基于5G的4K视频直播技术研究

周奕捷

【摘要】本文主要研究基于5G的4K视频直播技术，首先对5G网络进行简单介绍，了解5G网络的主要特点，重点分析基于5G的4K视频直播设计和基于5G的4K视频关键技术设计，在此基础上总结基于5G的4K视频典型应用场景设计，希望通过本文的研究能够更加全面的认识基于5G的4K视频直播技术，也为后期更好的综合应用5G技术和4K视频直播技术提供参考。

【关键词】5G;4K;视频直播;信息技术

中图分类号：TN94                     文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.04..009

1. 5G网络的主要特点

5G网络是最新一代的通信网络技术，其特点主要表现为速度快、信号强、延时短，在具体的性能指标方面可以从以下几方面进行分析，其一是用户体验速度更快，相同环境下5G用户能够体验到0.1 ～1 Gbit/s的网络速度，比现在通用的4G网络的信号速度提高近百倍;其二是连接数密度更大，在5G网络覆盖的千平方米范围内，能够同时容纳100万台设备在线，其密度也是4G网络的100倍;其三是延时更短，用户终端之间的时间延迟相比4G网络降低了10倍，延时控制在1 ～10 ms的范围内;其四是移动性好，在高速状态下也能稳定通信，目前5G通信网络可以在时速500 km的环境下稳定使用;其五是用户峰值速率更高，目前基本能够达到10 Gbp。

2  基于5G的4K视频直播设计

4K技术是高清视频传播技术的简称，视频直播中应用4K技术能够为用户提供更高清的画质，提升用户感受，也有利于视频的传播。但是高清视频需要传输更多的数据，而且视频直播对于网络传输的速度要求更高，否则在观看过程中机会出现视频卡顿或者视频画质低等问题。在4G时代的视频直播中，一般不会应用4K技术，主要是为了避免对直播的流畅度造成影响。近年来5G技术愈加成熟，而且已经在生产生活中广泛应用，5G技术最典型的特点就是传输速度更快，尤其适合进行4K视频的直播。

2.1 4K信号直播及切换

在直播切换方案中需要使用4K摄像机4K切换台，以便于在现场实现4K信号多机位的切换，而且在切换后可以直接输出4K-SDI信号方便后期进行编码

2.2 4K-VR采集系统

该系统的主要组成是4K级VR采集系统，具备VR信号采集拼接、现实与虚拟场景叠加以及不同场景实时综合渲染功能，而且也可以输出4K-SDI信号

2.3 4K编码系统

编码系统的作用是对节目流进行编码，基于5G的4K视频直播中采用4K编码系统，利用该编码系统能够把采集系统输出的4K-SDI信号转换编码变为4K-IP信号，系统的后端与5G传输终端连接，实现节目传输。

2.4 4K解码系统

解码后得到的4K-IP信号推送需要借助4K解码系统传输到社内演播室，而且可以使用解码系统将音频信号嵌入其中4K- SDI 信号，通过与演播室导播切换系统连接，以供后期制作节目信号。

2.5 延时转码系统

在基于5G的4K视频直播中，可能需要在多终端不同的平台进行播放。为了满足直播过程中的安全需求，一般需要在系统内配置延时转码系统。利用该系统能够对4K直播信号进行转码，得到适合多平台不同终端的码率格式。在播放中，也可以根据直播的实际情况对其进行配置。而且还能针对直播的要求设置直播的延时时间。

2.6  VR播放系统

VR播放系统的作用是播放SDK，方便在节目制作过程中，在社内观看体验VR视频，也能借助5G网络实现对于4K-VR节目的实时预览。

3. 基于5G的4K视频关键技术设计

3.1 先进的4K-VR缝合+AR渲染

在基于5G的4K视频制作中使用能够实时缝合对于不同目的全景信号，对于在录制过程中由于镜头畸变导致的画面扭曲问题也能进行纠正处理，从而实现不同画面之间的无缝拼接。结合AR渲染处理技术可以直接在4K-VR信号中进行渲染，而且可以根据运营制作需求将动画、LOGO、背景等元素实时植入画面之中，通过应用这种技术能够提升视频的观看效果，而且可以为运营商创造增值收益。除此之外，在使用系统对视频信号进行缝合渲染的过程中，编辑人员能够实时预览视频信号，而且可以实时对缝合效果进行调整处理，真正实现渲染效果的所见即所得。

3.2 支持4K+H.265编码和多屏分发

在高性能GPU的支持下，利用先进的编码算法能够编辑输出4K+H.265类型的视频直播，而且视频输出质量更高，输出效率更高，而且更加稳定，从而为客户提供更高品质的观看体验。而且在视频编辑输出时，能够转码输出为多种不同的格式，不同的直播流可以满足用户端不同设备、不同分辨率的观看需求。

3.3 扩充VR片源

首先可以直接将普通的视频转换为VR全景模式，这样就能极大扩充VR视频片源，为VR产业提供内容支持。其二可以根据播放需要在直播画面中植入LOGO，而且具体的拼接叠加位置可以根据实际需要进行调节，同时能够借助相关植入创造更多的收益。其三是对全高清视频的格式进行转换，利用技术能够将其转换成4K-VR视频，为用户提供更震撼的视觉观影感受。

3.4 低码率高质量节省带宽

在基于5G的4K視频中应用投射编码器技术能够实现球面与平面之间1：1点到点的投射，避免在投射过程中出现信息损失和画面失真的情况，投射时画面中的黑色无效区域不会消耗码率，因此能够实现更低的编码面积，仅占传统模式下的63%，能够节省30%以上的码率。该技术在应用中利用人眼的双目竞争特性，保证观众在双目观看视频时不会出现主观感受质量下降的问题。而且双目编码以高质量的眼睛为标准，可以在保持主观观影质量的前提下进一步降低码率，因此视频传输中的带宽更小，速度更快。同时每隔10秒会对质量较好的眼睛视频轮流切换，观众的体验会更加舒服。

3.5  一站式的解决方案

基于5G的4K视频技术全方位支持对主流VR业务实，在覆盖业务的同时，用户粘度也进一步增强。从前期生产采集视频，到中期的缝合渲染、转码等，直到最后对视频进行分发播放，可以全链路覆盖，一站式解决，极大提高视频從制作到传播的效率。

4. 基于5G的4K视频典型应用场景设计

4.1 事件性现场4K直播

近年来随着信息传播速度的不断加快，人们对于获取信息的要求也不断提高，直播场景的应用更加广泛，比如电视台、媒体公司在日常报道现场事件时都需要利用直播技术，首先在现场采集信号，再利用5G技术传输到加工处理中心，并直接分发到不同的播出平台中，最后在手机、电视、网站等不同的终端以直播的形式呈现。而且随着时代的不断发展，现场直播的内容更加丰富，频次更加频繁，比如常见的会议直播、演唱会直播、活动直播、风景直播以及当前火热的销售直播，都要基于于5G的4K视频直播技术实现，利用 Live- 4K直播业务系统能够为客户提供更低码率、更低延迟的直播视频，而且视频画面更加稳定、高清。

4.2 新媒体4K直播

随着通信网络带宽的不断提高和三网融合程度的不断加深，传播方式也更加多样化，逐渐衍生出手机电视、网络电视、IPTV等不同类型的互动形态，视频传播的内容也更加高清，4K成为视频传播的主流格式，AVS2、H.265和4K直播等先进技术的应用更加普遍。

4.3 有线运营4K直播

当前电视直播业务仍然是有线运营商的基本直播业务，该业务与千家万户有密切的联系，需要满足更高的的稳定性和安全性要求，在传播呈现中主要是高标清格式直播。随着视频技术的不断发展，也开始提供4K化视频服务，同时升级形成时移回看等高端业务功能。Live-4K直播业务系统通过建设有线网络DVB+OTT架构能够为有线直播提供了稳定高并发的直播方案，而且画质可以满足4K化要求。同时利用4层安全架构对有线直播的安全稳定性形成可靠的保障。

4.4 互联网视频运营4K直播

信息时代的发展也伴随着着互联网的发展，而互联网视频行业也借助5G等信息技术得到飞速发展。互联网视频行业的内容方式变得更加丰富，相关视频内容的出口也从单一的手机端延伸到平板、电视、投影等不同的终端。互联网视频的内容也衍生出自制综艺、电视剧、体育直播以及不同类型的直播内容，利用Live- -4K直播业务系统同样可以为互联网视频的传播提供解决方案。

4.5 5G+4K在视频直播中的应用案例

5G+4K的视频直播技术的应用最典型的案例就是央视转播2019年国庆阅兵现场，用户可以使用不同的终端在线直播观看阅兵。在此之后，这种基于5G的4K视频直播技术愈加成熟，也逐渐在新闻媒体、晚会、会议等不同的场景中普遍使用，受到用户群体的广泛追捧。

5. 结语

通过前文的分析可知，基于基于5G的4K视频直播技术已经不断成熟，在实际应用中需要综合使用4K信号直播及切换、 4K-VR采集系统、4K编码系统、 4K解码系统、延时转码系统、VR播放系统等多个系统和4K-VR缝合+AR渲染与4K+H.265编码和多屏分发等先进技术，从而满足事件性现场4K直播、新媒体4K直播、有线运营4K直播和互联网视频运营4K直播等不同场景的需求。直播画质也更加清晰稳定，而且传输中只需占用很小的带宽和很低的码率。未来随着社会的不断发展变化，人们对于精神文明和娱乐性的需求也会更加多元化，基于基于5G的4K视频直播技术的应用会更加广泛，同时人们对于4K视频直播技术的要求也会更加严格。这就需要行业内的企业在今后的工作中，不断加强相关技术的研究，增强交流合作，更好的推动直播行业的高质量发展。工作人员也要不断学习，提高专业素质和能力，更好的解决基于5G的4K视频直播技术应用中可能出现的问题，研究设计更加合理的应用方案，更好的发挥4K、5G技术的优势，提供更高质量的直播视频服务，更好的满足不同行业对于视频直播的需求。

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