5G时代下的智慧广电探索

2020-06-12 10:23:11
顾洁旻/金逸乐
文章摘要: 5G时代,从本质上来说,就是用更低的能量传递更多信息的时代。2019年,是5G的元年,那么5G到底是什么呢?5G的定义,其实就是第五代移动通信系统。他解决了什么问题呢?主要是从1.0到2.0的问题,把物与物的连接变成人与人的链接。

一、概述

1.5G的定义和解决的问题

5G时代,从本质上来说,就是用更低的能量传递更多信息的时代。2019年,是5G的元年,那么5G到底是什么呢?5G的定义,其实就是第五代移动通信系统。他解决了什么问题呢?主要是从1.0到2.0的问题,把物与物的连接变成人与人的链接。

从3GPP所给出的官方定义,我们知道5G有三大特点:超大带宽、可靠低延时和海量接入通信。其最本质的区别就是IOT(Internet of Things,物联网终端)的设备再一次进行了数量级的变更。上世纪90年代,PC时代的终端是几个亿;本世纪前10年,手机为主的移动互联网时代,其终端数量为几十亿;在并不遥远的未来,5G时代的IOT(物联网终端),包含手环、耳机、运动终端、脑机接口等,将可预计达到五百亿的规模。

那个时候,我们所处的世界就将是一个运用移动互联网所构成的通信世界。WIFI将退出历史舞台,人与人思想、文字、图像和声音的交流将有更高的效率。而这一切,目前的广电行业成为了先行者,SMG在2019年对超大带宽、可靠低延时和海量接入通信都有着一定的探索和实践。

2.5G环境下的广电传输模式概述要说5G在广电行业的应用,我们必须先谈一下5G环境下的广电传输模式的转变。

以下表为例,我们可以看到一些常用模式的变化:

从上表中我们可以看出,随着高清到超高清的码流越来越大从微波、光纤、卫星向光纤、卫星、5G转变,从基带传输向基带+IP传输转变,从深压缩编码向浅压缩编码转变。基于这些变化,5G将趋向于流信号和多种分发方式的转变。3.非独立组网的5G的优劣分析

根据上文分析,5G技术其实还在探索阶段。作为率先尝试开发5G技术应用的行业,我们大部分的探索其实是在非独立组网的5G下进行的。那么,什么是非独立组网的5G呢?简单来说,就是在4G的基础上进行的优化,也就是4G+。3GPP在2019年R16版本的内容提出通过8年,建设NRA和RA的5G。

非独立组网的5G,或者说4G+。目前来说,5G商用能做到的下载带宽是1Gbps,上行带宽是125Mb/s。这相当于2个H.265压缩的超高清流或者4个H.265压缩的高清流。这就解决了目前广电行业最急切解决的问题,就是4K的全链路打通。

非独立组网的5G的优势有如下三点:

(1)稳定(信噪比高)。在4G运行了6、7年的基础上进行探索,其带宽、频段都是稳定的,具有极高的信息传输效率。

(2)带宽大。其实这个带宽大本质上来说是对比现在的带宽变大。在4G的环境下,极限100Mb/s的带宽一般能够承载50Mb/s的信息流,也就满足高品质高清的需求,对于4K的制作无法企及。而4G演进版的5G则理论上可以实现500Mb/s的传输,完全可以覆盖浅压缩码流的超高清。

(3)成本低(本质上是4Ge,4G演进版)。这里的5Ge,e的就是先前版本。我们都知道5G技术的三大特征就是高带宽、低时延和海量通信。基于4G基站优化的建设,本质上就是大量提升带宽,在一定范围内降低时延。也就是说,最近一个阶段的应用探索,我们都是应用5G的这两个特性来做的。

当然,其劣势也十分明显:

(1)对IOT(物联网终端)支持不够多。目前可穿戴设备已经足够进入到我们的生活,但是可以直接连接到5G主干网的还不多。这部分是一个产业链的发展过程,而广电作为比较实用的应用场景,本文会就几个特殊IOT(物联网终端)的应用做介绍。

(2)应用场景不够丰富。正如上文所述,5G所带来的万物互联是可预见未来的一个趋势。不过就目前来说,其应用场景还不够丰富,应用技术还是以超大带宽和海量通信为主。智慧广电从本质上来说不仅仅是广电行业的“广播式”传播,更多的则是“散点式”传播,每个人(受众)都将会是信号的发射源,也会是接受点。

二、SMG在5G场景下的应用探索

1.SMG在5G场景下的探索时间表2019年7月,工信部给予中国广电发放了5G拍照。作为广电行业新技术的先驱,SMG早在2018年首届中国国际进口博览会上,就进行了基于5G的广电制作探索和尝试。具体的时间表和内容如下:

从上表中我们可以很明显的发现,基于广电的5G内容探索和应用尝试是基于现有基础的海量通信开始,解决了广电多年没有解决的传输通路问题。从原来的微波、卫星到现在的光纤、5G,150Mb/s带宽的传输通路已经成为成熟的传输方式。对信号收集端而言,这还需要进一步扩展带宽,以实现“浅压缩”的传输;对信号分发端而言,这是一个大屏、小屏和极小屏的多维度展现。下面,我们就三个典型案例来阐述5G的三大特性(超大带宽、海量通信、超低延时)所带来的智慧广电模式的创新。

2.超强宽带所带来的沉浸式体验测试:中超联赛2019赛季开始,SMG与咪咕视讯、体奥动力一起在中超联赛进行了5G+智慧赛事制作的测试。整个测试分为三个阶段:

第一阶段是将信号传回来,也就是打通HD信号,大约用到了30Mb/s的带宽;

第二阶段是作为直播链路进行4K HDR信号的直播,大约用到了150Mb/s带宽;

第三阶段则是通过5G实现了现场与家庭的互动,实现小范围IOT(物联网终端)的多媒介直播。

以下是整体的测试链路图:

整体的制作链路如下:

·4K HDR(通过H.265,HEVC编码)传输到5G CPE;

·5G CPE通过信号接收器和主干网交换器,链接到制作中心;

·制作中心进行制作后进行播出:4K HDR和VR的播出;

·制作中心通过卫星和传统有线电视渠道进行播出;

·现场部分IOT(物联网终端)通过下行通路实现了低码流的信号返看;

·部分移动的IOT(物联网终端)可以实现数据的实时推送。这个案例中,主要通过5G的150Mb/s超大带宽实现了4K HDR信号(50Mb/s)和VR信号的同时传输。

运用了下行的更大带宽实现了球场大屏幕、转播车信号返送的接入。同时,接入到现场HUB,以期待未来整个球场的智慧场馆建设中,给现场所有球迷的AR眼镜中推送现场直播的信号。这样的一路信号,可以最大限度的弥补现场看比赛所带来的信息不足。

而在移动IOT(物联网终端)端,主教练的可以通过PAD实时看到主队及客队的体能数据和技术数据,让整个比赛的竞技不仅仅是身体上的较量,而是智慧+身体的“力与美”的结合。

对于未来,能否通过强大的下行系统运用海量通信的优势接入电商平台,并且结合AI的脑机接口实时读取人类的潜在欲望,进一步拉动内需,这将是广电行业to C的一个重要途径和方向。

3.海量通信接入的IOT(物联网终端)设备测试:上海国际马拉松赛

2019年,SMG与飞利浦合作,在上海国际半程马拉松赛和10月的上海国际马拉松赛中,使用了5G-CPE技术,运用其海量通信的接入特性,实现了现场参赛选手的实时返送,并期望推广使用AR技术实现信息推送。在播出端,与PQ的HDR播出参数结合,实现800~4000nit的IOT(物联网终端)自适应播出,成功实现了不同IOT(物联网终端)的个性化定制播出。

以上图是整体测试连路图:

整体制作链路如下:

·4K HDR(通过H.265,HEVC编码)传输到5G CPE;

·5G CPE通过主干网,链接到SMG总控;

·SMG总控进行多个IOT(物联网终端)的播出

◆大屏:4K HDR PQ模式;

◆小屏:PAD模式HDR PQ模式,可调节HDR效果;

◆极小屏:手机HDR模式;

·现场部分IOT(物联网终端)通过下行通路实现了低码流的信号返看。

在这个案例中,多个IOT(物联网终端)直接链接到CPE实现了IOT(物联网终端)的交互传输。CPE在这里不仅是一个接收设备,更是一个广播设备。从广义角度来说,电视机、手机和PAD上的自定义直播,将现场的每一个镜头,或者说是每一个想要体验的场景(5Dof-VR直播),通过5G的方式完全链接了起来;从侠义角度来说,万物互联的另一个意义在于参赛选手可以从全局视角,也就是“上帝视角”观看比赛,也可以拉回到自己所参与的比赛中。每一个人都是这个活动,这个世界的一份子,也可以通过全局的“作战地图”来制定自己的目标,更好的享受当下,享受生活。

4.超低延时环境下的4K电视直播:上海国际电影节

随着5G探索的深入,2019年的上海国际电影节直播成为了第一个真正使用5G技术作为直播链路的重大节目。在与中央广播电视总台(CMG)的前期方案制订中,卫星传输和5G传输被定为主备路传输手段将4K HDR信号从上海传输到北京。节目制作中,我们发现5G的延时让我们惊喜。通过编码、信号发送、接收和编码、调制、上星、下星、解调等步骤,我们发现5G方式的传输延时更低。也就是说,在深压缩状态下,4K HDR(50Mb/s)信号将多一种可靠低延时的信号传输通道。

以下是整体测试链路图:

整体制作链路如下:

·4K HDR(通过H.265,HEVC编码);

·主路:调制器进行上星,卫星传输后至CMG总控,延时约140ms;

·备路:5G-CPE通过主干网,链接到CMG总控,延时约80ms;

·CMG总控进行对外播出:3840*2160 UHD,PQ模式,BT.2020编码。

在这个案例中,可靠低延时进行了现场的超高清直播,让5G进行4K、VR的新闻直播和突发事件报道成为可能。进一步来说,在人类无法进入的场所和地方,5G的部署将完成更多、更大信息量的探索。

可靠低延时是通过5G技术的时分、波分、光分复用实现的。根据不同的IOT(物联网终端)应用,其带宽限制已经逐渐被释放,可实现更多电影中“未来科技”的内容。

当然,以上测试及办法是在特定环境、特定场景下进行的测试,并做了合理的展望。对于5G三大特性的综合应用,以及未来6G技术通过类似于“星链计划”的方式,其本质上还是更大带宽、更小延时和更多IOT(物联网终端)的可靠通信技术。作为“智慧广电”这样一个应用领域,我们需要进一步深入挖掘更便捷、更及时、更智能的信号“广播”和“收集”模式,才能更好的把控舆论导向,在新时代下实现媒体真正的价值。

三、未来发展趋势和展望

1.从“拓扑结构”向“星空结构”转变5G将会被更多的技术赋能。OTT的传输将成为未来的常规形态,服务于大屏和小屏;基于5G的远程制作和传输将进一步提升人的价值。而物联网将现场制作成为一个“星空”的核心,给予现场和家庭不同的消费体验。

通过对每一位球迷的虹膜扫描,结合AI的情绪判断,我们就能提前知道中场休息,你想吃什么,喝什么。同时,实时推送进球球员的球衣,完成虹膜支付将成为新的电商平台运作模式。平台与平台的结合,让广电行业原本to B和to G的属性增加一个to C。同时,每个人都将成为自媒体,大家的参与感和沉浸感更强了,将链接为一个“星空结构”。

2.低能耗高信息量构建的IOT(物联网终端)世界

低耗能高信息量,是信息传播和演化的趋势。

目前所拥有的信息传输成本的方式如下:

从上表来看,5G时代下的IOT(物联网终端)的新设备,还不能直接连接到交换机,包括:手机、手表、电脑、智能家居等。但这是未来演进的趋势,也会是“万物互联”的重要一步。

IOT(物联网终端)的世界就此构成,人与人的链接将会成为下一代世界构建的主题。

信息化软件服务网 - 助力数字中国建设 | 责编:夏丽
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