廣播電視與5G技術(shù)的融合發(fā)展研究

陳功再

【摘要】2021年，中國將全面快速的進入5G時代，新的通信信息不斷的提高人們的工作效率，同時也在不斷的提高人們的生活標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量。從當(dāng)前通信的發(fā)展背景來看，5G已經(jīng)是互聯(lián)網(wǎng)的主要潮流，它在世界通信領(lǐng)域中占據(jù)著先進的行列。就廣播電視行業(yè)而言，5G技術(shù)的實現(xiàn)，將廣泛的、更新?lián)Q代的影響著廣播電視行業(yè)的拓新與發(fā)展。廣電部門應(yīng)充分利用5G技術(shù)高速率、大容量、低時延的突出特點，打造出全新的廣播電視系統(tǒng)，帶給廣大觀眾更清晰、更豐富的廣播電視節(jié)目，引領(lǐng)廣播電視行業(yè)向著一個全新的領(lǐng)域發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】廣播電視，5G技術(shù)，應(yīng)用，構(gòu)建。

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.02.005

5G技術(shù)的實現(xiàn)，不僅會改變?nèi)藗兂Ｒ?guī)的通信方式，也會對人們的生活方式構(gòu)成巨大改變。新的5G技術(shù)，不再只是單純地局限于人們之間簡單的通信，而是人與人、人與物、物與物之間的互聯(lián)與發(fā)展，它是移動通信發(fā)展的一個新飛躍，也是廣播電視行業(yè)的一個新起點。目前，大數(shù)據(jù)、云計算已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在人們的生活領(lǐng)域中，人們的工作與生活發(fā)生了翻天覆地的變化。作為廣播電視行業(yè)，如何將5G技術(shù)應(yīng)用在廣播電視系統(tǒng)中，如何利用5G技術(shù)展望廣電的未來，這是廣電部門的一個新課題，也是廣電部門的一個新前景。

1. 5G技術(shù)的概念與特點

5G技術(shù)，是第五代中國移動通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代中國移動通信技術(shù)，簡稱5G或5G技術(shù)。5G技術(shù)是4G系統(tǒng)之后的延伸，它降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備之間的連接，在技術(shù)上采用最新一代的蜂窩移動通信技術(shù)。

5G技術(shù)的特點：高速率、大容量、低時延。這是5G最突出的三大特點。5G網(wǎng)絡(luò)的峰值理論傳輸速度可達每8秒1Gbit，接近于 100Mbit/s，遠遠高于以前的4G，是4G的10倍以上。它的低時延能將以前網(wǎng)絡(luò)的20-30ms縮小至1ms。高速率的傳輸，十分有利于電視實況直播，提高直播的高清性與可靠性。從另一角度來看，如果把4G和 5G，從能力、技術(shù)、頻率、成果四方面相比較，可以看出：在能力上，4G是VOIP移動寬帶業(yè)務(wù)，5G則是移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。在技術(shù)上，4G是OFDM、MIMO，鏈路自適應(yīng)，全IP扁平網(wǎng)絡(luò)，5G則是更先進和更多樣的技術(shù)。在頻率上，4G是450MHz至3.8GHz，5G則是更廣泛的頻率范圍。在成果上，4G是低速移動與高速移動相結(jié)合， 5G則是多種空中接口，融合統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。另外，5G技術(shù)的組網(wǎng)，采用的是超密站點，基站布置密度高，實現(xiàn)了遠距離傳輸大數(shù)據(jù)的目的，從真正意義上實現(xiàn)了萬物互聯(lián)、人物互動，帶給人們生活、工作更便利的平臺。

2. 5G技術(shù)對廣播電視的影響

今年，將是5G技術(shù)全面展網(wǎng)的一年，在這樣一個移動通信發(fā)展的背景下，無凝對廣播電視領(lǐng)域造成了巨大的影響。當(dāng)然，影響是一分為二的，有負(fù)面也有正面。這要看廣電部門如何去跟進、如何去融合、如何去拓發(fā)展。傳統(tǒng)型的廣播電視系統(tǒng)，已經(jīng)不能適應(yīng)新的科學(xué)技術(shù)，更不能滿足人們對廣播電視的要求。廣播電視系統(tǒng)不跟著時代走，不積極融合到新的科學(xué)技術(shù)，不去建立新型系統(tǒng)，必將被淘汰。當(dāng)前的現(xiàn)實通信，用戶多、規(guī)模大、音視頻及圖像業(yè)務(wù)數(shù)量飛速上升，網(wǎng)絡(luò)流量呈爆炸式增長。在這種情況下，單靠增加帶寬是無法解決問題的。傳統(tǒng)的廣播電視系統(tǒng)數(shù)字傳輸簡單、帶寬容量小、設(shè)備落后，更是一籌莫展。時逢此時，5G技術(shù)實現(xiàn)并且成熟了，廣播電視領(lǐng)域去應(yīng)用它，也是勢在必行，大勢所趨，5G將帶給廣播電視行業(yè)豐厚的收獲。

3. 5G技術(shù)在廣播電視中的應(yīng)用

3.1 5G技術(shù)與音視頻節(jié)目采編制作的融合

音視頻的錄音、采集、成像、顯示、傳輸，傳統(tǒng)型的模擬攝像機、信號編輯器和相應(yīng)的設(shè)備已無法與5G匹配，再好的網(wǎng)絡(luò)也要有高質(zhì)量的音視頻信號源。所以音視頻的采、錄、攝、編這類設(shè)備應(yīng)步入全新的數(shù)字化，與5G網(wǎng)絡(luò)同步。新聞采編、內(nèi)容制作、5G不僅能夠滿足實時高清視頻制播的需求，還能讓AR、VR等對畫質(zhì)和時延要求較高的應(yīng)用場景得到高效發(fā)揮。對于新聞的采、編、播，新聞現(xiàn)場的環(huán)境往往復(fù)雜多變，特別是新聞發(fā)布會、電視直播等活動現(xiàn)場，大量的鏈接、大量的高清攝像頭和終端錄屏的視頻傳輸，超高清AR/VR視頻，每秒容量都高達百兆以上。這樣的傳輸要求，依靠目前的4G或Wifi網(wǎng)絡(luò)很難同時滿足。因此，5G的功能將得到充分展現(xiàn)，在新聞的采、編、播過程中，一是利用5G高速率、大容量、低時延的特點，輔助離線網(wǎng)絡(luò)翻譯等AI技術(shù)，實現(xiàn)移動狀態(tài)下的實景AR翻譯，提升會場同聲傳譯和圖片、視頻實時翻譯的準(zhǔn)確度。二是超高清視頻制播服務(wù)。4K視頻信號需要60--75Mbit/s的傳輸帶寬，這樣的帶寬，只有5G網(wǎng)絡(luò)才能達到。5G是承載高清傳輸?shù)淖罴丫W(wǎng)絡(luò)，它可以通過核心網(wǎng)，把視頻數(shù)據(jù)傳送到視頻播放、視頻存儲及分發(fā)端，并通過多種方式發(fā)送給視頻顯示終端，最終實現(xiàn)超高清視頻的采、編、播服務(wù)。早在2019年1月，中央廣播電視總臺和華為公司就4K高清信號的音視頻采、編、播以及在5G網(wǎng)絡(luò)中的異地傳輸，就制定出了戰(zhàn)略合作方案。提出在5G技術(shù)這個框架內(nèi)，廣播電視數(shù)字音視頻信號在各個環(huán)節(jié)要相互兼容與拓展，使得我國成功實現(xiàn)了4K超高清電視與5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜诤?，中央廣播電視總臺和部分省級電視臺也在全國開播了多個純4K高清頻道，相信在2021年將會有更多的4K高清頻道播出。

3.2 5G技術(shù)與廣播電視發(fā)射接收設(shè)備的融合

隨著5G技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，模擬廣播電視信號在2020年已基本關(guān)閉。取而代之的是廣播電視數(shù)字信號。如今，數(shù)字廣播CDR已開播，但如何讓聽眾方便收到，這是一個問題，廣電部門應(yīng)充分利用5G技術(shù)來解決，使廣大聽眾能夠輕松的在手機上、普通收音機上聽到高清的廣播節(jié)目。在電視方面，5G大容量、低時延的特點，給傳輸高清晰的視頻信號創(chuàng)造了成熟條件。作為廣電部門，首先要建立5G技術(shù)條件下的無線廣播電視發(fā)射系統(tǒng)。充分結(jié)合5G特點，從發(fā)射設(shè)備到接收設(shè)備，在物理條件上改朝換代。高山無線廣播電視發(fā)射臺，應(yīng)更換數(shù)字化、智能化、高效率的新一代數(shù)字調(diào)頻廣播發(fā)射機、數(shù)字電視發(fā)射機，與5G相融合。接收機方面，廠家生產(chǎn)的家用固定大電視機，應(yīng)能方便地接收到無線發(fā)射臺的數(shù)字信號，同時接收機應(yīng)向小型化、移動化、便攜化、智能化方向發(fā)展。比喻手機電視、平板電視等。高山無線廣播電視發(fā)射臺，是國家的重要戰(zhàn)略信號資源，它不向廣大聽眾、觀眾收取任何信號費用。而當(dāng)前，大多數(shù)觀眾看電視，上互聯(lián)網(wǎng)，要向電信商付寬帶費用。在這樣一個前提下，如果國家免費的廣播電視信號和電信商的信號質(zhì)量等同，那么人們就消費在免費與付費之間，這樣的選擇結(jié)果，是不言而喻的。所以，無線廣播電視發(fā)射臺，如何充分利用5G技術(shù)，充分利用國家免費的廣播電視信號資源，這將是廣播電視行業(yè)發(fā)展的一個巨大優(yōu)勢。

3.3 5G技術(shù)與廣播電視智慧臺站的融合。

廣播電視智慧臺站，是以構(gòu)建國家基礎(chǔ)信息設(shè)施為宗旨，以云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及 IPv6等綜合技術(shù)為支撐，以無線、有線、衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)等多種協(xié)同承載為依托，以融合媒體智能傳播為目標(biāo)，以全面提升廣播電視管理、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)及服務(wù)能力為指標(biāo)的廣播電視系統(tǒng)。在物理上，它以物聯(lián)網(wǎng)，電信網(wǎng)，無線寬帶網(wǎng)組合為基礎(chǔ)，加上其它相應(yīng)設(shè)備組成。以智慧技術(shù)高度集成，智慧服務(wù)高效方便為主要特征，把臺站的物理設(shè)施，信息設(shè)施，知識設(shè)施連接起來。這樣一個全新的數(shù)據(jù)平臺，當(dāng)然離不開5G技術(shù)的支持。智慧臺站可以充分與5G技術(shù)相融合，發(fā)揮大數(shù)據(jù)、云計算、覆蓋面廣等優(yōu)勢，開拓視頻點播、虛擬現(xiàn)實、超高清傳輸、節(jié)目互動、互聯(lián)購物，搜集多方面的、全新的廣播電視信息，做到數(shù)據(jù)共享。其中智慧臺站的云平臺不但是一個信息傳播業(yè)務(wù)平臺，也是一個綜合性管理平臺，是一個開放性的社會服務(wù)平臺。云平臺將分為內(nèi)容制作、監(jiān)管、安播、資源管理、綜合服務(wù)、運營支撐等多個部分，為 4K、8K超高清電視、智能媒體等多種融合生產(chǎn)提供技術(shù)支撐，構(gòu)成智慧化廣電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)前端，將數(shù)據(jù)進行分類、篩選、加工等處理，通過人工智能、大數(shù)據(jù)的引入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智慧化。這樣的平臺，必將吸引眾多的廣播電視用戶、商家來參與智慧臺站，發(fā)展智慧臺站，共享智慧臺站。同時5G技術(shù)運營商與廣播電視智慧臺站也必將是互盈互利，攜手未來。作為廣播電視行業(yè)，這是一個新生的活力，新生的里程。

4. 5G時代下廣播電視系統(tǒng)的硬件構(gòu)建

廣播電視行業(yè)要在5G時代下東山再起，必須在物理上、硬件上構(gòu)建5G技術(shù)基礎(chǔ)條件下新型的無線廣播電視系統(tǒng)。這種系統(tǒng)應(yīng)包括以下主要設(shè)施：

4.1 廣播電視節(jié)目制作設(shè)備

電視節(jié)目制作需要采、錄、編設(shè)備。傳統(tǒng)型模擬設(shè)備不能再用，必須開發(fā)、購買新型的數(shù)字化設(shè)備。如：錄音設(shè)備、錄像設(shè)備、編輯設(shè)備、短距離傳輸設(shè)備、播出設(shè)備等，從廣播電視節(jié)目信號的源點開始，融合5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。廣播電視信號從傳統(tǒng)的模擬信號發(fā)展到數(shù)字信號，這是一個質(zhì)的飛躍。在廣播電視節(jié)目制作中，攝像機和非線性編輯系統(tǒng)是電視節(jié)目制作的兩項主要設(shè)備。

4.1.1 攝像機：

大家知道，不管是模擬信號還是數(shù)字信號，視頻信號的捕捉，主要是攝像機。目前，常用的攝像機是模擬攝像機和數(shù)字?jǐn)z像機。模擬攝像機輸出的是模擬視頻信號，通過編碼器將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。其像素是30-40萬。它的缺點是：清晰度不高，走帶機構(gòu)不穩(wěn)定，信號傳輸損耗大，拍攝環(huán)境要求高，電源質(zhì)量要求高，信號制式多，易造成不兼容。數(shù)字?jǐn)z像機輸出的是數(shù)字信號，將光信號直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號進行傳輸，其像素是200-300萬。它的優(yōu)點是：清晰度高，分辨率高，色彩鮮艷，逐行掃描技術(shù)，布線簡單，故障率更低。兩者對比，自然而然，數(shù)字?jǐn)z像機是捕捉視頻信號源，制作廣播電視節(jié)目的最佳選擇。

4.1.2 非線性編輯系統(tǒng)：

非線性編輯系統(tǒng)是以計算機作平臺，配置高性能的CPU、視頻處理卡、碼率壓縮卡、數(shù)字特技卡、聲效卡以及高速數(shù)據(jù)硬盤，專用視頻編輯軟件來完成電視節(jié)目制作任務(wù)的。它的最大特點是，用計算機硬盤編輯方式取代傳統(tǒng)的磁帶記錄電視信號的編輯方式。它用軟件對硬盤中的數(shù)字化信號進行剪輯、編輯、配音、字幕、特技等工作，最后再將完成的節(jié)目轉(zhuǎn)錄到磁帶上。廣播電視節(jié)目的制作，從線性向非線性轉(zhuǎn)變，也就是從模擬設(shè)備向數(shù)字化設(shè)備轉(zhuǎn)變的更新。

4.2 廣播電視發(fā)射臺發(fā)射設(shè)備。

廣播電視臺發(fā)射中心、無線廣播電視高山發(fā)射臺，必須淘汰模擬廣播電視發(fā)射機，與發(fā)射機廠家共同協(xié)商、研究、開發(fā)新型的廣播電視數(shù)字發(fā)射機。不能考慮經(jīng)濟支出，在被淘汰的模擬發(fā)射機上小改小換，導(dǎo)致發(fā)射效率、信號質(zhì)量得不到一個質(zhì)的飛躍。所以，無線發(fā)射設(shè)備一定要實時與5G技術(shù)相融合，以5G為標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)生產(chǎn)數(shù)字化無線廣播電視發(fā)射設(shè)備。目前，中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程正在不斷地推進，多數(shù)地面、高山發(fā)射臺已開始使用數(shù)字發(fā)射機。一部發(fā)射機，激勵器、功放模塊是其核心部分。數(shù)字激勵器一般有兩個接口：SPI和ASI，同時其還能夠支持多層信號輸出。它的主要作用是外側(cè)信道編碼、上變頻和預(yù)失真。處理所輸入的TS數(shù)字碼流，并確保數(shù)字信號在信號編碼調(diào)制上實現(xiàn)變頻。功放模塊采用LDMOS技術(shù)，這也目前國內(nèi)使用最多的模塊。天線是數(shù)字發(fā)射機的最終輸出端。數(shù)字廣播電視節(jié)目套數(shù)多、發(fā)射覆蓋廣，一副天線往往要發(fā)射數(shù)十套節(jié)目，所以，選擇一款性能好的發(fā)射天線，也是關(guān)系到節(jié)目信號質(zhì)量不可忽視的部分。除此之外，地面數(shù)字廣播電視發(fā)射系統(tǒng)還有信號前端系統(tǒng)、短距離傳輸系統(tǒng)、接地設(shè)置等，這些都是地面發(fā)射臺的組成部分。建立一個地面數(shù)字廣播電視發(fā)射臺，都要考慮到，技術(shù)、經(jīng)濟、收看效果，特別是要能融合到5G網(wǎng)絡(luò)中，高質(zhì)量的服務(wù)于廣大觀眾。

4.3 廣播電視信號接收設(shè)備。

廣播電視的節(jié)目制作，節(jié)目發(fā)射設(shè)備融合到5G后，剩下的就是節(jié)目接收。高質(zhì)量的音頻廣播、高清晰度的視頻信號，最終需要接收設(shè)備。廣播方面，中國之聲數(shù)字廣播CDR已開播，音頻質(zhì)量相當(dāng)高，但老式的普通收音機當(dāng)前聽眾還是收不到，這是接收設(shè)備的問題。目前市場上CDR收音機，在價格上還是相當(dāng)昂貴，德生牌一臺需要800元左右，檔次再好點的上千元。這樣的價格，對于普通的聽眾是不能接受的。所以，如何讓收音機大眾化、普遍化，這是一個廣播接收機問題。在5G技術(shù)條件下，我們可以償式讓5G手機也能收聽，讓新一代的收音機盡快生產(chǎn)，普及接收設(shè)備。電視方面，數(shù)字頻道44CH、45CH在2020年已經(jīng)開播，中央電視頻道除3CH、5CH、8CH外，已全部播出，地方省級臺也有不少頻道播出。這些高清頻道節(jié)目，需要新的電視接收機接收。除了家用固定大電視外，廣電部門應(yīng)充分融合5G網(wǎng)絡(luò)，向移動型、智能型、5G手機、平板電腦等多種類型的接收設(shè)備開發(fā)。目前，5G通信交互工作組和國家5G通信工作組已建立了合作關(guān)系。用3GPP、ITU作為輸出端，保障廣播電視在5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的傳輸。在國家的支持下，廣電部門要與5G網(wǎng)絡(luò)互融互合，統(tǒng)一發(fā)展，制定相應(yīng)的國家級、地方性技術(shù)方案、標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)更多的接收設(shè)備。

5. 5G時代下廣播電視行業(yè)的發(fā)展前景

近年來，廣播電視行業(yè)持續(xù)走下坡路，觀眾越來越少。其實，不是觀眾越來越少，人們不喜歡看電視，只不過是觀看方式、觀看的平臺不一樣，大家都手機上、電腦上看，觀眾的生活、工作、需求依然離不開廣播電視，未來社會的發(fā)展，也離不開廣播電視。廣電部門應(yīng)針對5G技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域中的應(yīng)用，制定更加科學(xué)的引導(dǎo)策略，堅持實用為導(dǎo)向，更好地服務(wù)廣大聽眾、觀眾。充分利用高山無線廣播電視發(fā)射臺，把數(shù)字廣播電視信號傳送到千家萬戶，傳送到眾多的聽眾、觀眾的手機上，讓他們離不開無線廣播電視，讓他們能夠在5G技術(shù)下的電視熒屏上滿足各種需要， 這是廣電部門開拓、展望廣播電視行業(yè)的美好前景。

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