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华为《5G 4K直播SLA研究白皮书》.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：5.26M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    5G 4K直播SLA研究 白皮书 联合编著 华为 Wireless X Labs 中国联合网络通信集团有限公司 高骏 ( 北京 ) 科技有限公司 北京数码视讯科技股份有限公司
    摘要 本文描述了超高清视频直播的应用趋势、发展现状和面临挑战，并结合 5G 技术，给 出 5G 4K 直播业务的应用场景、解决方案。更进一步，基于 4K 直播主流协议，深入 分析业务原理，针对 4K 直播业务出现的失真、花屏、卡顿等质量问题，通过 SLA 建模， 在 IP 报文级、视频帧级进行分析评估，定义业务 SLA，并根据 4K 直播业务的可靠性要求， 提出 4K 直播业务安全区概念，给出 4K 直播对 5G 无线网络上行速率和网络稳定性的 要求和运营商建网建议，使能 5G 网络下超高清视频直播业务随时随地稳定回传。 ［5G 4K 直播 SLA 研究白皮书］ 目录 01 超高清视频业务发展分析 1.1 超高清视频的产业发展 1.2 超高清视频直播的应用趋势 1.3 超高清视频直播发展现状和挑战 02 5G 4K直播的应用场景和解决方案 2.1 应用场景 2.2 解决方案 2.3 可靠性分析 03 5G 4K直播业务的无线网络要求 3.1 4K直播对5G网络速率要求 3.2 4K直播对5G网络稳定性要求 04 5G 4K直播业务应用阶段 4.1 探索阶段 4.2 应用阶段 4.3 繁荣阶段 05 总结和展望 06 参考文献 07 联合编写单位 /P01 01 02 03 /P04 04 05 06 /P08 08 08 /P10 10 10 11 /P12 /P13 /P14
    超高清视频业务发展分析 01 超高清视频业务发展分析 1.1 超高清视频的产业发展 近年来，媒体行业的发展迅猛，年复合增长率持续保持两位数增长，其中新媒体（互联网及移动互联网）在媒体总产业 体量的占比已提升至60%+，2018年起，中国传媒产业总规模超过2万亿元。 图 1-1 中国媒体产业发展趋势 传媒产业总值 传媒产业增长率 GDP增长率 20959.5 18966.7 16270.5 12359.1 13599.9 10619.2 9433.4 7503.3 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 30.00% 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% 25000 20000 15000 10000 5000 0 来源：中国传媒产业发展报告（2019） 通信技术发展带动新媒体行业体验进一步提升，视频类业务成为主流媒体形式。视频类业务在技术上也不断发展：图像 分辨率由高清发展到 4K、8K；视场角向 VR、自由视角发展，对通信网络带宽提出更高的要求；而交互类业务对网络传 输提出更短时延的要求。 超高清视频是未来新媒体行业的基础业务，广电媒体和互联网媒体都在积极布局超高清视频直播业务。“信息视频化、 视频超高清化”已经成为全球信息产业发展的大趋势。 5G 4K直播SLA研究白皮书 | 01
    超高清视频业务发展分析 1.2 超高清视频直播的应用趋势 5G时代的视频，无论是直播、点播，还是行业应用的视频业务，图像分辨率都将演进到4K/8K，提升信息传递和图像识 别的用户体验，并逐渐实现专业媒体超高清视频直播移动化。 2019年3月1日，工业和信息化部、广播电视总局、中央广播电视总台联合发布《超高清视频产业发展行动计划（2019- 2022年）》，对超高清视频涉及的拍摄、制作、传输、终端、电视、面板、芯片端到端产业链进行整体推动，超高清内 容生产成为重中之重。 除了不断提高图像分辨率，全球主流专业媒体也都在开展移动直播业务，以满足观众丰富的直播体验需求。而且多种多 样的直播场景都有急迫的移动需求，如世界杯等体育赛事，观众希望部署更多移动的机位以提供更多视角，获得更好的 观看体验；面对各类突发事件，新闻报道也需要快速部署的最佳直播位。 02 | 5G 4K直播SLA研究白皮书
    超高清视频业务发展分析 1.3 超高清视频直播发展现状和挑战 到2022年，预计超高清视频点播IP流量将占全球IP视频流量的22％，随着网络速率的提升、应用终端的逐步完善，移动 互联网和产业互联网正在向超高清化快速演进，专业媒体超高清直播前景广阔。立足现实，当前直播还面临超高清化和 移动化两大挑战： 挑战一：已实现超高清直播场景，未实现移动化 图 1-2 传统超高清视频直播组网架构 SDI/IP有线接口 卫星链路 导播车 现场 4K摄像机 微波链路 演播室转播分发 光纤链路 目前体育赛事等大型活动多采用固定机位进行超高清直播，使用SDI同轴线缆或微波点到点连接回传到导播设备，这种 有线的超高清视频回传方案，远远达不到移动性的要求。 挑战二：已实现移动直播的场景，未实现超高清 图 1-3 4G 高清视频移动直播组网架构 回电视台 现场 摄像机 4G高清背包 导播转播分发 某全球TOP直播服务商实测平均上行链路的视频采集速度已达到4.5Mbps, 而发达地区平均达9Mbps，然而要满足较高质 量的4K直播，以CCTV 4K制作典型码率40M为例，上行速率至少要达到50Mbps，满足8K 则需要100Mbps。 表 1-1 不同应用场景的超高清视频直播业务要求 分辨率 1080p 4K 8K 码率 6-8Mbps 30-60Mbps 80-180Mbps 带宽 7-10Mbps 40-80Mbps 100-220Mbps 5G 4K直播SLA研究白皮书 | 03
    5G 4K直播的应用场景和解决方案 02 5G 4K直播的应用场景和解决方案 2.1 应用场景 超高清视频直播是指基于5G网络，通过4K等技术应用，对体育赛事、演唱会等大型活动场景进行直播，或后期制作成点 播节目推送给家庭/个人用户，带给用户沉浸式的临场感，为用户带来更好的视听觉和交互体验，4K直播必将成为未来 的大型赛事、演唱会的视频直播标准。 超高清视频直播对网络环境的要求较高，不仅分辨率要达到4K甚至8K，帧率要求50 帧/秒以上，图像量化精度提升到10 比特，同时图像增加HDR标准。如此巨大的数据传输量，对带宽要求非常高，5G技术的商用自然成为超高清视频直播的 重要推手。 华为无线应用场景实验室（X Labs）对5G 4K 直播的应用场景洞察研究表明，将4K直播广泛覆盖的新闻、体育赛事、综 艺活动、纪录片、真人秀等多个媒体场景，按实时性和移动性的不同要求进行分类：新闻、体育赛事等报道，实时性要 求高，需在相对广域的范围内移动直播；相比之下，综艺活动、演唱会等场景，实时性要求也比较高，但移动范围相对 固定；而非直播类的纪录片、真人秀等录制场景，实时性要求较低，但需保证广域范围内的移动性。 图 2-1 超高清视频直播应用场景分类 专题 纪录片 真人秀 非实时 广域移动 新闻 体育赛事 综艺/ 重大活动 演唱会/ 发布会 局域移动 实时性 来源：华为 X Labs 应用场景洞察报告 04 | 5G 4K直播SLA研究白皮书
    5G 4K直播的应用场景和解决方案 表 2-1 不同应用场景的超高清视频直播业务要求 (X Labs 洞察研究 ) 场景 新闻（现场连线） 体育赛事（高速运动抓拍机位） 综艺/重大节目 演唱会 真人秀 专题记录片 理想 4K 30fps 4K 50fps 4K 50fps 4K 50fps 4K 50fps 4K 50fps 清晰度 时延（摄像机至导播监控屏幕） 最低 1080 30fps 1080 30fps 1080 30fps 1080 30fps 1080 30fps 1080 30fps 理想 1s 2s 2s 2s 10s 10s 最低 2s 6s 6s 6s 120s 120s 2.2 解决方案 5G网络使能各类场景的4K直播，解决移动性和超高清回传两大挑战。大带宽、低时延的特性能够同时保证不同场景对实 时性和移动性的各种要求。 图 2-2 5G 4K 直播解决方案 现场 媒体中心 重大事件/活动 如G20、春晚 大于12机位 摄像机 采 SDI信号: 12Gbps IP: 40Mbps 直播背包 导播台 编 卫星车（可选） IP: 40Mbps 小于12机位 小型活动 如龙舟赛 摄像机 采 SDI信号: 12Gbps IP: 40Mbps 直播背包 电视台制作及广电分发网络 5G 4K直播SLA研究白皮书 | 05
    5G 4K直播的应用场景和解决方案 4K直播回传需要上行传输带宽高达40-80Mbps，5G网络能够为超高清视频提供稳定的实时传输能力，比传统线缆传输更 加灵活，不受空间的限制，能满足更灵活的超高清视频传输需求。 在各类大型直播应用中，5G网络可代替SDI线缆传输视频流，如图2-2红色曲线所示：4K摄像机采集的原始视频流进入 直播背包等编码推流设备，编码后转换成IP数据流，通过内置的5G模组或外接的5G终端（CPE、手机）将视频数据转发 给5G基站。5G基站通过核心网，把视频数据传送到导播车，再通过卫星或微波后传给电视台视频服务器，进行导播编 辑、存储，并通过多种方式发给视频显示终端。 5G网络也可以将4K视频流直接传输到电视台，如图2-2蓝色曲线所示：4K 摄像机采集的原始视频流进入直播背包等编码 推流设备，编码后转换成IP数据流，通过内置的5G模组或外接的5G终端（CPE、手机）将视频数据转发给5G基站，5G 基站通过核心网，把视频数据直接传给电视台视频服务器，进行导播编辑、存储，并通过多种方式发给视频显示终端。 2.3 可靠性分析 结合2.1章节超高清视频直播在不同应用场景下对端到端时延的要求，专业媒体在涉及现场连线的新闻直播等场景，对于 5G 4K直播提出端到端（摄像机到导播监控屏）时延1s的诉求。为了满足该要求，扣除视频编解码的时延后，业务传输 容忍时延小于390ms，即在该范围内，指定码率下的4K直播业务不出现花屏、卡顿。 图 2-3 5G 4K 直播端到端时延要求 E2E 直播时延 1s 5G 能够满足超高清直播传输需求 分辨率 码率 带宽 编解码时延 业务传输容忍时延（含多次重传） 4K 30-60M 40-80M 400-600ms 390ms SDI模拟信号 4K摄像机 直播背包 5G NR 承载网 核心网 电视台媒体云 解码、导播 从无线传输可靠性的角度，5G网络要保证视频帧的传输成功率，即经过信道QoS策略、ARQ等机制后，不出现丢帧（导 致花屏、卡顿等）。 06 | 5G 4K直播SLA研究白皮书
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