8K攝像機視頻流通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò )便攜傳輸的實(shí)現方法及系統*

*深圳市技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)項目：重2020N061 8K攝像機圖像處理關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

0   引言

5G 是最新一代移動(dòng)通信技術(shù)，具有傳輸速度快、網(wǎng)絡(luò )延遲低、帶寬高、連接數密度大、可移動(dòng)性強等優(yōu)點(diǎn)，應用場(chǎng)景十分廣泛^[1]。目前全球大部分國家都在加速推進(jìn)5G 網(wǎng)絡(luò )、5G 基站等基礎設施的部署。5G 在2020 年已開(kāi)始商用，據相關(guān)數據顯示：2020 年有超過(guò)34 個(gè)國家、378 個(gè)城市部署了5G 商用網(wǎng)絡(luò )，并在不斷探索、試點(diǎn)和完善相關(guān)應用。截至2021 年3 月底，我國累計建成5G 基站81.9 萬(wàn)個(gè)，占全球70% 以上，5G 終端連接數超過(guò)2.8 億，全球最大規模5G 商用網(wǎng)絡(luò )已在中國建成^[2]。

8K 超高清是超高清顯示的下一代技術(shù)，能夠提供良好的視頻體驗和品質(zhì)，是技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展的趨勢^[3]。而高質(zhì)量8K 視頻需要>140 Mbit/s 傳輸帶寬要求，5G傳輸帶寬可達到2 000 Mbit/s，可滿(mǎn)足8K 視頻流的傳輸需求。8K 攝像機為作為超高清產(chǎn)業(yè)鏈的前端，主要解決的是8K 內容的生產(chǎn)問(wèn)題。而現有的攝像機視頻數據的存儲主要在存儲卡中，數據傳輸接口主要有HDMI、網(wǎng)絡(luò )接口、WiFi、SDI 等，通過(guò)此類(lèi)接口可以實(shí)現視頻數據跟顯示器、服務(wù)器等傳輸^[4]。以上傳輸方式，在配合相關(guān)設備的情況下，可實(shí)現直播、視頻流錄制等功能。

但在無(wú)人機等各種移動(dòng)方式下，存在實(shí)現不便等問(wèn)題，如果要解決帶寬以及可移動(dòng)便攜性問(wèn)題，需要能跟8K攝像機配套應用的可移動(dòng)式高帶寬網(wǎng)絡(luò )，而根據5G 的高帶寬、低延時(shí)、便攜等特點(diǎn)，設計一種8K 攝像機視頻流通過(guò)5G 信號便攜傳輸的實(shí)現方法及系統，是技術(shù)需要解決的問(wèn)題。

1   系統方案的實(shí)現

1.1 方案簡(jiǎn)述

本文所涉及的8K 攝像機視頻流通過(guò)5G 網(wǎng)絡(luò )便攜傳輸的實(shí)現方法及系統，主要實(shí)現兩個(gè)部分功能，可錄制的8K 攝像機方案、具有5G 通信功能的模塊及中間銜接安裝裝置^[5]。

系統中由8K 攝像機對視頻進(jìn)行采集，編碼壓縮、對視頻信號進(jìn)行傳輸；同時(shí)具有對5G 通信模塊供電、通信控制等功能，5G 通信模塊主要實(shí)現8K 攝像機編碼后的視頻數據無(wú)線(xiàn)傳輸到云端，而8K 攝像機和5G 通信模塊之間通過(guò)USB 信號（或PCIE 信號的方式）進(jìn)行傳輸。

在結構設計和安裝上，8K 攝像機設計了固定外接設備的通用接口，另設計可以拆卸式支架，5G 通信模塊通過(guò)支架固定在攝像機上。當使用8K 攝像機需要進(jìn)行5G 數據及時(shí)傳輸到云端時(shí)，將5G 通信模塊通過(guò)支架固定在攝像機上，8K 攝像機與5G 通信模塊之間供電和通信，實(shí)現8K 視頻的便捷傳輸，可以滿(mǎn)足無(wú)人機等不方便布局網(wǎng)絡(luò )的環(huán)境下直播對硬件設備的需求，節省成本。

1.2 系統方案設計

圖1 為本方案的系統框圖，主要由8K 攝像機、5G通信模塊等組成。其中8K 攝像機主要有電源管理模塊、鏡頭、SENSOR 模塊、ISP 圖像編碼處理模塊以及8K信號傳輸接口等。其中電源管理模塊輸入電壓為12 V，有適配器或電池輸入，主要負責8K 攝像機系統供電及供電邏輯電源管理，同時(shí)通過(guò)USB3.0 或USB3.1 接口電源信號提供給5G 通信模塊的5 V 供電。優(yōu)選方案是，8K 攝像機和5G 通信模塊的USB 連接可設計為T(mén)YPEC插座形式，并通過(guò)合適的線(xiàn)材完成對接，內部數據信號完成8K 攝像機對采集編碼后的音視頻信號傳輸。

SENSOR 模塊、鏡頭、ISP 圖像編碼處理模塊為攝像機的三大核心，鏡頭采集拍攝目標的光信號，SENSOR使用的是能處理8K 分辨率的CMOS 傳感器，鏡頭和SENSOR 連接的卡口可為M43 口或EF 口等。ISP 模塊使用海思的3559A 芯片，也可使用其他具有8K 信號處理編碼的ISP 芯片。5G 通信模塊將攝像機的視頻信號轉為射頻信號，并實(shí)現5G 無(wú)線(xiàn)傳輸，5G 通信模塊內的5G 模塊使用海思的MH5000-31 或其他具有同等功能的模塊。攝像機的ISP 芯片可以通過(guò)USB3.1 與5G 通信模塊進(jìn)行數據交換及設備控制。

圖1 系統框圖

圖2 為本系統實(shí)現的軟件框圖，由于5G 通信模塊的供電是由攝像機提供，在攝像機通電開(kāi)機后，5G 通信模塊也會(huì )同時(shí)通電，隨后攝像機上電初始化，并對USB Device 等接口設備進(jìn)行掃描，確認是否有系統中的5G 通信模塊接入，如果沒(méi)掃描到，則繼續執行檢查動(dòng)作。當檢測到有5G 通信模塊接入時(shí)，開(kāi)始初始化設置5G 通信模塊。攝像機開(kāi)機后，根據攝像機的拍攝設置參數，進(jìn)入設置拍攝狀態(tài)，等待拍攝指令。在檢測到拍攝指令后，開(kāi)始進(jìn)行拍攝和視頻編碼存儲。隨后檢測是否視頻有云端傳輸需求，如無(wú)云端傳輸需求，則繼續保持現有狀態(tài)，如有云端傳輸需求，則獲取云端服務(wù)器用戶(hù)名或所配置地址，并進(jìn)行視頻流上傳。

圖2 功能流程圖

1.3 安裝結構設計

圖3 為攝像機固定支架螺釘示意圖，其中攝像機的側邊設計有2~3 個(gè)可固定支架的螺釘孔，圖4 是支架實(shí)物圖，支架可旋轉，分左側和右側，左側設計有跟攝像機螺釘孔位對應的螺釘孔位，右側為放置5G 通信模塊的區域，圖5 為放入5G 通信模塊的示意圖，通過(guò)以上安裝，5G 通信模塊可以便捷安裝在攝像機上，實(shí)現8K攝像機便攜式的基于5G 傳輸硬件系統的搭建。

圖3 攝像機固定支架螺釘示意圖

圖4 支架實(shí)物圖

圖5 5G通信模塊置入支架實(shí)物圖

圖6 為結構圖紙，1 為螺釘固定，2 為5G 通信模塊放置區。

2   結束語(yǔ)

通過(guò)本文方案的實(shí)施，便捷實(shí)現了8K 攝像機視頻流通過(guò)5G 向云端或服務(wù)器的傳輸，主要實(shí)現的效果如下。

1）8K 攝像機的傳輸帶寬較高，5G 通信模塊傳輸可以滿(mǎn)足數據傳輸流暢要求。

2）8K 攝像機、支架、5G 通信模塊設計為可拆卸獨立模塊，且5G 通信模塊可通過(guò)支架直接固定在8K攝像機上，實(shí)現8K 攝像機靈活的使用5G 通信進(jìn)行數據云端傳輸，滿(mǎn)足任何基于5G+8K 的直播場(chǎng)景需求，如航拍、戶(hù)外直播等。

本方案直接使用ISP 處理芯片作為5G 通信控制模塊的數據交換控制芯片，節省了系統應用成本。

參考文獻：

[1] 5G當代移動(dòng)通信技術(shù)制高點(diǎn)[EB/OL].人民日報,2020[2020-02-04]. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1657557497440734032&wfr=spider&for=pc.

[2] 我國5G基站超81.9萬(wàn)個(gè),規模有多大?[EB/OL].南都大數據研究院,2021[2021-05-17].https://www.sohu.com/a/466967123_161795

[3] 中國超高清視頻產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(CUVA)內容供給組.5G+8K超高清國產(chǎn)化白皮書(shū),2020[A].

[4] 馮玲玲.一種基于DP接口的8K超高清顯示系統:中國,201410810049.X[P].2014-07-30.

[5] 余明火,侯亞榮,王德闖.一種顯示系統:中國,202011205788.1[P].2020-11-2.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年8月期）