEG-2 GOP visuell transparent 5. Generation: MPEG-2 GOP in kritischen Bildern möglicherweise gerade sichtbar Datenrate Nur mit MPEG-2 2 ist in den nächsten n Jahren MPEG-2 GOP mit 50Mbps in heutiger SD Infrastruktur nutzbar eine ~ Performance komplette und Kosten Systemlösung sind invers proportional sung zur Datenrate mit offenen Systemlösungen Interfaces MPEG-2: einfach zu implementieren, und Interoperabilität Systemlösungen sind heute t bereits für f r vollständig die vorhanden AVC: vernetzte Produkte und Systeme HD-Produktion für Real-Time Anwendungen realistisch sind in einer frühen Entwicklungsphase, Lieferbare komplette Systemlösungen für AVC vermutlich erst in einigen Jahren möglich!!

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23 ~ Codec HD SD Media Proxy File Metadata Phase GB MPEG-4 30/40/50Mbps 25Mbps Essence Mark / Extended UMID / XML Metadata MPEG2 4:2:2P@HL MPEG2 MP@HL(4:2:0) Phase-2 Consistent Workflow Same media / Same proxy / Same file format / Same metadata Phase-3

24 Die 5 Hauptmerkmale Camcorder mit 2/3 HD Progressive CCD Multi-Format (1080i und 720p) Full HD Auflösung (1920 x 1080) Format: MPEG-2 422P@HL bis zu 50 Mbps 8 Audio-Kanäle (Camcorder 4) Dual-layer Disc (50GB) & neue Optical-Drive Generation Kompatibilität zur Single-Layer Disc (23.3GB) Unterstützung der heutigen XDCAM-Formate DVCAM / MPEG IMX / MPEG HD (4:2:0) Verbesserung im XDCAM Workflow Transfer Speed, Feature-set Gleiches MXF-File Format, Proxy, Metadaten und Aufzeichnungsmedien

25 Der XDCAM-HD 4:2:2 Camcorder PDW-700 IBC-Announcement Fact Sheet Gewicht: 4,2 kg Abmessungen: wie PDW-530P Stromaufnahme: 40W (ohne VF) Bildaufnehmer: 3x 2/3 -CCDs Pixelanzahl: 1920 x 1080 Format: Progressive & 2:1 Interlace Aufzeichnung: MPEG-HD 50 Mbps 4 Audio Kanäle Dual-Layer & Single-Layer Disk 3,5 -LCD Display (16:9) Integrierter Down-Converter Pool-Feed (HD/SD-SDI und FBAS Eingang (Opt.) Ethernet (100B-T) und ilink Verfügbarkeit: April 2008 Preis: ca. 30k (ohne Sucher)

26 Der XDCAM-HD 4:2:2 Deck PDW-HD1500 Verfügbarkeit: April 2008 Preis: ca. 19k IBC-Announcement Fact Sheet Gewicht: 6.3 kg / ½-19 -Rack-Design AC (230V) und DC (12V) Stromversorgung Aufzeichnung: MPEG-HD 50 Mbps Dual-Laser Optical Pick-Up (für schnellen File-Transfer) 1080i / 720p 8 Audio Kanäle Dual-Layer & Single-Layer Disk 4.3 -LCD Display (16:9) Integrierter Down-Converter HD-Up-Conversion vom SD-Input (Rec) HD/SD Conversion und Cross-Conversion ( ) Jog/Shuttle Modus (wie bei VTR) Ethernet (GbE) und ilink (FAM)

27 1080/50p Der zukünftige Produktionsstandard?

28 HDC /50 Progressive Capturing 720/60P 1080/60i 525i 720/50P 1080/50i 625i P/60P 1080/50P Multi Format Camera HDC-1000/1500

29 1080/50p Produkte Erweiterung des Line - ups System Enhancement HDC P MVS P Ready 50P Ready BVM -L230 SRW MVS -8000G 50P SRW -5800