商務(wù)會(huì)議場(chǎng)景下的5G智能直播終端應(yīng)用

【摘要】本文為了解決傳統(tǒng)視頻編碼器推流終端需要人員現(xiàn)場(chǎng)操作而無(wú)法自主監(jiān)控和多方異地遠(yuǎn)程操控的問(wèn)題，本文提出商務(wù)會(huì)議場(chǎng)景下5 G智能直播終端應(yīng)用研究，在終端內(nèi)置嵌入式Linux OS板卡，加載云通信控制軟件、AI邊緣計(jì)算卡、5G路由傳輸模組構(gòu)建邊緣智能云終端，連接現(xiàn)場(chǎng)音、視頻采集設(shè)備，通過(guò)云服務(wù)器交互，實(shí)現(xiàn)高效便捷的圖像預(yù)處理和遠(yuǎn)程人機(jī)交互式。

【關(guān)鍵詞】商務(wù)會(huì)議場(chǎng)景;直播終端;自助式互動(dòng);4K編碼;5G模組;AI預(yù)處理

中圖分類號(hào)：TN94 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.06..019

目前最常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)視頻直播是手機(jī)APP直播、視頻編碼器直播。APP直播主要用于網(wǎng)紅直播場(chǎng)景，由智能手機(jī)中的攝像頭音視頻采集、軟件壓縮編碼、4G/5G傳輸完成。好處是操作便捷，但因手機(jī)攝像頭廣角、焦距和拾音的局限，手機(jī)運(yùn)算能力有限，手機(jī)APP直播不適合商務(wù)會(huì)議場(chǎng)景下的4K高清直播。而視頻編碼器（也稱采集卡）直播將專業(yè)攝像和采集編碼傳輸做了分離，以專業(yè)編碼器硬件處理4K視頻，但大多不具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和云端操控能力，缺少移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)屬性。為解決上述問(wèn)題，本文提出了商務(wù)會(huì)議場(chǎng)景下5G智能直播終端的應(yīng)用。

1. 自助式互動(dòng)視頻直播系統(tǒng)架構(gòu)原理

常見(jiàn)的視頻編碼器，大多為內(nèi)置RTMP傳輸協(xié)議的推流終端，直播前需手工配置網(wǎng)絡(luò)推流地址。為實(shí)現(xiàn)終端自助智能化，就須增加云通信控制模塊，使成為智能直播盒云終端?；诖藰?gòu)建的自助式互動(dòng)視頻直播系統(tǒng)如圖1所示。

1.1 音視頻采集接口

商務(wù)會(huì)議、賽事體育等場(chǎng)景下通常需采用高倍光學(xué)變焦 4K攝像機(jī)、多通道攝像機(jī)、單反作為專業(yè)攝像設(shè)備。專業(yè)攝像機(jī)的音視頻輸出接口主要為SDI或HDMI接口，可作為直播盒輸入源，少數(shù)網(wǎng)絡(luò)攝像頭或平臺(tái)拉流輸出為IP接口（已編碼的視頻流），則需先解碼或直接透?jìng)髦猎品?wù)器處理。會(huì)場(chǎng)拾音設(shè)備通常采用調(diào)音臺(tái)混響輸出作為音頻采集源，避免現(xiàn)場(chǎng)人多嘈雜的背景音干擾;調(diào)音臺(tái)提供包括卡儂頭、蓮花頭、6mm、3.5mm音頻輸出接口。

1.2 智能直播盒

智能直播盒可安裝在會(huì)議廳也可移動(dòng)攜式。它一方面通過(guò)編碼器模塊從各類攝像機(jī)采集視頻信號(hào)，另一方面通過(guò)5G路由模塊與云平臺(tái)和智能手機(jī)通信，在控制器中系統(tǒng)中響應(yīng)來(lái)自平臺(tái)的直播啟停等指令，包括提取視頻流、執(zhí)行壓縮編碼、圖像分析、傳輸碼率流量控制、資源預(yù)留等操作，將預(yù)處理的視頻通過(guò)5G或WAN端口以RTMP協(xié)議傳送至云服務(wù)器。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

智能直播盒由四個(gè)模塊：編碼器模塊、控制器與邊緣計(jì)算模塊、5G路由器模塊和電源模塊構(gòu)成。其中編碼器有對(duì)外的HDMI接口、SDI視頻信號(hào)接口、3.5mm音頻輸入接口和對(duì)內(nèi)LAN網(wǎng)口。1）編碼器板卡對(duì)輸入的4K視頻信號(hào)做H.264/H.265硬件壓縮編碼，編碼時(shí)延<5毫秒內(nèi)。2）控制器與邊緣計(jì)算模塊為L(zhǎng)inux操作系統(tǒng)板卡，安裝云通信和AI圖像運(yùn)算軟件，分別負(fù)責(zé)與云服務(wù)器通信控制和視頻預(yù)處理。如AI運(yùn)算量大，可將邊緣計(jì)算單獨(dú)拆分為專用硬件板卡，為支持4Kp60的視頻解碼建議使用64位四核處理器。3）5G路由器模塊為集成5G傳輸模塊、WiFi、WAN的路由器板卡，為其他板卡提供局域網(wǎng)連接;5G天線使用外置天線來(lái)加強(qiáng)接收信號(hào)，為電腦和手機(jī)提供5G無(wú)線熱點(diǎn)的無(wú)線天線。4）電源模塊一進(jìn)三出，分別為其它模塊提供12VDC供電。

1.3 云服務(wù)器

云服務(wù)器包括一系列即時(shí)通信服務(wù)器（IM服務(wù)器）、流媒體服務(wù)器、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成，如圖3所示。

云服務(wù)器利用云計(jì)算服務(wù)器遠(yuǎn)程監(jiān)控直播盒在線狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，可對(duì)多個(gè)智能直播盒上傳的多路視頻流在云端中進(jìn)行無(wú)縫切換，防止中斷;IM服務(wù)器和Web服務(wù)器可遠(yuǎn)程地根據(jù)客戶訂單參數(shù)設(shè)置智能直播盒的視頻碼率、分辨率、控制和計(jì)費(fèi)管理，并與微信用戶授權(quán)登錄、支付和分享界面對(duì)接，實(shí)現(xiàn)HTML5實(shí)時(shí)鏈接的快速分發(fā)。

2. 商務(wù)會(huì)議場(chǎng)景下的5G直播終端應(yīng)用研究

2.1 通信協(xié)議和消息流向分析

5G直播終端與云直播平臺(tái)通信協(xié)議和順序消息流向分析如圖3中所示。

控制/響應(yīng)消息（①-②）：智能手機(jī)直播方以XMPP協(xié)議，經(jīng)IM服務(wù)器向智能直播盒發(fā)送直播啟、停等控制消息并接收響應(yīng)。直播方還可對(duì)直播盒終端本身下達(dá)AI預(yù)處理、遠(yuǎn)程重啟、軟件升級(jí)、在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上報(bào)命令。

請(qǐng)求/響應(yīng)消息（③-④）：直播盒向Web服務(wù)器、流媒體服務(wù)器請(qǐng)求相應(yīng)端口和URL資源。流媒體服務(wù)器分配資源，直播結(jié)束后釋放資源并返回通知。

A/V視頻流（⑤-⑥-⑧-⑩-⑾）：直播盒對(duì)接收的視頻信號(hào)⑤壓縮編碼、TS分段，再經(jīng)5G路由以RTMP over TCP協(xié)議上傳⑥。流媒體服務(wù)器對(duì)收到的視頻流做轉(zhuǎn)碼、TS切片后寫入云盤。觀看端以HLS協(xié)議經(jīng)CDN網(wǎng)絡(luò)就近接入Web服務(wù)器請(qǐng)求視頻源⑧。后者從云盤讀取TS到內(nèi)存⑩并為觀看端統(tǒng)一提供實(shí)時(shí)更新的m3u8播放列表，觀眾端根據(jù)該列表下載最新TS切片，在瀏覽器解碼播放。

請(qǐng)求/響應(yīng)消息（⑦、⑧）：智能手機(jī)直播方對(duì)Web服務(wù)器請(qǐng)求直播操控界面，觀看方在打開(kāi)鏈接時(shí)向Web服務(wù)器請(qǐng)求直播間界面（HTTP協(xié)議）。

用戶/視頻信息（⑨）：Web服務(wù)器對(duì)每路直播視頻生成唯一VID和URL訪問(wèn)標(biāo)識(shí)，連同直播方用戶信息、直播狀態(tài)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)并及時(shí)更新?tīng)顟B(tài)。觀看端適時(shí)獲取URL，讀取狀態(tài);Web服務(wù)器將用戶注冊(cè)、登錄等信息寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。聊天消息（⑿⒀）：智能手機(jī)直播方和觀看方通過(guò)IM服務(wù)器和Web服務(wù)器在直播間中進(jìn)行群聊等互動(dòng)。

2.2 5G智能直播終端的應(yīng)用場(chǎng)景

5G智能直播盒可部署在大中型酒店會(huì)議廳、企業(yè)集團(tuán)會(huì)議室、學(xué)校錄播教室、戶外無(wú)人機(jī)，操作人員可現(xiàn)場(chǎng)微信掃碼或微信遠(yuǎn)程操控的方式來(lái)預(yù)定、發(fā)起和管理直播。下圖4為VTC 5G智能直播盒的實(shí)物圖。

在5G商業(yè)化推動(dòng)下，部署5G智能直播盒到線下場(chǎng)館可作為新媒體應(yīng)用場(chǎng)景的專業(yè)視頻“入口”，無(wú)需安裝APP，直接分享直播鏈接到微信群或嵌入企業(yè)網(wǎng)站、APP、公眾號(hào)，輕松幫助客戶會(huì)議內(nèi)容、培訓(xùn)內(nèi)容上云管理。此外，5G智能直播盒集成了5G模組，無(wú)需獨(dú)立的CPE。5G網(wǎng)絡(luò)目前實(shí)測(cè)下行帶寬約200M-800M，客戶還同時(shí)可復(fù)用5G直播盒的WiFi熱點(diǎn)實(shí)現(xiàn)5G上網(wǎng)辦公。5G上行帶寬實(shí)測(cè)100M足夠4K超高清視頻的傳輸，也可攜帶至戶外對(duì)接無(wú)人機(jī)視頻信號(hào)輸入，組建輕量級(jí)5G應(yīng)急通信網(wǎng)。直播盒中控制與邊緣計(jì)算模塊可升級(jí)軟件，置入商務(wù)會(huì)議場(chǎng)景下所需的AI內(nèi)容鑒別、靚照截圖、實(shí)時(shí)字幕、語(yǔ)音指令等功能。5G時(shí)代UGC視頻平臺(tái)的屬性和定位或?qū)?G時(shí)代的個(gè)人資訊和個(gè)人娛樂(lè)入口向更加廣泛的商業(yè)資訊、體育賽事、重大活動(dòng)、演藝娛樂(lè)等領(lǐng)域延伸擴(kuò)展，并有可能繼續(xù)在不同領(lǐng)域形成更加垂直、更加專業(yè)的UGC視頻平臺(tái)。

3. 結(jié)束語(yǔ)

商業(yè)會(huì)議場(chǎng)景5G智能直播終端應(yīng)用研究是一種自助交互式視頻直播系統(tǒng)，其特點(diǎn)是通過(guò)智能手機(jī)客戶端瀏覽器的引導(dǎo)，遠(yuǎn)程控制多路5G智能播盒終端與云端連接，從而實(shí)現(xiàn)自助操控直播的啟動(dòng)、停止和AI預(yù)處理，并利用5G直播盒的多路視頻熱備份和云服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)更可靠穩(wěn)定的4K高清直播和快速分享社交網(wǎng)絡(luò)用戶。本文方案已在運(yùn)營(yíng)商的5G云直播業(yè)務(wù)場(chǎng)景中試商用，可結(jié)合運(yùn)營(yíng)商5G云網(wǎng)資源針對(duì)行業(yè)形成SaaS產(chǎn)品的5G行業(yè)應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：李燈，四川渠縣，碩士研究生，工程師，目前從事視頻直播終端和平臺(tái)軟件系統(tǒng)件架構(gòu)相關(guān)工作。