5G+4K+VR直播業(yè)務(wù)介紹

劉崢

（新華通訊社通信技術(shù)局音視頻部，北京100022）

1 直播業(yè)務(wù)設(shè)計

VR 全景視頻直播通常應(yīng)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(wù)，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(yīng)[1]。

全景采集：負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)把多目攝像機(jī)采集后的多目信號進(jìn)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(fù)責(zé)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(jìn)行疊加，以達(dá)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(wù)拓?fù)鋱D如圖1所示，系統(tǒng)可完成現(xiàn)場多機(jī)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(luò)回傳至社內(nèi)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(jī)，支持4K-SDI 信號輸出，并配置4K 切換臺完成現(xiàn)場多機(jī)位4K 信號的切換，切換后輸出4KSDI 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。

圖1 5G+4K+VR直播業(yè)務(wù)拓?fù)鋱D

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(jìn)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(nèi)演播室，應(yīng)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(nèi)演播室導(dǎo)播切換系統(tǒng)，進(jìn)行后續(xù)的節(jié)目信號制作。

1.5 延時轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)

為滿足多終端、多平臺的播放，及相關(guān)的直播安全需求，系統(tǒng)配置延時轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)，可將外場回傳的4K 直播信號轉(zhuǎn)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(dá)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(wù)平臺，可在社內(nèi)進(jìn)行VR 視頻的觀看體驗，也可在實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下借助移動端5G 網(wǎng)絡(luò)實時預(yù)覽超清流暢4K-VR 節(jié)目。

2 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計

具體結(jié)合當(dāng)前我國5G+4K+VR直播工作的建設(shè)發(fā)展情況，以及在此過程中運用的各類技術(shù)的應(yīng)用情況來看，涉及的技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)，希望能為日后該方面工作的改進(jìn)提供參考幫助。

2.1 先進(jìn)的4K-VR 縫合+AR 渲染

獨有的4K 縫合算法，對多目全景信號進(jìn)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(yù)覽，支持用鼠標(biāo)對實時信號進(jìn)行縫合調(diào)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(jié)合GPU 加速能力，為用戶提供了高穩(wěn)定、高質(zhì)量、高效率的4K+H.265 直播服務(wù)。

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(dá)60P 編碼。

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

2.3 擴(kuò)充VR 片源

可把普通的非VR 視頻轉(zhuǎn)變?yōu)閂R 全景視頻，從而大大擴(kuò)充了VR 生產(chǎn)片源，為VR 建設(shè)提供有力的內(nèi)容支撐。

可植入Logo、廣告等元素進(jìn)行畫面疊加或者拼接，疊加或者拼接的位置可調(diào)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(zhuǎn)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(zhì)量節(jié)省帶寬

獨到的投射編碼器技術(shù)，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(zhì)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(zhì)量不下降。編碼較低質(zhì)量眼睛（如右眼）的視頻時，在編碼內(nèi)核中右眼視頻的運動矢量參考質(zhì)量較好的眼睛（如左眼）的視頻，可以進(jìn)一步降低碼率而保持主觀質(zhì)量。輪流切換質(zhì)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(dāng)下主流的VR 業(yè)務(wù)實現(xiàn)了全方位的支持，不僅實現(xiàn)了業(yè)務(wù)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(zhuǎn)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(shè)。

3 典型應(yīng)用場景設(shè)計

通過文章上面的論述分析，可以進(jìn)一步了解直播業(yè)務(wù)工作過程中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，那么文章下面從直播業(yè)務(wù)工作的典型應(yīng)用場景方面，進(jìn)一步闡述直播業(yè)務(wù)工作的發(fā)展建設(shè)情況，通過對關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用場景的分析及有效結(jié)合來幫助人們更加全面地認(rèn)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(tuán)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(jìn)行播出，然后在電視大屏、網(wǎng)站、手機(jī)等進(jìn)行收看，直播的內(nèi)容種類較多，包括會議、活動、風(fēng)景、演唱會等，場次比較頻繁。針對現(xiàn)場直播領(lǐng)域，Live-4K 直播業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了高穩(wěn)定、低碼率高畫質(zhì)、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(luò)電視、手機(jī)電視正在全面開花，視頻內(nèi)容正向高清化、4K 化轉(zhuǎn)換，同時，H.265、AVS2 及4K 直播編碼技術(shù)正逐步應(yīng)用。針對蓬勃發(fā)展的新媒體直播市場，Live-4K 直播業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了高畫質(zhì)、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(wù)，是目前最基本的電視直播業(yè)務(wù)，服務(wù)于千家萬戶，穩(wěn)定性、安全性要求高，以高標(biāo)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(wù)。針對有線直播，Live-4K 直播業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要著力于有線網(wǎng)絡(luò)DVB+OTT 架構(gòu)的前端信源轉(zhuǎn)換建設(shè)，提供了高穩(wěn)定、高畫質(zhì)、高并發(fā)、4K 化的直播方案，以4層安全架構(gòu)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(nèi)容類型與方式更加豐富，內(nèi)容出口也由常見的手機(jī)APP 擴(kuò)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(quán)威內(nèi)容的引進(jìn)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(quán)，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(jìn)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(wù)系統(tǒng)提供了低碼率高畫質(zhì)、低延時、高穩(wěn)定、高并發(fā)、4K 化的直播方案。

4 結(jié)語

綜上所述，本文對5G+4K+VR直播業(yè)務(wù)進(jìn)行了全面地剖析，希望能夠給予相關(guān)人員一些啟發(fā)。本文主要從直播業(yè)務(wù)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計、典型應(yīng)用場景設(shè)計方面入手進(jìn)行剖析，以期提升直播的質(zhì)量與效果。具體結(jié)合目前我國該業(yè)務(wù)工作的建設(shè)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(zhì)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(guān)企業(yè)只有加強對該工作的進(jìn)一步科學(xué)合理分析，才能及時查明問題出現(xiàn)的根源，從而在此基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的措施予以解決。與此同時，各企業(yè)之間也應(yīng)當(dāng)加強交流與合作，從而進(jìn)一步地推動直播行業(yè)的迅速發(fā)展。對于相關(guān)技術(shù)研究工作人員來說，也要不斷提高自身的綜合素質(zhì)及技術(shù)水平，不斷開提升自身的創(chuàng)新性研究能力，促進(jìn)直播業(yè)務(wù)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(dāng)前發(fā)展過程中存在的障礙性問題，才能進(jìn)一步保障直播業(yè)務(wù)工作的可持續(xù)性發(fā)展。希望文章上述有關(guān)5G+4K+VR直播業(yè)務(wù)的相關(guān)論述分析能夠為日后此行業(yè)的工作建設(shè)發(fā)展提供參考和幫助。