5G背景下VR新聞直播平臺(tái)的設(shè)計(jì)與建設(shè)

楊振宇

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作 454000）

0 引 言

5G技術(shù)的發(fā)展加快了網(wǎng)絡(luò)的傳播速度，提高了網(wǎng)絡(luò)傳播的穩(wěn)定性，為新聞直播帶來新的發(fā)展機(jī)遇。近年來，隨著人們的探索，虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)逐漸被應(yīng)用于新聞?lì)I(lǐng)域，使新聞報(bào)道更立體、更全面，增強(qiáng)了觀眾的體驗(yàn)效果?；诖?，面對(duì)日益變化的新媒體環(huán)境，新聞媒體工作者可以抓住5G及VR技術(shù)為新聞直播報(bào)道帶來的機(jī)遇，升級(jí)新聞直播模式，全方位展示新聞直播現(xiàn)場(chǎng)，打造全面立體化的沉浸式新聞直播，為觀眾帶來更好的新聞直播觀看體驗(yàn)。

1 5G與VR技術(shù)概述

1.1 5G技術(shù)概念及特征

5G技術(shù)指第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是最新一代的移動(dòng)通信技術(shù)。與4G技術(shù)相比，5G技術(shù)在用戶體驗(yàn)速率、信息時(shí)延以及設(shè)備連接數(shù)量等方面都具有顯著優(yōu)勢(shì)。4G與5G的性能對(duì)比如表1所示[1]。首先，通信速率方面，現(xiàn)有的5G技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信峰值速率在20 Gb·s-1左右，每平方米的流量密度可達(dá)100 Mb·s-1以上，是4G技術(shù)的10倍左右，能夠在時(shí)速500 km的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)信息傳輸[2]。其次，信息時(shí)延方面，5G性能指標(biāo)顯示，5G技術(shù)通過移動(dòng)終端傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延可由4G時(shí)代的10 ms降低到1 ms左右，基本實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收發(fā)[3]。最后，在設(shè)備連接數(shù)量方面，5G技術(shù)性能指標(biāo)顯示，5G技術(shù)應(yīng)用中，連接密度能達(dá)每平方千米1 000 000個(gè)，實(shí)現(xiàn)1 000億的連接數(shù)量，助力萬物互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)[4]。

表1 4G與5G的性能對(duì)比

1.2 VR的概念及其關(guān)鍵技術(shù)

VR技術(shù)全稱Virtual Reality，即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)，綜合運(yùn)用仿真模擬技術(shù)、多媒體信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、圖像顯示技術(shù)以及三維圖像技術(shù)等多種技術(shù)的高科技技術(shù)[5]。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，用戶可以在虛擬空間中進(jìn)行觀察、聆聽，享受沉浸式的體驗(yàn)，如圖1所示。

圖1 虛擬現(xiàn)實(shí)的交互畫面

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)是三維建模技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及人機(jī)交互技術(shù)。三種關(guān)鍵技術(shù)共同組建虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，如圖2所示。其中，三維建模技術(shù)是用于構(gòu)建空間模型的關(guān)鍵技術(shù)，為用戶構(gòu)建仿真式空間；立體顯示技術(shù)是帶給用戶沉浸式體驗(yàn)的直接表現(xiàn)形式的關(guān)鍵技術(shù)，多借助于VR眼鏡來實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互技術(shù)是保障人和計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行信息溝通交流的技術(shù)，幫助用戶通過數(shù)據(jù)手套、手柄等設(shè)備實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的體感交互[1]。

圖2 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成

1.3 5G+VR技術(shù)用于直播的優(yōu)勢(shì)

5G移動(dòng)通信的低時(shí)延、高帶寬等特點(diǎn)，為視頻的高質(zhì)量快速傳遞提供了技術(shù)支撐，能夠助力VR應(yīng)用發(fā)展。在5G支撐下，研究人員積極探索將VR全景拍攝運(yùn)用于直播領(lǐng)域。5G和VR技術(shù)的結(jié)合，打破了時(shí)間和空間的限制，使用戶突破視角限制，獲取信息更加準(zhǔn)確、真實(shí)，實(shí)用性極高，大大增加了直播對(duì)用戶的吸引。

2 5G背景下VR技術(shù)在新聞報(bào)道中的應(yīng)用

隨著技術(shù)的發(fā)展和新聞業(yè)的探索，當(dāng)前一些新聞報(bào)道領(lǐng)域，5G+VR技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用，并取得一定成果。例如，2018年，中央廣播電視總臺(tái)首次將5G+VR直播運(yùn)用于《我要看春晚》節(jié)目中。再如，2021年北京兩會(huì)期間，中國(guó)電信與北京廣播電視臺(tái)秉承“將5G技術(shù)與媒體報(bào)道進(jìn)行創(chuàng)新融合”的目標(biāo)，共同開展合作，經(jīng)過各方的多次方案研討，最終，北京廣播電視臺(tái)新聞?lì)l道中心新媒體團(tuán)隊(duì)在中國(guó)電信提供專業(yè)技術(shù)支撐的基礎(chǔ)上，首次采用全景式攝像機(jī)對(duì)政協(xié)和人大的開幕會(huì)、小組會(huì)、新聞發(fā)布會(huì)等一系列重要會(huì)議進(jìn)行拍攝，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)北京兩會(huì)的全景式呈現(xiàn)[6]。采用VR技術(shù)對(duì)北京兩會(huì)進(jìn)行全程錄制拍攝的形式，極大地豐富了新聞報(bào)道的制作形式，拓展了媒體傳播邊界，讓觀眾能夠全方位、沉浸式地觀看新聞現(xiàn)場(chǎng)。

3 5G背景下VR新聞直播平臺(tái)的設(shè)計(jì)與建設(shè)

3.1 建設(shè)目標(biāo)

5G背景下，VR新聞直播平臺(tái)的建設(shè)要實(shí)現(xiàn)對(duì)新聞報(bào)道的全景視頻直播，可以通過360度全景攝像機(jī)，對(duì)新聞現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)無縫銜接播報(bào)。此外，直播平臺(tái)還可以在全景直播的基礎(chǔ)上增加虛擬植入，在線上增強(qiáng)新聞播報(bào)效果，吸引用戶觀看，提升新聞直播收視率。新聞直播可能涉及虛擬演播室和戶外新聞現(xiàn)場(chǎng)，因此，VR新聞直播平臺(tái)須能夠及時(shí)更換場(chǎng)景。虛擬的布景以及前景畫面，都需要根據(jù)攝像機(jī)的移動(dòng)、新聞報(bào)道內(nèi)容的變化及時(shí)調(diào)換場(chǎng)景，既降低了演播室布景制作費(fèi)用，也增加了節(jié)目的真實(shí)感。

3.2 5G背景下VR新聞直播系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

VR新聞直播系統(tǒng)大體包括五部分子系統(tǒng)，分別是拍攝、縫合、編碼傳輸、云服務(wù)以及用戶端，全景直播架構(gòu)流程如圖3所示。其中，全景采集和全景縫合部分可以由帶機(jī)內(nèi)實(shí)時(shí)拼接推送功能的360度全景直播攝像機(jī)完成，并在直播現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)上行帶寬在100 Mb·s-1及以上的5G網(wǎng)絡(luò)。借助5G網(wǎng)絡(luò)，全景攝像機(jī)可以及時(shí)地將拍攝到的全景視頻及音頻推送傳遞至云服務(wù)[7]。傳輸環(huán)節(jié)多采用360度全視角傳輸，將捕捉到的所有圖像通過云編碼輸送至云服務(wù)。云服務(wù)再根據(jù)內(nèi)容和直播服務(wù)，將內(nèi)容分發(fā)至不同的用戶終端。

圖3 全景直播架構(gòu)流程圖

3.3 VR新聞直播視頻現(xiàn)場(chǎng)布置要點(diǎn)

3.3.1 拍攝及5G融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

為順利開展VR新聞直播活動(dòng)，攝像師在直播前須提前對(duì)直播現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察和布置，選擇放置攝像機(jī)的最佳位置，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)試，確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，并設(shè)置備用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，防止出現(xiàn)緊急情況。具體而言，首先是攝像機(jī)的選擇。攝像機(jī)是保障VR新聞直播視頻效果的首要物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)于全景直播攝像機(jī)設(shè)備的選擇，第一，要求全景攝像機(jī)具有4K以上分辨率，并且機(jī)內(nèi)具有實(shí)時(shí)拼接功能，保障拍攝到的視頻畫質(zhì)高、清晰可觀，能夠高度還原現(xiàn)場(chǎng)色彩，各個(gè)角度的影像能夠?qū)崟r(shí)拼接，形成完整的畫面；第二，要求設(shè)備具有實(shí)時(shí)消息傳輸 協(xié) 議（Real Time Messaging Protocol，RTMP）網(wǎng)絡(luò)推流直播功能，保障視頻能便捷快速地進(jìn)行云分發(fā)；第三，要求設(shè)備穩(wěn)定性較高，一些新聞直播是在戶外進(jìn)行，可能伴隨著風(fēng)沙、潮濕等惡劣的外界環(huán)境，因此，對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性的要求更高。

其次，網(wǎng)絡(luò)是保障全景直播的重要技術(shù)支持。360度全景攝像機(jī)拍攝的視頻數(shù)量較多。一般直播現(xiàn)場(chǎng)需要布置多個(gè)機(jī)位進(jìn)行拍攝，即使對(duì)視頻進(jìn)行解碼壓縮編碼處理，文件量也仍較大。為了保障推流穩(wěn)定，不影響用戶觀看，可以充分利用5G技術(shù)，搭建一條穩(wěn)定、高速的信息傳輸渠道，助力數(shù)據(jù)信息的傳遞。相關(guān)技術(shù)人員可以根據(jù)5G系統(tǒng)架構(gòu)的技術(shù)規(guī)范，通過小型低功率基站和高功率宏基站，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的科學(xué)調(diào)配，打造超密集無線虛擬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)，構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)，滿足VR新聞直播中的智能設(shè)備應(yīng)用需求[8]。

3.3.2 現(xiàn)場(chǎng)收聲

全景攝像機(jī)自帶的收音設(shè)備所收錄的聲音范圍有限，多集中于機(jī)位附近，難以滿足直播需求。為保障新聞直播的聲音效果，可以在現(xiàn)場(chǎng)專門開設(shè)一條線路，放置收音設(shè)備，并與音響師進(jìn)行溝通，做好音頻調(diào)試。

4 VR新聞直播的關(guān)鍵技術(shù)

5G背景下，要順利開展VR新聞直播，除了需要5G與VR技術(shù)的支撐外，還需要一些其他技術(shù)的支撐，具體如下。

4.1 視頻圖像同步技術(shù)

VR新聞直播的拍攝一般由360度全景攝像機(jī)或多個(gè)不同機(jī)位的攝像機(jī)共同完成。在拍攝過程中，攝影師需要設(shè)置好攝像機(jī)配置參數(shù)，并處理好拍攝中多相機(jī)的同步問題。對(duì)于不同相機(jī)的同步，可以通過閃光同步、運(yùn)動(dòng)同步、聲音同步以及手動(dòng)同步的方法進(jìn)行調(diào)整[9]。閃光同步指通過檢測(cè)不同機(jī)位全景相機(jī)視頻幀內(nèi)的“閃光”信號(hào)，同步各機(jī)位信號(hào)。運(yùn)動(dòng)同步指通過檢測(cè)并匹配不同機(jī)位全景相機(jī)視頻幀內(nèi)的運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行同步。聲音同步即根據(jù)不同機(jī)位全景相機(jī)采集到的聲音頻譜進(jìn)行同步。手動(dòng)同步即以某一時(shí)刻內(nèi)不同機(jī)位全景相機(jī)采集到的畫面手動(dòng)進(jìn)行微調(diào)。

4.2 視頻實(shí)時(shí)拼接技術(shù)

VR新聞直播的信號(hào)采集多是通過多機(jī)位、多角度拍攝的，為了能實(shí)時(shí)傳遞，在采集后須對(duì)不同角度的視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)拼接，并通過空間坐標(biāo)對(duì)視頻圖像進(jìn)行縫合和畸變校正。拼接過程一般包括特征提取、特征匹配、空間匹配、融合校正等步驟?？臻g匹配時(shí)，可以將不同角度拍攝到的圖像注冊(cè)到同一坐標(biāo)系中，根據(jù)集合運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行匹配，匹配完整后，進(jìn)行圖像融合，形成360度全景圖像，供用戶觀看。

5 結(jié) 語(yǔ)

新聞直播能有效保障新聞的時(shí)效性，提高信息傳播速度，引起公眾注意。5G技術(shù)的低時(shí)延、高速率、高連接密度、大帶寬等特點(diǎn)為VR技術(shù)提供了網(wǎng)絡(luò)支持。本文的研究為5G背景下VR技術(shù)應(yīng)用于新聞直播領(lǐng)域的探索提供了新的發(fā)展方向，進(jìn)一步推動(dòng)了新聞直播報(bào)道與新媒體技術(shù)的融合，為新聞媒體行業(yè)發(fā)展提供了更多可能。