Japan: Erste 4K-Fernsehausstrahlung soll Juli 2014 beginnen

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Genau da liegt auch der Hase im Pfeffer. AVC Multipass für lineares TV ist absolut ungeeignet. Für Anytime, Netflix, iTunes und Co. ist es eben perfekt. Das Prinzip lässt sich aber nur schlecht auf lineares TV übertragen. Da gibt es geeignetere Codecs.

Es gibt ja nur zwei Varianten, um die bisherige Effizienz zu verbessern. Entweder ich setze auf einen komplett neuen, effizienteren Realtime-Codec und brauche neue Übertragungsstandards und damit neue Endgeräte oder ich schaue, dass ich mit den bisherigen Endgeräten, die bereits bei den Zuschauern stehen, eine bessere Effizienz hinkriege.

Wenn ich jetzt versuche mit AVC Multipass und 3min Delay zu encoden und gleichzeitig mit den bisherigen Endgeräten kompatibel bleiben möchte, handele ich mir aber jede Menge Probleme ein. Das Delay und das Muxxing sind noch lösbar. Man kann die erste Analyse des Videomaterials, den 1st-pass, ja schon weit im Vorraus abschließen, dann zwischenspeichern und somit die Pfade des Entscheidungsbaums im letzten Schritt beim Encoding schonmal deutlich reduzieren.

Ein Problem, das ich sehe ist es, dass wohl vor allem die Puffergröße der bisherigen Endgeräte limitiert. Ich kann also auch mit AVC Multipass nicht beliebig komplex codieren, ansonsten werden die Umschaltzeiten zwischen zwei Programmen viel zu hoch oder es kommt gar zu Aussetzern bei der Wiedergabe.

Für IPTV könnte ich mir so eine Technik vorstellen. Da sind das lösbare Probleme. Die ersten Sekunden, um den Puffer zu füllen, lassen sich dort mit einer kurzfristig höheren Datenrate erkaufen. Für ein Medium ohne Rückkanal und ohne Möglichkeit lange zu puffern ist die erreichbare Effizienz aber deutlich begrenzt. Ich glaube nicht, dass man die 2-3fache Effizienz überhaupt erreichen könnte.

 

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VC-2 wäre besser gewesen, hätte man statt AVC nehmen sollen. Bevor die Geräte alle auf HDTV/AVC ausgetauscht wurden.

Hä?????? Multipass ist eine reine Encoder-Angelegenheit. Auf Endgeräte hat das keinerlei Auswirkung. AVC definiert Profile und Level, diese beinhalten Features und Maximalraten/-werte. Diese werden eingehalten. Die Puffergröße wird dabei auch eingehalten. Aus technischer Sicht sind die AVC Streams identisch, bei Multipass ist weniger Entropie im Signal enthalten, damit ist bei gleicher Bitrate eine höhere Informationsübertragung möglich. Information, die vorher durch Entropie überlagert war. Und mehr Information heißt schlichtweg, besseres/ursprünglicheres Bild. Es fehlt weniger.

Das funktioniert so bei Multipass-Encodern. Eine erste Encoderstufe analysiert zum Zeitpunkt 00:00:00 fortlaufend in Überechtzeitgeschwindigkeit (> 25 Bilder pro Sekunde) jedes einzelne Bild und errechnet einzig die Komplexität. Und speichert Informationen und Daten zwischen, die die zweite Encoderstufe nicht abermals berechnen braucht. Die zweite Encoderstufe startet dann bei 00:02:00, wenn die erste Stufe (via Pipeline) schon bei 00:04:00 ist. Jetzt berechnet der Encoder die optimalen Entscheidungen über die Komplexität der letzten 2 Minuten Video, die ja jetzt vorliegen. Er weiß jetzt schon, ob gerade einen ruhige Szene läuft und in 10 Sekunden eine Actionszene kommen wird. Oder ein harter Schnitt. Außerdem hat der Encoder jetzt mehr als 40ms Zeit fürs Bild. I-Frames brauchen mehr Zeit, als B-Frames. B-Frames kann man so in 5 ms durcharbeiten und die wenigen I-Frames könnte man so in 250ms durcharbeiten. Anschließend speichert der Encoder die Bilder in einem Puffer. Schön aneinandergereiht. Und zum Zeitpunkt 00:00:05 wird dann das erste Bild via Sendeabwicklung rausgeschickt - real dann 5 Minuten versetzt.

10 Mbit/s Video, 1 Minute Pufferung sind 75 MB Speicherplatz. Und nur 1x im Encoder bzw. der Encoder-Queue. Das Endgerät, der Decoder sieht davon ja überhaupt nicht. Wenn der Encoder nun, da eh Konserve, bei -00:05:00 starten würde, also um 20:10 Uhr, dann fängt der Film weiterhin um 20:15 Uhr beim Endkunden an.

Kinderkram.

 

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Den Rest brauch ich gar nicht zu zitieren. Du wiederholst ja nur, was ich bereits einen Absatz zuvor beschrieben habe. Dass das Endgerät davon nichts sieht ist auch klar. Die Effizienz ist dennoch von der im DVB Standard spezifizierten maximalen Puffergröße, Bandbreite und anderen AVC Parametern abhängig. Ich bezweifle stark, dass ich mit AVC Multipass und dem besten Encoder in diesen Grenzen nochmal die Hälfte bis 2/3 platzsparender sein kann.

Brauch ich ja nicht. Ich kann mich bei dem Konzept ja komplett vom alten SAW Gedanken lösen. Da reicht es für einen Sender alles inkl. Logo im Encoder zu machen. Sobald ich einen Film reinlade, kann der mit der Analyse und dem Encoding beginnen. Gesendet wird am Ende nur noch die bereits encodierte Datei. Ich muss den Inhalt nur höchstens 3-4min vorher zum Encoderserver schicken, damit noch genug Zeit für den 1st und 2nd pass bleibt.

Na dann dürfte einem Marktreifen Produkt ja nicht mehr viel im Wege stehen

 

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Von Time Warner mal abgesehen... oder haben die ihre Haltung mittlerweile geändert?

PPV bietet Sky doch an, oder? Genau aus diesem Grund die "Zwangsreceiver", denke ich.

 

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Du verstehst dann den Aufbau und die Funktion von Videocodecs nicht. Hier nochmal eine Erklärung:

Die Spezifikation definiert nur, inhaltlich runterbrochen, wieviele Bits maximal ein Macroblock (16x16, bestehend aus 4xY, 1xU, 1xU) verbrauchen darf. Das ergibt dann insgesamt die Puffergrößen.

Um jetzt die Bitzahl pro Macroblock klein zu bekommen, hab ich nur 2 Möglichkeiten. Entweder ich finde einen Motion-Vector, der mir den kleinsten Unterschied zu einem 16x16 Block in einem der Referenzbilder findet, oder ich streiche hohe Koeffizienten der DCT Transformation weg. Dieses Rauswerfen von hohen Frequenzen macht das Bild unscharf, matschig. Es gehen Informationen verloren. Und das Finden von Motion Vectoren ist zeitaufwendig. Das kann nämlich nur berechnet werden durch Kombination. AVC setzt QPEL ein, das sind 1/4 Pixel. In alle Richtungen, maximale Entfernung 64 Pixel. 512x horizonal * 512x vertikal. 262.144 Möglichkeiten PRO Macroblock 16x16. 8160 Macroblöcke hat das Bild. Und die Kombinationen erlaubt noch, dass jeder der 6 Blöcke in einem Macroblock separate Motion Vectoren hat. CPUs sind zwar schnell. Aber die Kombinatorik ist exponentiell. Und je weniger Zeit der Encoder hat, desto weniger Kombinationen werden ausprobiert. Da wird die Reichweite der MVs gerne von +/- 64 auf +/- 16 gekürzt. Oder Vertikal auf +/- 4. Siehe das Schmieren bei Abspännen, wenn die Schrift läuft. Da explodierte bei MPEG2 immer die Bitrate.

Entscheidungsbäume zu finden, Abkürzungen zu finden usw. darin liegt die Kunst. Das kostet Zeit. Und Echtzeitencoder haben die nicht. Encoder/Computerprogramme arbeiten weiterhin so. Es gibt keine Algorithmen, die das Spiel GO lösen. Es ist weiterhin schwer, dass ein Computer einen Menschen beim Schach schlägt. Die Komplexität bei AVC ist ähnlich zu Schach oder GO. Multipass-Encoder geben den AVC-Encodern eins: Zeit.

Und die Bitratenunterschiede sind bekannt: Multipass AVC schafft 6 Mbit/s mit der PSNR, für die die Ericsson-Encoder übe 14 MBit/s brauchen. Gleiche PSNR.

 

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Bestimmte Prozeduren bzw. Arbeitsschritte welche unabhängig voneinander ablaufen können sollten sich doch parallelisieren lassen.

 

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Das wird ja schon in Hardware gemacht. Aber der große Engpass dabei ist die I/O Anbindung gegenüber der CPU Rate. Denk an heutige CPUs, die haben L1,L2,L3 Cache. Da ist ja weiterhin der größte Faktor zwischen den beiden. GPU bieten die höchste Performance wenn es um große Datenmengen geht und immer der gleiche Kram ausgeführt werden muss. Nur sind die Hardware-Hersteller von AVC Encodern nicht in der Lage, diese Qualität und Leistung selbst zu bringen, die beispielsweise eine Tesla hat. Es werden auch zu wenige Geräte verkauft, trotz eines Gerätepreises von 25k USD rechnet sich eine intensive Entwicklung von Stream-Prozessoren dabei nicht.

So oder so, ich brauche keine Echtzeitencodierung. Da liegt der Haken: Echtzeit und AVC. Es wird immer einen Unterschied geben. Echtzeit kann maximal so gut sein, wie Multipass. Niemals besser. Und die Möglichkeit besteht bei allen TV-Sendern. Sogar ein Dualbetrieb für Live-Sendungen wäre leicht umsetzbar.

Da muss auch nur mal einer in die Gänge kommen und den alten Staub wegwischen. Und dann machen das alle. Und klopfen sich auf die Schultern, wie toll sie doch sind. Nur, hier stand's vorher.

 

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Wir fassen zusammen, es gibt, bei gleicher Bildqualität (PSNR) ein Trade-Off zwischen dem Delay und der Bitrate. Je kürzer das Delay, umso höher die Bitrate. Ich denke das ist unstrittig. Wie genau der AVC Codec funktioniert, spielt wohl für die Diskussion hier keine Rolle. Es will wohl keiner von uns einen Encoder oder Decoder schreiben.

Mit höherer Rechenleistung nähern sich die Varianten AVC Realtime und AVC Multipass aber auch einander an. Die Chipindustrie schläft nicht. Ich werfe nur mal das Moore'sche Gesetz in den Raum. In 18 Monaten haben wir schon wieder ungefähr die doppelte Verarbeitungsgeschwindigkeit aktueller Prozessoren erreicht und ich kann in den maximal 40ms pro Frame schon doppelt so viele Varianten durchrechnen. Hiervon profitieren dann auch Live-Programme und nicht nur welche mit Material aus der Konserve.

Genau das zweifle ich an. Blu-ray Qualität in 6 Mbit/s innerhalb der DVB Spezifikation glaub ich einfach nicht dran. Für HDTV IRDs ist laut ETSI TS 101 154 nur AVC High Profile Level 4 zugelassen. Ich vermute, deine Werte basieren eher auf den bestmöglichen AVC Encoding Parametern. Ohne eine Quelle deinerseits kann ich da aber auch nur Raten. Die DVB Spezifikation ist eben nicht mit dem Hintergrund geschrieben worden, dass da jemand Multipass encodiertes Material versenden möchte. Deshalb glaube ich auch nicht an die theoretische Steigerung von 60%.

Die Frage ist halt, ob das noch nötig ist oder man nicht doch nur ein totes Pferd reitet. Für 1080p50 und 4K werden eh neue Codecs gebraucht. Die aktuellen 4k-Tests mit vier seperaten 1080i50 Streams in AVC sind wohl nur Müde zu belächeln. Es wäre wohl sinnvoller bei der Standardisierung der neuen Formate dieses mal den Fehler mit AVC nicht erneut zu begehen, als das alte AVC weiter zu vergewaltigen.

Außerdem müssten für AVC Multipass ja schon wieder neue Sendetechnik angeschafft werden. Wenn ich mir nur das Theater mit den neuen HD SAWs beim ZDF anschaue, beschleicht sich das Gefühl, dass die Sender keinen Bedarf mehr haben auf neue Technik umzurüsten.

Die Bitrate kann Sky nachweislich auch mit den alten Encodern senken. Wir sind ja schon bei fünf statt früher vier Sendern pro 50 mbit/s TP. Sky könnte viel einfacher die Bildqualität erhöhen, in dem sie zum Beispiel endlich die olle QPSK Modulation einmotten und ihre Transponderbandbreite mittels 8PSK erhöhen. Selbst das wird nicht gemacht. Die Bildqualität auf den Filmkanälen ist zur Zeit wirklich unterirdisch. Da werden teilw. Filme tagelang mit reduzierter total verpixelter Auflösung gesendet oder seit Jahren auf den Sportkanälen DD 2.0 mit falschen Schaltsignal in DD 5.1 übertragen. Ich glaube kaum, das sich da bei Sky noch jemand für neue Encoder interessiert. Die Bildqualität generiert ja keine neuen Abos.

Was die Entwicklung neuer Übertragunstechniken angeht hört man in letzter Zeit nur noch von BBC R&D oder der Entwicklungsabteilung beim ORF. Die deutschen TV Anstalten rennen Neuerungen nur noch hinterher.

Das mal wieder der alte Staub weggewischt hier in Deutschland weggewischt werden müsste, wäre wirklich mal schön und zu befürworten. Nur der Pessimist in mir glaubt da nicht mehr dran.

 

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"Für 1080p50 und 4K werden eh neue Codecs gebraucht" - eben genau nicht. Aber die Industrie läßt sich natürlich nicht das Geschäft entgehen. Allerdings, heutige Bitraten bei HDTV, die AVC schafft, die schaffen die effizientesten MPEG-2 Encoder auch. Bei praktisch identischer Bildqualität.

Der Weg, bei Echtzeitencoding statt AVC nun HEVC zu benutzen, welches die Komplixität einzig erhöht, ist eh der falsche. Die aktuellen Ericsson HEVC Encoder sind grottig. Sind ja eh nur Showcase. Da läuft kein erträgliches 1080i60 Bild unter 18 Mbit/s.

Und mal zur Rechenleistung: Die steigt nicht nur für Echtzeit-Encoder, sondern auch für Multipass-Encoder. Es ist mathematisch unmöglich, dass Echtzeit-Encoder die Leistung von Multipass-Encodern erreichen. Mehr als identische Qualität ist nicht drin, und die wird erst in unendlicher Zeit erreicht. Multipass ist immer besser, als Realtime. Auf ewige Zeit.

 

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Ich meinte natürlich neue Übertragungsstandards. Codecs ist natürlich quark, selbstverständlich gibts auch heute schon 1080p50 und 4k Inhalte in AVC.

Um neue Empfangshardware wird man wohl auch nicht herumkommen. Ich kann wohl kaum mein altes 1080p Display und meinen DVB-S2 720p / 1080i50 HDTV IRD tauglich für 1080p50 und 4k machen oder meinst du mit Geschäft für die Industrie die Lizenzen für HEVC?

Natürlich ist es mathematisch möglich, dass sich Multipass und Realtime annähern. Die Kombinatorik ist zwar exponentiell, aber sicher nicht unendlich. Wenn ich alle Kombinationen in ausreichender Zeit berechnen kann, sind Multipass und Echtzeit auf einem Niveau.

Anders betrachtet, kann ich ein Video, dass eine gewisse Entropie enthalten soll nur bis zur Shannongrenze komprimieren. Niemals darüber hinaus. Mit AVC gibt es auch eine untere Bitratengrenze. Spätestens, wenn die Rechenleistung hoch genug ist, um diese theoretische untere Bitratengrenze zu erreichen, sind beide Encodervarianten auf einem Niveau. Wird natürlich nicht passieren, bis dahin sind wir längst von AVC weg, aber man erkennt, dass sich mit steigender Rechenleistung beide Varianten annähern.