高清視頻、VR等大視頻業(yè)務(wù)是5G發(fā)展初期的主要應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)在當(dāng)前5G推廣階段，體育場(chǎng)景下的5G業(yè)務(wù)受到運(yùn)營(yíng)商的重視，將5G及大視頻技術(shù)應(yīng)用在奧運(yùn)會(huì)等體育賽事也是2022年北京冬奧組委會(huì)明確提出的重點(diǎn)科研方向。

全球移動(dòng)通信正在經(jīng)歷4G向5G的迭代，5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將會(huì)在AR/VR的普及應(yīng)用上發(fā)揮重要作用，運(yùn)營(yíng)商的關(guān)鍵營(yíng)銷期將于2019年底開始，并在2022年達(dá)到頂峰。體育比賽是一個(gè)讓全球觀眾參與其中的世界舞臺(tái)，因此在比賽中推廣的任何產(chǎn)品都變得具有革命性。在5G建網(wǎng)初期，體育比賽直播是運(yùn)營(yíng)商測(cè)試5G網(wǎng)絡(luò)的重要場(chǎng)景。

在距北京2022年冬奧會(huì)還有3年之際，針對(duì)5G技術(shù)發(fā)展情況及網(wǎng)絡(luò)部署現(xiàn)狀，高清視頻、VR等5G基本業(yè)務(wù)能力在體育行業(yè)的應(yīng)用值得深入研究。

5G視頻在體育行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用分類

針對(duì)不同的體育場(chǎng)景，5G視頻在體育行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用分類見表。

多線路多角度賽場(chǎng)回放的互動(dòng)

隨著觀眾對(duì)觀賽體驗(yàn)的要求越來越高，個(gè)性化、定制化的觀賽體驗(yàn)更加符合觀眾的需求，例如對(duì)特定運(yùn)動(dòng)員的追蹤、運(yùn)動(dòng)員個(gè)性化信息的獲取等。結(jié)合5G超大帶寬可支持現(xiàn)場(chǎng)多路信號(hào)超高清視頻點(diǎn)播服務(wù)，呈現(xiàn)出多機(jī)位、多視角、超高清、低時(shí)延的回看效果。

超高清視頻及VR在體育比賽網(wǎng)絡(luò)直播中的應(yīng)用

5G三大業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的eMBB場(chǎng)景技術(shù)可推動(dòng)超高清及VR等視頻的發(fā)展，利用8K超高清、4K/8K VR直播體育比賽不僅可以保證最佳的直播效果，還具有更大的便利性和時(shí)效性。安裝和使用具備5G模組的無線攝像設(shè)備不再局限于傳統(tǒng)方式的機(jī)位限制，可極大滿足網(wǎng)絡(luò)自媒體直播的需求，更加靈活和多樣。以VR技術(shù)進(jìn)行體育比賽的直播，通過VR攝像機(jī)可捕捉360度高清畫質(zhì)，讓觀眾以沉浸式或第一視角觀看比賽，擁有直觀清晰的觀賽效果。

基于5G視頻云提升安防范圍及精度

大型賽事場(chǎng)館人流量大，常選擇部署多個(gè)安防攝像頭進(jìn)行監(jiān)控安保，然而此方式成本高且受限于有線連接無法移動(dòng)、監(jiān)控范圍易存在死角等問題。5G技術(shù)與云計(jì)算、邊緣計(jì)算、人工智能和設(shè)施聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)有效結(jié)合，可以滿足多種場(chǎng)景下的安全服務(wù)質(zhì)量要求。利用5G大帶寬可支持多路視頻流的能力，可在除固定場(chǎng)所外的無人機(jī)、巡警頭盔等上面綁定攝像頭，通過無線回傳至監(jiān)控平臺(tái)，極大擴(kuò)展了安防范圍。傳統(tǒng)1080P的攝像頭識(shí)別距離不能超過5米，而在5G大帶寬支持下，可采用4K以上的攝像頭，識(shí)別距離大幅提升至20米。

基于VR技術(shù)的訓(xùn)練與運(yùn)動(dòng)教學(xué)

運(yùn)動(dòng)教學(xué)與其他學(xué)科相比，由于其指導(dǎo)性、互動(dòng)性較強(qiáng)的特點(diǎn)，給遠(yuǎn)程教學(xué)的方式帶來一定的挑戰(zhàn)。運(yùn)動(dòng)教學(xué)視頻短片缺乏互動(dòng)性，無法提供沉浸式的教學(xué)體驗(yàn)。

利用VR攝像機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)教學(xué)的演示隨之出現(xiàn)，讓學(xué)員佩戴VR眼鏡可沉浸式體驗(yàn)動(dòng)作細(xì)節(jié)和要領(lǐng)。VR運(yùn)動(dòng)教學(xué)這種虛擬化訓(xùn)練教學(xué)技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)化的運(yùn)動(dòng)器械，可實(shí)現(xiàn)全虛擬的訓(xùn)練甚至比賽。

電競(jìng)場(chǎng)館中的5G應(yīng)用

電競(jìng)專業(yè)場(chǎng)館的意義在于它不僅能作為電競(jìng)選手的比賽場(chǎng)地，也是電競(jìng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的象征，目前電競(jìng)場(chǎng)館仍以有線寬帶接入為主，4G網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)游戲需求會(huì)產(chǎn)生較大延遲，影響游戲體驗(yàn)及電子競(jìng)技的公平性。5G的大帶寬高速率在電競(jìng)場(chǎng)館應(yīng)用中可以讓畫面更加細(xì)膩、清晰、流暢，低延遲的網(wǎng)絡(luò)讓玩家間的配合更默契，對(duì)抗更真實(shí)。

5G關(guān)鍵技術(shù)在體育及視頻上的應(yīng)用

相比4G，5G業(yè)務(wù)擴(kuò)展至三大場(chǎng)景，業(yè)務(wù)需求發(fā)生了重大變化，新需求帶來端到端的技術(shù)新變革。5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)包括移動(dòng)邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片、毫米波、大規(guī)模天線等可對(duì)體育行業(yè)的視頻應(yīng)用提供業(yè)務(wù)保障。

移動(dòng)邊緣計(jì)算

體育比賽超高清視頻和VR直播對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延要求更為苛刻，MEC能將信息源和相關(guān)IT應(yīng)用下沉到場(chǎng)館附近從而創(chuàng)造出一個(gè)具備高性能、低延時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。利用部署在MEC云平臺(tái)上的AI等應(yīng)用能力，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻的分析處理，提供場(chǎng)景捕捉、動(dòng)作識(shí)別等增值觀賽服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片對(duì)端到端的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行邏輯劃分和封裝，以滿足不同業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延、可靠性等網(wǎng)絡(luò)性能的QoS需求。針對(duì)體育比賽直播中的大流量視頻應(yīng)用，5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可滿足體育比賽超高清和VR直播對(duì)網(wǎng)絡(luò)高帶寬和低時(shí)延的要求。通過自動(dòng)化端到端的資源配置和業(yè)務(wù)功能部署，實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)擴(kuò)縮容能力，滿足動(dòng)態(tài)變化的業(yè)務(wù)需求。

毫米波

5G通信的基本架構(gòu)將采用中低頻段和毫米波頻段相結(jié)合的方式。毫米波的優(yōu)勢(shì)在于頻譜資源豐富，載波帶寬可達(dá)400MHz-800MHz，無線傳輸速率可達(dá)10Gbit/s以上，毫米波同時(shí)具有波束窄、方向性好、有極高的空間分辨率的特點(diǎn)。毫米波適用于5G熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋，用在體育場(chǎng)館可對(duì)體育比賽直播視頻回傳提供大流量能力。同時(shí)設(shè)備更容易小型化，便于在體育場(chǎng)館內(nèi)懸掛。

大規(guī)模天線技術(shù)

通過多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍提高系統(tǒng)信道容量。通過波束成形和波束控制技術(shù)生成高增益可調(diào)節(jié)的波束，從而明顯改善信號(hào)覆蓋。在體育賽場(chǎng)內(nèi)，可用相同的時(shí)頻資源同時(shí)服務(wù)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)觀賽的觀眾，從而大幅度提升網(wǎng)絡(luò)容量。

基于MEC實(shí)現(xiàn)視頻應(yīng)用在體育行業(yè)的創(chuàng)新實(shí)踐

基于MEC的AI算法實(shí)現(xiàn)動(dòng)作捕捉與分析

體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目由于其動(dòng)作速率或者角度問題，無法及時(shí)分辨和判定動(dòng)作的有效性和準(zhǔn)確性，需借助視頻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)作的捕捉與分析。而普通的視頻動(dòng)作捕捉和識(shí)別系統(tǒng)受制于場(chǎng)地、網(wǎng)絡(luò)等因素，無法對(duì)動(dòng)作進(jìn)行捕捉與分析。在5G網(wǎng)絡(luò)中的MEC邊緣平臺(tái)部署AI算法可實(shí)時(shí)將捕獲的視頻進(jìn)行特征提取，結(jié)合動(dòng)作識(shí)別庫對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析，并可及時(shí)反饋至運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)。基于MEC的動(dòng)作捕捉與分析系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 基于MEC的動(dòng)作捕捉與分析系統(tǒng)流程

在上述方案中，運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)使用多臺(tái)攝像機(jī)來監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)情況，在應(yīng)用過程中不會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)員產(chǎn)生任何干擾，運(yùn)動(dòng)員的生物力學(xué)數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳遞到邊緣平臺(tái)中，通過部署在邊緣平臺(tái)的人工智能算法，給每名運(yùn)動(dòng)員建立獨(dú)特的三維模型，利用高級(jí)建模技術(shù)和其他AI算法對(duì)運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過程中的生物力學(xué)數(shù)據(jù)展開分析。

利用MEC邊緣平臺(tái)實(shí)現(xiàn)低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的8K VR直播

隨著觀眾對(duì)體育比賽直播畫質(zhì)的要求逐漸提高，未來VR轉(zhuǎn)播的趨勢(shì)將會(huì)由目前的4K向8K發(fā)展。8K VR直播將對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量提出更高的要求。

過高的速率將會(huì)帶來網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加并在相同資源情況下降低并發(fā)人數(shù)，如何利用有限的帶寬資源提供8K VR直播并能給觀眾呈現(xiàn)出好的效果，這將成為提升觀賽轉(zhuǎn)播畫質(zhì)迫切需要解決的問題。

通過MEC邊緣計(jì)算技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行分割處理，可最大程度降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的影響，提高觀眾觀賽體驗(yàn)。視頻編碼技術(shù)如圖2所示。

圖2 視頻編碼技術(shù)

8K VR攝像機(jī)將直播視頻進(jìn)行VR拼接處理。

云端流媒體服務(wù)器進(jìn)行解碼后，將視頻源按照重要程度及觀看效果不同分成高低兩種分辨率的視頻分片，實(shí)現(xiàn)端到端的流量?jī)?yōu)化，加速VR業(yè)務(wù)部署。

高分辨率的細(xì)節(jié)畫面疊加在低分辨率的背景畫面上通過CDN、MEC邊緣計(jì)算服務(wù)器進(jìn)行邊緣分發(fā)，傳送高低分辨率不同的視頻信號(hào)能最大化節(jié)省帶寬資源。

用戶的VR眼鏡設(shè)備通過特殊的SDK與解碼器進(jìn)行交互后將高低分辨率疊加的畫面最終呈現(xiàn)出來，顯示可達(dá)到2880×1440的分辨率，相比于4K VR直播時(shí)終端顯示效果可提升4倍以上。

展望未來，5G的成熟與發(fā)展將對(duì)諸多行業(yè)產(chǎn)生巨大影響。5G對(duì)VR、短視頻、體育賽事直播的推動(dòng)和影響會(huì)更加明顯，運(yùn)營(yíng)商在5G助力體育賽事視頻傳播方面也將會(huì)面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

5G對(duì)VR應(yīng)用的推動(dòng)

5G將加速包括移動(dòng)媒體、移動(dòng)廣告、家庭寬帶和電視在內(nèi)的多項(xiàng)視頻內(nèi)容消費(fèi)，并通過各種全新沉浸式和交互式新技術(shù)提升體驗(yàn)，充分釋放AR、VR和新媒體的潛力。VR直播的出現(xiàn)很明顯有助于打破地域的限制，為用戶帶來身臨其境的直播體驗(yàn)。這項(xiàng)技術(shù)還可以大范圍地應(yīng)用于體育賽事、電子競(jìng)技等方面，將改變傳統(tǒng)的內(nèi)容觀看方式，進(jìn)一步增加體育直播的娛樂互動(dòng)性。

5G對(duì)短視頻的影響

傳統(tǒng)視頻類節(jié)目的制作周期長(zhǎng)、制作成本高、宣發(fā)推廣慢，而諸如抖音、秒拍之類的短視頻網(wǎng)站的火爆，反映了用戶對(duì)數(shù)字媒體內(nèi)容的消費(fèi)量以及消費(fèi)習(xí)慣在迅速改變。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，媒體內(nèi)容的獲取成本進(jìn)一步降低，5G的到來將會(huì)讓現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)直播擺脫圖像和聲音因?yàn)檠舆t而帶來的不良觀感。

運(yùn)營(yíng)商在5G體育賽事視頻服務(wù)中的機(jī)會(huì)增多

越來越多的國(guó)內(nèi)外體育管理機(jī)構(gòu)和賽事組織在重視電視媒體的特殊價(jià)值之外，開始重視互聯(lián)網(wǎng)的獨(dú)特作用并向新媒體轉(zhuǎn)型，致力于打造數(shù)字平臺(tái)和大媒體立體化發(fā)展的體壇傳媒。而其依附的超高速移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，毫無疑問也會(huì)受益于5G時(shí)代的來臨。5G將推動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的電視產(chǎn)品規(guī)模發(fā)展，與有線電視和衛(wèi)星電視形成強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。同時(shí)，5G將通過OTT視頻服務(wù)，幫助運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)移動(dòng)媒體增長(zhǎng)。