融媒體背景下4k視音頻信號傳輸發(fā)展研究

楊三

【摘要】? ? 隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，原本傳統(tǒng)的高標清電視已經(jīng)失去大量市場，被4K等超高清電視所取代?，F(xiàn)代人對所接收的音視頻的清晰度、速度以及質(zhì)量都提出了更高的要求，這一方面給音視頻信號傳輸技術(shù)帶來了嚴峻挑戰(zhàn)，另一方面也是視音頻傳輸系統(tǒng)進一步發(fā)展的動力。本片文章旨在通過對目前融媒體發(fā)展背景下4K視音頻信號傳輸?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀及其他相關(guān)內(nèi)容的分析，基于此提出對4K信號傳輸技術(shù)發(fā)展的展望，為相關(guān)研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 融媒體背景? ? 4K信號傳輸? ? 視音頻傳輸

引言：

在媒體融合的大背景下，IP技術(shù)與SDI技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，4K等等超高清技術(shù)使得音視頻傳播向著更加遠程化、高速化、集中化的趨勢發(fā)展。4K等超高清電視的出現(xiàn)讓4K技術(shù)發(fā)展更加火熱，目前國家已經(jīng)制定4K技術(shù)規(guī)范，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展逐漸走向完善。但是技術(shù)發(fā)展更新迭代，目前市場上很多公司甚至推出8K超高清顯示器，這給4K在新時代的發(fā)展提出了嚴峻挑戰(zhàn)，為提高4K技術(shù)音視頻傳輸在市場上的競爭力，4K在音視頻傳輸技術(shù)中的應(yīng)用亟需創(chuàng)新發(fā)展。

一、4K技術(shù)的概念

4K技術(shù)建立在4K分辨率的基礎(chǔ)之上，涉及EIDR（高動態(tài)）以及WCG（寬色域）兩大部分內(nèi)容，相比于傳統(tǒng)的標清分辨率 720×576 而言，4K電視的分辨率得到了顯著的提升，達到了 3840×2160水平，而受行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，甚至衍生出了8K電視，其分辨率達到了 7680×4320。

相比于普通圖像而言，全新的 EIDR 高動態(tài)范圍圖像在技術(shù)上實現(xiàn)了較大的突破，它可以呈現(xiàn)出更寬廣的動態(tài)范圍，所涉及到的圖像細節(jié)更為豐富，以若干個曝光時間為基準，從而得到了與之相對應(yīng)的LDR圖像，在此基礎(chǔ)上進一步合成出 EIDR 圖像?；诖?，4K信號傳輸使得呈現(xiàn)出來的畫面更加真實，視覺效果極好。

二、傳統(tǒng)視音頻傳輸系統(tǒng)存在的問題

在傳統(tǒng)的視音頻傳輸系統(tǒng)中，相關(guān)工作人員可以通過對系統(tǒng)及信號的控制去過濾音視頻的傳輸信號，因此安全性、可靠性以及專業(yè)性都比較高。但是其中也存在一些問題。

2.1系統(tǒng)建設(shè)成本高

傳統(tǒng)的音視頻傳輸系統(tǒng)通過對傳輸信號以及整個系統(tǒng)的人工控制確保傳輸?shù)挠行裕虼嗽诮ㄔO(shè)過程中需要投入較多的人力物力，建設(shè)成本很高;目前，如果要在傳統(tǒng)音視頻傳輸渠道中引入IP傳輸技術(shù)，難度也較大，需要的花費高昂;傳統(tǒng)的信號傳輸系統(tǒng)同時也需要進行系統(tǒng)維護，在此過程中需要投入大量運營費用。綜合看來，傳統(tǒng)音視頻傳輸系統(tǒng)建設(shè)成本偏高。

2.2傳輸靈活性不高

傳統(tǒng)的音視頻傳輸在建設(shè)之初就已經(jīng)形成相對閉合的系統(tǒng)了，能夠?qū)崿F(xiàn)獨立的音視頻信號傳輸。目前出現(xiàn)較多的新興的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以及IP網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，但是傳統(tǒng)視音頻傳輸技術(shù)由于相對封閉無法與這些新型技術(shù)進行連接，更無法實現(xiàn)共享，傳輸靈活性難以提高。

2.3未來發(fā)展競爭力弱

由于傳統(tǒng)的音視頻傳輸技術(shù)的建設(shè)成本高以及系統(tǒng)相對閉合、靈活性不高等原因，進一步造成傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)很難進行轉(zhuǎn)型升級;再加上目前新興傳輸技術(shù)例如4K音視頻傳輸技術(shù)等的高速發(fā)展，搶占了大量市場，使得傳統(tǒng)音視頻傳輸系統(tǒng)受到挑戰(zhàn)，競爭力相對較弱。

三、融媒體背景下的4K視音頻傳輸技術(shù)

3.1全系統(tǒng)光纖集成技術(shù)

在4K視音頻傳輸過程中，全系統(tǒng)光纖集成是保證傳輸順利的一項重要技術(shù)。在此技術(shù)條件支持下，工作人員可以對整個系統(tǒng)進行總體規(guī)劃，設(shè)計框架，同時還可以使用主備冗余與擴展預(yù)留的單模多芯光纖進行功能空間布線。全系統(tǒng)光纖集成技術(shù)還可以實現(xiàn)相鄰功能空間信號傳輸模塊的調(diào)整或者更換，以此來解決電視展示與轉(zhuǎn)播等系統(tǒng)間進行信號傳輸過程中存在一定差異性的問題。例如在一場體育比賽節(jié)目中，電視轉(zhuǎn)播、媒體報道與包裝展示等模塊就可以利用全系統(tǒng)光纖集成進行實時交互傳輸與共享。

3.2 IP系統(tǒng)

IP 系統(tǒng)是一種可以在保障視頻傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量的基礎(chǔ)上對視頻進行潛壓縮的一種形式，是目前融媒體背景4K音視頻傳輸發(fā)展的重要方向。通過IP系統(tǒng)設(shè)備能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制與數(shù)據(jù)分離，可以輕松進入各類平臺，給用戶提供更多并且可以不斷擴充的平臺去獲得視音頻內(nèi)容分，同時可以提高的用戶的視覺體驗;用戶可以通過種類豐富的多媒體設(shè)備平臺自行選擇最感興趣或者最方便的平臺進行觀看，在IP系統(tǒng)的支持下各類設(shè)備可以進行交互，實現(xiàn)高效的信號傳輸，提升用戶的使用感;在IP系統(tǒng)的支持下，視音頻傳輸更具針對性，能夠滿足融媒體背景下用戶的個性化需求，用戶可以自行控制流量的使用，能夠更加靈活的運用多媒體設(shè)備滿足自我需求。IP技術(shù)雖然起步比較晚，但是由于自身的優(yōu)勢獲得了高速發(fā)展，目前成為4K視音頻傳輸系統(tǒng)未來的發(fā)展方向;有關(guān)研究者與工作人員也都在積極創(chuàng)新相關(guān)技術(shù)，使得IP技術(shù)的實用性、安全性都在不斷發(fā)展。

3.3視音頻信號接口

目前4K視音頻信號的傳輸主要是依賴HDMI信號接口。HDMI信號接口是一種純數(shù)字方式、且不需要提前對傳輸?shù)男盘栠M行轉(zhuǎn)換的接口，因此跟其他傳統(tǒng)的數(shù)字接口相比更加的快捷方便。同時，HDMI信號接口帶有HDCP功能，這種功能可以實現(xiàn)對有著作版權(quán)的視頻內(nèi)容的審核，避免這些內(nèi)容在不被授權(quán)的情況下傳播，對原創(chuàng)作者造成侵權(quán)，維護數(shù)字傳播的穩(wěn)定性。HDMI音視頻信號接口在信號還沒有傳輸之前不用進行D/A或A/D轉(zhuǎn)換，在此條件下可以擁有更多的空間后期進行升級。目前伴隨著4K技術(shù)的發(fā)展，我國對4K音視頻傳輸系統(tǒng)的建設(shè)也提出了更高的要求，在技術(shù)的更新迭代之下，HDMI接口也不斷地進行升級轉(zhuǎn)型，先當前最新的HDMI接口，其單通道最大分辨率可以達到4096×2160p/60Hz，最大帶寬可以達到18Gbit/s，最大色深也能夠穩(wěn)定在48bit/px。

四、融媒體背景下4K視音頻信號傳輸未來的發(fā)展

4.1與“5G+AI”結(jié)合實現(xiàn)萬物互聯(lián)

5G信號傳輸技術(shù)目前已經(jīng)實現(xiàn)從人人連接轉(zhuǎn)變?yōu)槿宋镞B接、物物連接，從而建立一個人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的時代。5G的傳輸速度超過10Gbps，每秒的下載速度可以超過1.25GB，是目前使用的4G網(wǎng)絡(luò)的幾十倍乃至上百倍。在4K信號傳輸中，5G可以幫助其實現(xiàn)更快速度、低延時、低耗地運行，同時5G的泛在網(wǎng)是實現(xiàn)4K超高清視頻傳輸?shù)闹匾Ｕ?。?K與5G、AI人工智能技術(shù)結(jié)合起來，就等同于是以智慧物聯(lián)改變世界、改變生活。通過技術(shù)互聯(lián)，“5G+4K人類的生活中充滿智能與高科技，許多事情可以以互聯(lián)技術(shù)代替去實現(xiàn)。比如說在家庭安全防御領(lǐng)域，5G可以實現(xiàn)實時監(jiān)控視頻信號傳輸，幾乎毫無延時，同時5G使用的成本目前也正在下降，可利用門檻越來越低，這也可以節(jié)省4K信號傳輸建設(shè)成本。

4.2升級視音頻信號接口

信號接口作為音視頻傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)，在4K信號傳輸系統(tǒng)建設(shè)中需要重視。在全系統(tǒng)光纖集成設(shè)計時引入 Dante 接口，可以為光纖網(wǎng)絡(luò)交換機提供良好的運行環(huán)境， 在管理控制系統(tǒng)的作用下能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度， Dante 接口可以實現(xiàn)對音頻信號的高效傳輸與分配作業(yè)，精簡了所需的音頻信號轉(zhuǎn)換設(shè)備數(shù)量，同時也避免了阻抗、隔離等較為棘手的問題，借助于網(wǎng)絡(luò)的方式便可以實現(xiàn)全系統(tǒng)的音頻信號調(diào)度，此時系統(tǒng)具有更高的靈活性。

4.3應(yīng)用SDN與PTP

4K視音頻信號傳輸雖然目前已經(jīng)優(yōu)勢凸顯，具備較高的傳輸速度，但是速度不是唯一的衡量標準，傳輸?shù)馁|(zhì)量才是最為重要的因素，因此要十分重視4K音視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量問題。為了保證信號傳輸?shù)馁|(zhì)量，可以在其中使用SDN技術(shù)，SDN指的就是以Emulex網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過充分利用OPen Flow技術(shù)，徹底分離網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面和數(shù)據(jù)面，能夠?qū)崿F(xiàn)精準控制網(wǎng)絡(luò)流量，保障網(wǎng)絡(luò)具有較高智能化的一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)。此外，PTP也是一種保證音視頻傳輸技術(shù)的重要網(wǎng)絡(luò)，它是建立在以太網(wǎng)基礎(chǔ)上，具有異步特性的一種協(xié)議，具有很強的精密性，可以有效同步以太網(wǎng)中的各個時間節(jié)點，從而保證信號的各個節(jié)點的質(zhì)量傳輸，進一步提高4K音視頻信號傳輸?shù)木苄?、精準性，有助于保?K音視頻信號傳輸具有較高的質(zhì)量水平。

4.4向IP系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

IP系統(tǒng)技術(shù)與SDI系統(tǒng)技術(shù)都是4K視音頻信號傳輸中的重要技術(shù)手段。但是由于SDI很久以來都是主流傳統(tǒng)的視音頻傳輸系統(tǒng)，在很長時間的發(fā)展中該技術(shù)已經(jīng)比較成熟，大量的實踐之下其中存在的問題也比較少，因此我國目前大部分的電視還是在使用SDI 系統(tǒng)。此外，在SDI技術(shù)之下，信號的傳輸是沒有進行壓縮的，為此信號的質(zhì)量也相對較高，在實際的視頻播放過程中很少會出現(xiàn)明顯的信號傳輸問題比如延遲、丟幀。SDI技術(shù)同時也對視頻制作人員提供很多便利。綜上所述，基于SDI技術(shù)的自身優(yōu)勢以及普遍應(yīng)用，目前應(yīng)用比IP技術(shù)更多。為了促進4K音視頻傳輸技術(shù)的發(fā)展，要更加重視IP系統(tǒng)的建設(shè)，要向著IP技術(shù)的方向去發(fā)展。IP技術(shù)雖然不及SDI技術(shù)的成熟，但是與SDI相比也具有很多的優(yōu)勢，例如應(yīng)用IP技術(shù)可以降低信號傳輸系統(tǒng)的建設(shè)成本，具有更強的靈活性，可以通過節(jié)省空間給后續(xù)的升級提供條件，具有可擴展升級性，在融媒體背景下，不論是受眾還是用戶都具有個性化需求，IP技術(shù)系統(tǒng)的建設(shè)就可以有效地滿足人們的個性化需求。

五、結(jié)束語

目前在融媒體背景下，國內(nèi)的4K視音頻傳輸系統(tǒng)建設(shè)尚處于發(fā)展初期，其內(nèi)容的建設(shè)、技術(shù)升級以及運營管理各個環(huán)節(jié)都還需要進一步地探索，逐步實現(xiàn)發(fā)展。隨著信號傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)8K傳輸技術(shù)，這可以看出4K信號傳輸?shù)募夹g(shù)面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。為此，相關(guān)研究人員要善于利用全系統(tǒng)光纖集成與SDI傳輸技術(shù)、IP系統(tǒng)等，為實現(xiàn)4K視音頻信號在融媒體時代下的高效傳輸創(chuàng)造更加有利的條件。同時，4K視音頻傳輸技術(shù)還要結(jié)合中國的實際國情，立足于實際，嚴格遵守國家的相關(guān)要求，運用SDN與PIP，保障信號傳輸?shù)馁|(zhì)量;促進5G、AI等技術(shù)和4K技術(shù)的融合，推動4K視音頻信號傳輸技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

參? 考? 文? 獻

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