劉崢

【摘 要】5G時代的來臨解決了4K視頻傳輸中的帶寬問題，使高質量的4K及4K-VR直播成為可能。5G+4K+VR直播解決方案滿足了當前用戶的需求，為各媒體運營商、政府與企業(yè)市場提供高穩(wěn)定、高質量、多功能的直播業(yè)務服務。在實現(xiàn)4K HDR編轉碼的同時，可以保證編轉碼的質量，滿足大型活動、晚會、體育賽事等的直播需要，可為媒體機構、電視臺、有線網(wǎng)絡、IPTV、OTT等多終端提供4K直播內容。因此，當前時代下，加強對直播業(yè)務設計工作以及各類先進技術的合理科學分析就顯得至關重要。只有提高對該行業(yè)工作的重視程度，才能在此基礎上調整相應的策略，以此適應時代發(fā)展變化，滿足時代發(fā)展需求，進一步推動該技術的發(fā)展，與此同時，為人們提供更為優(yōu)質的服務?；诖?，論文簡要分析了5G+4K+VR直播業(yè)務工作。

【Abstract】The advent of the 5G era solves the bandwidth problem in 4K video transmission， making high-quality live broadcast 4K and 4k-VR possible. 5G + 4K + VR live broadcast solution meets the current needs of users and provides high stability， high quality and multi-functional live broadcast service for media operators， government and enterprise market. While realizing 4K HDR encoding and transcoding， it can ensure the quality of encoding and transcoding， meet the live broadcast needs of large-scale events， evening parties， sports events， etc.， and provide 4K live broadcast content for media organizations， TV stations， cable networks， IPTV， OTT and other multi terminals. Therefore， in the current era， it is of vital importance to strengthen the reasonable scientific analysis of the design work of live broadcast and various advanced technologies. Only if we pay more attention to the work of this industry， we can adjust the corresponding strategies on this basis， so as to adapt to the development and changes of the times， meet the development needs of the times， further promote the development of this technology， and at the same time， provide people with better service. Based on this， this paper briefly analyzes the 5G + 4K + VR live broadcast work.

【關鍵詞】4K-VR縫合渲染;4K編碼;低延時高質量;高動態(tài)范圍圖像;VR播放

【Keywords】4K-VR stitching and rendering; 4K encoding; low latency and high quality; high dynamic range image; VR play

【中圖分類號】TN949.292 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2019）12-0144-03

1 直播業(yè)務設計

VR全景視頻直播通常應用于體育賽事、大型晚會、音樂會等的現(xiàn)場直播，為觀眾提供360度全景視頻直播業(yè)務，帶來極致的視頻感受，特別是沉浸式的終端播放，更可以為不在現(xiàn)場的觀眾帶來身臨其境的現(xiàn)場感受，提升了直播的檔次，而且可以為運營商帶來增值效應[1]。

全景采集：負責VR全景視頻信號的多目采集，把各個角度的直播信號采集匯總，輸出給多目合成模塊。

多目合成：負責把多目攝像機采集后的多目信號進行拼接，縫合成360度VR全景視頻，然后投射成平面信號，再輸出到直播推流編碼器。

AR渲染：負責在已經(jīng)縫合的VR全景視頻中植入虛擬渲染，在此模塊，可以加入定制的背景、Logo、動畫等素材，進行疊加，以達到渲染目的，提升輸出信號的觀看效果，最終以SDI的方式輸出到直播編碼器。

5G+4K+VR直播業(yè)務拓撲圖如圖1所示，系統(tǒng)可完成現(xiàn)場多機位4K信號直播、信號切換、4K和VR信號的直播，現(xiàn)場對4K信號的編碼處理后，通過5G網(wǎng)絡回傳至社內演播室、IPTV、OTT平臺、移動終端等多種發(fā)布平臺，實時完成超高清視頻收看[2]。

1.1 4K信號直播及切換

方案中配置4K攝像機，支持4K-SDI信號輸出，并配置4K切換臺完成現(xiàn)場多機位4K信號的切換，切換后輸出4K-SDI信號供后續(xù)編碼傳輸使用。

1.2 4K-VR采集系統(tǒng)

系統(tǒng)中配置4K級的VR采集系統(tǒng)，支持VR信號的多目采集、拼接、虛擬疊加及實時渲染等功能，輸出4K-SDI信號。

1.3 4K編碼系統(tǒng)

直播現(xiàn)場運用4K編碼系統(tǒng)，單臺可完成2路4K+H.265編碼方式的節(jié)目流編碼，4K編碼系統(tǒng)可將4K-SDI信號編碼為4K-IP信號，后端接入5G傳輸終端進行節(jié)目傳輸。

1.4 4K解碼系統(tǒng)

主要用于將回傳的4K-IP信號推送至社內演播室，應用該系統(tǒng)可將4K-IP信號解碼為嵌入音頻的4K-SDI信號，接入社內演播室導播切換系統(tǒng)，進行后續(xù)的節(jié)目信號制作。

1.5 延時轉碼系統(tǒng)

為滿足多終端、多平臺的播放，及相關的直播安全需求，系統(tǒng)配置延時轉碼系統(tǒng)，可將外場回傳的4K直播信號轉碼為多平臺多終端所需的不同碼率及格式，用戶可根據(jù)實際需要按需配置。另外，系統(tǒng)還支持長達30分鐘的延時功能。

1.6 VR播放系統(tǒng)

提供專業(yè)VR播放SDK、專業(yè)播放終端或者專業(yè)VR直播服務平臺，可在社內進行VR視頻的觀看體驗，也可在實際網(wǎng)絡環(huán)境下借助移動端5G網(wǎng)絡實時預覽超清流暢4K-VR節(jié)目。

2 關鍵技術設計

具體結合當前我國5G+4K+VR直播工作的建設發(fā)展情況，以及在此過程中運用的各類技術的應用情況來看，涉及的技術種類較為多元化，文章下面主要從五方面全面闡述一下此過程中所遇到的關鍵技術，希望能為日后該方面工作的改進提供參考幫助。

2.1 先進的4K-VR縫合+AR渲染

獨有的4K縫合算法，對多目全景信號進行實時縫合，并處理鏡頭畸變帶來的畫面扭曲，實現(xiàn)無縫拼接。

專業(yè)的AR渲染處理，支持在4K-VR信號中渲染，可在4K-VR全景視頻中實時植入背景、Logo、動畫等元素，一方面可以實現(xiàn)極佳的觀看效果，另一方面可給運營商帶來增值收益。

在縫合及渲染過程中，支持4K-VR全景視頻信號的實時預覽，支持用鼠標對實時信號進行縫合調整，實現(xiàn)所見即所得。

2.2 支持4K+H.265編碼和多屏分發(fā)

通過H.265及4K編碼算法，結合GPU加速能力，為用戶提供了高穩(wěn)定、高質量、高效率的4K+H.265直播服務。

支持高規(guī)格的4K+H.265編碼參數(shù)以實現(xiàn)極致的4K體驗，支持10bit編碼和高達60P編碼。

能夠一次性將直播畫面轉碼成適合各種設備播放的格式和分辨率的多條直播流，從而在手機、機頂盒等多種終端設備上同時播放，支持多種輸出流GOP格式對齊。

2.3 擴充VR片源

可把普通的非VR視頻轉變?yōu)閂R全景視頻，從而大大擴充了VR生產(chǎn)片源，為VR建設提供有力的內容支撐。

可植入Logo、廣告等元素進行畫面疊加或者拼接，疊加或者拼接的位置可調節(jié)，元素的植入可為運營商帶來增值性收入。

支持普通全高清視頻轉換為4K-VR視頻，4K化的視頻可帶來更震撼的視覺效果。

2.4 低碼率高質量節(jié)省帶寬

獨到的投射編碼器技術，1：1點到點的球面到平面投射，無失真、無信息損失，黑色無效區(qū)域采用跳過編碼模式，不消耗碼率，實際編碼面積為4πR2，與傳統(tǒng)方法編碼面積之比：4πR2/（2π2R2）=63%，總體來講，此方法比傳統(tǒng)方案節(jié)省碼率約30%。

利用人眼的左右眼雙目競爭特性，保持單眼（如左眼）的高視頻質量，而降低另外一只眼睛（如右眼）的視頻碼率，使得最終觀眾的雙目合成視頻主觀質量不下降。編碼較低質量眼睛（如右眼）的視頻時，在編碼內核中右眼視頻的運動矢量參考質量較好的眼睛（如左眼）的視頻，可以進一步降低碼率而保持主觀質量。輪流切換質量較好的眼睛視頻，如10秒切換一次，使觀眾有更舒服的體驗，總體來講，此方法又可以比傳統(tǒng)方法降低約30%的碼率。

2.5 一站式的解決方案

對當下主流的VR業(yè)務實現(xiàn)了全方位的支持，不僅實現(xiàn)了業(yè)務的全覆蓋，也增強了用戶黏度。從VR全景視頻的生產(chǎn)，包括采集、縫合、渲染、編碼、收錄、轉碼等，再到VR全景視頻的CDN分發(fā)和全終端播放，可提供一站式的解決方案，全鏈路覆蓋，完成了主要環(huán)節(jié)的建設。

3 典型應用場景設計

通過文章上面的論述分析，可以進一步了解直播業(yè)務工作過程中所涉及的關鍵技術，那么文章下面從直播業(yè)務工作的典型應用場景方面，進一步闡述直播業(yè)務工作的發(fā)展建設情況，通過對關鍵技術及應用場景的分析及有效結合來幫助人們更加全面地認識直播工作。

3.1 事件性現(xiàn)場4K直播

許多電視臺、廣電運營商、媒體類公司、報業(yè)類集團公司等都有現(xiàn)場直播的需求，需要把現(xiàn)場信號經(jīng)過加工回傳，分發(fā)給各個播出平臺進行播出，然后在電視大屏、網(wǎng)站、手機等進行收看，直播的內容種類較多，包括會議、活動、風景、演唱會等，場次比較頻繁。針對現(xiàn)場直播領域，Live-4K直播業(yè)務系統(tǒng)提供了高穩(wěn)定、低碼率高畫質、低延遲、高兼容、4K化的直播方案。

3.2 新媒體4K直播

在三網(wǎng)融合和帶寬提速前提下，傳播方式上正在由單向廣播向多屏互動形態(tài)發(fā)展，IPTV、OTT、網(wǎng)絡電視、手機電視正在全面開花，視頻內容正向高清化、4K化轉換，同時，H.265、AVS2及4K直播編碼技術正逐步應用。針對蓬勃發(fā)展的新媒體直播市場，Live-4K直播業(yè)務系統(tǒng)提供了高畫質、高穩(wěn)定、高并發(fā)、高兼容、4K化的直播方案。

3.3 有線運營4K直播

有線運營商的直播業(yè)務，是目前最基本的電視直播業(yè)務，服務于千家萬戶，穩(wěn)定性、安全性要求高，以高標清直播為主，同時，正在朝著4K化發(fā)展，并積極開展時移回看業(yè)務。針對有線直播，Live-4K直播業(yè)務系統(tǒng)主要著力于有線網(wǎng)絡DVB+OTT架構的前端信源轉換建設，提供了高穩(wěn)定、高畫質、高并發(fā)、4K化的直播方案，以4層安全架構來確保有線直播的安全性與穩(wěn)定性。

3.4 互聯(lián)網(wǎng)視頻運營4K直播

互聯(lián)網(wǎng)視頻行業(yè)正在高速發(fā)展，內容類型與方式更加豐富，內容出口也由常見的手機APP擴充到了更多的終端觀看模式，同時，開展了合作運營模式。隨著用戶數(shù)量的增多以及用戶要求的提升，運營模式的創(chuàng)新及權威內容的引進都受到了極大的挑戰(zhàn)，之前更多的是搶購電視劇和熱門綜藝節(jié)目的版權，現(xiàn)在體育賽事直播一夜升溫，吸引力毫不遜色于電視劇和綜藝節(jié)目。同時，頻道直播的引進也提升了互聯(lián)網(wǎng)視頻的影響力。針對這樣的直播市場，Live-4K直播業(yè)務系統(tǒng)提供了低碼率高畫質、低延時、高穩(wěn)定、高并發(fā)、4K化的直播方案。

4 結語

綜上所述，本文對5G+4K+VR直播業(yè)務進行了全面地剖析，希望能夠給予相關人員一些啟發(fā)。本文主要從直播業(yè)務設計、關鍵技術設計、典型應用場景設計方面入手進行剖析，以期提升直播的質量與效果。具體結合目前我國該業(yè)務工作的建設發(fā)展情況來看，雖然其發(fā)展速度較為迅速，但是在具體發(fā)展過程中仍然存在著較多問題，不利于該行業(yè)工作質量及水平的提升，對滿足人們多元化的精神文明需求也產(chǎn)生了一定的不利影響。在今后的工作中，相關企業(yè)只有加強對該工作的進一步科學合理分析，才能及時查明問題出現(xiàn)的根源，從而在此基礎上采取相應的措施予以解決。與此同時，各企業(yè)之間也應當加強交流與合作，從而進一步地推動直播行業(yè)的迅速發(fā)展。對于相關技術研究工作人員來說，也要不斷提高自身的綜合素質及技術水平，不斷開提升自身的創(chuàng)新性研究能力，促進直播業(yè)務工作的創(chuàng)新性發(fā)展以及改革。各方面工作人員只有齊心協(xié)力，共同解決當前發(fā)展過程中存在的障礙性問題，才能進一步保障直播業(yè)務工作的可持續(xù)性發(fā)展。希望文章上述有關5G+4K+VR直播業(yè)務的相關論述分析能夠為日后此行業(yè)的工作建設發(fā)展提供參考和幫助。

【參考文獻】

【1】梁雅菁，黃勁安，蔡子華.面向VR業(yè)務的5G網(wǎng)絡承載方案探討[J].廣東通信技術，2018，306（6）：74-77.

【2】譚陽.基于5G+VR技術的直播系統(tǒng)設計及應用實踐探討[J].現(xiàn)代電視技術，215（05）：78-82.