室外多機位移動直播解決方案

陳蔚寧

（濟南廣播電視臺融合發展中心，山東 濟南 250000）

0 引言

隨著互聯網和通信技術的快速發展，網絡直播發展如火如荼，迅速席卷了人們的生活，促使生活方式不斷改變，每個人都可以拿起手機做直播。但手機直播鏡頭過于單調，無法滿足直播所需內容的多方面展示。進行專業視頻制作的電視臺主要采用多機位的畫面切換方式，滿足用戶對多角度直播的需求。

目前的傳統電視直播系統信號傳輸通過串行數字接口（Serial Digital Interface，SDI）線纜或是高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）線纜回傳至導播臺，需要具備有線傳輸的鏈路，導播臺等設備的放置位置也需要固定，并且需要有穩定的交流電源[1]。而多機位移動直播的機位需跟隨主持人移動，活動場地比較大，且活動場景室外較多，這種移動起來的機位并不適合有線傳輸。要實現移動直播，必須解決移動機位的信號傳輸問題。本文主要探討室外多機位移動直播解決方案。

1 無線傳輸技術

1.1 5G 傳輸技術

目前，通信技術已進入5G 時代。所謂5G 網絡，指的就是第五代移動通信技術。與之前的4 代移動網絡相比較而言，5G 網絡在實際應用過程中表現出更加強大的功能和特點，主要在以下方面有較大優勢。

（1）傳輸速率。5G 網絡傳輸速率最高可達10 Gb·s-1，可以滿足對4K、8K 乃至虛擬現實（Virtual Reality，VR）、增強現實（Augmented Reality，AR）設備對于傳輸速度和傳媒內容質量的要求。

（2）網絡時延。5G 網絡可以通過將核心網設備部署至客戶所需位置，實現更快的響應速度和更高的實時性。

（3）網絡可靠性。5G 網絡通過網絡切片、服務質量（Quality of Service，QoS）等保障機制，使網絡的隔離性和可靠性更高，滿足端到端網絡的可靠性保障。

（4）網絡安全。5G 網絡通過使用硬隔離、軟隔離等多種方式使網絡具備更高的安全性和保密性，可以保障用戶信息的安全。

5G 網絡通信技術不僅提高傳輸速度，在傳輸的穩定性上也有突出的進步。5G 網絡通信技術應用在不同的場景中，都能進行很穩定的傳輸，能夠適應多種復雜的場景[2]。

1.2 無線圖傳技術

視頻圖像的無線圖傳是依靠電磁波在空間傳播達到傳送目的，目前基本上采用微波頻段。在不易施工布線的近距離場合，采用無線方式來傳送視頻圖像最為合適。無線視頻傳輸系統由發射機、接收機及天線組成。每對發射機和接收機有相同的頻率，除傳輸圖像外，還可傳輸聲音。無線視頻傳輸具有一定的穿透性，但在應用時有一定限制，如無線圖傳設備使用2.4 GHz 頻率時，一般只能傳200 ～300 m。

2 室外多機位移動直播解決方案

室外多機位移動直播主要解決兩種場景下的信號傳輸，即攝像機與導播臺之間信號的近距離傳輸和遠距離傳輸。

無線圖傳技術結合移動導播臺，可以實現攝像機與導播臺之間信號的近距離傳輸。5G 網絡的高速率、低延時特性，可以為室外多機位視頻信號遠距離傳輸提供很好的解決方案。

2.1 移動機位視頻信號的近距離直播解決方案

2.1.1 使用無線圖傳系統和移動導播臺完成直播

使用無線圖傳系統和移動導播臺完成直播，是使用移動導播臺進行切換并推流直播。比如Ucast公司的R8 導播臺，可以很好地解決多機位移動直播的問題。攝像機信號通過無線圖傳系統送入導播臺，經切播后通過聚合網絡推流到云平臺。此種便攜導播臺具有多網聚合功能，通過多鏈路聚合技術和專業聚合算法，將所有網絡鏈路整合為一個高帶寬傳輸通道，來對抗室外及室內惡劣的網絡環境。整體方案如圖1 所示。

圖1 移動機位視頻的近距離傳輸方案示意圖

此方案中，進入移動導播臺的信號通過無線圖傳系統近距離傳輸，沒有經過網絡格式的編碼、轉碼，信號穩定性好。然而，此方案不適合進行長時間的直播，因為移動導播臺采用電池供電，直播過程中如果電池電量不足，無法實現電池無縫更換。

2.1.2 5G 網絡傳輸方案

5G 網絡傳輸方案是指攝像機通過增加5G模組作為5G 終端或有線接入5G 用戶駐地設備（Customer Premises Equipment，CPE），通過CPE 接入5G 無線網絡，同時導播臺通過專線方式接入5G出口網絡，中間傳輸交由5G 網絡實現。整體方案如圖2 所示。

圖2 5G 網絡傳輸方案示意圖

在5G 網絡中，不但要保證視頻流的傳輸質量，還需要保障直播數據傳輸的安全性。

2.1.2.1 傳輸質量保障方案

5G 網絡可以提供多種視頻流傳輸質量的保障方式。使用時，可以根據不同的直播需求選擇不同的保障方案。5G 網絡的傳輸保障方式有如下3 種。

（1）5G 網絡提供端到端QoS 機制，能夠根據業務質量要求對視頻信號進行端到端的優先級調度，保證視頻傳輸質量的要求。該方案在5G 網絡的無線、傳輸及核心網絡中進行相應的配置即可實現。方案實現簡單，費用較低。

（2）5G 網絡為視頻直播或廣播電視單位分配獨立的專用數據網絡名（Data Network Name，DNN），可以提供專用的視頻傳輸通道，支持根據DNN 為不同的攝像機提供統一的匯聚點，實現直播視頻流量的匯聚[3]。該方式需要在5G 網絡中申請專用的DNN 資源，需在5G 網絡及視頻直播使用的5G 終端中設定專用DNN，需要運營商定制專用的5G 終端卡片。

（3）在5G 網絡中定制專用的網絡切片，為直播業務提供滿足視頻直播要求的網絡能力，并配置端到端的專用網絡，與5G 網絡中的其他業務進行隔離，使網絡資源專用。該種方式因為網絡資源專用，網絡安全性較高，需要的費用也較高。

2.1.2.2 傳輸安全保障方案

5G 網絡支持定制化的安全方案，引入用戶接入安全、數據傳輸安全、切片安全、服務化架構信令安全、邊緣計算安全、數字證書以及網絡設備安全等方式為直播業務通過覆蓋網絡的通用安全，通過定制組網安全域劃分、部署安全防護設備、建設安全管理系統、搭建網絡與業務系統間的安全通道以及提供業務技術安全等，滿足直播業務需求的端到端靈活的安全策略。

2.2 移動機位視頻信號的遠距離直播解決方案

進行移動機位視頻信號的遠距離直播，可在原有直播系統的攝像機上增加5G 直播編碼器，將視頻信號通過5G 網絡傳輸至高清解碼器，高清解碼器將視頻信號解析后接入導播臺[4]。

該方案首先將5G 編碼器架設在攝像機上，通過5G 網絡或者公網進行視頻傳輸，視頻信號通過高清解碼器解碼后送至導播臺。若戶外場地比較偏僻，在5G 信號覆蓋不好的情況下，可以使用4G 聚合編碼器來實現信號上傳。通過云聚合服務器進行信號聚合，也可以保證網絡信號不中斷。因為信號采用遠距離傳輸，導播臺可以放在任何滿足所需基本條件的場地[5]。整體方案如圖3 所示。

圖3 移動機位視頻的遠距離傳輸方案示意圖

此方案中，導播臺與攝像機距離較遠，機位的調度不靈活，只能通過電話或微信語音來實現，對于鏡頭銜接要求不高的直播活動是一個很好的選擇。

3 結語

本文通過在現有直播系統中引入5G通信技術，實現攝像機與導播臺之間的遠距離信號傳輸，通過引入無線圖傳技術以及移動導播臺，實現攝像機與導播臺之間的近距離信號傳輸，解決了多機位移動的視頻直播問題，可以滿足各類無線、實時、高清及多角度直播需求。