5G時代背景下8K超高清視頻的發(fā)展方向探討

劉夢飛

【摘要】較4K視頻而言，8K視頻的分辨率更高、更加的清晰、可視角更廣，但其技術(shù)需求更高，需要更高的傳輸速率做支撐。而受益于5G技術(shù)的不斷普及、深入，8K超高清視頻得以快速發(fā)展、推進(jìn)，迎來全新發(fā)展機(jī)遇。本文結(jié)合“5G”技術(shù)與“8K”超高清視頻的相應(yīng)特點(diǎn)，就5G時代背景下8K視頻的發(fā)展方向展開全面探討，以饗同仁。

【關(guān)鍵詞】“5G”;“8K”;發(fā)展方向

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.10.020

1. “5G”與“8K”的技術(shù)特點(diǎn)

1.1 “5G”技術(shù)的特點(diǎn)

5G相對于4G的提升，能夠給社會帶來極大的改變，為人們的生活提供新的創(chuàng)想，并具備多個關(guān)鍵能力指標(biāo)（表1）。

（1）超高速率。5G技術(shù)能夠有效保證網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，且5G使用的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的通訊技術(shù)，并能夠在相同時間里傳輸更多的信息，相比4G技術(shù)下載速率快出10倍，峰值高達(dá)1Gbps，因此，其瞬時連接的、超低延時的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，為8K超高清視頻提供了可能。

（2）超低延時。與傳統(tǒng)的4G通訊技術(shù)相比，5G技術(shù)能夠?qū)⑼ㄓ嵮訒r控制到1ms，這也使得對延時要求較高的行業(yè)，如自動駕駛、工業(yè)自動化等實(shí)現(xiàn)了高可靠連接與精準(zhǔn)反應(yīng)。同時，借助5G超高網(wǎng)速與超低延時，結(jié)合了8K技術(shù)的視頻直播、自動駕駛以及遠(yuǎn)程醫(yī)療等技術(shù)壁壘被打破，并進(jìn)入了正式實(shí)用階段。

（3）超大容量。在住宅密集區(qū)、辦公室、體育場等用戶密度較大的情況下，5G技術(shù)能夠有效避免手機(jī)信號的擁堵，實(shí)現(xiàn)超大容量的設(shè)備連接，保證每臺設(shè)備均能流暢通行，進(jìn)而達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)的概念。

（4）移動速度支持。在高速公路、高鐵等高速移動的情況下，5G網(wǎng)絡(luò)支持的移動速度最大可以達(dá)到500km/h，仍然能夠?yàn)橛脩籼峁┰诘退侪h(huán)境下相一致的服務(wù)體驗(yàn)。

（5）可靠連接。在未來全面的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，如工業(yè)自動控制、智能交通等，對數(shù)據(jù)信息端到端的傳輸時，仍低時延、可靠性方面，仍能實(shí)現(xiàn)較為可靠連接。

1.2 “8K”視頻的特點(diǎn)

（1）8K超高清視頻的清晰度更高、色域范圍更廣、動態(tài)范圍更大，其視頻分辨率高達(dá)7680×4320，且其像素是普通高清電視的16倍。（2）對于8K超高清視頻而言，其色域標(biāo)準(zhǔn)為Rec.2020，色位寬度為12Bit，肉眼可見的顏色范圍內(nèi)，要必普通高清電視高一倍之多，從而給人們展現(xiàn)出顏色更加逼真、豐富的畫質(zhì)，且其多層次的亮度也使得畫面細(xì)節(jié)的真實(shí)感更強(qiáng)。另外，8K超高清視頻支持幀率120幀/s，音頻為22.2聲道，這就使得8K視頻的畫質(zhì)更加清晰、音質(zhì)更加流暢。（3）據(jù)相關(guān)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，分辨率為7680×4320且長度為1min的8K超高清視頻，其存儲大小約為190GB，因此，在視頻的傳播速度以及帶寬方面有了更高的要求。而5G技術(shù)的不斷深入推廣應(yīng)用，為8K超高清視頻的傳輸提供了高速率、低時延的技術(shù)支撐。

2? 5G時代8K超高清視頻的發(fā)展方向

2.1“5G+8K+VR”

VR技術(shù)作為5G網(wǎng)絡(luò)下較為常見的場景之一，其能夠?yàn)橛脩粽宫F(xiàn)可交互三維動態(tài)虛擬系統(tǒng)，為用戶提供良好的沉浸式體驗(yàn)。然而，以往的VR技術(shù)基于4K高清視頻技術(shù)，視聽效果較差、畫面不夠逼真，隨著8K超高清視頻的逐步應(yīng)用，使得5G+8K+VR的體驗(yàn)效果更好，畫面更流暢、更逼真，并實(shí)現(xiàn)了在多個場景的應(yīng)用（表2）。尤其是在視頻直播方面的應(yīng)用優(yōu)勢更為突出，例如，在2020年全國兩會中，通過5G+衛(wèi)星傳輸及8K技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了全國兩會上的8K全鏈條實(shí)況直播，這不僅涉及采集、播放等單一維度的技術(shù)，而且還是一個涉及全方位、多層次的專業(yè)技術(shù)鏈條系統(tǒng)。

2.2 “5G+8K+AI”

5G時代下的8K視頻技術(shù)與人工智能（AI）相結(jié)合，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在安防監(jiān)控、工藝制造以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，并逐步向多個場景、多個領(lǐng)域、多個業(yè)態(tài)發(fā)展。

（1）娛樂方面。通過8K超高清采集、5G高速傳輸，能夠?yàn)?K超高清節(jié)目提供更加多元化的場景。例如，以往在觀看體育賽事的直播時，直播信號較為單一，呈現(xiàn)的僅為某個區(qū)域。而基于5G技術(shù)的8K超高清視頻，能夠?qū)崿F(xiàn)VR直播，360°全景攝影，并在不同點(diǎn)位進(jìn)行超高清攝像，通過攝像內(nèi)容全面覆蓋，實(shí)現(xiàn)全景直播與超高清視覺體驗(yàn)。

（2）安防方面。縱觀安防領(lǐng)域，超高清視頻使視頻清晰度大大提升，進(jìn)而使安防行業(yè)實(shí)現(xiàn)了從“能看見”向“能看清”過渡。且經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，通過8K超高清攝像及5G超高速的傳輸速率，規(guī)避了有線網(wǎng)絡(luò)無法觸及的盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)了無死角覆蓋與采集。然后，通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸，對監(jiān)控得到的圖像通過AI進(jìn)行快捷的安全判定，使其一旦檢測到安全異常能夠直接報警。同時，8K超高清視頻與5G傳輸，也為安保提供了更加穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

2.3 其它方面應(yīng)用

借助于5G的東風(fēng)、8K技術(shù)的快速發(fā)展、信息基礎(chǔ)設(shè)施的升級以及國家政策的驅(qū)動，5G+8K超高清視頻未來的應(yīng)用價值將不斷提升。例如，在遠(yuǎn)程醫(yī)療領(lǐng)域，8K超高清視頻攝像為遠(yuǎn)程診療的精準(zhǔn)性提供了條件;在智能工廠領(lǐng)域，8K超高清視頻為遠(yuǎn)程檢修、精密制造提供了支持;在教育教學(xué)領(lǐng)域，8K超高清視頻能夠?qū)崟r、清晰回傳學(xué)習(xí)資料，并通過高清投影設(shè)備提升教育的趣味性、寓教于樂，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?？傊?，在5G時代背景下，8K超高清視頻實(shí)現(xiàn)了多個領(lǐng)域、多個場景的拓展，并逐步形成了一個穩(wěn)步向好的業(yè)務(wù)生態(tài)圈。

（1）在遠(yuǎn)程醫(yī)療領(lǐng)域，通過8K超高清視頻，能夠使各個地區(qū)的醫(yī)學(xué)專家遠(yuǎn)程進(jìn)行會診，或?qū)崿F(xiàn)醫(yī)學(xué)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識的實(shí)時共享。同時，利用8K攝像機(jī)對疑難患者的病情進(jìn)行視頻采集，并通過5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻傳輸，然后利用8K播放器對采集的視頻予以解碼渲染，再通過遠(yuǎn)程診療平臺實(shí)時溝通，進(jìn)而最終完成治療方案的制定。在2018年，阿里云已與8K超高清視頻伙伴共同合作，完成了第一個5G+8K超高清視頻在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。由于當(dāng)前緊張的醫(yī)療資源，使得對遠(yuǎn)程醫(yī)院、現(xiàn)場醫(yī)療等有著較大的需求，且8K超高清視頻的相關(guān)醫(yī)療器械也能夠在很大程度上提升診療的精準(zhǔn)性，因而有著十分廣闊的發(fā)展空間。

（2）在智能工廠領(lǐng)域的應(yīng)用，主要有兩個方面：一是，5G+VR/8K的全方位大場景視頻直播智能工廠的應(yīng)用，即通過遠(yuǎn)程8K360°全景攝像，能夠使工廠現(xiàn)場的生產(chǎn)、人員等情況實(shí)施展現(xiàn)，以便于質(zhì)檢與技術(shù)人員，全方位實(shí)時掌握工廠現(xiàn)場的情況。二是，應(yīng)用5G+AR進(jìn)行智能工程遠(yuǎn)程檢修，現(xiàn)場人員通過AR眼鏡，將工廠現(xiàn)場的情況實(shí)時回傳，將工廠設(shè)備參數(shù)進(jìn)行推送，然后由專家通過遠(yuǎn)程對設(shè)備維修進(jìn)行指導(dǎo)。

（3）在教育教學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用5G+8K的高清晰度及高傳輸率，在教育教學(xué)場景中進(jìn)行應(yīng)用，能夠有效改善智慧教育的不足，并給智慧教育帶來高速的信息傳輸、高清的畫質(zhì)呈現(xiàn)以及高效的在線學(xué)習(xí)。同時，先進(jìn)高清的8K超高清視頻，能夠使教學(xué)內(nèi)容更加豐富，教學(xué)方式更加多樣，學(xué)生的興趣更高、積極性更強(qiáng)，進(jìn)而有效提升課堂教學(xué)成效與教學(xué)質(zhì)量。

（4）在視頻直播領(lǐng)域，5G技術(shù)在助力視頻行業(yè)有著明顯優(yōu)勢，尤其是5G+8K的超高清視頻，在5G技術(shù)普及之后，能讓8K視頻傳播從不可能變?yōu)榭赡?，同時也能助力視頻行業(yè)實(shí)現(xiàn)從短視頻到長視頻，再到超高清視頻的一個轉(zhuǎn)換。隨著當(dāng)前的8K超高清視頻還未成為主流，但對于某些特殊場景的應(yīng)用，8K有著不可或缺的優(yōu)勢。與4K視頻相比，8K超高清視頻不僅帶來了畫質(zhì)的全面提升，而且實(shí)現(xiàn)了對場景的高度還原，甚至接近于人眼的感受。像在以往大型體育賽事的直播中，5G超高速率、超低時延為8K超高清視頻的傳輸提供了必要的技術(shù)支撐，在很大程度上緩解了8K視頻的網(wǎng)絡(luò)壓力，保證了視頻的流暢性，讓用戶有身臨其境的體驗(yàn)感。

3. 結(jié)語

總體而言，5G技術(shù)的不斷深入應(yīng)用，必然會促使與8K超高清視頻有關(guān)的各項(xiàng)應(yīng)用得以快速發(fā)展。在5G技術(shù)的支持與帶動下，8K視頻不僅能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；l(fā)展，而且還能夠促使部分個性化需求得以滿足，從而讓人們真正感受到科技革新帶來的顛覆性改變，給人以更好的使用體驗(yàn)。

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