基于5G 技术的大流量视频回传技术应用

深圳供电局有限公司 孙蓉蓉

目前，随着超高清视频技术在行业中的广泛应用，为产业的发展提供新的手段，并能促进经济、社会等各个方面的发展。5G 通信技术与超高清视频技术的结合，将在网络能力、业务能力、用户体验三个方面推进了视频业务的全面升级。基于此，本文探讨基于5G 技术的大流量视频回传技术应用，以供参考。

近年来，随着4K、8K 等超高清视频技术的广泛应用，促进了经济、社会等各方面的发展。中国社会视频是信息表现和传播的关键因素，今后商业应用中的80%以上流量将来自于视频素材。早期技术发展到UHD（超高清视频）后，UHD 产业将促进5G 网络商用迭代。

1 超高清视频产业

1.1 超高清视频特点

超高清视频特别是8K 业务，为满足观众身临其境的体验，分辨率更高，位深超过10bit，色域超过BT.2020，动态范围均为高动态范围[1]，超高清技术参数如表1 所示。

表1 超高清视频参数Tab.1 UHD video parameters

1.2 4K 标准

国际电联于2012 年签订了超高清电视国际规范ITU-RBT.2020。与以前的BT.709 标准比较，重新定义了宽高比为16:9，极大地提高了视频信号的性能。在清晰性方面，象素数达到829 万和3320 万，4K 是超高清的4 倍，8K 则是超高清16 倍，图像更清晰，更细腻；在颜色深度上，从mode.709 标准的8bit 提升到10bit，使颜色饱和逼真，在颜色层次和过渡上极大地提高了整个图象。

多终端（电视、电脑、手机）、多场景（录播、直播、互动），在移动网络时代，信息的传播和沟通不再限于“TV-家庭”的范畴，以移动互联为核心的内容（AR/VR、教育、游戏、医疗），多方位（本地、异地、固定、移动）的新形态。因此，超高清电视的应用，离不开移动的特性，而广电要进一步焕发出勃勃生机，也必须紧密结合移动通信网络，融入到时代发展的大潮中去[2]。

1.3 8K 标准

8K 具有7680×4320 超高解析率，使得眼睛在8K 的超高清电视（最高可达96）上所说的观赏角与人眼在自然界（约110）的观赏角更加相近，同时，图像的分析力也会使人在视觉上有很大的影响。图像的疏密可以进一步提高图像的精细程度，使每一位人都能感受到它的境界，同时也可以使3D 图像更加强大，更加立体。8K 频率为120FPS，高画幅度能有效地提高图像的精细程度，观景体验非常舒适。

结果表明，该工艺能有效地改善运动模式的模糊、临界闪烁。色彩的深浅（Colord）是指用不同的象素点来表达色彩的位数。愈高，画面的色彩解析度可以在3D的意义上增大，而渐变的色彩效果也会变得更为复杂，特别是在晕染过程中，光源的过渡也会变得天然。色域是指颜色的整体显示和还原。色域大，色彩表现力强，能表现出来的颜色也会更丰富，与自然的颜色也会更接近。HDR（High Dynamics Range）是加强暗与亮的反差，让画面更丰富，能让人的眼睛看到更纯粹的黑色和更明亮的白色；而更多的是，在画面的反差中，让画面更加立体，更加具有层次[3]。

1.4 发展趋势

通过跨领域、全方位、多层次的产业深度融合，实现了超高清产业的总体水平提高。5G 网络的支持，是信息基础设施的全面升级，在制作、发行、展示等方面，都会有一定的作用。

（1）超高清视频技术不适合于传统的视频直播模式。传统的视频直播、部署周期、机动、灵活等方式都不能及时地解决这些视频直播问题，因此4G 视频直播已逐步被替代；（2）5G 转网单链路安全隐患仍存。虽然5G 技术在带宽等参数上达到了视频超高清传输的目的，但由于直播安全存在无法克服的问题，无线网络仍然不稳定。

2 5G 技术的视频回传技术应用

5G 通信技术与超高清视频技术的结合，将在网络能力、业务能力、用户体验三个方面推进了视频业务的全面升级。关键技术主要表现为三个方面：网络能力、平台能力和差异化的承载能力

2.1 5G 关键技术

（1）网络容量方面。5G 对超高清视频业务的承载能力主要体现在三个方面：大连接、高带宽、低延时。现有4G 和Wi-Fi 网络带宽受限，有线传输在达到千兆时，现有光纤网络的移动性不足。采用5G 接入方式的超高清视频在这方面可以得到很好的解决。在新架构方面，目前5G 的承载网和5G 的核心网都进行了相应的改造，承载网采用基于Spine-Leaf 的新承载方式，5G 核心网则采用独立组网或非独立组网的模式，以不同业务为基础，保证差异化承载超高清视频的需要[4]。

（2）平台能力方面。目前，IPTV 和OTT 因特网电视，大部分都是使用内容分发网（CDN）和视频镜像技术，使视频与用户的距离变得更加紧密，从而形成了整个传输。超高清视频在视频业务的分发方面也要求零卡顿、零花屏、零等待等。在UHD 视频服务的基础上，尤其是80Mbps 以上的带宽要求UHD 视频，这就需要CDN 流媒体服务器的流处理能力更高，时间延迟也较低。下一代流媒体服务器制造必须考虑到摩尔定律的失败，并对其进行缓存、减排、延时的要求。同时，在部署网络中，要对CDN 的部署节点进行合理的选择，降低了流量的转发，并通过网络设备的跳跃，达到最佳的综合费用。平台能力的关键技术第二个方面，反映在超高视频素材的生产中，以多接入边缘计算（MEC）为要求。MEC 是5G 的关键技术，满足了用户的需求，并将计算和控制能力引入到边缘。同时，在视频业务完成了云端制造之后，由5G 网络划分为用户，与核心云和区域云构成一个整合的网络模式，可以满足视频制作的需求。MEC 的部署和FN 技术可以降低骨干和核心网络的带宽在视频业务中占用，同时也可以使UHD 的视频业务和用户的距离降低，从而降低延时时间。

（3）差异化承载方面。5G 网络可以完成商业差别化承载的主要技术是网络切片技术，在切片管理系统的一体化管理下，实现了端向端的承载能力，并与无线网、核心网、承载网等技术相结合。SDN、NF V、Flex E、虚拟化等关键技术在网络切片中得到了很好地提高。在超高清视频场景的业务需求中，还要考虑到高带宽的切片协调回传视频，同时较低的时间延迟切片控制。“大带宽、低时延、广连接”的5G 特点为超高清视频提供了广阔的发展空间，为处理超高清视频提供边缘计算，为差异化承载需求的超高清视频业务提供了保障的网络切片，能够让视频业务传播更广的CDN 网络。

2.2 基于5G 视频回传

利用5G 技术，在终端进行视频回传。目前，已经在EMBB（加强移动宽带）、MMTC（海量机器通讯等，如物联网）、URLLC（超高可靠性低的时延：如车联网、自动驾驶等），并采用5G 网络建立了超高清视频传输系统。将5G 网络技术与超高清视频编码、多链路聚合传输技术结合起来，建立一种新型的新闻视频的新方法。与4K 行业相结合，建立一套集4K 视频、Live、Reading 于完整的5G 网络全链路系统，使5G 技术在新闻上的优点变为有效生产力。支持广播级最高4K 解析度5G、可随身携带的影音回传端子，所有的4K 广播级编码器都是使用机架式。开发具有快速、高效的编码效率和快速发展的5G 产品，同时，长期与4G/5G 网络的传递技术合作，扩大4K 超高清视频在全产业链的开发，如4K 视频采集、直播、回传等。CBT 多链路聚合技术是通过4G/5G、WiFi、有线网络和卫星等进行信息的传递。采用CBT 多链路聚合技术、聚合带宽、可靠性等，将多种传输链路聚集起来，为UHD 视频平台奠定了基础[5]。

2.3 5G 与超高清视频融合

5G 和UHD 视频融合技术主要表现为：生产超高清视频内容、改善传统OTT 和IPTV 业务、内容服务VR 和沉浸视频、应用于视频监控类别和工业互联网等方面[6]。

（1）面向VR 视频的内容服务。当前，VR 录像已成为UHD 业务的一个重要发展方向。内容上是基于云的虚拟现实业务来完成的，采用边缘DC、核心DC、区域DC 等安排模式。5G 网络选取了多种位置建立云渲染资源节点，使虚拟现实在云上成为可能，能够满足广大手机用户对就近VR 业务的渲染需求。5G 网络固动融合的综合承载能力，既向宽带使用者共享当地的云立体能力，又为宽带使用者VR 视频体验要求的VR 视频业务承载提供了速度和延迟保证，使用者可以在多个情况下存取移动网络和宽带网络的需求。

（2）面向超高清视频类的应用。在4K 新闻材料的收集与回传建设中，不需要向4K 直播新闻车提供更多的协助，只要向背包传送5G 超高清视频，就可以使直播或向电视台迅速回传，5G 直播架构图如图1 所示。5G信号将超高清的绘制与超高清绘制相结合，以达到及时、灵活的目的。在赛事或赛事转播中，使用5G 超高清视频采编为背包，灵活编排固定或移动机位，并通过增大伸缩机位，利用高灵活性、低现场环境资源的优点，将超高清信号反馈到转播中，便于编排伸缩的拍摄机位。同时，该工程的产品可以进行远程控制，既可以满足无人值守飞机在水上/空中等部位的要求，也可以根据实际情况进行现场勘察。

图1 5G 直播架构图Fig.1 Architecture diagram of 5G live streaming

（3）面向工业互联网的应用。工业互联网采用5G+超高清视频融合的组网方式，满足工业互联网大连接、低时延的传输需求，能够打破原有的工业互联网间隔级、现场级、企业级组网架构，让信息传输更扁平化、高效化。能够满足更高层次、更高精度的工业识别、工业可视化的需求，以及人机交互操作等多种场景，在工业领域具有较强的应用能力。

3 结语

总之，5G 产品的市场化将对4K 超高清产业的发展产生一定的影响。产品发展与国家超高清视频产业相适应，产业化将对文化企业发展具有很大的促进作用，以视频为特色，并以此为基础奠定传媒产业发展的基础。产品的市场化将直接影响到5G 产业的发展，应全面把握5G 发展机会，通过超高清直播应用推广，进而加速5G商用落地，进一步推动5G 网络相关业务的发展。