《5G媒体应用白皮书》内容浅析

作者：中央广播电视总台 李皓伊 王振中

摘要：

目前，5G网络在飞速发展中，同时给媒体行业带了新的发展机遇，本文主要介绍《5G媒体应用白皮书》如何引领5G+4K/8K+AI发展战略，全面推进5G技术的多元化应用。

关键词：

5G 媒体应用白皮书

一、《5G媒体应用白皮书》编制背景

2018年底，中央广播电视总台联合三大电信运营商、华为公司成立了5G媒体实验室。两年来，围绕5G+4K/8K传输、5G+VR制作、5G+4K移动云制作及5G网络家庭环境四大主题开展了一系列媒体应用创新工作。

研究成果应用于国庆70周年庆典、春晚、世园会等多项大型活动，并自主研发了5G+4K/8K背包。

为了更好地落实总台5G+4K/8K+AI发展战略，全面推进5G技术的多元化应用，2019年11月总台牵头成立了5G媒体应用白皮书的编制小组。

历时8个月、经过5轮主要修改与讨论，于6月完成报审稿，并于近日通过了由行业知名专家组成的终审会。

二、整体架构介绍

《5G媒体应用白皮书》（以下简称“白皮书”）的整体架构分为八个章节，前三个章节是标准性文件共有章节，第一章为白皮书描述的范围，第二章为规范性引用文件，第三章为白皮书使用的关键缩略语。第四章开始进入白皮书的实质性内容，针对第四章的制定，白皮书针对5G媒体应用展开描述，从电视台的直播流程角度来讲，最基础的要求是无线传输，在3G时代，已经开展对于3G回传的测试；进入4G时代，逐步开展了一些实践应用，在2014年的南京青奥会时已经尝试使用4G进行传输，在基于移动通信的传输技术之外，电视台还有其他的无线传输方式，包括微波传输、卫星（DSNG）传输等，以上的传输方式是5G到来之前掌握的传输方式。

现在来到了5G时代，首先需要思考5G能给我们带来什么新的能力，能够开展哪些媒体应用。第四章介绍5G媒体应用的场景，通过5G的速率、时延、稳定性、移动性等特点，总结出现阶段第一批可以开展的5G应用，包括了三种形态，第一个是采集传输，第二个是移动云制作，第三个是VR制作及分发。这三个应用形态是白皮书第五章、第六章、第七章的内容。最后的第八章，介绍5G发展现状和未来的展望。

三、白皮书内容

1. 白皮书描述的范围、引用规范和缩略语

主要包括基于5G技术的视音频采集传输、移动云制作和VR制作分发这三类应用的技术要求。列出白皮书中使用的规范性的引用文件，引用文件分为三类。第一类是广电行业内部的制播规范，包括超高清制播规范、HDR制播规范、视音频测试规范等。第二类是编解码技术方面，包含AVS标准的编解码等；第三类是引用的关于5G网络的技术标准。介绍关键缩略语，包含了广电、通信、互联网行业和 5G 技术的名词和缩略语。

2. 5G承载能力和5G的媒体应用场景

白皮书分析了目前媒体业务应用主要成熟场景以及5G技术和商用网络现状，分为两种典型的媒体应用场景：一类场景：4K超高清视音频直播、新媒体直播、移动云制作、VR制作等业务。二类场景：新媒体分发、视音频文件传输等业务。并对两类应用的生产流程、技术要求和关键指标进行定义，这是我国媒体行业首次对于5G技术应用提出的技术规范，为5G技术与媒体生产的深度结合和快速发展打下坚实的基础。

一类场景：网络具备比较好的覆盖和容量条件，可通过针对性网络部署和优化，以及综合切片等端到端保障策略和方案进行业务保障。可承载高码率直播等网络要求高的业务。平均速率满足上行70Mbps，下行500Mbps，延时小于30ms。

二类场景：业务要求较高，网络具备基础覆盖和容量条件，可通过针对性网络优化以及综合切片等保障方案进行业务保障。可承载中、低码率直播等业务。平均速率满足上行40Mbps，下行300Mbps，延时小于40ms。

媒体应用非常关注几个关键指标，首先是“稳定性”，在传输过程当中，不能丢包，不能有过多的误码，否则无法进行视频业务传输，5G网络能够提供小于1%的丢包，小于0.001%的误码率。

另一个很关键的指标也是在实践测试当中经常用到的，就是“移动性”总台使用的采集摄像机不仅是一个固定机位的摄像机，大部分是移动机位，当机位在不停地移动时会出现从一个基站切换到另一个基站的情况，在基站切换的场景下，5G能够提供切换的成功率和接入成功率都是100%，但是在基站切换的过程当中，5G网络一定会出现瞬时丢包、延时增加。电信运营商可以接受的10%的丢包率对于总台开展直播业务是不能接受的，因为总台要求的是播出安全，有10%的丢包可能就会造成直播信号的花屏和马赛克等现象，需要结合跨多个运营商网络的并行传输方法来保障传输质量，具体方法在第五章进行定义。

结合了媒体实验室近两年的工作成果，在现阶段的实际测试过程中，采集传输，移动制作，VR制作分发，这三个应用是完全可以采用5G来支撑的。

图2描述的是电视台的生产流程，电视台传统的生产流程分为五步：采、编、播、存、管。在现阶段，我们可以用到的环节是前三个：采、编、播。如果能在后两个存、管环节，也使用到5G技术，我们就可以很方便地把横轴进行扩展。

在纵轴上，在这次白皮书里面，我们涉及到两种业务形态，第一种是4K节目，第二种是VR节目，下一步考虑如何把8K节目放在纵轴上去进行扩展。

表1描述了三种业务形态需要运用5G哪方面的能力。采集传输，实际上解决的主要是信号回传问题，采集传输对5G的上行能力要求非常高，对时延非常敏感，需要用到低时延的能力；同时移动云制作、VR制作分发对5G上行、下行带宽、低时延能力都非常高。只有最高等级的网络质量才能满足我们这三类的应用的要求。

根据前一段时间的研究、实践，整理了5G媒体应用的整体框图（图3），分为外场、5G网络传输、园区及应用三部分。

外场部分中，通过一些便携式的设备，比如背包、针对VR业务的全景摄像机，可以将采集的信号通过CPE接入到宏站，然后进入到5G网络；中间这部分是5G网络，包含接入、承载、核心三个部分，通过5G网络将采集的信号回传到台里，在台内园区有两种落地方式。第一种，可以通过一个视分系统接入园区的基础网络，之后进入生产域，把信号根据规划推送到生产系统里。

3. 采集传输应用技术要求

白皮书将基于5G的采集传输的流程定义为从采集、加嵌（可选环节）、前处理、5G传输、后处理、IP信号调度（含监控监测）到解码的过程。依据5G媒体制播的采集传输特点，白皮书将采集传输应用分为两种场景：现场制作场景和远程制作场景，并对5G采集传输应用的业务边界进行了说明。

白皮书按照5G采集传输应用的流程顺序，依次描述了采集、加嵌、前处理、5G网络传输、后处理、IP信号调度等各环节的具体技术指标要求，并给出了5G边缘云与媒体制播相结合的应用建议。

5G技术可以提供稳定的百兆上行带宽和千兆下行带宽，这使得它能够作为微波、卫星和专线传输的有效补充，前场4K摄像机拍摄的信号经压缩编码、加密后即可接入5G网络回传，不仅可以支持传统的现场转播车制作模式，同时也能将信号直接回传至总台北京总部，在后方实现远程制作，这种直播模式成熟后会大幅简化生产流程并显著降低制作成本。

为了进一步提高5G回传的便捷性，总台联合国内骨干企业共同研发了具备自主知识产权的5G+4K/8K超高清移动传输系统（即5G背包），目前已升级到第三代，除了续航能力、传输稳定性和抗干扰性能的提升，还集成最新的5G模组，更加便携易用，SRT、RIST等协议的应用使得5G背包具备较强的纠错能力，在公用的5G网络环境下也能够保证传输质量满足电视直播的要求。

针对移动机位信号采集在5G网络基站切换时出现的丢包现象，5G背包支持多路并行传输模式，即直播信号同时跨多个运营商网络传输，在接收端根据信号质量择优接收、无缝切换，这在去年的国庆阅兵直播中得到成功应用。

5G+4K超高清移动传输系统核心技术中采用的编码协议还是H.265，技术参数要求满足以下条件：第一，完全满足4K制作，分辨率、位深、色域、HDR、支持PQ、HLG曲线；第二，基带信号压缩以后，应该支持多种协议，比如UDP、RTP、SRT、RIST、RTMP等常用的互联网新媒体分发协议。第三，编码器的输出范围，码率范围建议在40Mbps至60Mbps之间，在此范围内的码率才能满足质量要求，也能兼顾5G的网络能力。

在5G网络传输要求的研究中，对上行链路带宽的要求，从码率范围的两端来考量，当传输码流的码率是40M的时候，需要可利用带宽不小于60M；当码流的码率是60M的时候，需要5G提供的网络带宽不小于80M；下行链路要求，需要带宽不小于200M，这样才能保证传输质量，对于时延来看要求RTP时延峰值不能高于40毫秒，最大不能超过40毫秒，抖动最大不能超过30毫秒，丢包率采用一些方式去纠错，但是5G网络丢包率不能大于1%。

4. 移动云制作

在传统的云制作当中，分为云端和本地端；5G时代到来以后，增加了一个新的能力，就是边缘计算，未来基于5G的移动云生产，可以形成三端互动，公有云加上边缘云，再加上本地，这三个端都有一定的运算能力，也都有存储能力，但我们希望把这三端的能力综合考虑，打造一个最优的生产流程。

基于5G的移动云制作将5G传输、云计算与媒体生产融为一体,不仅可以通过无处不在的5G接入，将传统固定时间、固定地点的预约生产模式，转变为任意时间、任意地点的自由工作方式，更为重要的是5G带来的边缘计算能力，会将传统云生产模式下“云+端”的两级生产模式升级为“云+边缘+端”的三级生产模式，而边缘节点带来的计算能力将进一步释放用户端的计算渲染压力，用户不再需要专业设备，而是使用普通的笔记本电脑、手机、PAD等移动终端，即可通过5G网络进行4K超高清节目采集、编辑、包装、合成以及节目推送等制作，新闻类、体育报道类时效性强的节目尤其适合这种制作模式。

高码率移动云制作5G网络需求：利用5G低时延、高带宽的特性，实现基于便携设备接入5G网络访问云服务内容平台，进行全高码率的本地化或混合化移动制作。

高码率移动制作，需同时访问本地媒体资源以及云服务内容平台媒体资源，在实时访问内容平台HD四层、4K两层情况下建议遵循如表2的5G网络要求。

图4为节目生产的流程图，可以看到最左侧是信号采集，可以通过各种方式，传到云服务内容平台上来，云服务内容平台除了需要提供收录的能力，还要提供管理能力、渲染能力。

编辑终端涵盖了很多类型，本地终端既可以是专业的非编工作站，也可以是手机或者是PAD。从编辑模式上来看，也包括很多种，包含本地制作、云端原码率的制作、以及高低码率结合的混合制作。

在混合制作的时候，需要使用移动编辑工作站，既有本地的素材，也有云服务内容平台上的高码率资源，然后共同进行渲染，生产出节目。

这样就要求5G网络下行链路不小于100M和120M，对于四层20M的高清编辑，5G网络需提供不低于100M的接入能力，对于2层50M的4K编辑，5G网络应提供不低于120M的接入能力，从传输时间上要求，RTP的整体时延不可大于40毫秒。

上行链路上也有相应的要求，对于4K编辑，要做25M的MP4，需要保证上传速率不低于两倍速，这就要求上传链路，必须要大于60M的带宽。

5. VR制作及分发技术要求

另一种应用形态是VR制作及分发，VR制作及分发分成了两个流程，第一是直播流程，第二是点播流程。

VR直播生产流程包含采集拍摄、实时拼接缝合、编码传输、制作协议转换、远程切换、信号收录、全景包装、视频流分发传输等环节。VR点播生产流程包含采集拍摄、高码率素材传输、精编拼接制作、全景包装、文件分发传输等环节。

白皮书在详细介绍VR直播、点播的视频、音频制作流程基础上，对VR超高清分辨率视音频基本技术参数要求、VR全景视音频制作应用技术要求、VR内容分发传输要求和VR播放端技术要求进行了具体说明。

5G的高带宽、低时延特性不仅支持VR摄像机采集文件的回传，更完全可以满足前场采集信号经实时拼接缝合后的编码回传，在台内包装制作后直接进行分发直播。5G网络的IP传输特性尤其适合于与新媒体平台进行无缝对接，用户端利用5G为VR头戴设备“剪辫子、去尾巴”实现无线传输也是推动VR普及的重要驱动要素。

对5G网络的要求，对于4K分辨率3840×1920，建议的传输码率是20M至40M，在网络带宽上，5G上行网络应达到在30M至50M；对8K分辨率7680×3840，建议的传输码率是80M至150M，5G上行网络需提供120M至200M的传输带宽。

6. 5G发展现状及趋势

2020年是5G应用创新发展的关键时期，媒体应用是5G应用的重要场景，特别是5G+4K/8K、5G+VR在广播电视、文教娱乐等领域的融合创新将极大地扩展5G网络应用范围。

未来，中央广播电视总台将继续跟踪5G技术的发展和在媒体应用领域的拓展与演进，联合行业内媒体机构、科研院校、团体组织等，深入开展5G技术在媒体行业特别是超高清制播领域关键技术的研究，进一步推动边缘计算、网络切片、AI、视音频编解码、网络安全、网络虚拟化、区块链等技术与媒体应用的紧密结合，丰富各类基于5G的媒体应用场景，全方位赋能5G+4K/8K+AI的产业化发展。

中央广播电视总台将发挥内容资源优势，以“5G+4K/8K+AI”战略布局作为总台发展的新引擎，创新打造5G、4K/8K、AI等媒体融合平台，抢占信息技术发展制高点，打造具有强大引领力、传播力和影响力的国际一流新型主流媒体。

来源：选自2020年第12期《现代电视技术》