高清视频业务因5G更精彩

时间:2018-06-28 16:37 来源:中国信息产业网 作者:孟佳 郭勐 严欣 陈虹

6月14日(美国当地时间6月13日),全球通信行业标准化组织3GPP宣布第五代移动通信系统(5G)已完成第一个完整版本的标准化工作,进入了全面冲刺产业化的新阶段。

5G技术主要面向三大应用场景:eMBB(增强型移动宽带)、URLLC(超可靠和低时延通信)以及mMTC(海量机器类通信)。其中,eMBB指3D/超高清视频等大流量移动宽带业务,是在现有移动宽带业务场景的基础上,对用户体验的进一步提升。

移动端高清流媒体服务的兴起是消费者选择5G网络的主要原因之一。具有高清或者超高清分辨率(4K/8K)的视频、具备AR(增强现实)和VR(虚拟现实)技术的视频等都属于高清流媒体服务,其数据吞吐量较传统视频呈现出指数级增长。由于4G网络的带宽有限,超高清视频等内容无法得到有效普及,5G成为高清流媒体服务未来发展的必然选择。

4K/8K超高清呼唤5G网络

2017年,中国网络视频用户数达5.79亿,占网民总数的75%,视频已经成为网络最核心的业务之一。随着视频产业的发展,用户对视频清晰度的要求也越来越高——从480p标清到720p高清、1080p全高清,再到国际电信联盟(ITU)提出的分辨率在4K及以上的超高清标准(UHD)。

随着视频分辨率和帧率的提高,4K/8K视频文件的大小和码率大大增加。从JVC Super Hi-Vision摄像机视频采集的结果来看,长度为1分钟左右的7680×4320分辨率(8K)视频,需占用194GB的存储空间。通过H.265编码压缩后,仍然需要几十个GB。而目前4G网络的带宽有限,无法很好地支持超高清视频的传输和在线播放。

5G网络更快的传输速率和更大的网络容量,可以满足超高清视频业务的数据传输需求。5G采用了全新频谱,用宽频方式定义频段,将最大带宽由20MHz增加到在C-band上的100MHz以及在毫米波上的400MHz,数据下载和上传的速率得到大幅提升。另外,5G采用基于OFDM的波形和多址接入技术,在4G LTE的基础上扩展了对大带宽应用的支持能力:利用高频谱效率和较低的数据复杂性特性,5G的传输带宽得到了明显提升。

VR/AR成为5G典型应用

VR/AR(虚拟现实/增强现实)业务是5G网络的典型应用之一,也是未来产业发展的新增长点。VR/AR技术可以与各行各业深度融合,衍生出VR/AR游戏、VR/AR视频直播点播、VR/AR会议等丰富的应用。

VR/AR在带给用户身临其境般的沉浸式体验的同时,对网络性能也提出了更高的要求。

首先,在带宽方面,由于宽视角和高帧率,导致VR/AR视频的编码码率远远高于普通视频。以4K VR视频为例,其分辨率为3840×920,帧率为60Hz,位深为10bit,采用H.265进行200倍压缩后,码率大约是50Mbps,因此VR视频的传输对网络带宽提出了新的要求。并且VR将逐步演进到6K、10K分辨率,那么就需要5G网络提供更高的传输带宽。

其次,网络时延是VR/AR业务关注的另一个重要的性能指标。为了避免用户产生眩晕以及在交互的VR/AR应用中提升用户的交互体验,网络时延需要控制在10~20ms。5G网络的空口时延将降低到4G的五分之一,从而可以很好地满足VR/AR应用中用户的极致体验需求。

最后,5G网络在提供高带宽、低延时的同时,在网络架构等方面也进行了重要改进。边缘计算(MEC)作为5G的关键技术之一,可将计算能力下沉到分布式基站,支持更快的网络服务响应,进而更好地支持VR/AR业务的开展。

5G加快智能监控普及

传统视频监控在上世纪90年代末期出现,是各行业重点部门或重要场所进行实时监控的物理基础。随着计算机视觉和网络技术的发展,传统的视频监控正在逐渐向智能化、高清化转型。

目前,智能监控依然以专线网络接入为主,无法覆盖边境、沙漠等不适宜搭建专线网络的特殊地区。网络切片作为5G能够提供灵活架构的核心技术之一,可在通用的网络基础设施上,根据不同业务场景灵活设计网络功能,并提供相互隔离的专用移动网络,包括接入网、传输网、核心网,从而让监控摄像头能够通过无线网络接入,使监控不受地域限制。

智能监控的核心是基于视频大数据的图像处理与分析,包含人脸识别、场景识别、突发事件监测及预警等。这需要监控摄像头逐渐高清化,因此对网络传输性能要求极高。5G体验速率可达到4G的100倍,可支持高清监控图像随时随地以10Mbps~30Mbps的速率传输,实时分析视频中存在的异常事件,解决传统视频监控应急不及时的问题。

此外,传统监控摄像头存在位置固定、视野窄、有死角等问题。5G网络更低的空口时延,能够将时延控制在30ms以内。与此同时,5G具有的低空(<300m)信号连续覆盖性能,能够实现无人机在10km~100km范围内的远距离遥控,满足了无人机对网络的低时延和移动性要求。5G连接数密度是4G的10倍,在无人机集中飞行的区域,能够满足较高的网络容量需求。因此,将无人机应用到高清智能监控中,可实现随时起降,在危险现场及偏远区域的巡逻,对灾区和火场等突发事件的实时监控,通过采集地理信息进行人车跟踪和追逃等。

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随着5G完整版本标准的完成,全球各大运营商和厂商纷纷布局,积极推动5G技术的商用落地和高清视频业务的发展。中国移动携手爱立信和英特尔成功实现了5G新空口异厂商互通测试,并且与华为验证了5G新空口对多路4K超高清视频的接入能力。中国移动在重庆搭建的5G实验网测试数据显示,网速超过10Gbps,时延近乎为0,1秒钟即可下完一部2小时的高清电影。

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