【摘要】本文為了解決傳統(tǒng)視頻編碼器推流終端需要人員現(xiàn)場操作而無法自主監(jiān)控和多方異地遠程操控的問題，本文提出商務會議場景下5 G智能直播終端應用研究，在終端內置嵌入式Linux OS板卡，加載云通信控制軟件、AI邊緣計算卡、5G路由傳輸模組構建邊緣智能云終端，連接現(xiàn)場音、視頻采集設備，通過云服務器交互，實現(xiàn)高效便捷的圖像預處理和遠程人機交互式。

【關鍵詞】商務會議場景;直播終端;自助式互動;4K編碼;5G模組;AI預處理

中圖分類號：TN94 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.06..019

目前最常見的網(wǎng)絡視頻直播是手機APP直播、視頻編碼器直播。APP直播主要用于網(wǎng)紅直播場景，由智能手機中的攝像頭音視頻采集、軟件壓縮編碼、4G/5G傳輸完成。好處是操作便捷，但因手機攝像頭廣角、焦距和拾音的局限，手機運算能力有限，手機APP直播不適合商務會議場景下的4K高清直播。而視頻編碼器（也稱采集卡）直播將專業(yè)攝像和采集編碼傳輸做了分離，以專業(yè)編碼器硬件處理4K視頻，但大多不具備遠程監(jiān)控和云端操控能力，缺少移動互聯(lián)網(wǎng)屬性。為解決上述問題，本文提出了商務會議場景下5G智能直播終端的應用。

1. 自助式互動視頻直播系統(tǒng)架構原理

常見的視頻編碼器，大多為內置RTMP傳輸協(xié)議的推流終端，直播前需手工配置網(wǎng)絡推流地址。為實現(xiàn)終端自助智能化，就須增加云通信控制模塊，使成為智能直播盒云終端?；诖藰嫿ǖ淖灾交右曨l直播系統(tǒng)如圖1所示。

1.1 音視頻采集接口

商務會議、賽事體育等場景下通常需采用高倍光學變焦 4K攝像機、多通道攝像機、單反作為專業(yè)攝像設備。專業(yè)攝像機的音視頻輸出接口主要為SDI或HDMI接口，可作為直播盒輸入源，少數(shù)網(wǎng)絡攝像頭或平臺拉流輸出為IP接口（已編碼的視頻流），則需先解碼或直接透傳至云服務器處理。會場拾音設備通常采用調音臺混響輸出作為音頻采集源，避免現(xiàn)場人多嘈雜的背景音干擾;調音臺提供包括卡儂頭、蓮花頭、6mm、3.5mm音頻輸出接口。

1.2 智能直播盒

智能直播盒可安裝在會議廳也可移動攜式。它一方面通過編碼器模塊從各類攝像機采集視頻信號，另一方面通過5G路由模塊與云平臺和智能手機通信，在控制器中系統(tǒng)中響應來自平臺的直播啟停等指令，包括提取視頻流、執(zhí)行壓縮編碼、圖像分析、傳輸碼率流量控制、資源預留等操作，將預處理的視頻通過5G或WAN端口以RTMP協(xié)議傳送至云服務器。其結構如圖2所示。

智能直播盒由四個模塊：編碼器模塊、控制器與邊緣計算模塊、5G路由器模塊和電源模塊構成。其中編碼器有對外的HDMI接口、SDI視頻信號接口、3.5mm音頻輸入接口和對內LAN網(wǎng)口。1）編碼器板卡對輸入的4K視頻信號做H.264/H.265硬件壓縮編碼，編碼時延<5毫秒內。2）控制器與邊緣計算模塊為Linux操作系統(tǒng)板卡，安裝云通信和AI圖像運算軟件，分別負責與云服務器通信控制和視頻預處理。如AI運算量大，可將邊緣計算單獨拆分為專用硬件板卡，為支持4Kp60的視頻解碼建議使用64位四核處理器。3）5G路由器模塊為集成5G傳輸模塊、WiFi、WAN的路由器板卡，為其他板卡提供局域網(wǎng)連接;5G天線使用外置天線來加強接收信號，為電腦和手機提供5G無線熱點的無線天線。4）電源模塊一進三出，分別為其它模塊提供12VDC供電。

1.3 云服務器

云服務器包括一系列即時通信服務器（IM服務器）、流媒體服務器、Web服務器和數(shù)據(jù)庫服務器組成，如圖3所示。

云服務器利用云計算服務器遠程監(jiān)控直播盒在線狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測結果，可對多個智能直播盒上傳的多路視頻流在云端中進行無縫切換，防止中斷;IM服務器和Web服務器可遠程地根據(jù)客戶訂單參數(shù)設置智能直播盒的視頻碼率、分辨率、控制和計費管理，并與微信用戶授權登錄、支付和分享界面對接，實現(xiàn)HTML5實時鏈接的快速分發(fā)。

2. 商務會議場景下的5G直播終端應用研究

2.1 通信協(xié)議和消息流向分析

5G直播終端與云直播平臺通信協(xié)議和順序消息流向分析如圖3中所示。

控制/響應消息（①-②）：智能手機直播方以XMPP協(xié)議，經(jīng)IM服務器向智能直播盒發(fā)送直播啟、停等控制消息并接收響應。直播方還可對直播盒終端本身下達AI預處理、遠程重啟、軟件升級、在線狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)上報命令。

請求/響應消息（③-④）：直播盒向Web服務器、流媒體服務器請求相應端口和URL資源。流媒體服務器分配資源，直播結束后釋放資源并返回通知。

A/V視頻流（⑤-⑥-⑧-⑩-⑾）：直播盒對接收的視頻信號⑤壓縮編碼、TS分段，再經(jīng)5G路由以RTMP over TCP協(xié)議上傳⑥。流媒體服務器對收到的視頻流做轉碼、TS切片后寫入云盤。觀看端以HLS協(xié)議經(jīng)CDN網(wǎng)絡就近接入Web服務器請求視頻源⑧。后者從云盤讀取TS到內存⑩并為觀看端統(tǒng)一提供實時更新的m3u8播放列表，觀眾端根據(jù)該列表下載最新TS切片，在瀏覽器解碼播放。

請求/響應消息（⑦、⑧）：智能手機直播方對Web服務器請求直播操控界面，觀看方在打開鏈接時向Web服務器請求直播間界面（HTTP協(xié)議）。

用戶/視頻信息（⑨）：Web服務器對每路直播視頻生成唯一VID和URL訪問標識，連同直播方用戶信息、直播狀態(tài)寫入數(shù)據(jù)庫并及時更新狀態(tài)。觀看端適時獲取URL，讀取狀態(tài);Web服務器將用戶注冊、登錄等信息寫入數(shù)據(jù)庫。聊天消息（⑿⒀）：智能手機直播方和觀看方通過IM服務器和Web服務器在直播間中進行群聊等互動。

2.2 5G智能直播終端的應用場景

5G智能直播盒可部署在大中型酒店會議廳、企業(yè)集團會議室、學校錄播教室、戶外無人機，操作人員可現(xiàn)場微信掃碼或微信遠程操控的方式來預定、發(fā)起和管理直播。下圖4為VTC 5G智能直播盒的實物圖。

在5G商業(yè)化推動下，部署5G智能直播盒到線下場館可作為新媒體應用場景的專業(yè)視頻“入口”，無需安裝APP，直接分享直播鏈接到微信群或嵌入企業(yè)網(wǎng)站、APP、公眾號，輕松幫助客戶會議內容、培訓內容上云管理。此外，5G智能直播盒集成了5G模組，無需獨立的CPE。5G網(wǎng)絡目前實測下行帶寬約200M-800M，客戶還同時可復用5G直播盒的WiFi熱點實現(xiàn)5G上網(wǎng)辦公。5G上行帶寬實測100M足夠4K超高清視頻的傳輸，也可攜帶至戶外對接無人機視頻信號輸入，組建輕量級5G應急通信網(wǎng)。直播盒中控制與邊緣計算模塊可升級軟件，置入商務會議場景下所需的AI內容鑒別、靚照截圖、實時字幕、語音指令等功能。5G時代UGC視頻平臺的屬性和定位或將從4G時代的個人資訊和個人娛樂入口向更加廣泛的商業(yè)資訊、體育賽事、重大活動、演藝娛樂等領域延伸擴展，并有可能繼續(xù)在不同領域形成更加垂直、更加專業(yè)的UGC視頻平臺。

3. 結束語

商業(yè)會議場景5G智能直播終端應用研究是一種自助交互式視頻直播系統(tǒng)，其特點是通過智能手機客戶端瀏覽器的引導，遠程控制多路5G智能播盒終端與云端連接，從而實現(xiàn)自助操控直播的啟動、停止和AI預處理，并利用5G直播盒的多路視頻熱備份和云服務器狀態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)更可靠穩(wěn)定的4K高清直播和快速分享社交網(wǎng)絡用戶。本文方案已在運營商的5G云直播業(yè)務場景中試商用，可結合運營商5G云網(wǎng)資源針對行業(yè)形成SaaS產品的5G行業(yè)應用。

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作者簡介：李燈，四川渠縣，碩士研究生，工程師，目前從事視頻直播終端和平臺軟件系統(tǒng)件架構相關工作。