8K攝像機視頻流通過5G網(wǎng)絡(luò)便攜傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法及系統(tǒng)*

作者：侯亞榮,余明火,王德闖,尹占江,張曼華(深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司，深圳 518108) 時間：2021-08-24 來源：電子產(chǎn)品世界

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編者按：本文對8K超高清視頻流、5G特點、8K視頻流便攜性傳輸需求等進行了簡單的分析，對視頻流產(chǎn)生設(shè)備8K攝像機結(jié)合5G技術(shù)實現(xiàn)傳輸方案做了論述，重點闡述了8K攝像機視頻流通過5G轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)信號便攜傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法及系統(tǒng)。

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

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202108/427761.htm

0 引言

5G 是最新一代移動通信技術(shù)，具有傳輸速度快、網(wǎng)絡(luò)延遲低、帶寬高、連接數(shù)密度大、可移動性強等優(yōu)點，應(yīng)用場景十分廣泛^[1]。目前全球大部分國家都在加速推進5G 網(wǎng)絡(luò)、5G 基站等基礎(chǔ)設(shè)施的部署。5G 在2020 年已開始商用，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：2020 年有超過34 個國家、378 個城市部署了5G 商用網(wǎng)絡(luò)，并在不斷探索、試點和完善相關(guān)應(yīng)用。截至2021 年3 月底，我國累計建成5G 基站81.9 萬個，占全球70% 以上，5G 終端連接數(shù)超過2.8 億，全球最大規(guī)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(nèi)容的生產(chǎn)問題。而現(xiàn)有的攝像機視頻數(shù)據(jù)的存儲主要在存儲卡中，數(shù)據(jù)傳輸接口主要有HDMI、網(wǎng)絡(luò)接口、WiFi、SDI 等，通過此類接口可以實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)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(shè)備的情況下，可實現(xiàn)直播、視頻流錄制等功能。

但在無人機等各種移動方式下，存在實現(xiàn)不便等問題，如果要解決帶寬以及可移動便攜性問題，需要能跟8K攝像機配套應(yīng)用的可移動式高帶寬網(wǎng)絡(luò)，而根據(jù)5G 的高帶寬、低延時、便攜等特點，設(shè)計一種8K 攝像機視頻流通過5G 信號便攜傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法及系統(tǒng)，是技術(shù)需要解決的問題。

1 系統(tǒng)方案的實現(xiàn)

1.1 方案簡述

本文所涉及的8K 攝像機視頻流通過5G 網(wǎng)絡(luò)便攜傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法及系統(tǒng)，主要實現(xiàn)兩個部分功能，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(tǒng)中由8K 攝像機對視頻進行采集，編碼壓縮、對視頻信號進行傳輸；同時具有對5G 通信模塊供電、通信控制等功能，5G 通信模塊主要實現(xiàn)8K 攝像機編碼后的視頻數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)皆贫?，?K 攝像機和5G 通信模塊之間通過USB 信號（或PCIE 信號的方式）進行傳輸。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝上，8K 攝像機設(shè)計了固定外接設(shè)備的通用接口，另設(shè)計可以拆卸式支架，5G 通信模塊通過支架固定在攝像機上。當(dāng)使用8K 攝像機需要進行5G 數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)皆贫藭r，將5G 通信模塊通過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，實現(xiàn)8K 視頻的便捷傳輸，可以滿足無人機等不方便布局網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下直播對硬件設(shè)備的需求，節(jié)省成本。

1.2 系統(tǒng)方案設(shè)計

圖1 為本方案的系統(tǒng)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(fù)責(zé)8K 攝像機系統(tǒng)供電及供電邏輯電源管理，同時通過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(shè)計為TYPEC插座形式，并通過合適的線材完成對接，內(nèi)部數(shù)據(jù)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(biāo)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(zhuǎn)為射頻信號，并實現(xiàn)5G 無線傳輸，5G 通信模塊內(nèi)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USB3.1 與5G 通信模塊進行數(shù)據(jù)交換及設(shè)備控制。

圖1 系統(tǒng)框圖

圖2 為本系統(tǒng)實現(xiàn)的軟件框圖，由于5G 通信模塊的供電是由攝像機提供，在攝像機通電開機后，5G 通信模塊也會同時通電，隨后攝像機上電初始化，并對USB Device 等接口設(shè)備進行掃描，確認(rèn)是否有系統(tǒng)中的5G 通信模塊接入，如果沒掃描到，則繼續(xù)執(zhí)行檢查動作。當(dāng)檢測到有5G 通信模塊接入時，開始初始化設(shè)置5G 通信模塊。攝像機開機后，根據(jù)攝像機的拍攝設(shè)置參數(shù)，進入設(shè)置拍攝狀態(tài)，等待拍攝指令。在檢測到拍攝指令后，開始進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，如無云端傳輸需求，則繼續(xù)保持現(xiàn)有狀態(tài)，如有云端傳輸需求，則獲取云端服務(wù)器用戶名或所配置地址，并進行視頻流上傳。

圖2 功能流程圖

1.3 安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖3 為攝像機固定支架螺釘示意圖，其中攝像機的側(cè)邊設(shè)計有2~3 個可固定支架的螺釘孔，圖4 是支架實物圖，支架可旋轉(zhuǎn)，分左側(cè)和右側(cè)，左側(cè)設(shè)計有跟攝像機螺釘孔位對應(yīng)的螺釘孔位，右側(cè)為放置5G 通信模塊的區(qū)域，圖5 為放入5G 通信模塊的示意圖，通過以上安裝，5G 通信模塊可以便捷安裝在攝像機上，實現(xiàn)8K攝像機便攜式的基于5G 傳輸硬件系統(tǒng)的搭建。