8K攝像機視頻流通過5G網絡便攜傳輸的實現方法及系統

侯亞榮 余明火 王德闖 尹占江 張曼華

摘？要：本文對8K超高清視頻流、5G特點、8K視頻流便攜性傳輸需求等進行了簡單的分析，對視頻流產生設備8K攝像機結合5G技術實現傳輸方案做了論述，重點闡述了8K攝像機視頻流通過5G轉換器實現信號便攜傳輸的實現方法及系統。

關鍵詞：8K攝像機；8K視頻流；5G

*深圳市技術攻關重點項目：重2020N061 8K攝像機圖像處理關鍵技術研發

0 引言

5G是最新一代移動通信技術，具有傳輸速度快、網絡延遲低、帶寬高、連接數密度大、可移動性強等優點，應用場景十分廣泛[1]。目前全球大部分國家都在加速推進5G網絡、5G基站等基礎設施的部署。5G在2020年已開始商用，據相關數據顯示：2020年有超過34個國家、378個城市部署了5G商用網絡，并在不斷探索、試點和完善相關應用。截至2021年3月底，我國累計建成5G基站81.9萬個，占全球70%以上，5G終端連接數超過2.8億，全球最大規模5G商用網絡已在中國建成[2]。

8K超高清是超高清顯示的下一代技術，能夠提供良好的視頻體驗和品質，是技術和市場發展的趨勢[3]。而高質量8K視頻需要>140 Mbit/s傳輸帶寬要求，5G傳輸帶寬可達到2 000 Mbit/s，可滿足8K視頻流的傳輸需求。

8K攝像機為作為超高清產業鏈的前端，主要解決的是8K內容的生產問題。而現有的攝像機視頻數據的存儲主要在存儲卡中，數據傳輸接口主要有HDMI、網絡接口、WiFi、SDI等，通過此類接口可以實現視頻數據跟顯示器、服務器等傳輸[4]。以上傳輸方式，在配合相關設備的情況下，可實現直播、視頻流錄制等功能。但在無人機等各種移動方式下，存在實現不便等問題，如果要解決帶寬以及可移動便攜性問題，需要能跟8K攝像機配套應用的可移動式高帶寬網絡，而根據5G的高帶寬、低延時、便攜等特點，設計一種8K攝像機視頻流通過5G信號便攜傳輸的實現方法及系統，是技術需要解決的問題。

1 系統方案的實現

1.1 方案簡述

本文所涉及的8K攝像機視頻流通過5G網絡便攜傳輸的實現方法及系統，主要實現兩個部分功能，可錄制的8K攝像機方案、具有5G通信功能的模塊及中間銜接安裝裝置[5]。

系統中由8K攝像機對視頻進行采集，編碼壓縮、對視頻信號進行傳輸；同時具有對5G通信模塊供電、通信控制等功能，5G通信模塊主要實現8K攝像機編碼后的視頻數據無線傳輸到云端，而8K攝像機和5G通信模塊之間通過USB信號（或PCIE信號的方式）進行傳輸。

在結構設計和安裝上，8K攝像機設計了固定外接設備的通用接口，另設計可以拆卸式支架，5G通信模塊通過支架固定在攝像機上。當使用8K攝像機需要進行5G數據及時傳輸到云端時，將5G通信模塊通過支架固定在攝像機上，8K攝像機與5G通信模塊之間供電和通信，實現8K視頻的便捷傳輸，可以滿足無人機等不方便布局網絡的環境下直播對硬件設備的需求，節省成本。

1.2 系統方案設計

圖1為本方案的系統框圖，主要由8K攝像機、5G通信模塊等組成。其中8K攝像機主要有電源管理模塊、鏡頭、SENSOR模塊、ISP圖像編碼處理模塊以及8K信號傳輸接口等。其中電源管理模塊輸入電壓為12 V，有適配器或電池輸入，主要負責8K攝像機系統供電及供電邏輯電源管理，同時通過USB3.0或USB3.1接口電源信號提供給5G通信模塊的5 V供電。優選方案是，8K攝像機和5G通信模塊的USB連接可設計為TYPEC插座形式，并通過合適的線材完成對接，內部數據信號完成8K攝像機對采集編碼后的音視頻信號傳輸。SENSOR模塊、鏡頭、ISP圖像編碼處理模塊為攝像機的三大核心，鏡頭采集拍攝目標的光信號，SENSOR使用的是能處理8K分辨率的CMOS傳感器，鏡頭和SENSOR連接的卡口可為M43口或EF口等。ISP模塊使用海思的3559A芯片，也可使用其他具有8K信號處理編碼的ISP芯片。5G通信模塊將攝像機的視頻信號轉為射頻信號，并實現5G無線傳輸，5G通信模塊內的5G模塊使用海思的MH5000-31或其他具有同等功能的模塊。攝像機的ISP芯片可以通過USB3.1與5G通信模塊進行數據交換及設備控制。

圖2為本系統實現的軟件框圖，由于5G通信模塊的供電是由攝像機提供，在攝像機通電開機后，5G通信模塊也會同時通電，隨后攝像機上電初始化，并對USB Device等接口設備進行掃描，確認是否有系統中的5G通信模塊接入，如果沒掃描到，則繼續執行檢查動作。當檢測到有5G通信模塊接入時，開始初始化設置5G通信模塊。攝像機開機后，根據攝像機的拍攝設置參數，進入設置拍攝狀態，等待拍攝指令。在檢測到拍攝指令后，開始進行拍攝和視頻編碼存儲。隨后檢測是否視頻有云端傳輸需求，如無云端傳輸需求，則繼續保持現有狀態，如有云端傳輸需求，則獲取云端服務器用戶名或所配置地址，并進行視頻流上傳。

1.3 安裝結構設計

圖3為攝像機固定支架螺釘示意圖，其中攝像機的側邊設計有2～3個可固定支架的螺釘孔，圖4是支架實物圖，支架可旋轉，分左側和右側，左側設計有跟攝像機螺釘孔位對應的螺釘孔位，右側為放置5G通信模塊的區域，圖5為放入5G通信模塊的示意圖，通過以上安裝，5G通信模塊可以便捷安裝在攝像機上，實現8K攝像機便攜式的基于5G傳輸硬件系統的搭建。

圖6為結構圖紙，1為螺釘固定，2為5G通信模塊放置區。

2 結束語

通過本文方案的實施，便捷實現了8K攝像機視頻流通過5G向云端或服務器的傳輸，主要實現的效果如下。

1）8K攝像機的傳輸帶寬較高，5G通信模塊傳輸可以滿足數據傳輸流暢要求。

2）8K攝像機、支架、5G通信模塊設計為可拆卸獨立模塊，且5G通信模塊可通過支架直接固定在8K攝像機上，實現8K攝像機靈活的使用5G通信進行數據云端傳輸，滿足任何基于5G+8K的直播場景需求，如航拍、戶外直播等。

本方案直接使用ISP處理芯片作為5G通信控制模塊的數據交換控制芯片，節省了系統應用成本。

參考文獻：

[1] 5G當代移動通信技術制高點[EB/OL].人民日報，2020[2020-02-04]. https：//baijiahao.baidu.com/s？id=16575574974407 34032&wfr=spider&for=pc.

[2] 我國5G基站超81.9萬個，規模有多大？[EB/OL].南都大數據研究院，2021[2021-05-17].https：//www.sohu.com/a/466967123_ 161795

[3] 中國超高清視頻產業聯盟（CUVA）內容供給組.5G+8K超高清國產化白皮書，2020[A].

[4] 馮玲玲.一種基于DP接口的8K超高清顯示系統：中國，2014108 10049.X[P].2014-07-30.

[5] 余明火，侯亞榮，王德闖.一種顯示系統：中國，202011205788.1[P].2020-11-2.