5G+4K+VR直播业务介绍

刘峥

（新华通讯社通信技术局音视频部，北京100022）

1 直播业务设计

VR 全景视频直播通常应用于体育赛事、大型晚会、音乐会等的现场直播，为观众提供360 度全景视频直播业务，带来极致的视频感受，特别是沉浸式的终端播放，更可以为不在现场的观众带来身临其境的现场感受，提升了直播的档次，而且可以为运营商带来增值效应[1]。

全景采集：负责VR 全景视频信号的多目采集，把各个角度的直播信号采集汇总，输出给多目合成模块。

多目合成：负责把多目摄像机采集后的多目信号进行拼接，缝合成360 度VR 全景视频，然后投射成平面信号，再输出到直播推流编码器。

AR 渲染：负责在已经缝合的VR 全景视频中植入虚拟渲染，在此模块，可以加入定制的背景、Logo、动画等素材，进行叠加，以达到渲染目的，提升输出信号的观看效果，最终以SDI的方式输出到直播编码器。

5G+4K+VR直播业务拓扑图如图1所示，系统可完成现场多机位4K 信号直播、信号切换、4K 和VR 信号的直播，现场对4K 信号的编码处理后，通过5G 网络回传至社内演播室、IPTV、OTT 平台、移动终端等多种发布平台，实时完成超高清视频收看[2]。

1.1 4K 信号直播及切换

方案中配置4K 摄像机，支持4K-SDI 信号输出，并配置4K 切换台完成现场多机位4K 信号的切换，切换后输出4KSDI 信号供后续编码传输使用。

1.2 4K-VR 采集系统

系统中配置4K 级的VR 采集系统，支持VR 信号的多目采集、拼接、虚拟叠加及实时渲染等功能，输出4K-SDI 信号。

图1 5G+4K+VR直播业务拓扑图

1.3 4K 编码系统

直播现场运用4K 编码系统，单台可完成2 路4K+H.265编码方式的节目流编码，4K 编码系统可将4K-SDI 信号编码为4K-IP 信号，后端接入5G 传输终端进行节目传输。

1.4 4K 解码系统

主要用于将回传的4K-IP 信号推送至社内演播室，应用该系统可将4K-IP 信号解码为嵌入音频的4K-SDI 信号，接入社内演播室导播切换系统，进行后续的节目信号制作。

1.5 延时转码系统

为满足多终端、多平台的播放，及相关的直播安全需求，系统配置延时转码系统，可将外场回传的4K 直播信号转码为多平台多终端所需的不同码率及格式，用户可根据实际需要按需配置。另外，系统还支持长达30 分钟的延时功能。

1.6 VR 播放系统

提供专业VR 播放SDK、专业播放终端或者专业VR直播服务平台，可在社内进行VR 视频的观看体验，也可在实际网络环境下借助移动端5G 网络实时预览超清流畅4K-VR 节目。

2 关键技术设计

具体结合当前我国5G+4K+VR直播工作的建设发展情况，以及在此过程中运用的各类技术的应用情况来看，涉及的技术种类较为多元化，文章下面主要从五方面全面阐述一下此过程中所遇到的关键技术，希望能为日后该方面工作的改进提供参考帮助。

2.1 先进的4K-VR 缝合+AR 渲染

独有的4K 缝合算法，对多目全景信号进行实时缝合，并处理镜头畸变带来的画面扭曲，实现无缝拼接。

专业的AR 渲染处理，支持在4K-VR 信号中渲染，可在4K-VR 全景视频中实时植入背景、Logo、动画等元素，一方面可以实现极佳的观看效果，另一方面可给运营商带来增值收益。

在缝合及渲染过程中，支持4K-VR 全景视频信号的实时预览，支持用鼠标对实时信号进行缝合调整，实现所见即所得。

2.2 支持4K+H.265 编码和多屏分发

通过H.265 及4K 编码算法，结合GPU 加速能力，为用户提供了高稳定、高质量、高效率的4K+H.265 直播服务。

支持高规格的4K+H.265 编码参数以实现极致的4K 体验，支持10bit 编码和高达60P 编码。

能够一次性将直播画面转码成适合各种设备播放的格式和分辨率的多条直播流，从而在手机、机顶盒等多种终端设备上同时播放，支持多种输出流GOP 格式对齐。

2.3 扩充VR 片源

可把普通的非VR 视频转变为VR 全景视频，从而大大扩充了VR 生产片源，为VR 建设提供有力的内容支撑。

可植入Logo、广告等元素进行画面叠加或者拼接，叠加或者拼接的位置可调节，元素的植入可为运营商带来增值性收入。

支持普通全高清视频转换为4K-VR 视频，4K 化的视频可带来更震撼的视觉效果。

2.4 低码率高质量节省带宽

独到的投射编码器技术，1:1 点到点的球面到平面投射，无失真、无信息损失，黑色无效区域采用跳过编码模式，不消耗码率，实际编码面积为4πR2，与传统方法编码面积之比：4πR2（/2π2R2）=63%，总体来讲，此方法比传统方案节省码率约30%。

利用人眼的左右眼双目竞争特性，保持单眼（如左眼）的高视频质量，而降低另外一只眼睛（如右眼）的视频码率，使得最终观众的双目合成视频主观质量不下降。编码较低质量眼睛（如右眼）的视频时，在编码内核中右眼视频的运动矢量参考质量较好的眼睛（如左眼）的视频，可以进一步降低码率而保持主观质量。轮流切换质量较好的眼睛视频，如10 秒切换一次，使观众有更舒服的体验，总体来讲，此方法又可以比传统方法降低约30%的码率。

2.5 一站式的解决方案

对当下主流的VR 业务实现了全方位的支持，不仅实现了业务的全覆盖，也增强了用户黏度。从VR 全景视频的生产，包括采集、缝合、渲染、编码、收录、转码等，再到VR 全景视频的CDN 分发和全终端播放，可提供一站式的解决方案，全链路覆盖，完成了主要环节的建设。

3 典型应用场景设计

通过文章上面的论述分析，可以进一步了解直播业务工作过程中所涉及的关键技术，那么文章下面从直播业务工作的典型应用场景方面，进一步阐述直播业务工作的发展建设情况，通过对关键技术及应用场景的分析及有效结合来帮助人们更加全面地认识直播工作。

3.1 事件性现场4K 直播

许多电视台、广电运营商、媒体类公司、报业类集团公司等都有现场直播的需求，需要把现场信号经过加工回传，分发给各个播出平台进行播出，然后在电视大屏、网站、手机等进行收看，直播的内容种类较多，包括会议、活动、风景、演唱会等，场次比较频繁。针对现场直播领域，Live-4K 直播业务系统提供了高稳定、低码率高画质、低延迟、高兼容、4K 化的直播方案。

3.2 新媒体4K 直播

在三网融合和带宽提速前提下，传播方式上正在由单向广播向多屏互动形态发展，IPTV、OTT、网络电视、手机电视正在全面开花，视频内容正向高清化、4K 化转换，同时，H.265、AVS2 及4K 直播编码技术正逐步应用。针对蓬勃发展的新媒体直播市场，Live-4K 直播业务系统提供了高画质、高稳定、高并发、高兼容、4K 化的直播方案。

3.3 有线运营4K 直播

有线运营商的直播业务，是目前最基本的电视直播业务，服务于千家万户，稳定性、安全性要求高，以高标清直播为主，同时，正在朝着4K 化发展，并积极开展时移回看业务。针对有线直播，Live-4K 直播业务系统主要着力于有线网络DVB+OTT 架构的前端信源转换建设，提供了高稳定、高画质、高并发、4K 化的直播方案，以4层安全架构来确保有线直播的安全性与稳定性。

3.4 互联网视频运营4K 直播

互联网视频行业正在高速发展，内容类型与方式更加丰富，内容出口也由常见的手机APP 扩充到了更多的终端观看模式，同时，开展了合作运营模式。随着用户数量的增多以及用户要求的提升，运营模式的创新及权威内容的引进都受到了极大的挑战，之前更多的是抢购电视剧和热门综艺节目的版权，现在体育赛事直播一夜升温，吸引力毫不逊色于电视剧和综艺节目。同时，频道直播的引进也提升了互联网视频的影响力。针对这样的直播市场，Live-4K 直播业务系统提供了低码率高画质、低延时、高稳定、高并发、4K 化的直播方案。

4 结语

综上所述，本文对5G+4K+VR直播业务进行了全面地剖析，希望能够给予相关人员一些启发。本文主要从直播业务设计、关键技术设计、典型应用场景设计方面入手进行剖析，以期提升直播的质量与效果。具体结合目前我国该业务工作的建设发展情况来看，虽然其发展速度较为迅速，但是在具体发展过程中仍然存在着较多问题，不利于该行业工作质量及水平的提升，对满足人们多元化的精神文明需求也产生了一定的不利影响。在今后的工作中，相关企业只有加强对该工作的进一步科学合理分析，才能及时查明问题出现的根源，从而在此基础上采取相应的措施予以解决。与此同时，各企业之间也应当加强交流与合作，从而进一步地推动直播行业的迅速发展。对于相关技术研究工作人员来说，也要不断提高自身的综合素质及技术水平，不断开提升自身的创新性研究能力，促进直播业务工作的创新性发展以及改革。各方面工作人员只有齐心协力，共同解决当前发展过程中存在的障碍性问题，才能进一步保障直播业务工作的可持续性发展。希望文章上述有关5G+4K+VR直播业务的相关论述分析能够为日后此行业的工作建设发展提供参考和帮助。