嵌入式
返回首页

8K摄像机视频流通过5G网络便携传输的实现方法及系统

2024-07-15 来源:elecfans

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。

1629772428783218.png

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。

image.png

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。

1629772581157399.png

图3 摄像机固定支架螺钉示意图

1629772617927319.png

图4 支架实物图

1629772647673890.png

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。


image.png

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.


进入嵌入式查看更多内容>>
相关视频
  • PX4固件二次开发课程

  • RISC-V嵌入式系统开发

  • NuttX Workshop 2024

  • 自己动手写操作系统

  • SOC系统级芯片设计实验

  • 自己动手做一台计算机

精选电路图
  • 基于IC555的可变PWM振荡器电路

  • 优化电路板布局的简单方法

  • 如何使用LED驱动器LM3915制作振动计

  • 分享一个电网倾角计电路

  • 电谐波图形均衡器示意图

  • 一种构建12V和230V双直流电源的简单方法

    相关电子头条文章