5G 在廣播電視工程領(lǐng)域的應(yīng)用實踐

白 薇，馬海銘，王虹娟

（1.重慶廣播電視技術(shù)中心，重慶 400000；2.水利部海河水利委員會海河下游管理局水文水資源管理中心，天津 300061；3.長白朝鮮族自治縣電視轉(zhuǎn)播臺，吉林 白山 134400）

0 引言

隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，廣播電視工程領(lǐng)域正經(jīng)歷著前所未有的變革。5G、4K/8K 分辨率、虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）以及人工智能（Artificial Intelligence，AI）等新興技術(shù)的嶄露頭角，給廣播電視行業(yè)帶來了機遇和挑戰(zhàn)。這些技術(shù)的融合，為觀眾提供了更高質(zhì)量的內(nèi)容、互動性的體驗及個性化的服務(wù)。本文旨在深入研究5G+4K/8K+AI、5G+4K/8K+VR 以及5G 智慧電臺在廣播電視工程領(lǐng)域的應(yīng)用，探討其影響和前景，為未來的廣播電視工程提供參考。

1 5G 概述

1.1 5G 的基本原理和關(guān)鍵特性

5G 是第五代移動通信標準，以更高的帶寬、更低的延遲和更大的連接性為特征，核心技術(shù)包括高頻毫米波段的頻譜利用、大規(guī)模多入多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)、更高效的信號編碼和調(diào)制以及網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)[1]。這些技術(shù)的結(jié)合使5G 具有出色的性能，能夠支持更多設(shè)備同時連接，實現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)傳輸，提供低延遲的服務(wù)，并實現(xiàn)高度可定制化的網(wǎng)絡(luò)。5G 的關(guān)鍵特性包括超高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT），更可靠的通信、更低的能耗以及對大規(guī)模高密度連接的支持。這些特性為各種應(yīng)用領(lǐng)域（包括廣播電視工程）提供了前所未有的機會，以滿足未來社會的通信需求[2]。

1.2 5G 網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和性能

5G 網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和性能是實現(xiàn)其高速、低延遲、大容量通信的關(guān)鍵因素。5G 網(wǎng)絡(luò)采用了分層的架構(gòu)，包括核心網(wǎng)絡(luò)（Core Network）和邊緣網(wǎng)絡(luò)（Edge Network），以更好地滿足不同應(yīng)用的需求。5G 核心網(wǎng)絡(luò)引入了網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，允許不同服務(wù)和應(yīng)用之間的物理和邏輯隔離，提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可定制性。5G 邊緣計算使數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣處理，減少了傳輸延遲，支持實時應(yīng)用。5G 網(wǎng)絡(luò)性能顯著提高，具有更高的帶寬、更低的延遲和更高的可靠性，使得其適用于高負荷應(yīng)用如8K 視頻傳輸、虛擬現(xiàn)實、遠程醫(yī)療和自動駕駛等。5G 網(wǎng)絡(luò)還支持大規(guī)模連接，連接數(shù)目可達百萬級，滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求。5G 網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和性能使其成為未來通信和創(chuàng)新應(yīng)用的基礎(chǔ)，推動了廣播電視工程等領(lǐng)域的發(fā)展[3]。

2 5G 在廣播電視工程領(lǐng)域的應(yīng)用實踐

2.1 5G+4K/8K+AI 在廣播電視工程領(lǐng)域的應(yīng)用

2019 年8 月20 日，在第二十八屆北京國際廣播電影電視展覽會（BIRTV2019）的主題報告會上，中央廣播電視總臺公布了5G+4K/8K+AI 的應(yīng)用實踐戰(zhàn)略布局。經(jīng)過4 年的發(fā)展與應(yīng)用，5G+4K/8K+AI 戰(zhàn)略在廣播電視工程融合制播、超高清直播等方面取得一系列成果。5G+4K/8K+AI 戰(zhàn)略結(jié)合了5G、4K/8K 分辨率的高清圖像以及AI 技術(shù)。如AI 語音技術(shù)、AI 圖像文字特征提取技術(shù)和AI 視頻增強技術(shù)與5G+4K/8K 在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用結(jié)合，開創(chuàng)了多個創(chuàng)新領(lǐng)域，改進了內(nèi)容創(chuàng)作、傳輸和觀眾體驗。5G 的高速帶寬和低延遲特性使得實時語音識別和合成成為可能，意味著廣播電視可以自動轉(zhuǎn)錄和翻譯內(nèi)容，提供更廣泛的字幕服務(wù)，使內(nèi)容可訪問性更高。AI 圖像文字特征提取技術(shù)幫助廣播電視從圖像中提取文本信息，如新聞標題、廣告標語等。5G 網(wǎng)絡(luò)的高帶寬可用于實時傳輸高質(zhì)量視頻，AI 視頻增強技術(shù)可改善視頻質(zhì)量，去除噪音、增強圖像細節(jié)和顏色，以及實時調(diào)整內(nèi)容以適應(yīng)觀眾的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)速度[4]。

以2022 年北京冬奧會為例，5G+4K/8K+AI 戰(zhàn)略發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。世界首個高鐵5G 超高清奧運演播室、“獵豹”超高速4K 軌道攝像機、大眾日報虛擬主持人“齊小魯”、超高清AI 時間切片系統(tǒng)等應(yīng)用，助力科技冬奧建設(shè)。咪咕平臺在冬奧會期間利用“5G+4K/8K”超高清直播技術(shù)，對冬奧會7個大項、15 個分項、109 個小項賽事進行超高清實時直播。中央廣播電視總臺完成開閉幕式、速度滑冰、自由式滑雪/單板滑雪大跳臺等賽事的4K/8K公共信號制作與花樣滑冰/短道速滑賽事8K 信號轉(zhuǎn)播工作，由2 輛A 級4K/8K 超高清轉(zhuǎn)播車完成視音頻、通話、控制和TALLY 信號統(tǒng)一調(diào)度工作，以4K 高動態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）超高清格式制作，開閉幕式8K 公共信號制作，速度滑冰和自由式滑雪/單板滑雪大跳臺8K 公共信號制作，花樣滑冰/短道速滑賽事8K 信號轉(zhuǎn)播，冬奧節(jié)目總時長達200 多小時。此外，中央廣播電視總臺自研超高清AI 時間切片系統(tǒng)、央視頻AI 手語翻譯官“聆語”、央視頻“AI 智能剪輯”系統(tǒng)等也投入冬奧會賽事直播與轉(zhuǎn)播活動。利用超高清AI 時間切片系統(tǒng)，通過人工智能深度學習算法、視覺暫留技術(shù)、圖形學、圖像學及自動化控制技術(shù)等實現(xiàn)滑雪運動員技術(shù)動作與視頻背景的分離，在15 s 時間內(nèi)完成技術(shù)動作剝離運算與時間切片包裝渲染工作。AI 手語翻譯官“聆語”在冬奧會期間為聽障人士提供冬奧賽事解說服務(wù)，掌握詞匯和語句總量超過160 萬，期間提供超過320 萬人次的手語服務(wù)，100%覆蓋金牌賽事?！癆I 智能剪輯”系統(tǒng)主要負責冬奧會相關(guān)賽事短視頻的剪輯制作工作，可自動識別運動員動作、比賽類型與賽場反應(yīng)，根據(jù)比賽類型、運動員比賽成績等自動生成相關(guān)的視頻集錦。“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略格局的應(yīng)用，實現(xiàn)了“科技冬奧”“8K 看奧運”，為觀眾帶來超高清、沉浸式的冬奧會觀賽體驗[5]。

2.2 5G+4K/8K+VR 在廣播電視工程領(lǐng)域的應(yīng)用

通過結(jié)合5G、高分辨率4K/8K 視頻和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，廣播電視行業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)以下應(yīng)用。

（1）超高清VR 體驗。4K/8K 視頻提供了極高的視覺質(zhì)量，使VR 體驗更加逼真。觀眾可以參與虛擬直播活動、體育賽事和文化演出，仿佛置身其中。

（2）實時VR 流媒體。5G 的高速帶寬和低延遲支持實時VR 流媒體，讓觀眾能夠即時觀看虛擬現(xiàn)實內(nèi)容，無須等待下載。

（3）互動廣播。VR 為觀眾提供互動性，觀眾自由選擇觀看角度，參與節(jié)目，甚至與虛擬主持人互動。

以2020 年5 月愛奇藝奇遇VR 聯(lián)合新華社打造的“VR 視角全景云端游珠峰”為例，通過5G+4K+VR 全景直播形式向觀眾呈現(xiàn)珠穆朗瑪峰的高度測量工作。此次直播活動使用了愛奇藝奇遇VR 一體機作為硬件設(shè)備，讓觀眾能夠沉浸式體驗珠穆朗瑪峰的壯美景象。愛奇藝奇遇VR 一體機具備4K 高分辨率、360°全景自由視角，通過5G 基站與4K+VR 超高清直播技術(shù)，保障5G 信號和4K、VR 超高清畫面的穩(wěn)定流暢傳輸，為觀眾帶來一場云游珠峰的奇妙體驗。

以2021 年“4K 音樂現(xiàn)場——超清廣州·唱響白云”5G+4K/8K+VR 云直播演唱會為例，由4K 花園、新媒股份、廣東音樂之聲聯(lián)合主辦，通過5G+4K/8K+VR 等多種技術(shù)形式云直播活動。活動現(xiàn)場配備了多機位8K VR 攝像機，完成8K 畫面采集、錄制與直播工作。演唱會現(xiàn)場設(shè)置了200 多個觀眾席位，通過5G VR 云平臺帶給觀眾VR 端直播體驗，通過5G+4K/8K+VR 技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)了多屏深度互動，為觀眾提供橫屏、豎屏的多種觀看體驗，滿足線上線下用戶的深度實時互動需求[6]。

2.3 5G 智慧電臺在廣播電視工程領(lǐng)域的應(yīng)用

2020 年3 月，5G 智慧電臺項目組成立。5G 智慧電臺是人工智能生產(chǎn)內(nèi)容（Artificial Intelligence Generated Content，AIGC）的初代產(chǎn)品，由5G 高新視頻多場景應(yīng)用國家廣播電視總局重點實驗室智慧音頻研究中心自主研發(fā)的人工智能編播系統(tǒng)和全天候廣播節(jié)目集成，實現(xiàn)對現(xiàn)有廣播系統(tǒng)的優(yōu)化升級，并充分融合人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)，極大地提升廣播電臺節(jié)目生產(chǎn)效率。當前，5G 智慧電臺已升級至iMango 4.0 系統(tǒng)，由AI技術(shù)、內(nèi)容、系統(tǒng)3 部分組成，其中語音合成系統(tǒng)與語音編輯系統(tǒng)是其核心，為廣播電臺提供私家車、音樂、資訊等不同類型的廣播電臺節(jié)目制作，提供天氣、路況、本地新聞、本地資訊4 項在地服務(wù)。5G智慧電臺使用區(qū)塊鏈技術(shù)為音頻內(nèi)容提供數(shù)據(jù)交換的隱私保護、歸屬權(quán)確認、權(quán)限管理和數(shù)據(jù)定責等服務(wù)，運用人工智能服務(wù)提供智能抓取、智能播報、智能編排、一鍵生成、智能監(jiān)控及AI 主播等服務(wù)；運用云技術(shù)提供云端分發(fā)服務(wù)，“中央廚房”每天通過云端將節(jié)目音頻分發(fā)至不同用戶。5G 智慧電臺目前已簽約服務(wù)全國29 個省、直轄市、自治區(qū)的900 余家廣播電臺。

5G 智慧電臺在廣播電視工程領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)新了廣播節(jié)目制播的新形態(tài)，在廣播節(jié)目制作領(lǐng)域，為聽眾提供了豐富多樣的廣播節(jié)目內(nèi)容，如黨史黨建板塊、語言板塊、音樂板塊、芒果綜藝自制板塊以及劇集板塊等。在廣播節(jié)目播報領(lǐng)域，5G 智慧電臺擁有多個超真實的專業(yè)人聲庫，AI 主播有AI 路況主播慧佳、智捷、超哥、小晴，AI新聞主播有慧琳、智文、慧嘉、智云、慧蕓、智凱，AI 天氣主播有陳誠、王冊冊、小昭、慧喬、智軒、易天、董曉，AI 音樂串詞主播有劉曼、楊景、王佳、林琪、拜拜、楊陽、嘻芮。5G 智慧電臺運用AI 抓取主流官方媒體新聞內(nèi)容，在AI 語音合成技術(shù)支持下將新聞文字內(nèi)容轉(zhuǎn)換成音頻，再根據(jù)不同的新聞內(nèi)容由相應(yīng)的AI 主播完成播報工作。

3 結(jié)語

在5G、4K/8K 分辨率以及人工智能等技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新與融合下，廣播電視工程正迎來前所未有的發(fā)展機遇。這一綜合應(yīng)用為觀眾提供了更高質(zhì)量、更互動性和更個性化的體驗，同時提高了制作效率。這些新技術(shù)將繼續(xù)塑造廣播電視的未來，為觀眾和內(nèi)容創(chuàng)作者帶來更多機遇和創(chuàng)新。