基于5G 技術的大流量視頻回傳技術應用

深圳供電局有限公司 孫蓉蓉

目前，隨著超高清視頻技術在行業(yè)中的廣泛應用，為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供新的手段，并能促進經(jīng)濟、社會等各個方面的發(fā)展。5G 通信技術與超高清視頻技術的結合，將在網(wǎng)絡能力、業(yè)務能力、用戶體驗三個方面推進了視頻業(yè)務的全面升級。基于此，本文探討基于5G 技術的大流量視頻回傳技術應用，以供參考。

近年來，隨著4K、8K 等超高清視頻技術的廣泛應用，促進了經(jīng)濟、社會等各方面的發(fā)展。中國社會視頻是信息表現(xiàn)和傳播的關鍵因素，今后商業(yè)應用中的80%以上流量將來自于視頻素材。早期技術發(fā)展到UHD（超高清視頻）后，UHD 產(chǎn)業(yè)將促進5G 網(wǎng)絡商用迭代。

1 超高清視頻產(chǎn)業(yè)

1.1 超高清視頻特點

超高清視頻特別是8K 業(yè)務，為滿足觀眾身臨其境的體驗，分辨率更高，位深超過10bit，色域超過BT.2020，動態(tài)范圍均為高動態(tài)范圍[1]，超高清技術參數(shù)如表1 所示。

表1 超高清視頻參數(shù)Tab.1 UHD video parameters

1.2 4K 標準

國際電聯(lián)于2012 年簽訂了超高清電視國際規(guī)范ITU-RBT.2020。與以前的BT.709 標準比較，重新定義了寬高比為16:9，極大地提高了視頻信號的性能。在清晰性方面，象素數(shù)達到829 萬和3320 萬，4K 是超高清的4 倍，8K 則是超高清16 倍，圖像更清晰，更細膩；在顏色深度上，從mode.709 標準的8bit 提升到10bit，使顏色飽和逼真，在顏色層次和過渡上極大地提高了整個圖象。

多終端（電視、電腦、手機）、多場景（錄播、直播、互動），在移動網(wǎng)絡時代，信息的傳播和溝通不再限于“TV-家庭”的范疇，以移動互聯(lián)為核心的內(nèi)容（AR/VR、教育、游戲、醫(yī)療），多方位（本地、異地、固定、移動）的新形態(tài)。因此，超高清電視的應用，離不開移動的特性，而廣電要進一步煥發(fā)出勃勃生機，也必須緊密結合移動通信網(wǎng)絡，融入到時代發(fā)展的大潮中去[2]。

1.3 8K 標準

8K 具有7680×4320 超高解析率，使得眼睛在8K 的超高清電視（最高可達96）上所說的觀賞角與人眼在自然界（約110）的觀賞角更加相近，同時，圖像的分析力也會使人在視覺上有很大的影響。圖像的疏密可以進一步提高圖像的精細程度，使每一位人都能感受到它的境界，同時也可以使3D 圖像更加強大，更加立體。8K 頻率為120FPS，高畫幅度能有效地提高圖像的精細程度，觀景體驗非常舒適。

結果表明，該工藝能有效地改善運動模式的模糊、臨界閃爍。色彩的深淺（Colord）是指用不同的象素點來表達色彩的位數(shù)。愈高，畫面的色彩解析度可以在3D的意義上增大，而漸變的色彩效果也會變得更為復雜，特別是在暈染過程中，光源的過渡也會變得天然。色域是指顏色的整體顯示和還原。色域大，色彩表現(xiàn)力強，能表現(xiàn)出來的顏色也會更豐富，與自然的顏色也會更接近。HDR（High Dynamics Range）是加強暗與亮的反差，讓畫面更豐富，能讓人的眼睛看到更純粹的黑色和更明亮的白色；而更多的是，在畫面的反差中，讓畫面更加立體，更加具有層次[3]。

1.4 發(fā)展趨勢

通過跨領域、全方位、多層次的產(chǎn)業(yè)深度融合，實現(xiàn)了超高清產(chǎn)業(yè)的總體水平提高。5G 網(wǎng)絡的支持，是信息基礎設施的全面升級，在制作、發(fā)行、展示等方面，都會有一定的作用。

（1）超高清視頻技術不適合于傳統(tǒng)的視頻直播模式。傳統(tǒng)的視頻直播、部署周期、機動、靈活等方式都不能及時地解決這些視頻直播問題，因此4G 視頻直播已逐步被替代；（2）5G 轉網(wǎng)單鏈路安全隱患仍存。雖然5G 技術在帶寬等參數(shù)上達到了視頻超高清傳輸?shù)哪康模捎谥辈グ踩嬖跓o法克服的問題，無線網(wǎng)絡仍然不穩(wěn)定。

2 5G 技術的視頻回傳技術應用

5G 通信技術與超高清視頻技術的結合，將在網(wǎng)絡能力、業(yè)務能力、用戶體驗三個方面推進了視頻業(yè)務的全面升級。關鍵技術主要表現(xiàn)為三個方面：網(wǎng)絡能力、平臺能力和差異化的承載能力

2.1 5G 關鍵技術

（1）網(wǎng)絡容量方面。5G 對超高清視頻業(yè)務的承載能力主要體現(xiàn)在三個方面：大連接、高帶寬、低延時。現(xiàn)有4G 和Wi-Fi 網(wǎng)絡帶寬受限，有線傳輸在達到千兆時，現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡的移動性不足。采用5G 接入方式的超高清視頻在這方面可以得到很好的解決。在新架構方面，目前5G 的承載網(wǎng)和5G 的核心網(wǎng)都進行了相應的改造，承載網(wǎng)采用基于Spine-Leaf 的新承載方式，5G 核心網(wǎng)則采用獨立組網(wǎng)或非獨立組網(wǎng)的模式，以不同業(yè)務為基礎，保證差異化承載超高清視頻的需要[4]。

（2）平臺能力方面。目前，IPTV 和OTT 因特網(wǎng)電視，大部分都是使用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)（CDN）和視頻鏡像技術，使視頻與用戶的距離變得更加緊密，從而形成了整個傳輸。超高清視頻在視頻業(yè)務的分發(fā)方面也要求零卡頓、零花屏、零等待等。在UHD 視頻服務的基礎上，尤其是80Mbps 以上的帶寬要求UHD 視頻，這就需要CDN 流媒體服務器的流處理能力更高，時間延遲也較低。下一代流媒體服務器制造必須考慮到摩爾定律的失敗，并對其進行緩存、減排、延時的要求。同時，在部署網(wǎng)絡中，要對CDN 的部署節(jié)點進行合理的選擇，降低了流量的轉發(fā)，并通過網(wǎng)絡設備的跳躍，達到最佳的綜合費用。平臺能力的關鍵技術第二個方面，反映在超高視頻素材的生產(chǎn)中，以多接入邊緣計算（MEC）為要求。MEC 是5G 的關鍵技術，滿足了用戶的需求，并將計算和控制能力引入到邊緣。同時，在視頻業(yè)務完成了云端制造之后，由5G 網(wǎng)絡劃分為用戶，與核心云和區(qū)域云構成一個整合的網(wǎng)絡模式，可以滿足視頻制作的需求。MEC 的部署和FN 技術可以降低骨干和核心網(wǎng)絡的帶寬在視頻業(yè)務中占用，同時也可以使UHD 的視頻業(yè)務和用戶的距離降低，從而降低延時時間。

（3）差異化承載方面。5G 網(wǎng)絡可以完成商業(yè)差別化承載的主要技術是網(wǎng)絡切片技術，在切片管理系統(tǒng)的一體化管理下，實現(xiàn)了端向端的承載能力，并與無線網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)等技術相結合。SDN、NF V、Flex E、虛擬化等關鍵技術在網(wǎng)絡切片中得到了很好地提高。在超高清視頻場景的業(yè)務需求中，還要考慮到高帶寬的切片協(xié)調(diào)回傳視頻，同時較低的時間延遲切片控制。“大帶寬、低時延、廣連接”的5G 特點為超高清視頻提供了廣闊的發(fā)展空間，為處理超高清視頻提供邊緣計算，為差異化承載需求的超高清視頻業(yè)務提供了保障的網(wǎng)絡切片，能夠讓視頻業(yè)務傳播更廣的CDN 網(wǎng)絡。

2.2 基于5G 視頻回傳

利用5G 技術，在終端進行視頻回傳。目前，已經(jīng)在EMBB（加強移動寬帶）、MMTC（海量機器通訊等，如物聯(lián)網(wǎng)）、URLLC（超高可靠性低的時延：如車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛等），并采用5G 網(wǎng)絡建立了超高清視頻傳輸系統(tǒng)。將5G 網(wǎng)絡技術與超高清視頻編碼、多鏈路聚合傳輸技術結合起來，建立一種新型的新聞視頻的新方法。與4K 行業(yè)相結合，建立一套集4K 視頻、Live、Reading 于完整的5G 網(wǎng)絡全鏈路系統(tǒng)，使5G 技術在新聞上的優(yōu)點變?yōu)橛行a(chǎn)力。支持廣播級最高4K 解析度5G、可隨身攜帶的影音回傳端子，所有的4K 廣播級編碼器都是使用機架式。開發(fā)具有快速、高效的編碼效率和快速發(fā)展的5G 產(chǎn)品，同時，長期與4G/5G 網(wǎng)絡的傳遞技術合作，擴大4K 超高清視頻在全產(chǎn)業(yè)鏈的開發(fā)，如4K 視頻采集、直播、回傳等。CBT 多鏈路聚合技術是通過4G/5G、WiFi、有線網(wǎng)絡和衛(wèi)星等進行信息的傳遞。采用CBT 多鏈路聚合技術、聚合帶寬、可靠性等，將多種傳輸鏈路聚集起來，為UHD 視頻平臺奠定了基礎[5]。

2.3 5G 與超高清視頻融合

5G 和UHD 視頻融合技術主要表現(xiàn)為：生產(chǎn)超高清視頻內(nèi)容、改善傳統(tǒng)OTT 和IPTV 業(yè)務、內(nèi)容服務VR 和沉浸視頻、應用于視頻監(jiān)控類別和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等方面[6]。

（1）面向VR 視頻的內(nèi)容服務。當前，VR 錄像已成為UHD 業(yè)務的一個重要發(fā)展方向。內(nèi)容上是基于云的虛擬現(xiàn)實業(yè)務來完成的，采用邊緣DC、核心DC、區(qū)域DC 等安排模式。5G 網(wǎng)絡選取了多種位置建立云渲染資源節(jié)點，使虛擬現(xiàn)實在云上成為可能，能夠滿足廣大手機用戶對就近VR 業(yè)務的渲染需求。5G 網(wǎng)絡固動融合的綜合承載能力，既向?qū)拵褂谜吖蚕懋數(shù)氐脑屏Ⅲw能力，又為寬帶使用者VR 視頻體驗要求的VR 視頻業(yè)務承載提供了速度和延遲保證，使用者可以在多個情況下存取移動網(wǎng)絡和寬帶網(wǎng)絡的需求。

（2）面向超高清視頻類的應用。在4K 新聞材料的收集與回傳建設中，不需要向4K 直播新聞車提供更多的協(xié)助，只要向背包傳送5G 超高清視頻，就可以使直播或向電視臺迅速回傳，5G 直播架構圖如圖1 所示。5G信號將超高清的繪制與超高清繪制相結合，以達到及時、靈活的目的。在賽事或賽事轉播中，使用5G 超高清視頻采編為背包，靈活編排固定或移動機位，并通過增大伸縮機位，利用高靈活性、低現(xiàn)場環(huán)境資源的優(yōu)點，將超高清信號反饋到轉播中，便于編排伸縮的拍攝機位。同時，該工程的產(chǎn)品可以進行遠程控制，既可以滿足無人值守飛機在水上/空中等部位的要求，也可以根據(jù)實際情況進行現(xiàn)場勘察。

圖1 5G 直播架構圖Fig.1 Architecture diagram of 5G live streaming

（3）面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)采用5G+超高清視頻融合的組網(wǎng)方式，滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大連接、低時延的傳輸需求，能夠打破原有的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)間隔級、現(xiàn)場級、企業(yè)級組網(wǎng)架構，讓信息傳輸更扁平化、高效化。能夠滿足更高層次、更高精度的工業(yè)識別、工業(yè)可視化的需求，以及人機交互操作等多種場景，在工業(yè)領域具有較強的應用能力。

3 結語

總之，5G 產(chǎn)品的市場化將對4K 超高清產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生一定的影響。產(chǎn)品發(fā)展與國家超高清視頻產(chǎn)業(yè)相適應，產(chǎn)業(yè)化將對文化企業(yè)發(fā)展具有很大的促進作用，以視頻為特色，并以此為基礎奠定傳媒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎。產(chǎn)品的市場化將直接影響到5G 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，應全面把握5G 發(fā)展機會，通過超高清直播應用推廣，進而加速5G商用落地，進一步推動5G 網(wǎng)絡相關業(yè)務的發(fā)展。