8K摄像机视频流通过5G网络便携传输的实现方法及系统

2021-01-16侯亚荣余明火王德闯尹占江张曼华

电子产品世界 2021年8期

关键词：视频流云端摄像机

侯亚荣余明火王德闯尹占江张曼华

摘？要：本文对8K超高清视频流、5G特点、8K视频流便携性传输需求等进行了简单的分析，对视频流产生设备8K摄像机结合5G技术实现传输方案做了论述，重点阐述了8K摄像机视频流通过5G转换器实现信号便携传输的实现方法及系统。

关键词：8K摄像机；8K视频流；5G

*深圳市技术攻关重点项目：重2020N061 8K摄像机图像处理关键技术研发

0 引言

5G是最新一代移动通信技术，具有传输速度快、网络延迟低、带宽高、连接数密度大、可移动性强等优点，应用场景十分广泛[1]。目前全球大部分国家都在加速推进5G网络、5G基站等基础设施的部署。5G在2020年已开始商用，据相关数据显示：2020年有超过34个国家、378个城市部署了5G商用网络，并在不断探索、试点和完善相关应用。截至2021年3月底，我国累计建成5G基站81.9万个，占全球70%以上，5G终端连接数超过2.8亿，全球最大规模5G商用网络已在中国建成[2]。

8K超高清是超高清显示的下一代技术，能够提供良好的视频体验和品质，是技术和市场发展的趋势[3]。而高质量8K视频需要>140 Mbit/s传输带宽要求，5G传输带宽可达到2 000 Mbit/s，可满足8K视频流的传输需求。

8K摄像机为作为超高清产业链的前端，主要解决的是8K内容的生产问题。而现有的摄像机视频数据的存储主要在存储卡中，数据传输接口主要有HDMI、网络接口、WiFi、SDI等，通过此类接口可以实现视频数据跟显示器、服务器等传输[4]。以上传输方式，在配合相关设备的情况下，可实现直播、视频流录制等功能。但在无人机等各种移动方式下，存在实现不便等问题，如果要解决带宽以及可移动便携性问题，需要能跟8K摄像机配套应用的可移动式高带宽网络，而根据5G的高带宽、低延时、便携等特点，设计一种8K摄像机视频流通过5G信号便携传输的实现方法及系统，是技术需要解决的问题。

1 系统方案的实现

1.1 方案简述

本文所涉及的8K摄像机视频流通过5G网络便携传输的实现方法及系统，主要实现两个部分功能，可录制的8K摄像机方案、具有5G通信功能的模块及中间衔接安装装置[5]。

系统中由8K摄像机对视频进行采集，编码压缩、对视频信号进行传输；同时具有对5G通信模块供电、通信控制等功能，5G通信模块主要实现8K摄像机编码后的视频数据无线传输到云端，而8K摄像机和5G通信模块之间通过USB信号（或PCIE信号的方式）进行传输。

在结构设计和安装上，8K摄像机设计了固定外接设备的通用接口，另设计可以拆卸式支架，5G通信模块通过支架固定在摄像机上。当使用8K摄像机需要进行5G数据及时传输到云端时，将5G通信模块通过支架固定在摄像机上，8K摄像机与5G通信模块之间供电和通信，实现8K视频的便捷传输，可以满足无人机等不方便布局网络的环境下直播对硬件设备的需求，节省成本。

1.2 系统方案设计

图1为本方案的系统框图，主要由8K摄像机、5G通信模块等组成。其中8K摄像机主要有电源管理模块、镜头、SENSOR模块、ISP图像编码处理模块以及8K信号传输接口等。其中电源管理模块输入电压为12 V，有适配器或电池输入，主要负责8K摄像机系统供电及供电逻辑电源管理，同时通过USB3.0或USB3.1接口电源信号提供给5G通信模块的5 V供电。优选方案是，8K摄像机和5G通信模块的USB连接可设计为TYPEC插座形式，并通过合适的線材完成对接，内部数据信号完成8K摄像机对采集编码后的音视频信号传输。SENSOR模块、镜头、ISP图像编码处理模块为摄像机的三大核心，镜头采集拍摄目标的光信号，SENSOR使用的是能处理8K分辨率的CMOS传感器，镜头和SENSOR连接的卡口可为M43口或EF口等。ISP模块使用海思的3559A芯片，也可使用其他具有8K信号处理编码的ISP芯片。5G通信模块将摄像机的视频信号转为射频信号，并实现5G无线传输，5G通信模块内的5G模块使用海思的MH5000-31或其他具有同等功能的模块。摄像机的ISP芯片可以通过USB3.1与5G通信模块进行数据交换及设备控制。

图2为本系统实现的软件框图，由于5G通信模块的供电是由摄像机提供，在摄像机通电开机后，5G通信模块也会同时通电，随后摄像机上电初始化，并对USB Device等接口设备进行扫描，确认是否有系统中的5G通信模块接入，如果没扫描到，则继续执行检查动作。当检测到有5G通信模块接入时，开始初始化设置5G通信模块。摄像机开机后，根据摄像机的拍摄设置参数，进入设置拍摄状态，等待拍摄指令。在检测到拍摄指令后，开始进行拍摄和视频编码存储。随后检测是否视频有云端传输需求，如无云端传输需求，则继续保持现有状态，如有云端传输需求，则获取云端服务器用户名或所配置地址，并进行视频流上传。

1.3 安装结构设计

图3为摄像机固定支架螺钉示意图，其中摄像机的侧边设计有2～3个可固定支架的螺钉孔，图4是支架实物图，支架可旋转，分左侧和右侧，左侧设计有跟摄像机螺钉孔位对应的螺钉孔位，右侧为放置5G通信模块的区域，图5为放入5G通信模块的示意图，通过以上安装，5G通信模块可以便捷安装在摄像机上，实现8K摄像机便携式的基于5G传输硬件系统的搭建。