5G背包在電視直播中的應用

安忠輝

（安徽廣播電視臺，安徽 合肥 230065）

0 引 言

4G時代，傳輸背包在某些時候能成為電視直播鏈路的非正式補充。到了5G時代，直播背包已經可以完全獨立地承擔新聞采編傳的任務。更關鍵的是，除單兵采訪外，在5G網絡加持下的背包也能夠作為專線傳輸鏈路應用。

1 5G背包模組及發展簡述

全媒體時代的現場報道不僅僅局限于新聞語言和新聞畫面，還需要積極調動沉浸式感官體驗，將電視畫面中無法呈現的內容，通過數字虛擬方式讓受眾立體感知事件現場的情況，讓觀眾融入報道的現場，使人感同身受。與傳統直播設備相比，5G背包依托電信運營商的5G網絡、鏈路聚合傳輸、視音頻超高清編解碼等技術手段，由可調節背包和可更換攝像前端兩大部分組成。5G+4K的輕便式背包，具有畫質優秀、操控簡單、體重小、移動靈活、數據傳輸便捷等優點，在單兵上可以實現超高清品質畫面的采集錄制，再利用5G網絡編碼回傳，極大地提高了效率。數字視訊公司的新一代5G+4K背包相對于傳統高清背包來說，在畫面質量、壓縮效果、數據傳輸穩定性、與網絡5G信道的整合傳輸能力等幾個方面都做出了改進，可以做到對4個角度的超高清信號同時解碼、同步傳送，在采用5G公網鏈路傳送后，可以保證各個角度間的視頻同步時差小于40 ms，從而可以達到更高標準的直播要求，為觀眾提供更佳的感官感受。

5G背包在里面安裝5G CPE終端，連接超高清攝像頭和編碼器，通過大范圍、高帶寬、低延遲5G網絡實時將視頻流發送到直播控制室，背包系統整體包括信息收集終端、數據傳輸平臺和呈現終端三部分。其中，內容采集部分采用TVUOne5G4K直播背包實現。5G背包將攝像機的基帶視頻信號解碼后，通過5G網絡傳送到接收機，接收機再把網絡信號轉換成基帶視頻信號進行電視直播，也可以通過接收機進行推流，在新媒體平臺上進行網絡直播。在傳輸網絡中，以太網網絡、5G網絡、WiFi網絡同時使用，通過多個鏈路的捆綁也可以幫助獲得更高的傳輸速率以及更穩定的傳輸效果。5G背包通過攝像機、IP攝像頭、無人機等多種終端拍攝采集信號，每個傳輸終端同時并行傳輸信號，后經過網絡傳輸到5G超高清視頻直播 平臺[1]。

5G背包從2019年開始孵化，經過兩年多的發展，2021年開始，5G背包技術實現了傳輸的更多維應用，由初期的泛廣電嘗試應用逐步轉變為廣電制播多領域常規使用模式，并在2022年逐步走向成熟。5G背包直播技術相比于傳統視頻直播方案，具備超低功耗、高靈活性、易操控性、易于聯網性、高度抗干擾性和持久穩定性等優點，可應用于重大新聞、體育賽事、文娛節目、云上景區以及視頻推流等各種直播活動。

2 5G背包直播的傳輸模式及優勢

2.1 傳統直播背包弊端

2.1.1 信號質量不穩定

傳統的直播背包，特別是應用于4G網絡環境下的背包，在使用過程中會發生網絡堵塞，導致回傳圖像靜幀、馬賽克等狀況，尤其是當圖像運動得較快時會更為嚴重，致使直播畫面無法使用。此外，由于電信運營商基站在城鄉不同區域的數量分布不均，基站覆蓋人口密度不同，會導致4G背包信號的帶寬分配不足，當單一基站覆蓋的用戶數量過大時，4G背包的傳輸速率大打折扣，對直播的畫面質量影響也相當大。

2.1.2 傳輸圖像質量的影響

4G網絡的理論速率為10～100 Mb·s-1，不過由于4K圖像碼率較大，即使編碼壓縮后傳輸，也無法達到4K超高清視頻的最低壓縮傳輸速度。另外，由于4G帶寬的制約以及編解碼過程中可能存在一些資源消耗的問題，同樣的SD/HD（標清/高清）節目信源，在通過4G背包直播時所傳送的圖像質量和速率，甚至還沒有通過衛星車直播清晰和 順暢[2]。

2.2 5G背包直播傳輸的優勢

2.2.1 采用廣播級4K/8K超高清編解碼技術

5G+4K/8K背包，徹底改變了4G背包在使用中所面臨的一些痛點問題。5G+4K/8K背包提供了廣播級的超高清畫面質量，對應多聲道的視音頻編解碼技術，向下自適應兼容低位技術。4K背包可同時輸出1路4K節目和1路高清（High Definition，HD）預覽信號，滿足制作級+預覽的不同畫質及編碼需求，或者同時輸出4路HD節目；8K背包支持輸出1路8K節目（7 680×4 320），或同時輸出4路4K節目[3]。5G+4K/8K背包技術首次讓移動互聯網絡成為可靠的傳輸通路平臺，為便捷式新聞采編帶來了全新意義。

2.2.2 高可靠性下的低延時傳輸

5G+4K/8K背包支持4G/5G/WiFi/互聯網/專網等多類鏈路傳輸模式，使用場景靈活。在確保數據傳輸穩定性的前提下，結合低延遲數據傳輸技術，端到端可提供不低于200 ms的編解碼延遲，不僅可以使觀眾獲得與直播現場同步的觀感，還能夠進行多地視頻交互，豐富電視節目制作形式。

2.2.3 對5G網絡的良好適應性

現階段，各家5G背包的制造生產商，除了依托于自身的技術積淀，還與各大運營商進行深度合作，并根據5G網絡制式特點，對信道優勢進行技術提升。大多背包可多卡同時鏈接移動、聯通、電信等三家移動網絡，并采用信道聚合等新技術以確保4K/8K視頻傳輸所需的安全帶寬，并同時采用安全可靠的傳輸（Secure Reliable Transport，SRT）、實時消息傳輸協議（Real Time Messaging Protocol，RTMP）等最新技術，以滿足公網和云視頻特別是移動互聯網流媒體端的傳輸需求。

2.3 5G背包視音頻傳輸的主要技術方法

主流5G背包提供單路SDI/HDMI的HD/4K接口以及4路SDI的HD接口，對視音頻可以提供HEVC、VVC、AVS2/3、JPEG-XS編解碼，流媒體以SRT、RTMP、UDP、RIST等為傳輸方式，對視頻壓縮碼率范圍為3～80 Mb·s-1。對于4K視頻傳輸只有一個使用方式，但對于HD視頻傳送有如下兩個使用方法。

2.3.1 單進單出

單進單出即單信源直接接入5G背包，利用5G、4G或有線互聯網實現直播傳輸的應用。單進單出是單信源視頻傳輸應用模式，占據寬帶資源相對較小，所以對場地環境條件要求也較少。假設只有單一路HD視頻的傳送，場地具有良好的4G或5G覆蓋即可。假如是多個單路視頻直播傳送，要根據現場測試的傳輸總速率狀況，適當減少單路視頻傳輸所占總帶寬的比例。若采用移動直播，則一般采取聚合的方法實現傳送，要求場地具有4G/5G信號的連續覆蓋[4]。

2.3.2 多進多出

多進多出是將2～4路信源接入5G背包，使用5G或有線網絡實現直播傳輸的應用。多進多出是多信源視頻傳輸應用模式，一般在靜止場景中使用。但由于要將多路視訊直播回傳，所耗費寬帶資源也相應較多，對現場操作環境條件的要求也較高，因此不僅需嚴格保證背包接收的5G信號強度大于安全閾值，還需保證公用通信基站的寬帶速率要超過視頻傳輸速率。

3 5G背包及5G技術的廣泛直播應用

目前，5G背包已經逐步應用于各行業。以中央電視臺和各大省級衛視為代表的傳統媒體，普遍采購了5G背包應用于各類節目制作，如春節聯歡晚會、兩會、一帶一路發展高峰系列論壇、世界園藝博覽會、中國國際大數據產業博覽會等大型社會活動的新聞報道。三大運營商也陸續采買5G背包，進行商業演出現場內容采集，以豐富其IPTV內容。

3.1 常規5G背包直播應用

5G背包在接口上的豐富以及在實際使用上的簡單，大大提高了5G背包的實用價值。同時，5G背包視頻傳輸技術也具有輕量化、移動化、模塊化的優勢，配置簡單、應用方便、反饋靈敏，大大降低了運輸費用、科技生產成本、資金投入成本。同時通過與節目組深度耦合，雙方共同打造了快捷、靈活的全媒體轉播形式，尤其是在重大賽事報道階段，節目組能夠在對場館現場進行錄像轉播的前提下，通過5G背包實現全媒體錄像放送。

5G背包的直播鏈路有兩種形式。一種是由5G背包發射端進行視頻解碼，通過點對點數據傳輸，傳輸到直播站或直播平臺，可以實現全自動廣播。另一種是使用集成5G模塊實現，集成5G模塊的編碼推送設備將視頻數據發送到5G基站。現在，很多背包集成了這些功能，為移動傳輸提供了極大的便利，消除了傳統電纜傳輸的限制，傳輸方式也變得更加靈活。

3.2 固定場景下的5G背包直播應用

在固定場景下進行直播，由于多數場景均有5G網絡覆蓋，且5G信號覆蓋良好，信號源往往通過4K攝像機進行輸出。攝像機可以同時輸出兩路高清信號，一路通過數字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）輸出，另一路是通過高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）輸出。兩路信號分別對應兩個5G背包。兩個5G背包在不產生沖突的情況下，可以選擇不同的運營商信號進行回傳。其中一路作為直播的主要應用信號，而另一路則作為備用信號，以此增加直播的安全性[5]。

3.3 移動場景下5G背包直播應用

使用5G背包直播，可以支持高帶寬功能，支持多通道高清視頻信號的實時回傳、高清畫質傳輸，結合5G和編碼技術的多通道視頻訪問，可實時查看多通道視頻屏幕。移動環境下，信號源由轉播車和多個獨立的攝像頭供給，并且按照場景需要可以靈活選取。5G背包可以很好地服務直播、轉播應用，不需要經歷轉播車制作分發，而是基于云計算、人工智能、互聯網高速傳輸技術，實現直播設備云化和人員服務遠程化，信號采集和制作分發更加靈活。如果場景周圍環境有有線網絡，則優先考慮有線網絡。如果沒有有線網絡，則通過各個通信運營商的5G網絡來傳送信號。5G背包基于場景中的5G信號和云直播、轉播的傳輸功能，現場信號均使用5G背包傳輸視頻信號，實現輕量收集，更靈活地部署攝像頭，全面體現5G網絡的優勢。在移動場景中，5G背包具有領先的圖像預處理技術，可以對視頻信號進行編碼和實時傳輸。直播演播室可以通過引導轉換臺等進行制作和轉換，并使用5G基站發送和廣播視頻信號。這解決了基站快速移動帶來的傳輸帶寬限制和基站頻繁切換問題，成功地實現了高清視頻信號的穩定回傳。這種場景主要是利用了5G背包支持更多視頻傳輸的特點，設備數量較小，布局靈活，有效節約了人力物力。

4 結 語

隨著國家新基建的推進，5G的建設和應用大力開展。視音頻采集回傳及分發作為廣受關注的5G應用之一，必將極大助力5G的發展，并為媒體的內容及形式增色。5G直播系統將借力5G+4K技術，推動整個廣播電視4K超高清技術發展。新聞傳播業在新一輪的技術革命下，不僅要轉變自身理念，更需要依托5G技術的發展，創新不同的新聞傳播模式。

隨著5G產業的高速發展，超高清視頻等5G創新應用也在不斷加速落地。目前5G背包技術已經深入采編播的各環節，全媒體記者也已初步通過5G、4K、VR/XR/MR等新技術手段，對宣傳報道的模式進行了大膽改革和優化，同時通過運用新技術等手段，融合了更多數字化、場景化新元素，打破了原有線纜傳播的束縛，新聞傳輸方式也將更為靈活多樣。由此，5G全媒體采編在融媒體采訪報道中的優勢作用將更加凸顯，它將持續推進傳播平臺向IP化、超高清、云平臺、智能算法的加速過渡，加速打開媒體融合生產、融合傳播模式持續創新的新局面。