基于5G 技術的大流量視頻回傳技術應用

深圳供電局有限公司 孫蓉蓉

目前，隨著超高清視頻技術在行業中的廣泛應用，為產業的發展提供新的手段，并能促進經濟、社會等各個方面的發展。5G 通信技術與超高清視頻技術的結合，將在網絡能力、業務能力、用戶體驗三個方面推進了視頻業務的全面升級?；诖耍疚奶接懟?G 技術的大流量視頻回傳技術應用，以供參考。

近年來，隨著4K、8K 等超高清視頻技術的廣泛應用，促進了經濟、社會等各方面的發展。中國社會視頻是信息表現和傳播的關鍵因素，今后商業應用中的80%以上流量將來自于視頻素材。早期技術發展到UHD（超高清視頻）后，UHD 產業將促進5G 網絡商用迭代。

1 超高清視頻產業

1.1 超高清視頻特點

超高清視頻特別是8K 業務，為滿足觀眾身臨其境的體驗，分辨率更高，位深超過10bit，色域超過BT.2020，動態范圍均為高動態范圍[1]，超高清技術參數如表1 所示。

表1 超高清視頻參數Tab.1 UHD video parameters

1.2 4K 標準

國際電聯于2012 年簽訂了超高清電視國際規范ITU-RBT.2020。與以前的BT.709 標準比較，重新定義了寬高比為16:9，極大地提高了視頻信號的性能。在清晰性方面，象素數達到829 萬和3320 萬，4K 是超高清的4 倍，8K 則是超高清16 倍，圖像更清晰，更細膩；在顏色深度上，從mode.709 標準的8bit 提升到10bit，使顏色飽和逼真，在顏色層次和過渡上極大地提高了整個圖象。

多終端（電視、電腦、手機）、多場景（錄播、直播、互動），在移動網絡時代，信息的傳播和溝通不再限于“TV-家庭”的范疇，以移動互聯為核心的內容（AR/VR、教育、游戲、醫療），多方位（本地、異地、固定、移動）的新形態。因此，超高清電視的應用，離不開移動的特性，而廣電要進一步煥發出勃勃生機，也必須緊密結合移動通信網絡，融入到時代發展的大潮中去[2]。

1.3 8K 標準

8K 具有7680×4320 超高解析率，使得眼睛在8K 的超高清電視（最高可達96）上所說的觀賞角與人眼在自然界（約110）的觀賞角更加相近，同時，圖像的分析力也會使人在視覺上有很大的影響。圖像的疏密可以進一步提高圖像的精細程度，使每一位人都能感受到它的境界，同時也可以使3D 圖像更加強大，更加立體。8K 頻率為120FPS，高畫幅度能有效地提高圖像的精細程度，觀景體驗非常舒適。

結果表明，該工藝能有效地改善運動模式的模糊、臨界閃爍。色彩的深淺（Colord）是指用不同的象素點來表達色彩的位數。愈高，畫面的色彩解析度可以在3D的意義上增大，而漸變的色彩效果也會變得更為復雜，特別是在暈染過程中，光源的過渡也會變得天然。色域是指顏色的整體顯示和還原。色域大，色彩表現力強，能表現出來的顏色也會更豐富，與自然的顏色也會更接近。HDR（High Dynamics Range）是加強暗與亮的反差，讓畫面更豐富，能讓人的眼睛看到更純粹的黑色和更明亮的白色；而更多的是，在畫面的反差中，讓畫面更加立體，更加具有層次[3]。

1.4 發展趨勢

通過跨領域、全方位、多層次的產業深度融合，實現了超高清產業的總體水平提高。5G 網絡的支持，是信息基礎設施的全面升級，在制作、發行、展示等方面，都會有一定的作用。

（1）超高清視頻技術不適合于傳統的視頻直播模式。傳統的視頻直播、部署周期、機動、靈活等方式都不能及時地解決這些視頻直播問題，因此4G 視頻直播已逐步被替代；（2）5G 轉網單鏈路安全隱患仍存。雖然5G 技術在帶寬等參數上達到了視頻超高清傳輸的目的，但由于直播安全存在無法克服的問題，無線網絡仍然不穩定。

2 5G 技術的視頻回傳技術應用

5G 通信技術與超高清視頻技術的結合，將在網絡能力、業務能力、用戶體驗三個方面推進了視頻業務的全面升級。關鍵技術主要表現為三個方面：網絡能力、平臺能力和差異化的承載能力

2.1 5G 關鍵技術

（1）網絡容量方面。5G 對超高清視頻業務的承載能力主要體現在三個方面：大連接、高帶寬、低延時?，F有4G 和Wi-Fi 網絡帶寬受限，有線傳輸在達到千兆時，現有光纖網絡的移動性不足。采用5G 接入方式的超高清視頻在這方面可以得到很好的解決。在新架構方面，目前5G 的承載網和5G 的核心網都進行了相應的改造，承載網采用基于Spine-Leaf 的新承載方式，5G 核心網則采用獨立組網或非獨立組網的模式，以不同業務為基礎，保證差異化承載超高清視頻的需要[4]。

（2）平臺能力方面。目前，IPTV 和OTT 因特網電視，大部分都是使用內容分發網（CDN）和視頻鏡像技術，使視頻與用戶的距離變得更加緊密，從而形成了整個傳輸。超高清視頻在視頻業務的分發方面也要求零卡頓、零花屏、零等待等。在UHD 視頻服務的基礎上，尤其是80Mbps 以上的帶寬要求UHD 視頻，這就需要CDN 流媒體服務器的流處理能力更高，時間延遲也較低。下一代流媒體服務器制造必須考慮到摩爾定律的失敗，并對其進行緩存、減排、延時的要求。同時，在部署網絡中，要對CDN 的部署節點進行合理的選擇，降低了流量的轉發，并通過網絡設備的跳躍，達到最佳的綜合費用。平臺能力的關鍵技術第二個方面，反映在超高視頻素材的生產中，以多接入邊緣計算（MEC）為要求。MEC 是5G 的關鍵技術，滿足了用戶的需求，并將計算和控制能力引入到邊緣。同時，在視頻業務完成了云端制造之后，由5G 網絡劃分為用戶，與核心云和區域云構成一個整合的網絡模式，可以滿足視頻制作的需求。MEC 的部署和FN 技術可以降低骨干和核心網絡的帶寬在視頻業務中占用，同時也可以使UHD 的視頻業務和用戶的距離降低，從而降低延時時間。

（3）差異化承載方面。5G 網絡可以完成商業差別化承載的主要技術是網絡切片技術，在切片管理系統的一體化管理下，實現了端向端的承載能力，并與無線網、核心網、承載網等技術相結合。SDN、NF V、Flex E、虛擬化等關鍵技術在網絡切片中得到了很好地提高。在超高清視頻場景的業務需求中，還要考慮到高帶寬的切片協調回傳視頻，同時較低的時間延遲切片控制。“大帶寬、低時延、廣連接”的5G 特點為超高清視頻提供了廣闊的發展空間，為處理超高清視頻提供邊緣計算，為差異化承載需求的超高清視頻業務提供了保障的網絡切片，能夠讓視頻業務傳播更廣的CDN 網絡。

2.2 基于5G 視頻回傳

利用5G 技術，在終端進行視頻回傳。目前，已經在EMBB（加強移動寬帶）、MMTC（海量機器通訊等，如物聯網）、URLLC（超高可靠性低的時延：如車聯網、自動駕駛等），并采用5G 網絡建立了超高清視頻傳輸系統。將5G 網絡技術與超高清視頻編碼、多鏈路聚合傳輸技術結合起來，建立一種新型的新聞視頻的新方法。與4K 行業相結合，建立一套集4K 視頻、Live、Reading 于完整的5G 網絡全鏈路系統，使5G 技術在新聞上的優點變為有效生產力。支持廣播級最高4K 解析度5G、可隨身攜帶的影音回傳端子，所有的4K 廣播級編碼器都是使用機架式。開發具有快速、高效的編碼效率和快速發展的5G 產品，同時，長期與4G/5G 網絡的傳遞技術合作，擴大4K 超高清視頻在全產業鏈的開發，如4K 視頻采集、直播、回傳等。CBT 多鏈路聚合技術是通過4G/5G、WiFi、有線網絡和衛星等進行信息的傳遞。采用CBT 多鏈路聚合技術、聚合帶寬、可靠性等，將多種傳輸鏈路聚集起來，為UHD 視頻平臺奠定了基礎[5]。

2.3 5G 與超高清視頻融合

5G 和UHD 視頻融合技術主要表現為：生產超高清視頻內容、改善傳統OTT 和IPTV 業務、內容服務VR 和沉浸視頻、應用于視頻監控類別和工業互聯網等方面[6]。

（1）面向VR 視頻的內容服務。當前，VR 錄像已成為UHD 業務的一個重要發展方向。內容上是基于云的虛擬現實業務來完成的，采用邊緣DC、核心DC、區域DC 等安排模式。5G 網絡選取了多種位置建立云渲染資源節點，使虛擬現實在云上成為可能，能夠滿足廣大手機用戶對就近VR 業務的渲染需求。5G 網絡固動融合的綜合承載能力，既向寬帶使用者共享當地的云立體能力，又為寬帶使用者VR 視頻體驗要求的VR 視頻業務承載提供了速度和延遲保證，使用者可以在多個情況下存取移動網絡和寬帶網絡的需求。

（2）面向超高清視頻類的應用。在4K 新聞材料的收集與回傳建設中，不需要向4K 直播新聞車提供更多的協助，只要向背包傳送5G 超高清視頻，就可以使直播或向電視臺迅速回傳，5G 直播架構圖如圖1 所示。5G信號將超高清的繪制與超高清繪制相結合，以達到及時、靈活的目的。在賽事或賽事轉播中，使用5G 超高清視頻采編為背包，靈活編排固定或移動機位，并通過增大伸縮機位，利用高靈活性、低現場環境資源的優點，將超高清信號反饋到轉播中，便于編排伸縮的拍攝機位。同時，該工程的產品可以進行遠程控制，既可以滿足無人值守飛機在水上/空中等部位的要求，也可以根據實際情況進行現場勘察。

圖1 5G 直播架構圖Fig.1 Architecture diagram of 5G live streaming

（3）面向工業互聯網的應用。工業互聯網采用5G+超高清視頻融合的組網方式，滿足工業互聯網大連接、低時延的傳輸需求，能夠打破原有的工業互聯網間隔級、現場級、企業級組網架構，讓信息傳輸更扁平化、高效化。能夠滿足更高層次、更高精度的工業識別、工業可視化的需求，以及人機交互操作等多種場景，在工業領域具有較強的應用能力。

3 結語

總之，5G 產品的市場化將對4K 超高清產業的發展產生一定的影響。產品發展與國家超高清視頻產業相適應，產業化將對文化企業發展具有很大的促進作用，以視頻為特色，并以此為基礎奠定傳媒產業發展的基礎。產品的市場化將直接影響到5G 產業的發展，應全面把握5G 發展機會，通過超高清直播應用推廣，進而加速5G商用落地，進一步推動5G 網絡相關業務的發展。