Transmisja strumieniowa 8K, czyli szczegółowy obraz przesyłany tysiące kilometrów
Streaming w rozdzielczości 8K zrewolucjonizował możliwość przekazu telewizyjnego, w jakości pozwalającej na pokazanie bardzo dokładnych szczegółów na ekranie. Choć w warunkach komercyjnych tak wysoka rozdzielczość wciąż jest mało popularna, to transmitowanie wydarzeń sportowych jak Igrzyska Olimpijskie czy naukowych, jak np.: skomplikowane operacje chirurgiczne, wchodzi dzięki temu na nowy, wyższy poziom. Branża obawia się jednak, że rozwój technologii 8K zostanie wstrzymany. Wszystko przez nowe rozporządzenie Komisji Europejskiej powiązane z ekoprojektem unijnym, który ma wymusić oszczędność energii elektrycznej.
Z transmisjami wideo mamy do czynienia od początku istnienia telewizji. Streaming jest właściwie tym samym, tylko w sieciach komputerowych, np.: w internecie. Idea streamingu jest prosta: wystarczy sieć komputerowa odpowiedniej przepustowości i kodeki, które kompresują obraz wideo do takiej przepustowości, jaką jesteśmy w stanie przesłać przez tę sieć komputerową.
– Kiedyś transmitowaliśmy obraz bardzo słabej jakości, ponieważ na tyle pozwalały sieci i kodeki. Później wszedł standard HD, który był skokiem jakościowym i umożliwiał znaczne polepszenie jakości obrazu. W tej chwili mówimy o streamingu 4K w przypadku Netflixa czy YouTube. My wychodzimy o jeden krok naprzód ze streamingiem 8K – mówi Maciej Głowiak, kierownik Działu Nowych Mediów w Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym.
PCSS zajmuje się tematyką 8K już kilka lat. Wcześniej m.in. dzięki projektowi Immersify centrum zyskało narzędzia i rozwiązania dla telewizji wysokiej rozdzielczości oraz telewizji immersyjnej. Obecnie PCSS jest w stanie przesyłać obraz w rozdzielczości 8K, ponieważ dysponuje kamerami, wyświetlaczami i sprzętem kodującym dla tej technologii, choć częściowo są to nadal urządzenia prototypowe. Projekt badawczy Immersify prowadzony był przez pięciu partnerów z Europy (PCSS – Polska; Ars Electronica Futurelab – Austria; Spin Digital Video Technologies GmbH – Niemcy; Marché du Film – Festival de Cannes – Francja; Visualization Center C – Szwecja). Polegał on zarówno na tworzeniu treści, jak i ich przesyłaniu, kodowaniu, dekodowaniu, odtwarzaniu na różnych rodzajach wyświetlaczy – począwszy od telewizorów 8K, aż po zaawansowane instalacje wizualizacyjne, takie jak wielkoformatowe wyświetlacze, systemy CAVE, systemy wieloprojektorowe, kina Deep Space czy planetaria. W ramach projektu przeprowadzano też demonstracje technologiczne oraz pokazy 8K.
Transmisja z Polski do Japonii
Pierwsze próby przeprowadzenia transmisji 8K podjęto już w 2015 roku. Kolejne odbywały się podczas konferencji TNC, w tym w 2019 w Tallinnie. Wówczas PCSS prezentował streaming 8K, transmitując jazdę modelu kolejki elektrycznej, umieszczonej w studiu w Poznaniu. Co więcej, widzowie mieli możliwość interakcji, a więc zdalnego zatrzymywania i wystartowania kolejki, podglądając scenę w 8K. Była to demonstracja strumieniowania materiałów audio-wizualnych wysokich rozdzielczości.
Jedna z ważniejszych transmisji 8K została przeprowadzona jesienią 2019 roku. Wówczas transmitowano wideo ze studia telewizyjnego Poznańskiego Centrum Superkomputerowo-Sieciowego w technologii 8K na targi InterBee na stoisko NHK w Tokio. Transmisję zrealizowano współpracując zarówno z firmą Spin Digital, jak i NHK Technologies, która zapewnia rozwiązania technologiczne dla japońskiej telewizji NHK.
(fot. Eryk Skotarczak)
- Długo szukaliśmy tematu, który w pełni odzwierciedliłby możliwości technologii 8K, pokazałby wystarczającą ilość szczegółów i kolorów. Nasz wybór padł na malowanie obrazu. Do współpracy zaprosiliśmy młodą artystkę, Annę Brzostek – mówi Maciej Głowiak.
Wysoka rozdzielczość 8K pozwala dostrzec wszystkie szczegóły i to, jak one powstają.
– W sztuce detale są bardzo ważne – podkreśla artystka Anna Brzostek z Uniwersytetu Artystycznego w Poznaniu. - Zastanawiałam się nad wyborem tematu do obrazu, a biorąc pod uwagę różnice kulturowe, szukałam czegoś neutralnego znaczeniowo. Zdecydowałam się namalować meduzy, chcąc oddać całą paletę barw i namalować je w sposób ekspresyjny, ale też surrealistyczny – dodaje.
Wydawać by się mogło, że transmisja strumieniowa na żywo z Polski do Japonii nie jest czymś skomplikowanym, jednak przy tego typu przedsięwzięciach pracuje zwykle kilkanaście osób. Przekaz realizowany był za pomocą czterech filmowych kamer 8K Sony F65, które na to wydarzenie zostały wyposażone w specjalne adaptery, umożliwiające ich pracę jako kamery studyjne.
– Technologia rozdzielczości 8K jest nieco bardziej skomplikowana w realizacji, gdyż obraz ten to 16-krotnie większa ilość danych niż w klasycznej realizacji HD – mówi Eryk Skotarczak, specjalista AV/IT z PCSS. – Mówiąc bardziej obrazowo, aby wyświetlić obraz 8K, potrzebowalibyśmy 16 telewizorów HD lub 4 telewizorów 4K/UHD. Aby taki system sprawnie przełączać, realizować wizję i nakładać na żywo grafiki naekranowe, użyliśmy posiadanego systemu procesorów wizyjnych Barco, które oryginalnie służą do obsługi projekcji wielkoformatowych. Dzięki temu cała infrastruktura pracuje jak tradycyjny system telewizyjny, studyjny umożliwiając realizację programu na żywo. Ilość danych, jakie produkuje jedna kamera to około 50 Gbps produkując ponad 2 giga piksele na sekundę , a więc w przypadku czterech kamer będzie to 200 Gbps i około 8,5 giga pikseli na sekundę. Tak przygotowany system realizuje transmisję bez problemu w czasie rzeczywistym, a końcowy efekt przesyłamy dalej do systemu kodowania – tłumaczy Skotarczak.
Dodatkowo sygnał otrzymany z realizacji wizji na etapie kodowania zostaje zredukowany z około 50 Gbps do 80 Mbps. Efekt ten uzyskano dzięki koderom firmy Advantech, a w szczególności karcie Vega. Następnie za pośrednictwem infrastruktury chmurowej Amazon strumień docierał do odbiorców końcowych.
– Poprzez platformę Amazon zyskaliśmy dostęp do szerokiego grona odbiorców, a sama transmisja miała opóźnienie około 20 sekund. Zawsze przy tego typu transmisjach musimy zdecydować, czy bardziej zależy nam na krótkim czasie dostarczenia sygnału telewizyjnego, co jest możliwe przy połączeniach bezpośrednich, czy też chcemy udostępnić sygnał szerszemu gronu odbiorców, ale liczymy się z większym opóźnieniem – mówi Mikołaj Węgrzynowski, programista z PCSS.
Rozdzielczość 8K jest optymalna dla telewizji, gdyż jest bliska rozdzielczości ludzkiego oka. Wyższe rozdzielczości mogą przydać się w grach komputerowych i rozwiązaniach immersyjnych. Dodatkowo wciąż jest to szerokie pole do badań. Transmisja treści 8K o jakości emisyjnej na żywo przez internet wymaga wydajnego kodowania wideo, a także niezawodnych technologii przesyłania strumieniowego.
Streaming 8K na cały świat
W grudniu 2020 roku zaprezentowano międzykontynentalną transmisję strumieniową 8K, łączącą Azję, Amerykę Południową, Amerykę Północną i Europę. Program na żywo dotarł do wielu lokalizacji na całym świecie, w tym do Portland, Tokio, Poznania, Berlina i Rio de Janeiro. Przy tej okazji współpracę podjęła grupa liderów w branży IT: Intel, NHK Technologies, PCSS, Spin Digital i TV Globo, tym samym wytyczając ścieżkę do wykorzystywania technologii 8K na potrzeby wydarzeń na żywo na dużą skalę. Podczas streamingu prezentowano m.in. występ gitarowy Damiana Niemira i Piotra Ostapowicza. To demo sprawdziło możliwości najnowocześniejszego kodera programowego HEVC do zmniejszenia szybkości transmisji bitów potrzebnej w aplikacjach 8K na żywo, a także możliwość dostarczania 8K na żywo z małymi opóźnieniami przez internet.
– Jest to wynik naszych wieloletnich wspólnych wysiłków badawczo-rozwojowych i wytrwałości, aby dostarczać więcej, lepszych i szybszych „pikseli” przy współpracy z liderami branży na całym świecie –mówi dr Mauricio Alvarez-Mesa, dyrektor generalny Spin Digital.
(fot. Eryk Skotarczak)
Jednym z ważniejszych kroków w dziedzinie transmisji wysokiej jakości obrazu był streaming 8K podczas festiwalu Ars Electronica we wrześniu 2021 roku. PCSS połączył dwa wydarzenia ze świata nauki i sztuki, prezentując streaming w rozdzielczości 8K z wydarzenia European Rover Challenge 2021 w Kielcach do przestrzeni Deep Space 8K w Linz. Tym samym uczestnicy festiwalu Ars Electronica mogli obserwować zmagania łazików marsjańskich, obserwować ich przemieszczanie się, wziąć udział w prezentacjach związanych z komercjalizacją lotów na Księżyc oraz na Marsa z wykorzystaniem technologii kosmicznych oraz zdalnie obejrzeć największy na świecie aktywny wulkan marsjański zlokalizowany w Kielcach. Prezentacja była możliwa dzięki międzynarodowej współpracy ze Spin Digital Video Technologies GmbH oraz Ars Electronica Futurelab.
8K w użytku komercyjnym
W 2022 roku, już po testach z Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym, japońska telewizja publiczna NHK oferowała transmisje wybranych wydarzeń z Zimowych Igrzysk Olimpijskich w Pekinie w jakości 8K. Była to nowość, pozwalająca obserwatorom dostrzeżenie dokładnych szczegółów z igrzysk. Japończycy chwalą się najnowszym osiągnięciem działu NHK STRL (Science & Technology Research) i kamerą 8K, która może nagrywać z prędkością 240 klatek na sekundę, a tym samym nadaje się do pracy w zwolnionym tempie. Firma twierdzi, że nowy system kamer przyniesie nowe wrażenia wizualne i osiągnie wyniki produkcyjne, które wcześniej nie były możliwe. Szybkie obrazowanie rejestruje więcej klatek na sekundę, dzięki czemu szybko poruszające się obiekty mogą być przedstawiane płynniej niż do tej pory.
Pandemia koronawirusa znacząco wpłynęła na rozwój prac i tempo innowacyjności w wykorzystaniu ultra wysokich rozdzielczości. Organizacja 8K Association zaktualizowała wymagania dla producentów telewizorów z ekranami o takiej rozdzielczości, którzy chcieliby uzyskać specjalny certyfikat. Dodano zapisy dotyczące streamingu i formatów dźwięku.
Położono duży nacisk na kwestię streamingu, który już wkrótce może wkroczyć w erę 8K. Telewizory z ekranami o takiej rozdzielczości muszą teraz wspierać szereg zaawansowanych kodeków obrazu, by sprostać wymaganiom strumieniowania nowej generacji. Dodatkowo poszerzono też wymagania dotyczące obsługi przeróżnych formatów dźwięku przestrzennego.
Poza tym w 8K Association nadal obowiązują poprzednie zapisy o wysokiej rozdzielczości, jasności ekranu, reprodukcji kolorów i standardów łączności. Wyraźnie widać jednak, że zbliżamy się do momentu, w którym treści 8K się upowszechnią. Pomocny w tej zmianie będzie na pewno m.in. kodek obrazu AV1, który jest już zaimplementowany w czołowych serwisach SVoD (YouTube, Netflix) i jest wspierany przez szereg telewizorów 4K i 8K. Kodek AV1 powstał w grupie, w której w skład wchodzą m.in. Amazon, Apple, Netflix i Google. Głównym powodem jego utworzenia są… pieniądze. Chodziło o to, by pominąć opłaty licencyjne za kodek HEVC. Obecnie trwają też intensywne prace nad kodekiem VVC, a w branży krążą plotki, że Chiny chcą wykorzystać go do rozwoju Tik-Toka i przy tworzeniu podobnych aplikacji.
Przedstawiciele 8K Association zwracają uwagę na to, że podczas lockdownu wzrosła sprzedaż telewizorów 8K, a jednocześnie ich ceny stopniowo spadają. Jako użytkownicy coraz częściej chcemy mieć w swoich domach technologie wysokiej jakości, co oznacza, że stoimy u progu nowej ery technologicznej, oczekując dobrej jakości obrazu i dźwięku już nie tylko w kinie, ale i we własnych czterech ścianach.
Rozwój ten może jednak wstrzymać kryzys energetyczny i nowe rozporządzenie Komisji Europejskiej, związane z ekorozwiązaniami do wyświetlaczy elektronicznych. Wskazane w rozporządzeniu Komisji Europejskiej limity zużycia energii dla wyświetlaczy elektronicznych o rozdzielczości 8K i MicroLED mają być tak wyśrubowane, że producenci telewizorów tego typu nie będą w stanie dostosować się do ustalonych limitów. O przepisach nieadekwatnych do sytuacji rynkowej napisał Związek Cyfrowy Polska w liście do ministra rozwoju i technologii.
Zmiany unijne mają wejść w życie od 1 marca 2023 r. Zdaniem branży, wówczas z półek sklepowych prawdopodobnie znikną najnowocześniejsze telewizory 8K, gdyż nie spełnią one wymagań ekoprojektu Unii Europejskiej, znanego pod nazwą Digitaleurope. Szacuje się, że ze sklepów będzie trzeba wycofać dodatkowo nawet 70 proc. modeli telewizorów 4K oraz 50 proc. HD.
(fot. Eryk Skotarczak)
W Polsce nawet 4K wciąż jest mało popularne, choć telewizory kompatybilne z tą technologią można nabyć za mniej niż 1500 zł. W 4K można oglądać wybrane produkcje na Netflixie (w przypadku wykupienia najdroższego pakietu), Amazon Prime Video, Polsat Box Go, Playerze i m.in. kanały Eleven Sports 1 4K, Canal+ 4K Ultra HD, Museum 4K, Insight TV UHD, dostępne na platformach cyfrowych i w sieciach kablowych. Od września do listy dołączył kanał Love Nature 4K. W 4K dostępne są też wybrane produkcje w serwisie streamingowym HBO Max. Zdaniem operatora satrelitarnego Eutelsat już 50 proc. gospodarstw domowych w USA i Europie jest gotowych na tę technologię, ale nadawcy nie chcą w nią inwestować. Treści w wysokiej rozdzielczości jest stosunkowo mało, bo ich emisja satelitarna jest bardzo droga. W Polsce posiadanie monitorów wysokiej rozdzielczości nadal jest raczej ewenementem. Samsung w swoim raporcie poinformował, że w 2021 roku sprzedał w naszym kraju około 6 tys. telewizorów 8K. Wówczas ich sprzedaż jednak znacząco wzrosła w porównaniu z 2020 rokiem.
