5G超低时延视频解决方案，让远程控制“所见即所得”
发布时间：2022-01-20 作者：中兴通讯 赵琼鹰，黎云华 阅读量：
远程控制一直是工业生产中保障人员安全、提升生产效率、实现生产协同的必要手段。目前工业生产的大多数远程控制基于有线网络，虽然有线网络稳定，但也存在一些问题，如灵活性较差，尤其难以支持天车、岸桥、无人集卡等大范围移动的特种设备。另一方面，要实现远程控制，不仅需要可靠的网络保证操控的实时性、灵敏度，还需要足够清晰度、低时延的视频回传提供视觉支撑，以达到“所见即所得”。然而现有的远程控制视频回传基于传统视频画面，在经过摄像头编码处理、网络传输、后台视频服务器转码、显示端解码后，端到端的时延非常高，时延往往超过500ms甚至秒级，导致后端操控端的视频画面出现严重的延迟，从而容易出现误操作和事故的发生。
通过引入5G低时延视频解决方案，可以将视频端到端时延减少到80ms以下，大大提升了远程操控体验，操控迟滞感明显消失。利用5G网络的低时延，实时回传现场视频画面，操作人员在集中操作室进行远控操作，一个工人可同时远程控制操作多台设备，大大提升远程操控的安全性及工作效率。
中兴通讯5G低时延视频解决方案，借助于低时延视频网关Smart Edge 9102（以下简称“SE9102”)设备，将音视频的编码从摄像头移到视频网关上，通过强大的硬件编码及低时延视频算法，减少了端侧的视频处理时延（见图1）。同时，视频在5G空口的传送能够根据无线信道的质量自适应调整传输速率。此外，通过部署在NodeEngine上的低时延视频服务软件，实现多路视频解码、高速分发与并发，配合视频软硬件播放端，极大降低了视频的端到端传输时延。
图1 中兴通讯5G低时延视频解决方案
SE9102是中兴通讯针对远程控制场景推出的5G超边缘计算网关，具有高可靠性、高集成度的特点，内置双5G/IP等多网络模块，支持SDI/IP GE/CAN/RS-232/RS-485等丰富的物理接口；可提供多路1080P/4K视频编码，具有毫秒级超低时延视频实时回传、工业I/O设备接入能力。中兴通讯基于SE9102+NodeEngine的5G超低时延视频解决方案，实现5G网络下高清视频和控制信号的低时延传输，满足远程操作控制系统、设备控制系统、工业AI视觉和生产控制业务系统间数据的高效传递。
视频端到端延迟是影响用户体验的重要因素，为了降低延迟，在每一个视频处理的环节都采用低延迟技术，包括视频采集、ISP（Image Signal Process）、视频编码、打包、传输、缓冲、解码、渲染、显示。SE9102采用高性能的FPGA芯片完成视频ISP和编解码，通过超低延时帧结构设计、编码流水线优化以及低延时码率控制，实现毫秒级别的超低延时编解码算法处理。
方案通过实时探测网络状态，持续对网络业务进行感知。NodeEngine通过人工智能引擎及业务感知引擎进行AI深度学习，以得出业务类型及业务特征，如丢包率、延迟、抖动等参数，并判断当前网络的状态，识别网络质量的等级，感知网络是否拥塞，计算当前可用带宽，通过这样更精细化的业务特征识别，可以实现更精细的业务体验保障。
在网络感知基础上，通过NodeEngine，进一步地动态调整基站预调度的起始时间，匹配实际业务数据上行发送的时刻，以进一步减少上行数据传输时延。比如视频传输中，对于丢包率要求不同的I帧和P帧，可智能选择不同的调度策略，从而消除I帧碰撞。
当网络处于拥塞状态，则启动抗丢包策略，不同的丢包率和不同延迟条件下，启动不同的FEC（前向纠错）和ARQ（自动重传请求）策略，以达到最佳的体验质量为优化目的，平衡抗丢包所带来的视频带宽的占用和延迟的增加。
当网络处于拥塞状态，则根据网络感知的质量，动态调整视频的传输质量。如动态调整视频编码器的码率，或根据视频流的优先级，关闭优先级低的视频流，减少带宽占用以消除拥塞，当网络质量恢复时，则切换到高质量视频。
中兴通讯5G超低时延视频解决方案在云南神火铝业成功应用，并获得2021年绽放杯“一等奖”。云南神火天车以前均采用人工控制方式，普遍存在人工成本高、效率低、危险性高以及天车资源争夺等管理问题。通过对氧化铝仓库五台天车的PLC（Programmable Logic Controller）改造，安装在天车车身、墙壁的高清摄像头通过5G超边缘计算网关提供低时延视频以及天车的控制信号回传，从而实现操作员在操作室进行远程实时控制，大幅提升管理效率，也改善了操控人员的工作环境。
作为全球领先的综合通信解决方案提供商，中兴通讯5G低时延视频解决方案已在港口、矿山、冶金、工业等多个行业，通过和行业龙头联合进行实践，积累经验，进而复制辐射到其他企业，推动5G应用从1到N的落地。
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