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搞定視訊串流 整個城市都是你的直播台
讓直播更簡單

【作者: 王岫晨】   2020年03月26日 星期四

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直播主每日的播送流程看似簡單,卻也伴隨著許多挑戰。


如何將最即時的影音畫面,毫不拖泥帶水地播送到粉絲眼前,


有賴最新技術來滿足直播主的不同需求。


在今天,網路已經成為每個人日常生活的必備科技。而透過便捷的聯網技術,更造就出一種全新的商業型態,網紅產業。這些網紅(或者直播主)透過網路直播串流(Live Streaming),將即時影像傳送至每個粉絲的手機與電腦螢幕上,不管身在何處,不管與粉絲的距離有多遠,永遠都像是在眼前一樣,看到與聽到最真實的聲音與影像。


直播情境百百種

那麼,問題來了。既然直播主本身與粉絲各深處在不同的地方,有時候甚至距離還相差了十萬八千里,究竟該透過怎樣的技術,才能讓直播主的聲音與影像毫無延遲、毫無時差、也毫無減損地傳送到粉絲的手機或電腦螢幕上呢?


要回答這個問題,首先必須要先瞭解一下直播主的直播情境。通常來說,直播主常用的直播方式大概可以分成兩種,一種是在室內環境中進行直播,這種方式通常是透過較為穩定的固網,來將多媒體訊號傳送至雲端,再透過視訊串流至每個收視者的裝置上。這是許多直播主現在普遍採用的直播方式,在室內環境中精心打扮美美上鏡,透過各種直播平台來將直播畫面送出。固網的優點是頻寬大且訊號穩定,較不易出現無線訊號收訊不良的狀況,因此多半都可以無延遲地順利完成直播作業。


另一種狀況則是直播主在戶外進行直播,這種情況多半都是透過目前手機的4G LTE訊號來進行連線。LTE是現在使用最為普遍的蜂巢式無線通訊技術,覆蓋範圍廣且頻寬大,在人口密集(代表基地台也密集)的都會區,收訊狀況相對良好,讓直播主不管走到都市的哪個角落,都可以透過LTE訊號來進行播送,是非常普遍且便利的一種直播方式。



圖一 :   室外環境的直播串流,經常會遇到訊號不穩定或者斷訊等狀況。
圖一 : 室外環境的直播串流,經常會遇到訊號不穩定或者斷訊等狀況。

不論是在室內或室外環境進行直播,在一般的狀況下,直播畫面大多都可以正常播送。然而在許多情境中,就沒辦法達到如此理想的狀態。一般來說,身處在擁擠群眾中的直播主,通常都會發生訊號卡頓的狀況,這最容易發生在人多的球賽現場,或者類似群眾大量聚集的造勢場合上。


5G的直播優勢

5G連結密度可達到每平方公里10萬終端裝置,延遲性也達到1ms。對於群聚現場直播主來說,5G NR可以提供更大的直播優勢。

在人潮眾多的狀況下,由於同時透過蜂巢式無線通訊技術連線的人數過多,現有的LTE技術將會難以招架如此多的連線數,主要原因多半在於瞬間頻寬不足,另外難以負荷同時出現的大量連結也是個主因,導致直播主在遇到這樣的狀況時經常叫苦連天。這些問題儘管不是每天出現,卻也是現階段直播主最常遇到的狀況,亟需透過新技術來加以解決。然而,既使採用了新一代的LTE-A通訊技術,也難以負荷瞬間大量連結的狀況。要解決這樣的挑戰,就必須要有全新的通訊架構方能克服,而5G NR,就是最好的解決方案。


5G NR主訴求是大頻寬、低延遲與大連結。超大頻寬更有助於直播時影音訊號的傳送,而超低延遲則可以有效解決現階段直播時經常發生令人不悅的畫面延遲狀況,大連結則能允許更多人同時上線進行直播。其背後所採用的都是最新的無線電技術,例如為了提供更大的頻寬,5G NR採用了毫米波技術,更高頻訊號帶來更大頻寬的優勢;另外載波聚合技術則允許將多個連續載波聚合成一個更寬的頻譜,或者把一些不連續的頻段聚合在一起,藉以提供更大的頻寬。


在4G LTE已經具備了更多連結數的優勢,這也是NB-IOT採用LTE技術的主因。而到了5G,連結密度可以達到每平方公里10萬終端裝置,延遲性也達到1ms。這對於位在眾多人們群聚的現場直播主,5G NR可以提供更大的直播優勢,現階段在現場眾多使用者所導致的直播訊號延遲或卡頓的狀況將不複見。


串流編碼技術

當然,解決了直播訊號的傳送問題,接下來要處理的就是視訊直播串流的部分了。視訊直播串流是指將現場實況場景的影音資訊,透過即時編碼壓縮後,在網路上輸出並發布的過程。隨著近年來各種網路直播與自媒體(Social Media)的盛行,各大影音串流平台也相繼問世。


這些影音訊號透過編解碼來進行播送,由於直播平台數量眾多,各家直播平台不見得採用相同的編解碼技術,因此編碼器因此現在也開始走多碼流的設計路線,讓直播主可以針對不同平台進行推播。


編碼器是一種裝置或應用程式,它的用途是將影音內容轉換成數位格式,以便利進行串流播放。換句話說,編碼器能夠將影片數位化,並將其傳送到直播平台,向觀眾直播影音內容。有些編碼器是獨立的裝置,可從攝影機或電腦取得音訊和視訊信號。有些編碼器則是透過電腦執行的軟體應用程式,可從網路攝影機或電腦來擷取視訊。



圖二 : 目前常見的影音串流編碼標準是MPEG-4和H.264。
圖二 : 目前常見的影音串流編碼標準是MPEG-4和H.264。

編碼器的應用可以說是相當的廣泛,除了應用在網路直播中,其實在包括網路監控、視訊教學、遠距醫療、數位廣播、電子看板、視訊會議等用途上也十分常見。


一般來說,編碼技術指的是影音檔案壓縮編碼的標準,這些標準常見者包括了MPEG-2、MPEG-4、H.264、H.265。MPEG2是舊標準已過時,目前常見的編碼標準主要是MPEG-4和H.264。MPEG-4是常見用於音訊、視訊的多媒體壓縮編碼標準,由國際標準化組織(ISO)和國際電工委員會(IEC)所屬的MPEG(Moving Picture Experts Group)所制定。MPEG-4格式的主要用途是針對網路串流、光碟、語音傳送或視訊電話,以及電視廣播等用途來進行編碼。


至於H.265是較新的編碼標準,其壓縮率較高,現已有許多影音編碼是採用H.265。隨著4K、8K影音格式的持續發展,H.265將可望成為影音編碼壓縮的國際主流標準。


採用H.265/H.264數位視訊壓縮技術的編碼器,具備穩定可靠、高畫質解析度、低延時等特點。輸入高畫質的HDMI視訊信號進行編碼處理時,經過晶片壓縮處理,可輸出標準的串流。一般來說,採硬體編碼方式的解碼器,可廣泛應用於更多不同的環境,更可用於視訊直播編碼。


結語


圖三 : 5G NR的特色,最適合擁擠群眾環境中進行直播串流。
圖三 : 5G NR的特色,最適合擁擠群眾環境中進行直播串流。

現有的網紅與直播主透過既有的多媒體編解碼技術,來完成每日的直播工作,並播送到每個粉絲的裝置上。儘管當下隨時會有新的挑戰出現,然而即將問世的新技術,都能夠用以解決現有的問題。


但未來,肯定還會有新的直播挑戰出現,例如現階段採用1080P畫質進行直播所產生的問題,透過5G NR技術可以獲得解決,然而萬一未來的直播主採用了4K畫質進行直播,5G NR是不是又不敷使用了呢?市場永遠都有新的需求,而技術也將推陳出新。屆時,肯定又會有更新一代的通訊技術,與多媒體編解碼技術,來滿足這些直播主的需求。


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