Kaynak / Haivision

5G Canlı Yayın Prodüksiyonunu Kökten Dönüştürecek

2022 BROADCAST IP TRANSFORMATION REPORT, art arda üçüncü yıl 5G'yi sektör üzerinde en büyük etkiye sahip olacak teknoloji olarak gösterdi. Dünyanın dört bir yanından 650'den fazla yayın uzmanıyla yapılan ankete göre, katılanların %68'i 5G'nin televizyon yayıncılığını tamamen değiştireceği konusunda hemfikir. Bu yazıda, 5G'nin tam olarak ne olduğunu, temel özelliklerini ve kurulum aşamalarını ve uzaktan prodüksiyon için neden oyunun kurallarını değiştirmeye aday olduğunu derinlemesine inceleyeceğiz.

5G ÖNCESİ CANLI YAYIN PRODÜKSİYONLARI

Uydudan Görüntü Toplamaktan Birleşik Bağlantılı Hücresel Ağlara

Uydu, yayıncıların uzak bir mekândan merkezi bir prodüksiyon tesisine canlı video göndermesinin en yaygın yoluydu. Bu teknoloji onlarca yıldır başarılı bir şekilde kullanılmasına rağmen pahalıdır ve sınırlı bant genişliği nedeniyle olay yerinde içerik üretmek için dış yayın (OB) ekipmanıyla dolu bir tır gerektirir. Uydu bağlantılarıyla çalışmak, çok büyük bütçeli üst düzey etkinlikler için mantıklı olabilir, ancak daha küçük etkinlikler ve tek kameralı saha haberciliği için maliyeti fazla yüksektir.

2000'lerin sonlarında IP teknolojisi, uydu bağlantılarına bir alternatif olarak ortaya çıktı ve büyük etkinliklerin REMI (REMote Integration) veya evde uzaktan prodüksiyon modellerini benimsemesini sağladı. Sahada büyük OB tırlarına ihtiyaç duymak yerine, bireysel kamera sinyalleri, özel fiber veya denetimli IP ağları üzerinden merkezi bir canlı prodüksiyon tesisine geri gönderilebilir.

2012'de Haivision, görüntü akışlarının halka açık internet üzerinden güvenilir ve düşük gecikmeli aktarımı için Secure Reliable Transport (SRT) protokolünü geliştirdi. 2017'de açık kaynak topluluğunun kullanımına sunulan SRT, artık satıcılar ve yayıncılar tarafından geniş çapta benimsendi ve internet üzerinden canlı görüntü iletmek için Makito X4 video kodlayıcı gibi taşınabilir video kodlayıcıları kullanarak uzaktan prodüksiyonu üst düzey olmayan ve daha küçük etkinlikler için daha uygun maliyetli ve pratik hale getirdi.Açık hava spor etkinlikleri veya canlı haber toplama gibi portatif kamera senaryoları için, 2010'larda 3G mobil ağlarla birleşik bağlantılı (bonded) hücresel teknoloji çıktı. 3G'nin tipik olarak 2 Mbps'tan fazla olmayan sınırlı yükleme bant genişliğine rağmen, bant genişliği, birkaç 3G sinyalinin çoğullanması veya birleştirilmesiyle çoğaltılabilir. Daha sonra, 4G ortaya çıktığında, 5 Mbps veya daha yüksek yükleme hızlarıyla bant genişliği önemli ölçüde arttı ve en son LTE teknolojisi kullanılarak 50 Mbps'a ulaştı. Şimdi 5G hizmetlerinin kullanıma sunulmasıyla birlikte kullanılabilir bant genişliği iki katına çıktı ve hatta daha da fazla işlem hacimleri (throughput) yolda.

Hücresel birleşik bağlantı, sadece yayıncıların birden fazla mobil ağ bağlantısı üzerinden video akışlarını yük dengeleyerek yüksek bit hızlarında canlı görüntü katkısında bulunmasına olanak sağlamakla kalmaz, aynı zamanda ağ yedekliliğini ve erişilebilirliğini de destekler. Farklı ağ sağlayıcılarının bir karışımını içeren birleşik bağlantılı bir hücresel video vericisi, belirli bir zamanda mevcut olan en güçlü ve en güvenilir ağa otomatik olarak öncelik verebilir. Ardından, bir ağ çökerse, içerik anında başka bir bağlantıya yönlendirilebilir.

5G'NİN MEVCUT DURUMU VE EVRİMİ

Yayıncılar için Şimdiki ve Yaklaşan Avantajlar

5G iki aşamada kullanıma sunuluyor. İlki, hâlihazırda mevcut 4G çekirdek ağlarının üzerine 5G baz istasyonları eklemeyi içerdiğinden, bağımsız olmayan mimari (NSA - Non-Standalone Architecture) olarak anılır. 5G NSA ile iletişim servis sağlayıcıları (CSP - Communication Service Provider), daha büyük kentsel alanlardan başlayarak 5G hizmetlerini kademeli olarak kullanıma sunabilirler. Bu ilk aşama zaten mevcut bant genişliğini ikiye katlar; bazı durumlarda bir video vericisinin ikincisi yedek olarak beklemede olduğu tek bir 5G modemle çalışabileceği, birleşik bağlantılı 5G vericilerin ise 4K UHD içeriği için gereken bant genişliğini sunabileceği anlamına gelir.

Haivision mobil video kodlayıcıları ve vericileri, 5G üzerinden haber toplama, spor yayıncılığı ve canlı etkinliklere görüntü katkısı toplama için tasarlanmıştır.

5G baz istasyonları yaygın olarak kurulduğunda, servis sağlayıcılar (CSP) ağlarını 4G'den 5G Core mimarisine yükseltmeye başlayacak. Bu ikinci aşama, bağımsız mimari (SA - Stand-Alone Architecture) olarak adlandırılır. Bağımsız olmayan ve bağımsız mimariler arasındaki farkı ve yayıncılara nasıl yarar sağlayacaklarını daha iyi anlamak için 5G'nin ana teknoloji bileşenlerine daha yakından bakalım: 5G New Radio ve 5G Core.

5G New Radio – Daha Yüksek Frekanslar ve Bant Genişliği 

5G New Radio (5G NR), yeni nesil hücresel iletim teknolojisidir. 5G NR, daha yüksek frekanslar üzerinden veri almak ve iletmek için daha küçük antenlerden oluşan daha büyük bir ağa dayanması bakımından 4G'den farklıdır. 4G veya LTE (Long-Term Evolution) teknolojisinin tamamı 6GHz'in altında olan radyo frekans bantlarına dayandığında, 5G NR 40GHz'ye kadar çok daha yüksek bantları destekleyebilir.

Haivision Pro460, 5G ağları üzerinden canlı 4K UHD yayın katkı ve HDR gibi yüksek görüntü kaliteli içerikleri iletebilir.

Üç tür 5G frekans bandı vardır: alçak, orta ve yüksek. Alçak bant, CSP'lerin 4G için zaten lisansladığı 1 GHz'in altındaki frekansları ifade eder. Orta bant, 1GHz ila 6GHz arasındaki mikrodalga frekanslarını içerir ve 5G hizmetlerinin düşük gecikme süresinde çok daha yüksek bant genişliği ile çok çeşitli kullanıcılara ulaşmasını sağlar. Yüksek bant 24GHz ile 40GHz arasını kaplar ve genellikle mmWave (milimetre dalga) olarak adlandırılır. Bu son derece yüksek frekanslar o kadar uzağa gidemese de, çok büyük miktarlarda bant genişliği sunarlar. Bu nedenle mmWave bandı, bant genişliğini aynı anda binlerce cihazla paylaşabildiğinden özel ağlar ve IoT (Nesnelerin İnterneti) uygulamaları için idealdir.

Günümüzün 5G ağlarının çoğu, mevcut 4G LTE çekirdek ağ altyapısına bağlı 5G baz istasyonları ile NSA modunda çalışıyor. Bu ilk hibrid yaklaşım, yayında toplanan katkı videolarının orta bant mikrodalga frekansları üzerinden iki kat daha fazla bant genişliği ve 200 ms'nin altında uçtan uca gecikme süreleri ile iletilmesini sağlar, ki bunlar geri dönüş sinyalleri (return feeds) için temel yeteneklerdir.

5G Core – Sanal ve Bulut Ağlar 

5G NR baz istasyonları bağımsız olmayan mimari olarak yaygın bir şekilde kurulduğunda, CSP'ler çekirdek ağlarını 4G LTE'den 5G teknolojisine yükseltmeye başlayabilir ve sonunda bağımsız bir mimari olarak çalışabilir. 5G Core teknolojisi, birçoğu henüz öngörülemeyen bir dizi yeniliği mümkün kılacak, geçmişten radikal bir ayrılışı temsil ediyor.

3G ve 4G gibi önceki nesil hücresel ağ teknolojilerinin aksine, 5G çekirdek ağlar, veri iletimi, yönlendirme ve hizmet yönetimi gibi belirli işlevler için özel donanıma sahip olmak yerine piyasada yaygın satılan COTS (Commercial Off-The-Shelf) donanım üzerinde çalışan sanallaştırılmış ve bulut tabanlı teknolojiye dayanır. Mobil ağ işlevleri artık özel amaçlı donanım parçalarına bağlı değildir ve bunun yerine sanallaştırılmış ağ işlevleri (VNF) veya bulutta yerel işlevler (CNF) olarak sunulur.

Sanallaştırılmış ağ işlevleri (VNF - virtualized network functions), Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsü (ETSI) tarafından tanımlanan kapsayıcı model olan ağ işlevi sanallaştırması (NFV - network function virtualization) ile karıştırılmamalıdır ve herhangi bir ortak donanım platformunun üzerinde sanal makineler olarak çalışan yazılım parçalarıdır. Bulutta yer alan işlevler (CNF - cloud-native functions), bunu bir adım daha ileri götürür ve ağ işlevlerini bulut tabanlı platformlarda çalışacak şekilde kapsayıcı hale getirir.

Sanal ve bulut teknolojileri, birçok operatör için uzun vadeli hedef olarak buluttaki ağlarla birlikte 5G çekirdek ağların içerisinde bir arada var olabilir. Buluttaki bir 5G çekirdeği, onlara sanal makine ve hizmetleri yaratma (spin up) ve kapatma (spin down) ve yayın prodüksiyonu gibi belirli uygulamalara yönelik yeni hizmetler sunma yeteneği verecek.

5G New Radio (NR) erişimi bağımsız olmayan modda bant genişliğini 4G’ninkinin iki katına çıkarır. Bağımsız çalışan 5G yeni çekirdek ağ teknolojisi daha da fazla bant genişliği ve daha düşük gecikme getirir. 

4G Core Network – 4G Çekirdek Ağ

4G çekirdek ağlar gerekli işlevleri gerçekleştirmek için sabit donanıma dayanırlar. 

5G Core Network

5G çekirdekler, bulut platformları veya piyasada yaygın bulunan COTS  (common off-the-shelf) veri merkezi donanımları tarafından desteklenebilen sanal ağ işlevlerine (VNF - virtualized network functions) dayanırlar. 

AĞ DİLİMLEME

Yayıncılar için Yüksek Bant Genişlikli ve Düşük Gecikme Süreli 5G Hizmetleri

5G çekirdek ağlarına yapılan büyük yatırımların arkasındaki itici güç, CSP'lerin yeni gelir getirici hizmetler sunabilmeleridir. Ağ işlevlerini temeldeki donanım bileşenlerinden soyutlayarak, belirli pazarlara hitap eden mobil veri hizmetleri oluşturabilirler. Bir tüketici yalnızca akıllı telefonda görüntü izlemek için yeterli bant genişliğine ihtiyaç duyabilirken, bir yayın mühendisinin aynı anda HDR ile 4:2:2 10-bit 4K'da birden fazla yüksek kaliteli video akışını destekleyebilmesi gerekir.

Bu farklı ihtiyaçları göz önünde bulundurarak CSP'ler, farklı müşteri türleri için ayrı hizmetler oluşturmak üzere 5G ağ dilimleme uygulayabilirler. Tüketiciler uygun fiyata öncelik verebilir; yayıncılar için ise garantili bant genişliği ve düşük gecikme süresi gerekir. Sanallaştırılmış ve bulutta yer alan 5G çekirdeği ile CSP'ler, her biri kendi özel yazılım tanımlı işlevlerine ve aynı fiziksel donanım üzerinde çalışan düğümlere sahip birden çok mantıksal ağı destekleyebilir. Tüketici diliminde ne olursa olsun, yayını ve diğer ağ dilimlerini etkilemez.

5G ağ dilimleme, televizyon yayıncıları için, ilgili sabit maliyetler ve fiziksel sınırlamalar olmaksızın özel amaçlı fiber veya özel bir IP ağı kullanmakla aynı avantajları vaat ediyor. 5G ağ dilimleri mobil hizmetler olduğundan, internet hizmetleri kadar hazır ve erişilebilir hale gelecekler, ancak hizmet düzeyi anlaşmaları, daha düşük gecikme süresi ve daha fazla bant genişliği dahil olmak üzere daha fazla güvenilirliğe sahip olacaklar.

Belli kullanım durumları için optimize edilen ağ dilimleri, ortak veri merkezleri ve bulut kaynakları üzerinde kurulan sanal ağ işlevleri (VNF) tarafından mümkün kılınır.

ÖZEL AĞLAR İÇİN 5G

Yayın Uygulamaları için Güvenilir Kablosuz Ağlar

WiFi veya IEEE 802.11, özel kablosuz ağlar oluşturmak için oldukça başarılı bir teknolojidir. 1997'deki ilk çıkışından bu yana birçok güncelleme ve iyileştirme olmasına rağmen, bazı sınırlamalar vardır. Örneğin WiFi, metal ve beton gibi belirli malzemelere karşı çok hassastır ve yaklaşık 45 metre gibi nispeten kısa bir erişim mesafesine sahiptir. Geniş alanlar, özellikle dış mekânlarda, güvenilir bağlantı sağlamak için birden fazla WiFi baz istasyonu ve sinyal güçlendirici gerekir.

Buna karşılık 5G mmWave, özel bir ağ olarak konuşlandırıldığında 500 metreye kadar ulaşabilir, bu da onu stadyumlar gibi geniş alanları kapsamak için çok uygun hale getirir. 5G mmWave erişimi daha düşük frekans bantları kadar yüksek olmasa da, 10 Gbps veya daha yüksek bit hızlarını destekleyebildiği için anahtarlar ve kodlayıcılar dahil yayın donanımlarına kablosuz kamera bağlantıları için çok uygun. 5G mmWave, 24GHz ile 40GHz arasındaki yüksek frekanslarda çalıştığı için gecikme süresi 4ms kadar düşük olabilir.

Haivision Air, 5G bağlantılı, çok küçük boyutlu, pille çalışan bir HEVC ve H.264 mobil verici. 

mmWave bandının bir diğer avantajı da aynı anda çok daha fazla cihazı destekleyebilmesi, böylece binlerce cihazı ve tüketiciyi ortak bir alanda bağlamak için ideal olmasıdır. Kamuya açık 5G ağlarında olduğu gibi, özel bir 5G ağı da dilimlenebilir, böylece belirli bir frekans genel halk için, bir başkası güvenlik hizmetleri için ve bir diğeri de yayın ekipmanı için kullanılabilir hale getirilebilir.

Özel 5G mmWave ağları ortak donanımı paylaşırken yerel kullanım durumları için dilimlere ayrılır. 

5G EDGE COMPUTING (SINIR BİLİŞİM) 

Her Yerden Düşük Gecikmeli ve Yüksek Bant Genişliğinde Görüntü İşleme

Kodlama ve kod dönüştürme dahil görüntü işleme, özellikle gerçek zamanlı olarak yayın kalitesinde görüntü üretirken yoğun bilgi işlem gücü gerektirir. Canlı yayıncıların gereksinimlerini karşılamanın bir yolu, Makito X4 Encoder veya Pro460 mobil verici gibi özel amaçlı donanımlardır. Ancak, ABR basamakları oluşturma veya HDR görüntüyü biçimlendirme gibi daha fazla gerçek zamanlı sinyal işleme gerektiğinde, kuruluş içinde veya bulutta gerçekleştirilebilir. Ancak bu, ağ performansınıza ve yerel bir veri merkezinden veya yayın tesisinizden ne kadar uzakta olduğunuza bağlı olarak gecikme katabilir.

5G çekirdek ağlarında olduğu gibi, gecikmeyi önemli ölçüde azaltmak için bulut bilişim kaynakları yerel baz istasyonlarının yanı sıra 5G radyo erişim ağı (RAN - radio access network) üzerinde de kurulabilir. Çok erişimli sınır bilişim (MEC - multi-access edge computing) olarak adlandırılan bu teknoloji, 5G ağına erişimi olan herkesin, bulundukları yere yakın yerlerde video ve diğer her türlü veriyi işlemesine olanak tanır.

Haivision StreamHub, herhangi bir Haivision mobil vericisinden canlı görüntü akışları alabilir ve SRT, SDI, NDI ve ST 2110 iş akışları için kodlarını çözebilir.

5G MEC hizmetleri kurulduğunda, yayıncılar artık tırlarca görüntü işleme donanımı taşımak; ve merkezi iş akışlarının ve bulut bilişimin yarattığı gecikme zorluklarıyla uğraşmak zorunda kalmayacaklar. MEC, yayıncıların kelimenin tam anlamıyla havadan erişebilecekleri son derece düşük ve pratikte var olmayan gecikme seviyelerinde, büyük miktarlarda işlem gücü sunacak.

5G radyo frekans spektrumu.

SONUÇ

5G, Yayıncıların Canlı Etkinlikleri Yayınlama Biçimini Sonsuza Dek Değiştirecek

5G, 4G üzerindeki basit bir iyileştirmeden ibaret değil; mobil veri ağı ve bilgi işlem için radikal bir yeni çıkıştır. 5G New Radio teknolojisi, mmWave de dahil olmak üzere çok daha geniş frekans aralığıyla, çok daha fazla sayıda cihaza daha iyi bağlantı, önemli ölçüde daha düşük gecikme süresi ve büyük miktarlarda bant genişliği sunar.

Sanal ve bulut tabanlı teknolojiye dayanan 5G, yayıncılar için heyecan verici yeni avantajlar sunmaya devam edecek. Bunlar, özel amaçlı tüketici yayın hizmetlerine içerik sağlamak için kullanılabilen ve hem ilk hem de son kilometre için gecikmeyi daha da azaltan uzak prodüksiyon uygulamalarına ayrılmış 5G ağ dilimlerini içerir. Dahası, 5G sınır bilişim ve mmWave, gecikmeyi sıfıra yaklaştırırken her yerden çok miktarda dinamik görüntü işleme gücü sağlar. Daha fazla bant genişliği ve daha düşük gecikme süresinin hemen getireceği avantajlar açıktır ve bizi ne kadar heyecan verici ve yenilikçi 5G yayın uygulamalarının beklediğini hayal etmeye başlayabiliriz.

CANLI ETKİNLİK YAYINI İÇİN 5G TEKNOLOJİSİNİN AVANTAJLARI