5G背包在電視直播中的應(yīng)用

安忠輝

（安徽廣播電視臺(tái)，安徽 合肥 230065）

0 引 言

4G時(shí)代，傳輸背包在某些時(shí)候能成為電視直播鏈路的非正式補(bǔ)充。到了5G時(shí)代，直播背包已經(jīng)可以完全獨(dú)立地承擔(dān)新聞采編傳的任務(wù)。更關(guān)鍵的是，除單兵采訪外，在5G網(wǎng)絡(luò)加持下的背包也能夠作為專(zhuān)線傳輸鏈路應(yīng)用。

1 5G背包模組及發(fā)展簡(jiǎn)述

全媒體時(shí)代的現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道不僅僅局限于新聞?wù)Z言和新聞畫(huà)面，還需要積極調(diào)動(dòng)沉浸式感官體驗(yàn)，將電視畫(huà)面中無(wú)法呈現(xiàn)的內(nèi)容，通過(guò)數(shù)字虛擬方式讓受眾立體感知事件現(xiàn)場(chǎng)的情況，讓觀眾融入報(bào)道的現(xiàn)場(chǎng)，使人感同身受。與傳統(tǒng)直播設(shè)備相比，5G背包依托電信運(yùn)營(yíng)商的5G網(wǎng)絡(luò)、鏈路聚合傳輸、視音頻超高清編解碼等技術(shù)手段，由可調(diào)節(jié)背包和可更換攝像前端兩大部分組成。5G+4K的輕便式背包，具有畫(huà)質(zhì)優(yōu)秀、操控簡(jiǎn)單、體重小、移動(dòng)靈活、數(shù)據(jù)傳輸便捷等優(yōu)點(diǎn)，在單兵上可以實(shí)現(xiàn)超高清品質(zhì)畫(huà)面的采集錄制，再利用5G網(wǎng)絡(luò)編碼回傳，極大地提高了效率。數(shù)字視訊公司的新一代5G+4K背包相對(duì)于傳統(tǒng)高清背包來(lái)說(shuō)，在畫(huà)面質(zhì)量、壓縮效果、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性、與網(wǎng)絡(luò)5G信道的整合傳輸能力等幾個(gè)方面都做出了改進(jìn)，可以做到對(duì)4個(gè)角度的超高清信號(hào)同時(shí)解碼、同步傳送，在采用5G公網(wǎng)鏈路傳送后，可以保證各個(gè)角度間的視頻同步時(shí)差小于40 ms，從而可以達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)的直播要求，為觀眾提供更佳的感官感受。

5G背包在里面安裝5G CPE終端，連接超高清攝像頭和編碼器，通過(guò)大范圍、高帶寬、低延遲5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將視頻流發(fā)送到直播控制室，背包系統(tǒng)整體包括信息收集終端、數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)和呈現(xiàn)終端三部分。其中，內(nèi)容采集部分采用TVUOne5G4K直播背包實(shí)現(xiàn)。5G背包將攝像機(jī)的基帶視頻信號(hào)解碼后，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳送到接收機(jī)，接收機(jī)再把網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換成基帶視頻信號(hào)進(jìn)行電視直播，也可以通過(guò)接收機(jī)進(jìn)行推流，在新媒體平臺(tái)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)直播。在傳輸網(wǎng)絡(luò)中，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、5G網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)同時(shí)使用，通過(guò)多個(gè)鏈路的捆綁也可以幫助獲得更高的傳輸速率以及更穩(wěn)定的傳輸效果。5G背包通過(guò)攝像機(jī)、IP攝像頭、無(wú)人機(jī)等多種終端拍攝采集信號(hào)，每個(gè)傳輸終端同時(shí)并行傳輸信號(hào)，后經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?G超高清視頻直播 平臺(tái)[1]。

5G背包從2019年開(kāi)始孵化，經(jīng)過(guò)兩年多的發(fā)展，2021年開(kāi)始，5G背包技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傳輸?shù)母嗑S應(yīng)用，由初期的泛廣電嘗試應(yīng)用逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺V電制播多領(lǐng)域常規(guī)使用模式，并在2022年逐步走向成熟。5G背包直播技術(shù)相比于傳統(tǒng)視頻直播方案，具備超低功耗、高靈活性、易操控性、易于聯(lián)網(wǎng)性、高度抗干擾性和持久穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于重大新聞、體育賽事、文娛節(jié)目、云上景區(qū)以及視頻推流等各種直播活動(dòng)。

2 5G背包直播的傳輸模式及優(yōu)勢(shì)

2.1 傳統(tǒng)直播背包弊端

2.1.1 信號(hào)質(zhì)量不穩(wěn)定

傳統(tǒng)的直播背包，特別是應(yīng)用于4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的背包，在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)堵塞，導(dǎo)致回傳圖像靜幀、馬賽克等狀況，尤其是當(dāng)圖像運(yùn)動(dòng)得較快時(shí)會(huì)更為嚴(yán)重，致使直播畫(huà)面無(wú)法使用。此外，由于電信運(yùn)營(yíng)商基站在城鄉(xiāng)不同區(qū)域的數(shù)量分布不均，基站覆蓋人口密度不同，會(huì)導(dǎo)致4G背包信號(hào)的帶寬分配不足，當(dāng)單一基站覆蓋的用戶數(shù)量過(guò)大時(shí)，4G背包的傳輸速率大打折扣，對(duì)直播的畫(huà)面質(zhì)量影響也相當(dāng)大。

2.1.2 傳輸圖像質(zhì)量的影響

4G網(wǎng)絡(luò)的理論速率為10～100 Mb·s-1，不過(guò)由于4K圖像碼率較大，即使編碼壓縮后傳輸，也無(wú)法達(dá)到4K超高清視頻的最低壓縮傳輸速度。另外，由于4G帶寬的制約以及編解碼過(guò)程中可能存在一些資源消耗的問(wèn)題，同樣的SD/HD（標(biāo)清/高清）節(jié)目信源，在通過(guò)4G背包直播時(shí)所傳送的圖像質(zhì)量和速率，甚至還沒(méi)有通過(guò)衛(wèi)星車(chē)直播清晰和 順暢[2]。

2.2 5G背包直播傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)

2.2.1 采用廣播級(jí)4K/8K超高清編解碼技術(shù)

5G+4K/8K背包，徹底改變了4G背包在使用中所面臨的一些痛點(diǎn)問(wèn)題。5G+4K/8K背包提供了廣播級(jí)的超高清畫(huà)面質(zhì)量，對(duì)應(yīng)多聲道的視音頻編解碼技術(shù)，向下自適應(yīng)兼容低位技術(shù)。4K背包可同時(shí)輸出1路4K節(jié)目和1路高清（High Definition，HD）預(yù)覽信號(hào)，滿足制作級(jí)+預(yù)覽的不同畫(huà)質(zhì)及編碼需求，或者同時(shí)輸出4路HD節(jié)目；8K背包支持輸出1路8K節(jié)目（7 680×4 320），或同時(shí)輸出4路4K節(jié)目[3]。5G+4K/8K背包技術(shù)首次讓移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)成為可靠的傳輸通路平臺(tái)，為便捷式新聞采編帶來(lái)了全新意義。

2.2.2 高可靠性下的低延時(shí)傳輸

5G+4K/8K背包支持4G/5G/WiFi/互聯(lián)網(wǎng)/專(zhuān)網(wǎng)等多類(lèi)鏈路傳輸模式，使用場(chǎng)景靈活。在確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的前提下，結(jié)合低延遲數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，端到端可提供不低于200 ms的編解碼延遲，不僅可以使觀眾獲得與直播現(xiàn)場(chǎng)同步的觀感，還能夠進(jìn)行多地視頻交互，豐富電視節(jié)目制作形式。

2.2.3 對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的良好適應(yīng)性

現(xiàn)階段，各家5G背包的制造生產(chǎn)商，除了依托于自身的技術(shù)積淀，還與各大運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行深度合作，并根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)制式特點(diǎn)，對(duì)信道優(yōu)勢(shì)進(jìn)行技術(shù)提升。大多背包可多卡同時(shí)鏈接移動(dòng)、聯(lián)通、電信等三家移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，并采用信道聚合等新技術(shù)以確保4K/8K視頻傳輸所需的安全帶寬，并同時(shí)采用安全可靠的傳輸（Secure Reliable Transport，SRT）、實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議（Real Time Messaging Protocol，RTMP）等最新技術(shù)，以滿足公網(wǎng)和云視頻特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流媒體端的傳輸需求。

2.3 5G背包視音頻傳輸?shù)闹饕夹g(shù)方法

主流5G背包提供單路SDI/HDMI的HD/4K接口以及4路SDI的HD接口，對(duì)視音頻可以提供HEVC、VVC、AVS2/3、JPEG-XS編解碼，流媒體以SRT、RTMP、UDP、RIST等為傳輸方式，對(duì)視頻壓縮碼率范圍為3～80 Mb·s-1。對(duì)于4K視頻傳輸只有一個(gè)使用方式，但對(duì)于HD視頻傳送有如下兩個(gè)使用方法。

2.3.1 單進(jìn)單出

單進(jìn)單出即單信源直接接入5G背包，利用5G、4G或有線互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)直播傳輸?shù)膽?yīng)用。單進(jìn)單出是單信源視頻傳輸應(yīng)用模式，占據(jù)寬帶資源相對(duì)較小，所以對(duì)場(chǎng)地環(huán)境條件要求也較少。假設(shè)只有單一路HD視頻的傳送，場(chǎng)地具有良好的4G或5G覆蓋即可。假如是多個(gè)單路視頻直播傳送，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的傳輸總速率狀況，適當(dāng)減少單路視頻傳輸所占總帶寬的比例。若采用移動(dòng)直播，則一般采取聚合的方法實(shí)現(xiàn)傳送，要求場(chǎng)地具有4G/5G信號(hào)的連續(xù)覆蓋[4]。

2.3.2 多進(jìn)多出

多進(jìn)多出是將2～4路信源接入5G背包，使用5G或有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)直播傳輸?shù)膽?yīng)用。多進(jìn)多出是多信源視頻傳輸應(yīng)用模式，一般在靜止場(chǎng)景中使用。但由于要將多路視訊直播回傳，所耗費(fèi)寬帶資源也相應(yīng)較多，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境條件的要求也較高，因此不僅需嚴(yán)格保證背包接收的5G信號(hào)強(qiáng)度大于安全閾值，還需保證公用通信基站的寬帶速率要超過(guò)視頻傳輸速率。

3 5G背包及5G技術(shù)的廣泛直播應(yīng)用

目前，5G背包已經(jīng)逐步應(yīng)用于各行業(yè)。以中央電視臺(tái)和各大省級(jí)衛(wèi)視為代表的傳統(tǒng)媒體，普遍采購(gòu)了5G背包應(yīng)用于各類(lèi)節(jié)目制作，如春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)、兩會(huì)、一帶一路發(fā)展高峰系列論壇、世界園藝博覽會(huì)、中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)等大型社會(huì)活動(dòng)的新聞報(bào)道。三大運(yùn)營(yíng)商也陸續(xù)采買(mǎi)5G背包，進(jìn)行商業(yè)演出現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)容采集，以豐富其IPTV內(nèi)容。

3.1 常規(guī)5G背包直播應(yīng)用

5G背包在接口上的豐富以及在實(shí)際使用上的簡(jiǎn)單，大大提高了5G背包的實(shí)用價(jià)值。同時(shí)，5G背包視頻傳輸技術(shù)也具有輕量化、移動(dòng)化、模塊化的優(yōu)勢(shì)，配置簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便、反饋靈敏，大大降低了運(yùn)輸費(fèi)用、科技生產(chǎn)成本、資金投入成本。同時(shí)通過(guò)與節(jié)目組深度耦合，雙方共同打造了快捷、靈活的全媒體轉(zhuǎn)播形式，尤其是在重大賽事報(bào)道階段，節(jié)目組能夠在對(duì)場(chǎng)館現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行錄像轉(zhuǎn)播的前提下，通過(guò)5G背包實(shí)現(xiàn)全媒體錄像放送。

5G背包的直播鏈路有兩種形式。一種是由5G背包發(fā)射端進(jìn)行視頻解碼，通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸，傳輸?shù)街辈フ净蛑辈テ脚_(tái)，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)廣播。另一種是使用集成5G模塊實(shí)現(xiàn)，集成5G模塊的編碼推送設(shè)備將視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到5G基站?，F(xiàn)在，很多背包集成了這些功能，為移動(dòng)傳輸提供了極大的便利，消除了傳統(tǒng)電纜傳輸?shù)南拗疲瑐鬏敺绞揭沧兊酶屿`活。

3.2 固定場(chǎng)景下的5G背包直播應(yīng)用

在固定場(chǎng)景下進(jìn)行直播，由于多數(shù)場(chǎng)景均有5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，且5G信號(hào)覆蓋良好，信號(hào)源往往通過(guò)4K攝像機(jī)進(jìn)行輸出。攝像機(jī)可以同時(shí)輸出兩路高清信號(hào)，一路通過(guò)數(shù)字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）輸出，另一路是通過(guò)高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）輸出。兩路信號(hào)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)5G背包。兩個(gè)5G背包在不產(chǎn)生沖突的情況下，可以選擇不同的運(yùn)營(yíng)商信號(hào)進(jìn)行回傳。其中一路作為直播的主要應(yīng)用信號(hào)，而另一路則作為備用信號(hào)，以此增加直播的安全性[5]。

3.3 移動(dòng)場(chǎng)景下5G背包直播應(yīng)用

使用5G背包直播，可以支持高帶寬功能，支持多通道高清視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)回傳、高清畫(huà)質(zhì)傳輸，結(jié)合5G和編碼技術(shù)的多通道視頻訪問(wèn)，可實(shí)時(shí)查看多通道視頻屏幕。移動(dòng)環(huán)境下，信號(hào)源由轉(zhuǎn)播車(chē)和多個(gè)獨(dú)立的攝像頭供給，并且按照?qǐng)鼍靶枰梢造`活選取。5G背包可以很好地服務(wù)直播、轉(zhuǎn)播應(yīng)用，不需要經(jīng)歷轉(zhuǎn)播車(chē)制作分發(fā)，而是基于云計(jì)算、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)高速傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)直播設(shè)備云化和人員服務(wù)遠(yuǎn)程化，信號(hào)采集和制作分發(fā)更加靈活。如果場(chǎng)景周?chē)h(huán)境有有線網(wǎng)絡(luò)，則優(yōu)先考慮有線網(wǎng)絡(luò)。如果沒(méi)有有線網(wǎng)絡(luò)，則通過(guò)各個(gè)通信運(yùn)營(yíng)商的5G網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳送信號(hào)。5G背包基于場(chǎng)景中的5G信號(hào)和云直播、轉(zhuǎn)播的傳輸功能，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)均使用5G背包傳輸視頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)輕量收集，更靈活地部署攝像頭，全面體現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)。在移動(dòng)場(chǎng)景中，5G背包具有領(lǐng)先的圖像預(yù)處理技術(shù)，可以對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行編碼和實(shí)時(shí)傳輸。直播演播室可以通過(guò)引導(dǎo)轉(zhuǎn)換臺(tái)等進(jìn)行制作和轉(zhuǎn)換，并使用5G基站發(fā)送和廣播視頻信號(hào)。這解決了基站快速移動(dòng)帶來(lái)的傳輸帶寬限制和基站頻繁切換問(wèn)題，成功地實(shí)現(xiàn)了高清視頻信號(hào)的穩(wěn)定回傳。這種場(chǎng)景主要是利用了5G背包支持更多視頻傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，設(shè)備數(shù)量較小，布局靈活，有效節(jié)約了人力物力。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著國(guó)家新基建的推進(jìn)，5G的建設(shè)和應(yīng)用大力開(kāi)展。視音頻采集回傳及分發(fā)作為廣受關(guān)注的5G應(yīng)用之一，必將極大助力5G的發(fā)展，并為媒體的內(nèi)容及形式增色。5G直播系統(tǒng)將借力5G+4K技術(shù)，推動(dòng)整個(gè)廣播電視4K超高清技術(shù)發(fā)展。新聞傳播業(yè)在新一輪的技術(shù)革命下，不僅要轉(zhuǎn)變自身理念，更需要依托5G技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)新不同的新聞傳播模式。

隨著5G產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，超高清視頻等5G創(chuàng)新應(yīng)用也在不斷加速落地。目前5G背包技術(shù)已經(jīng)深入采編播的各環(huán)節(jié)，全媒體記者也已初步通過(guò)5G、4K、VR/XR/MR等新技術(shù)手段，對(duì)宣傳報(bào)道的模式進(jìn)行了大膽改革和優(yōu)化，同時(shí)通過(guò)運(yùn)用新技術(shù)等手段，融合了更多數(shù)字化、場(chǎng)景化新元素，打破了原有線纜傳播的束縛，新聞傳輸方式也將更為靈活多樣。由此，5G全媒體采編在融媒體采訪報(bào)道中的優(yōu)勢(shì)作用將更加凸顯，它將持續(xù)推進(jìn)傳播平臺(tái)向IP化、超高清、云平臺(tái)、智能算法的加速過(guò)渡，加速打開(kāi)媒體融合生產(chǎn)、融合傳播模式持續(xù)創(chuàng)新的新局面。