作者：中央廣播電視總臺 李皓伊 王振中

一、《5G媒體應用白皮書》編制背景

2018年底，中央廣播電視總臺聯(lián)合三大電信運營商、華為公司成立了5G媒體實驗室。兩年來，圍繞5G+4K/8K傳輸、5G+VR制作、5G+4K移動云制作及5G網絡家庭環(huán)境四大主題開展了一系列媒體應用創(chuàng)新工作。

研究成果應用于國慶70周年慶典、春晚、世園會等多項大型活動，并自主研發(fā)了5G+4K/8K背包。

為了更好地落實總臺5G+4K/8K+AI發(fā)展戰(zhàn)略，全面推進5G技術的多元化應用，2019年11月總臺牽頭成立了5G媒體應用白皮書的編制小組。

歷時8個月、經過5輪主要修改與討論，于6月完成報審稿，并于近日通過了由行業(yè)知名專家組成的終審會。

二、整體架構介紹

《5G媒體應用白皮書》（以下簡稱“白皮書”）的整體架構分為八個章節(jié)，前三個章節(jié)是標準性文件共有章節(jié)，第一章為白皮書描述的范圍，第二章為規(guī)范性引用文件，第三章為白皮書使用的關鍵縮略語。第四章開始進入白皮書的實質性內容，針對第四章的制定，白皮書針對5G媒體應用展開描述，從電視臺的直播流程角度來講，最基礎的要求是無線傳輸，在3G時代，已經開展對于3G回傳的測試；進入4G時代，逐步開展了一些實踐應用，在2014年的南京青奧會時已經嘗試使用4G進行傳輸，在基于移動通信的傳輸技術之外，電視臺還有其他的無線傳輸方式，包括微波傳輸、衛(wèi)星（DSNG）傳輸等，以上的傳輸方式是5G到來之前掌握的傳輸方式。

現在來到了5G時代，首先需要思考5G能給我們帶來什么新的能力，能夠開展哪些媒體應用。第四章介紹5G媒體應用的場景，通過5G的速率、時延、穩(wěn)定性、移動性等特點，總結出現階段第一批可以開展的5G應用，包括了三種形態(tài)，第一個是采集傳輸，第二個是移動云制作，第三個是VR制作及分發(fā)。這三個應用形態(tài)是白皮書第五章、第六章、第七章的內容。最后的第八章，介紹5G發(fā)展現狀和未來的展望。

三、白皮書內容

1. 白皮書描述的范圍、引用規(guī)范和縮略語

主要包括基于5G技術的視音頻采集傳輸、移動云制作和VR制作分發(fā)這三類應用的技術要求。列出白皮書中使用的規(guī)范性的引用文件，引用文件分為三類。第一類是廣電行業(yè)內部的制播規(guī)范，包括超高清制播規(guī)范、HDR制播規(guī)范、視音頻測試規(guī)范等。第二類是編解碼技術方面，包含AVS標準的編解碼等；第三類是引用的關于5G網絡的技術標準。介紹關鍵縮略語，包含了廣電、通信、互聯(lián)網行業(yè)和 5G 技術的名詞和縮略語。

2. 5G承載能力和5G的媒體應用場景

白皮書分析了目前媒體業(yè)務應用主要成熟場景以及5G技術和商用網絡現狀，分為兩種典型的媒體應用場景：一類場景：4K超高清視音頻直播、新媒體直播、移動云制作、VR制作等業(yè)務。二類場景：新媒體分發(fā)、視音頻文件傳輸等業(yè)務。并對兩類應用的生產流程、技術要求和關鍵指標進行定義，這是我國媒體行業(yè)首次對于5G技術應用提出的技術規(guī)范，為5G技術與媒體生產的深度結合和快速發(fā)展打下堅實的基礎。

一類場景：網絡具備比較好的覆蓋和容量條件，可通過針對性網絡部署和優(yōu)化，以及綜合切片等端到端保障策略和方案進行業(yè)務保障?？沙休d高碼率直播等網絡要求高的業(yè)務。平均速率滿足上行70Mbps，下行500Mbps，延時小于30ms。

二類場景：業(yè)務要求較高，網絡具備基礎覆蓋和容量條件，可通過針對性網絡優(yōu)化以及綜合切片等保障方案進行業(yè)務保障?？沙休d中、低碼率直播等業(yè)務。平均速率滿足上行40Mbps，下行300Mbps，延時小于40ms。

媒體應用非常關注幾個關鍵指標，首先是“穩(wěn)定性”，在傳輸過程當中，不能丟包，不能有過多的誤碼，否則無法進行視頻業(yè)務傳輸，5G網絡能夠提供小于1%的丟包，小于0.001%的誤碼率。

另一個很關鍵的指標也是在實踐測試當中經常用到的，就是“移動性”總臺使用的采集攝像機不僅是一個固定機位的攝像機，大部分是移動機位，當機位在不停地移動時會出現從一個基站切換到另一個基站的情況，在基站切換的場景下，5G能夠提供切換的成功率和接入成功率都是100%，但是在基站切換的過程當中，5G網絡一定會出現瞬時丟包、延時增加。電信運營商可以接受的10%的丟包率對于總臺開展直播業(yè)務是不能接受的，因為總臺要求的是播出安全，有10%的丟包可能就會造成直播信號的花屏和馬賽克等現象，需要結合跨多個運營商網絡的并行傳輸方法來保障傳輸質量，具體方法在第五章進行定義。

結合了媒體實驗室近兩年的工作成果，在現階段的實際測試過程中，采集傳輸，移動制作，VR制作分發(fā)，這三個應用是完全可以采用5G來支撐的。

圖2描述的是電視臺的生產流程，電視臺傳統(tǒng)的生產流程分為五步：采、編、播、存、管。在現階段，我們可以用到的環(huán)節(jié)是前三個：采、編、播。如果能在后兩個存、管環(huán)節(jié)，也使用到5G技術，我們就可以很方便地把橫軸進行擴展。

在縱軸上，在這次白皮書里面，我們涉及到兩種業(yè)務形態(tài)，第一種是4K節(jié)目，第二種是VR節(jié)目，下一步考慮如何把8K節(jié)目放在縱軸上去進行擴展。

表1描述了三種業(yè)務形態(tài)需要運用5G哪方面的能力。采集傳輸，實際上解決的主要是信號回傳問題，采集傳輸對5G的上行能力要求非常高，對時延非常敏感，需要用到低時延的能力；同時移動云制作、VR制作分發(fā)對5G上行、下行帶寬、低時延能力都非常高。只有最高等級的網絡質量才能滿足我們這三類的應用的要求。

根據前一段時間的研究、實踐，整理了5G媒體應用的整體框圖（圖3），分為外場、5G網絡傳輸、園區(qū)及應用三部分。

外場部分中，通過一些便攜式的設備，比如背包、針對VR業(yè)務的全景攝像機，可以將采集的信號通過CPE接入到宏站，然后進入到5G網絡；中間這部分是5G網絡，包含接入、承載、核心三個部分，通過5G網絡將采集的信號回傳到臺里，在臺內園區(qū)有兩種落地方式。第一種，可以通過一個視分系統(tǒng)接入園區(qū)的基礎網絡，之后進入生產域，把信號根據規(guī)劃推送到生產系統(tǒng)里。

3. 采集傳輸應用技術要求

白皮書將基于5G的采集傳輸的流程定義為從采集、加嵌（可選環(huán)節(jié)）、前處理、5G傳輸、后處理、IP信號調度（含監(jiān)控監(jiān)測）到解碼的過程。依據5G媒體制播的采集傳輸特點，白皮書將采集傳輸應用分為兩種場景：現場制作場景和遠程制作場景，并對5G采集傳輸應用的業(yè)務邊界進行了說明。

白皮書按照5G采集傳輸應用的流程順序，依次描述了采集、加嵌、前處理、5G網絡傳輸、后處理、IP信號調度等各環(huán)節(jié)的具體技術指標要求，并給出了5G邊緣云與媒體制播相結合的應用建議。

5G技術可以提供穩(wěn)定的百兆上行帶寬和千兆下行帶寬，這使得它能夠作為微波、衛(wèi)星和專線傳輸的有效補充，前場4K攝像機拍攝的信號經壓縮編碼、加密后即可接入5G網絡回傳，不僅可以支持傳統(tǒng)的現場轉播車制作模式，同時也能將信號直接回傳至總臺北京總部，在后方實現遠程制作，這種直播模式成熟后會大幅簡化生產流程并顯著降低制作成本。

為了進一步提高5G回傳的便捷性，總臺聯(lián)合國內骨干企業(yè)共同研發(fā)了具備自主知識產權的5G+4K/8K超高清移動傳輸系統(tǒng)（即5G背包），目前已升級到第三代，除了續(xù)航能力、傳輸穩(wěn)定性和抗干擾性能的提升，還集成最新的5G模組，更加便攜易用，SRT、RIST等協(xié)議的應用使得5G背包具備較強的糾錯能力，在公用的5G網絡環(huán)境下也能夠保證傳輸質量滿足電視直播的要求。

針對移動機位信號采集在5G網絡基站切換時出現的丟包現象，5G背包支持多路并行傳輸模式，即直播信號同時跨多個運營商網絡傳輸，在接收端根據信號質量擇優(yōu)接收、無縫切換，這在去年的國慶閱兵直播中得到成功應用。

5G+4K超高清移動傳輸系統(tǒng)核心技術中采用的編碼協(xié)議還是H.265，技術參數要求滿足以下條件：第一，完全滿足4K制作，分辨率、位深、色域、HDR、支持PQ、HLG曲線；第二，基帶信號壓縮以后，應該支持多種協(xié)議，比如UDP、RTP、SRT、RIST、RTMP等常用的互聯(lián)網新媒體分發(fā)協(xié)議。第三，編碼器的輸出范圍，碼率范圍建議在40Mbps至60Mbps之間，在此范圍內的碼率才能滿足質量要求，也能兼顧5G的網絡能力。

在5G網絡傳輸要求的研究中，對上行鏈路帶寬的要求，從碼率范圍的兩端來考量，當傳輸碼流的碼率是40M的時候，需要可利用帶寬不小于60M；當碼流的碼率是60M的時候，需要5G提供的網絡帶寬不小于80M；下行鏈路要求，需要帶寬不小于200M，這樣才能保證傳輸質量，對于時延來看要求RTP時延峰值不能高于40毫秒，最大不能超過40毫秒，抖動最大不能超過30毫秒，丟包率采用一些方式去糾錯，但是5G網絡丟包率不能大于1%。

4. 移動云制作

在傳統(tǒng)的云制作當中，分為云端和本地端；5G時代到來以后，增加了一個新的能力，就是邊緣計算，未來基于5G的移動云生產，可以形成三端互動，公有云加上邊緣云，再加上本地，這三個端都有一定的運算能力，也都有存儲能力，但我們希望把這三端的能力綜合考慮，打造一個最優(yōu)的生產流程。

基于5G的移動云制作將5G傳輸、云計算與媒體生產融為一體,不僅可以通過無處不在的5G接入，將傳統(tǒng)固定時間、固定地點的預約生產模式，轉變?yōu)槿我鈺r間、任意地點的自由工作方式，更為重要的是5G帶來的邊緣計算能力，會將傳統(tǒng)云生產模式下“云+端”的兩級生產模式升級為“云+邊緣+端”的三級生產模式，而邊緣節(jié)點帶來的計算能力將進一步釋放用戶端的計算渲染壓力，用戶不再需要專業(yè)設備，而是使用普通的筆記本電腦、手機、PAD等移動終端，即可通過5G網絡進行4K超高清節(jié)目采集、編輯、包裝、合成以及節(jié)目推送等制作，新聞類、體育報道類時效性強的節(jié)目尤其適合這種制作模式。

高碼率移動云制作5G網絡需求：利用5G低時延、高帶寬的特性，實現基于便攜設備接入5G網絡訪問云服務內容平臺，進行全高碼率的本地化或混合化移動制作。

高碼率移動制作，需同時訪問本地媒體資源以及云服務內容平臺媒體資源，在實時訪問內容平臺HD四層、4K兩層情況下建議遵循如表2的5G網絡要求。

圖4為節(jié)目生產的流程圖，可以看到最左側是信號采集，可以通過各種方式，傳到云服務內容平臺上來，云服務內容平臺除了需要提供收錄的能力，還要提供管理能力、渲染能力。

編輯終端涵蓋了很多類型，本地終端既可以是專業(yè)的非編工作站，也可以是手機或者是PAD。從編輯模式上來看，也包括很多種，包含本地制作、云端原碼率的制作、以及高低碼率結合的混合制作。

在混合制作的時候，需要使用移動編輯工作站，既有本地的素材，也有云服務內容平臺上的高碼率資源，然后共同進行渲染，生產出節(jié)目。

這樣就要求5G網絡下行鏈路不小于100M和120M，對于四層20M的高清編輯，5G網絡需提供不低于100M的接入能力，對于2層50M的4K編輯，5G網絡應提供不低于120M的接入能力，從傳輸時間上要求，RTP的整體時延不可大于40毫秒。

上行鏈路上也有相應的要求，對于4K編輯，要做25M的MP4，需要保證上傳速率不低于兩倍速，這就要求上傳鏈路，必須要大于60M的帶寬。

5. VR制作及分發(fā)技術要求

另一種應用形態(tài)是VR制作及分發(fā)，VR制作及分發(fā)分成了兩個流程，第一是直播流程，第二是點播流程。

VR直播生產流程包含采集拍攝、實時拼接縫合、編碼傳輸、制作協(xié)議轉換、遠程切換、信號收錄、全景包裝、視頻流分發(fā)傳輸等環(huán)節(jié)。VR點播生產流程包含采集拍攝、高碼率素材傳輸、精編拼接制作、全景包裝、文件分發(fā)傳輸等環(huán)節(jié)。

白皮書在詳細介紹VR直播、點播的視頻、音頻制作流程基礎上，對VR超高清分辨率視音頻基本技術參數要求、VR全景視音頻制作應用技術要求、VR內容分發(fā)傳輸要求和VR播放端技術要求進行了具體說明。

5G的高帶寬、低時延特性不僅支持VR攝像機采集文件的回傳，更完全可以滿足前場采集信號經實時拼接縫合后的編碼回傳，在臺內包裝制作后直接進行分發(fā)直播。5G網絡的IP傳輸特性尤其適合于與新媒體平臺進行無縫對接，用戶端利用5G為VR頭戴設備“剪辮子、去尾巴”實現無線傳輸也是推動VR普及的重要驅動要素。

對5G網絡的要求，對于4K分辨率3840×1920，建議的傳輸碼率是20M至40M，在網絡帶寬上，5G上行網絡應達到在30M至50M；對8K分辨率7680×3840，建議的傳輸碼率是80M至150M，5G上行網絡需提供120M至200M的傳輸帶寬。

6. 5G發(fā)展現狀及趨勢

2020年是5G應用創(chuàng)新發(fā)展的關鍵時期，媒體應用是5G應用的重要場景，特別是5G+4K/8K、5G+VR在廣播電視、文教娛樂等領域的融合創(chuàng)新將極大地擴展5G網絡應用范圍。

未來，中央廣播電視總臺將繼續(xù)跟蹤5G技術的發(fā)展和在媒體應用領域的拓展與演進，聯(lián)合行業(yè)內媒體機構、科研院校、團體組織等，深入開展5G技術在媒體行業(yè)特別是超高清制播領域關鍵技術的研究，進一步推動邊緣計算、網絡切片、AI、視音頻編解碼、網絡安全、網絡虛擬化、區(qū)塊鏈等技術與媒體應用的緊密結合，豐富各類基于5G的媒體應用場景，全方位賦能5G+4K/8K+AI的產業(yè)化發(fā)展。

中央廣播電視總臺將發(fā)揮內容資源優(yōu)勢，以“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略布局作為總臺發(fā)展的新引擎，創(chuàng)新打造5G、4K/8K、AI等媒體融合平臺，搶占信息技術發(fā)展制高點，打造具有強大引領力、傳播力和影響力的國際一流新型主流媒體。