4K超高清視頻采集傳輸技術(shù)在5G平臺中的運用

鄭革

摘 要：近些年，隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的發(fā)展，超高清視頻行業(yè)也實現(xiàn)了高速發(fā)展，在娛樂、監(jiān)控等方面實現(xiàn)了廣泛運用。5G技術(shù)的發(fā)展加速了4K超高清視頻采集傳輸?shù)乃俾?，?K超高清視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了非常重要的技術(shù)支撐?；诖?，本文就4K超高清視頻采集傳輸技術(shù)在5G平臺中的運用進(jìn)行了探析。

關(guān)鍵詞：4K超高清;視頻采集傳輸技術(shù);5G平臺

超高清視頻行業(yè)一直以來是一個獨立的重要的領(lǐng)域，5G把這個領(lǐng)域同其他領(lǐng)域有機(jī)的聯(lián)系起來，成為一個廣泛的與我們的生活息息相關(guān)的廣大的空間，5G攝像機(jī)的出現(xiàn)更是這個行業(yè)來了一個巨大的騰飛。

1 超高清視頻行業(yè)的發(fā)展歷程

在超高清視頻行業(yè)領(lǐng)域，90年代初，設(shè)備都是有線視頻傳輸設(shè)備，信號是模擬視頻信號，而且所有設(shè)備都是進(jìn)口的，我們生產(chǎn)不了成像設(shè)備攝像機(jī)等，直到90年代后期，我們才開始組裝視頻傳輸設(shè)備、攝像機(jī)等，但圖像處理芯片全是進(jìn)口的，主要是日本索尼夏普韓國三星等，我們只有外殼、線纜、燈板等配件，那時超高清視頻行業(yè)設(shè)備價格高，一臺設(shè)備幾千元幾百元，大部分利潤都被國外公司賺走了，我們自己的企業(yè)只賺了可憐的加工費。這種狀況維持了十幾年，直到2010年前后，我們才開發(fā)出了自己的芯片，是華為的海思，沒錯是國產(chǎn)海思芯片，橫空出世，顛覆了行業(yè)，使攝像機(jī)的價格降到了100多元，甚至幾十元。在這一時期，超高清視頻行業(yè)領(lǐng)域一直是有線模擬設(shè)備主導(dǎo)，但有線模擬設(shè)備有兩個致命缺點，一是圖像分辨率太低，最高1200線，相當(dāng)40萬像素。二是易受到干擾，因為是模擬信號，極易受到高頻信號的干擾，使圖像不清晰。有這兩個缺點，滿足不了社會的發(fā)展以及人民對美好生活的需求，因此注定會被淘汰的。在淘汰有線模擬攝像機(jī)的過程中，華為的海思芯片公司和?？低晱?qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，在極短的時間，三年左右，推出了100萬、130萬、200萬像素的數(shù)字高清攝像機(jī)，而且價格極低，和有線模擬攝像機(jī)價格差不多，直接導(dǎo)致很多模擬攝像機(jī)廠家都關(guān)門倒閉，很多國外巨頭，如松下、索尼、三星等，在有線模擬階段，在我國內(nèi)開設(shè)了很多工業(yè)園區(qū)，也紛紛撤離。整個超高清視頻行業(yè)領(lǐng)域，成就了我們幾個大的公司，如?？低暋⒋笕A等等，技術(shù)和市場都是我們的企業(yè)主導(dǎo)，市場占有率，國內(nèi)企業(yè)從90年代初的0%達(dá)到90%以上，這個過程大約用了不到20年。這僅僅是開始，?？低暫痛笕A相繼又推出了300萬、400萬、500萬、600萬像素攝像機(jī)，4K800萬也大規(guī)模應(yīng)用，1000萬像素都已經(jīng)出來了，這個過程也就用了兩年，真正體現(xiàn)了中國人的智慧，中國人的速度，也使超高清視頻行業(yè)領(lǐng)域跑在了世界的前面，處在領(lǐng)先的位置。

幾乎同一時期，無線高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)也開發(fā)出來了，無線數(shù)字高清攝像機(jī)又分為Wi-Fi無線高清攝像機(jī)和4G無線高清攝像機(jī)，由于網(wǎng)絡(luò)的普及，無線網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，Wi-Fi無線數(shù)字高清攝像機(jī)得到迅猛的發(fā)展，它有很多優(yōu)勢，不用布線，安裝簡單，成本低，接上電源，連接到無線路由器上就能工作了，認(rèn)為幾乎家家都有無線路由器，所以Wi-Fi無線數(shù)字高清攝像機(jī)發(fā)展非?？欤瑢Τ咔逡曨l行業(yè)系統(tǒng)普及到家庭做出了貢獻(xiàn)。

有很多場合沒有網(wǎng)絡(luò)，沒有Wi-Fi，但要監(jiān)控，要遠(yuǎn)程監(jiān)看，有線數(shù)字高清和Wi-Fi無線數(shù)字高清都做不到了，這時4G無線高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)走進(jìn)超高清視頻行業(yè)的舞臺，4G無線高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的出現(xiàn)解決了無網(wǎng)絡(luò)、無Wi-Fi，甚至加上太陽能可以解決無電的情況下，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，它提供了完美的解決方案，但由于4G自身的缺點，帶寬低、速度慢、目前還做不到無償使用，因此現(xiàn)階段它僅用于一些特殊的領(lǐng)域，沒有大規(guī)模的發(fā)展和普及，因此它目前只是在打基礎(chǔ)，為迎接5G的到來積累經(jīng)驗，而5G的出現(xiàn)將解決4G的所有問題，5G無線數(shù)字?jǐn)z像機(jī)不僅能取代4G，而且隨著科技的發(fā)展，也會取代有線數(shù)字高清攝像機(jī)，并向其他行業(yè)融合發(fā)展，形成一個萬物互聯(lián)的5G時代。

5G在傳統(tǒng)的超高清視頻行業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，雖然5G數(shù)字高清攝像機(jī)現(xiàn)在還沒有出現(xiàn)，但不會多久，隨著5G的普及和發(fā)展，5G數(shù)字高清攝像機(jī)機(jī)會爆發(fā)式的增長，由于5G優(yōu)勢，它會和數(shù)字高清攝像機(jī)完美融合，解決了有線數(shù)字高清攝像機(jī)施工難、造價高、視頻信號有延遲的難題，也解決了Wi-Fi無線攝像機(jī)穩(wěn)定性差、容易掉線、圖像延遲等問題，更是對4G無線數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的大提升，5G的帶寬速率完美的實現(xiàn)了高清數(shù)字視頻信號的傳輸，將來的超高清視頻行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展方向是5G無線高清攝像機(jī)云存儲云計算的大數(shù)據(jù)時代。安裝極其簡單，一臺5G無線數(shù)字高清攝像機(jī)自帶獨一無二的二維碼，插上電源，攝像機(jī)自動和云存儲的平臺聯(lián)通，高清數(shù)字信號自動儲存，通過云計算把人、車、物等等各類信息自動分類，形成大數(shù)據(jù)，供人們檢索使用。只要一部手機(jī)，或其他有關(guān)設(shè)備，掃一掃攝像機(jī)上的二維碼，云服務(wù)上的所有攝像機(jī)所儲存的各類信息一目了然。

比如，在5G之前，醫(yī)療超高清視頻行業(yè)主要是有線數(shù)字高清監(jiān)控，主要是監(jiān)控記錄醫(yī)生在手術(shù)過程中的細(xì)節(jié)，通過回放視頻，供教學(xué)科研學(xué)習(xí)使用，也通過有線網(wǎng)絡(luò)供遠(yuǎn)程觀摩學(xué)習(xí)，由于網(wǎng)絡(luò)的延遲，看到的圖像是滯后的，不是實時的，雖然延遲只有幾秒甚至幾微妙，但是人命關(guān)天，不能有一點含糊，所以進(jìn)一步發(fā)展受到了限制，而5G的發(fā)展徹底改變了超高清視頻行業(yè)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，它可以遠(yuǎn)程實時監(jiān)控，遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程實時診斷醫(yī)療，甚至遠(yuǎn)程遙控手術(shù)都能做到，使這個行業(yè)的庸醫(yī)受到極大的壓力，弄不好會淘汰出局，而技術(shù)高超的醫(yī)生會發(fā)揮更大的作用，通過遠(yuǎn)程醫(yī)療，省事、省力、快捷有效地為人們服務(wù)。

2 5G背景下4K超高清視頻采集傳輸技術(shù)的應(yīng)用

技術(shù)人員在構(gòu)建4K超高清視頻采集體系時，為保障其能夠平穩(wěn)運行，在設(shè)計初期需要通過以主體剖析與客體評估相結(jié)合的方式，來保證視頻采集結(jié)果的無誤。這就要求技術(shù)人員需要準(zhǔn)確對視頻流傳輸速度進(jìn)行掌握，在發(fā)現(xiàn)問題時及時的制定對策并迅速解決，根據(jù)出現(xiàn)問題的原因進(jìn)行深入剖析，確定傳輸故障出現(xiàn)的具體原因并記錄整理，使視頻流可以保證平穩(wěn)的傳輸速度。

2.1 對于HTTP/TCP協(xié)議傳輸性能的監(jiān)測技術(shù)

HTTP/TCP協(xié)議不僅是保護(hù)受眾使用4K超高清視頻可靠性的重要內(nèi)容，同時也對保障視頻流質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)體系安全性起到關(guān)鍵作用。由于協(xié)議可以對損傷文件進(jìn)行及時修復(fù)，所以在視頻進(jìn)行傳輸時如果出現(xiàn)損傷文件，用戶協(xié)議就能夠快速修復(fù)以保證視頻傳輸效率。雖然修復(fù)文件需要耗費時間，但受眾在下載文件時也需要一定的時間，因此在二者時間相抵的過程中，受眾觀看視頻的效果與質(zhì)量并不會受到很大的影響，所以HTTP/TCP協(xié)議能夠?qū)σ曨l流傳輸效率與質(zhì)量提供強(qiáng)而有力的保障。在當(dāng)前我國4K超高清視頻流傳輸技術(shù)迅猛發(fā)展的時代背景下，受眾在觀看視頻時基本不會出現(xiàn)卡頓的情況，只有在跳轉(zhuǎn)下個視頻播放時會出現(xiàn)很短的緩沖停頓，因此視覺體驗獲得飛的提升。由于網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸文件受損情況，與超高清視頻流的傳輸質(zhì)量之間沒有直接聯(lián)系，所以需要技術(shù)人員進(jìn)行對傳統(tǒng)視頻監(jiān)測手段創(chuàng)新，才能更好監(jiān)測視頻傳輸質(zhì)量，從而保障傳輸狀態(tài)的平穩(wěn)運行。這就要求技術(shù)人員需要依據(jù)4K超高清視頻流傳輸過程的具體分析與特性，在多種評定指標(biāo)的引導(dǎo)下，建立更高的監(jiān)測體系，其中各項指標(biāo)主要分為以下內(nèi)容：首先，加強(qiáng)對下載吞吐率的重視作為評價指標(biāo)。其次，以TCP重復(fù)包數(shù)、失序包、重置數(shù)、重傳包比率以及低窗口包數(shù)為評價指標(biāo)。再次，利用重傳包進(jìn)行差錯恢復(fù)，減少網(wǎng)絡(luò)丟包比率作為評價指標(biāo)。最后，當(dāng)客戶端出現(xiàn)性能問題時，窗口會出現(xiàn)報文限值變低的情況，要求技術(shù)人員降低媒體流輸送頻率，以報文窗口限值為評價指標(biāo)，從而有效保障4K超高清視頻流的傳輸質(zhì)量。

2.2 CDN服務(wù)器性能的監(jiān)測技術(shù)

筆者進(jìn)行超高清視頻采集傳輸技術(shù)的探究時，發(fā)現(xiàn)傳輸質(zhì)量與CDN服務(wù)器位置二者間存在著重要聯(lián)系。例如技術(shù)人員將CDN服務(wù)器放置于機(jī)頂盒周圍時，IP網(wǎng)絡(luò)視頻流傳輸質(zhì)量非常高，且傳輸效率也會明顯加快，反之將二者距離安排較遠(yuǎn)時，則會對IP網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不小的影響。這就要求技術(shù)人員在選擇CDN服務(wù)器位置時，盡量將其安置在機(jī)頂盒周圍，來保證視頻流的傳輸效率與質(zhì)量，同時技術(shù)人員為保證視頻流傳輸質(zhì)量，也要依據(jù)機(jī)頂盒性能的實際需要，對CDN服務(wù)器進(jìn)行相應(yīng)的相應(yīng)操作設(shè)置。因此CDN服務(wù)器性能的高低，會對機(jī)頂盒的實際要求帶來重要影響，所以技術(shù)人員為保證4K超高清視頻流傳輸速度，需要對CDN服務(wù)器的具體性能進(jìn)行詳細(xì)的了解與掌握，才能有效提升其傳輸速度。

2.3 優(yōu)化技術(shù)

筆者對4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量進(jìn)行大量研究后發(fā)現(xiàn)，只有構(gòu)建完善且合理的監(jiān)測體系，才能有效維護(hù)視頻傳輸效率的穩(wěn)定性，才能使視頻質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)得到更好的應(yīng)用與發(fā)展。所以技術(shù)人員需要掌握機(jī)頂盒中服務(wù)質(zhì)量（QoS）軟探針的性能，通過故障模擬觀察反應(yīng)，確定其指標(biāo)的實際性能，以提高受眾觀看視頻時的實際體驗。

3 5G未來的發(fā)展趨勢與展望

5G未來的發(fā)展是無法想象的，它實現(xiàn)了物物的實時連接，區(qū)塊鏈也以5G為基礎(chǔ)，為超高清視頻行業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用插上了翅膀，超高清視頻行業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展，只會向更高清更實時的方向發(fā)展，這就需要圖像的傳送當(dāng)中，需求更大的帶寬和更高的速率，5G有效地解決了這個問題，使很多不相關(guān)的行業(yè)、領(lǐng)域、人、車、物等等，通過5G連接在一起，成為一個更大更廣泛的領(lǐng)域。5G我們已經(jīng)引領(lǐng)世界，按照中國人的智慧，中國人的速度，我們只會越來越先進(jìn)，同時會引導(dǎo)其他各行各業(yè)迅猛發(fā)展，在超高清視頻行業(yè)、自動駕駛、在遠(yuǎn)程醫(yī)療、在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等等領(lǐng)域都發(fā)展到世界領(lǐng)先水平，那時我們的國家就會成為世界上最強(qiáng)大的國家，我們的人民會成為世界上最幸福的人民。

4 結(jié)語

綜上所述，由于4K超高清視頻的迅猛發(fā)展，視頻運營商對其質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)也給予了更多關(guān)注。這就需要相關(guān)技術(shù)人員能夠在意識到4K超高清傳輸質(zhì)量監(jiān)控重要性的同時，重視監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用途徑，并能夠結(jié)合實際情況對其進(jìn)行優(yōu)化，以保證在帶給受眾更好視頻觀看體驗的過程中，推動我國視頻行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域未來的長足發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊翼，尹利.4K超高清視頻采集傳輸在5G平臺的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2019，214（04）：99-100.