0   引言

5G 是最新一代移动通信技术，具有传输速度快、网络延迟低、带宽高、连接数密度大、可移动性强等优点，应用场景十分广泛[1]。目前全球大部分国家都在加速推进5G 网络、5G 基站等基础设施的部署。5G 在2020 年已开始商用，据相关数据显示：2020 年有超过34 个国家、378 个城市部署了5G 商用网络，并在不断探索、试点和完善相关应用。截至2021 年3 月底，我国累计建成5G 基站81.9 万个，占全球70% 以上，5G 终端连接数超过2.8 亿，全球最大规模5G 商用网络已在中国建成[2]。

8K 超高清是超高清显示的下一代技术，能够提供良好的视频体验和品质，是技术和市场发展的趋势[3]。而高质量8K 视频需要>140 Mbit/s 传输带宽要求，5G传输带宽可达到2 000 Mbit/s，可满足8K 视频流的传输需求。8K 摄像机为作为超高清产业链的前端，主要解决的是8K 内容的生产问题。而现有的摄像机视频数据的存储主要在存储卡中，数据传输接口主要有HDMI、网络接口、WiFi、SDI 等，通过此类接口可以实现视频数据跟显示器、服务器等传输[4]。以上传输方式，在配合相关设备的情况下，可实现直播、视频流录制等功能。

但在无人机等各种移动方式下，存在实现不便等问题，如果要解决带宽以及可移动便携性问题，需要能跟8K摄像机配套应用的可移动式高带宽网络，而根据5G 的高带宽、低延时、便携等特点，设计一种8K 摄像机视频流通过5G 信号便携传输的实现方法及系统，是技术需要解决的问题。

1   系统方案的实现

1.1 方案简述

本文所涉及的8K 摄像机视频流通过5G 网络便携传输的实现方法及系统，主要实现两个部分功能，可录制的8K 摄像机方案、具有5G 通信功能的模块及中间衔接安装装置[5]。

系统中由8K 摄像机对视频进行采集，编码压缩、对视频信号进行传输；同时具有对5G 通信模块供电、通信控制等功能，5G 通信模块主要实现8K 摄像机编码后的视频数据无线传输到云端，而8K 摄像机和5G 通信模块之间通过USB 信号（或PCIE 信号的方式）进行传输。

在结构设计和安装上，8K 摄像机设计了固定外接设备的通用接口，另设计可以拆卸式支架，5G 通信模块通过支架固定在摄像机上。当使用8K 摄像机需要进行5G 数据及时传输到云端时，将5G 通信模块通过支架固定在摄像机上，8K 摄像机与5G 通信模块之间供电和通信，实现8K 视频的便捷传输，可以满足无人机等不方便布局网络的环境下直播对硬件设备的需求，节省成本。

1.2 系统方案设计

图1 为本方案的系统框图，主要由8K 摄像机、5G通信模块等组成。其中8K 摄像机主要有电源管理模块、镜头、SENSOR 模块、ISP 图像编码处理模块以及8K信号传输接口等。其中电源管理模块输入电压为12 V，有适配器或电池输入，主要负责8K 摄像机系统供电及供电逻辑电源管理，同时通过USB3.0 或USB3.1 接口电源信号提供给5G 通信模块的5 V 供电。优选方案是，8K 摄像机和5G 通信模块的USB 连接可设计为TYPEC插座形式，并通过合适的线材完成对接，内部数据信号完成8K 摄像机对采集编码后的音视频信号传输。

SENSOR 模块、镜头、ISP 图像编码处理模块为摄像机的三大核心，镜头采集拍摄目标的光信号，SENSOR使用的是能处理8K 分辨率的CMOS 传感器，镜头和SENSOR 连接的卡口可为M43 口或EF 口等。ISP 模块使用海思的3559A 芯片，也可使用其他具有8K 信号处理编码的ISP 芯片。5G 通信模块将摄像机的视频信号转为射频信号，并实现5G 无线传输，5G 通信模块内的5G 模块使用海思的MH5000-31 或其他具有同等功能的模块。摄像机的ISP 芯片可以通过USB3.1 与5G 通信模块进行数据交换及设备控制。

图1 系统框图

图2 为本系统实现的软件框图，由于5G 通信模块的供电是由摄像机提供，在摄像机通电开机后，5G 通信模块也会同时通电，随后摄像机上电初始化，并对USB Device 等接口设备进行扫描，确认是否有系统中的5G 通信模块接入，如果没扫描到，则继续执行检查动作。当检测到有5G 通信模块接入时，开始初始化设置5G 通信模块。摄像机开机后，根据摄像机的拍摄设置参数，进入设置拍摄状态，等待拍摄指令。在检测到拍摄指令后，开始进行拍摄和视频编码存储。随后检测是否视频有云端传输需求，如无云端传输需求，则继续保持现有状态，如有云端传输需求，则获取云端服务器用户名或所配置地址，并进行视频流上传。

图2 功能流程图

1.3 安装结构设计

图3 为摄像机固定支架螺钉示意图，其中摄像机的侧边设计有2~3 个可固定支架的螺钉孔，图4 是支架实物图，支架可旋转，分左侧和右侧，左侧设计有跟摄像机螺钉孔位对应的螺钉孔位，右侧为放置5G 通信模块的区域，图5 为放入5G 通信模块的示意图，通过以上安装，5G 通信模块可以便捷安装在摄像机上，实现8K摄像机便携式的基于5G 传输硬件系统的搭建。

图3 摄像机固定支架螺钉示意图

图4 支架实物图

图5 5G通信模块置入支架实物图

图6 为结构图纸，1 为螺钉固定，2 为5G 通信模块放置区。

2   结束语

通过本文方案的实施，便捷实现了8K 摄像机视频流通过5G 向云端或服务器的传输，主要实现的效果如下。

1）8K 摄像机的传输带宽较高，5G 通信模块传输可以满足数据传输流畅要求。

2）8K 摄像机、支架、5G 通信模块设计为可拆卸独立模块，且5G 通信模块可通过支架直接固定在8K摄像机上，实现8K 摄像机灵活的使用5G 通信进行数据云端传输，满足任何基于5G+8K 的直播场景需求，如航拍、户外直播等。

本方案直接使用ISP 处理芯片作为5G 通信控制模块的数据交换控制芯片，节省了系统应用成本。

参考文献：

[1] 5G当代移动通信技术制高点[EB/OL].人民日报,2020[2020-02-04]. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1657557497440734032&wfr=spider&for=pc.

[2] 我国5G基站超81.9万个,规模有多大?[EB/OL].南都大数据研究院,2021[2021-05-17].https://www.sohu.com/a/466967123_161795

[3] 中国超高清视频产业联盟(CUVA)内容供给组.5G+8K超高清国产化白皮书,2020[A].

[4] 冯玲玲.一种基于DP接口的8K超高清显示系统:中国,201410810049.X[P].2014-07-30.

[5] 余明火,侯亚荣,王德闯.一种显示系统:中国,202011205788.1[P].2020-11-2.