5G背景下VR新聞直播平臺的設計與建設

楊振宇

（河南工業和信息化職業學院，河南 焦作 454000）

0 引 言

5G技術的發展加快了網絡的傳播速度，提高了網絡傳播的穩定性，為新聞直播帶來新的發展機遇。近年來，隨著人們的探索，虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術逐漸被應用于新聞領域，使新聞報道更立體、更全面，增強了觀眾的體驗效果。基于此，面對日益變化的新媒體環境，新聞媒體工作者可以抓住5G及VR技術為新聞直播報道帶來的機遇，升級新聞直播模式，全方位展示新聞直播現場，打造全面立體化的沉浸式新聞直播，為觀眾帶來更好的新聞直播觀看體驗。

1 5G與VR技術概述

1.1 5G技術概念及特征

5G技術指第五代移動通信技術，是最新一代的移動通信技術。與4G技術相比，5G技術在用戶體驗速率、信息時延以及設備連接數量等方面都具有顯著優勢。4G與5G的性能對比如表1所示[1]。首先，通信速率方面，現有的5G技術的網絡通信峰值速率在20 Gb·s-1左右，每平方米的流量密度可達100 Mb·s-1以上，是4G技術的10倍左右，能夠在時速500 km的環境下實現信息傳輸[2]。其次，信息時延方面，5G性能指標顯示，5G技術通過移動終端傳輸數據的網絡時延可由4G時代的10 ms降低到1 ms左右，基本實現信息數據實時收發[3]。最后，在設備連接數量方面，5G技術性能指標顯示，5G技術應用中，連接密度能達每平方千米1 000 000個，實現1 000億的連接數量，助力萬物互聯的實現[4]。

表1 4G與5G的性能對比

1.2 VR的概念及其關鍵技術

VR技術全稱Virtual Reality，即虛擬現實技術，是依托于計算機技術，綜合運用仿真模擬技術、多媒體信息技術、傳感器技術、圖像顯示技術以及三維圖像技術等多種技術的高科技技術[5]。通過虛擬現實技術，用戶可以在虛擬空間中進行觀察、聆聽，享受沉浸式的體驗，如圖1所示。

圖1 虛擬現實的交互畫面

虛擬現實技術運行的關鍵技術是三維建模技術、立體顯示技術以及人機交互技術。三種關鍵技術共同組建虛擬現實系統，如圖2所示。其中，三維建模技術是用于構建空間模型的關鍵技術，為用戶構建仿真式空間；立體顯示技術是帶給用戶沉浸式體驗的直接表現形式的關鍵技術，多借助于VR眼鏡來實現；人機交互技術是保障人和計算機設備進行信息溝通交流的技術，幫助用戶通過數據手套、手柄等設備實現虛擬現實的體感交互[1]。

圖2 虛擬現實系統的組成

1.3 5G+VR技術用于直播的優勢

5G移動通信的低時延、高帶寬等特點，為視頻的高質量快速傳遞提供了技術支撐，能夠助力VR應用發展。在5G支撐下，研究人員積極探索將VR全景拍攝運用于直播領域。5G和VR技術的結合，打破了時間和空間的限制，使用戶突破視角限制，獲取信息更加準確、真實，實用性極高，大大增加了直播對用戶的吸引。

2 5G背景下VR技術在新聞報道中的應用

隨著技術的發展和新聞業的探索，當前一些新聞報道領域，5G+VR技術已經實現落地應用，并取得一定成果。例如，2018年，中央廣播電視總臺首次將5G+VR直播運用于《我要看春晚》節目中。再如，2021年北京兩會期間，中國電信與北京廣播電視臺秉承“將5G技術與媒體報道進行創新融合”的目標，共同開展合作，經過各方的多次方案研討，最終，北京廣播電視臺新聞頻道中心新媒體團隊在中國電信提供專業技術支撐的基礎上，首次采用全景式攝像機對政協和人大的開幕會、小組會、新聞發布會等一系列重要會議進行拍攝，通過虛擬現實技術，實現了對北京兩會的全景式呈現[6]。采用VR技術對北京兩會進行全程錄制拍攝的形式，極大地豐富了新聞報道的制作形式，拓展了媒體傳播邊界，讓觀眾能夠全方位、沉浸式地觀看新聞現場。

3 5G背景下VR新聞直播平臺的設計與建設

3.1 建設目標

5G背景下，VR新聞直播平臺的建設要實現對新聞報道的全景視頻直播，可以通過360度全景攝像機，對新聞現場進行實時無縫銜接播報。此外，直播平臺還可以在全景直播的基礎上增加虛擬植入，在線上增強新聞播報效果，吸引用戶觀看，提升新聞直播收視率。新聞直播可能涉及虛擬演播室和戶外新聞現場，因此，VR新聞直播平臺須能夠及時更換場景。虛擬的布景以及前景畫面，都需要根據攝像機的移動、新聞報道內容的變化及時調換場景，既降低了演播室布景制作費用，也增加了節目的真實感。

3.2 5G背景下VR新聞直播系統技術方案設計

VR新聞直播系統大體包括五部分子系統，分別是拍攝、縫合、編碼傳輸、云服務以及用戶端，全景直播架構流程如圖3所示。其中，全景采集和全景縫合部分可以由帶機內實時拼接推送功能的360度全景直播攝像機完成，并在直播現場架設上行帶寬在100 Mb·s-1及以上的5G網絡。借助5G網絡，全景攝像機可以及時地將拍攝到的全景視頻及音頻推送傳遞至云服務[7]。傳輸環節多采用360度全視角傳輸，將捕捉到的所有圖像通過云編碼輸送至云服務。云服務再根據內容和直播服務，將內容分發至不同的用戶終端。

圖3 全景直播架構流程圖

3.3 VR新聞直播視頻現場布置要點

3.3.1 拍攝及5G融合網絡架構

為順利開展VR新聞直播活動，攝像師在直播前須提前對直播現場進行考察和布置，選擇放置攝像機的最佳位置，并對現場的網絡進行調試，確保網絡的穩定性，并設置備用網絡設施，防止出現緊急情況。具體而言，首先是攝像機的選擇。攝像機是保障VR新聞直播視頻效果的首要物質基礎，對于全景直播攝像機設備的選擇，第一，要求全景攝像機具有4K以上分辨率，并且機內具有實時拼接功能，保障拍攝到的視頻畫質高、清晰可觀，能夠高度還原現場色彩，各個角度的影像能夠實時拼接，形成完整的畫面；第二，要求設備具有實時消息傳輸 協 議（Real Time Messaging Protocol，RTMP）網絡推流直播功能，保障視頻能便捷快速地進行云分發；第三，要求設備穩定性較高，一些新聞直播是在戶外進行，可能伴隨著風沙、潮濕等惡劣的外界環境，因此，對設備穩定性的要求更高。

其次，網絡是保障全景直播的重要技術支持。360度全景攝像機拍攝的視頻數量較多。一般直播現場需要布置多個機位進行拍攝，即使對視頻進行解碼壓縮編碼處理，文件量也仍較大。為了保障推流穩定，不影響用戶觀看，可以充分利用5G技術，搭建一條穩定、高速的信息傳輸渠道，助力數據信息的傳遞。相關技術人員可以根據5G系統架構的技術規范，通過小型低功率基站和高功率宏基站，實現對各類數據的科學調配，打造超密集無線虛擬網絡結構，并結合5G移動網絡技術特點，構建無線網絡，滿足VR新聞直播中的智能設備應用需求[8]。

3.3.2 現場收聲

全景攝像機自帶的收音設備所收錄的聲音范圍有限，多集中于機位附近，難以滿足直播需求。為保障新聞直播的聲音效果，可以在現場專門開設一條線路，放置收音設備，并與音響師進行溝通，做好音頻調試。

4 VR新聞直播的關鍵技術

5G背景下，要順利開展VR新聞直播，除了需要5G與VR技術的支撐外，還需要一些其他技術的支撐，具體如下。

4.1 視頻圖像同步技術

VR新聞直播的拍攝一般由360度全景攝像機或多個不同機位的攝像機共同完成。在拍攝過程中，攝影師需要設置好攝像機配置參數，并處理好拍攝中多相機的同步問題。對于不同相機的同步，可以通過閃光同步、運動同步、聲音同步以及手動同步的方法進行調整[9]。閃光同步指通過檢測不同機位全景相機視頻幀內的“閃光”信號，同步各機位信號。運動同步指通過檢測并匹配不同機位全景相機視頻幀內的運動量進行同步。聲音同步即根據不同機位全景相機采集到的聲音頻譜進行同步。手動同步即以某一時刻內不同機位全景相機采集到的畫面手動進行微調。

4.2 視頻實時拼接技術

VR新聞直播的信號采集多是通過多機位、多角度拍攝的，為了能實時傳遞，在采集后須對不同角度的視頻圖像進行實時拼接，并通過空間坐標對視頻圖像進行縫合和畸變校正。拼接過程一般包括特征提取、特征匹配、空間匹配、融合校正等步驟。空間匹配時，可以將不同角度拍攝到的圖像注冊到同一坐標系中，根據集合運動模型進行匹配，匹配完整后，進行圖像融合，形成360度全景圖像，供用戶觀看。

5 結 語

新聞直播能有效保障新聞的時效性，提高信息傳播速度，引起公眾注意。5G技術的低時延、高速率、高連接密度、大帶寬等特點為VR技術提供了網絡支持。本文的研究為5G背景下VR技術應用于新聞直播領域的探索提供了新的發展方向，進一步推動了新聞直播報道與新媒體技術的融合，為新聞媒體行業發展提供了更多可能。